4.1-4.2 普朗克黑体辐射理论 光电效应（重难点训练）物理人教版选择性必修第三册

4.1-4.2 普朗克黑体辐射理论 光电效应 一、黑体与黑体辐射 1 二、能量的量子化 2 三、光电效应的极限频率 光电流 最大初动能 4 四、康普顿效应的现象及其解释 6 五、爱因斯坦光子说 爱因斯坦光电效应方程 7 六、光的波粒二象性 8 一、黑体与黑体辐射 1．关于黑体辐射的实验规律，下列说法正确的有（　　） A．随着温度升高，黑体辐射的峰值波长向短波方向移动 B．温度越高，黑体辐射的总能量（总强度）越大 C．黑体辐射的强度与波长的关系曲线是单调递增的 D．黑体辐射的规律无法用经典电磁理论解释 2．关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波 B．黑体辐射的电磁波强度按波长的分布只与温度有关 C．黑体温度升高时，辐射的各波长电磁波强度均减小 D．黑体是真实存在的物体，生活中常见的黑色物体就是黑体 3．非接触式温度计在公共场所被广泛应用，其测温原理是基于黑体辐射规律。下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是（　　） A． B． C． D． 4．对比学习可以帮助同学们抓住规律的要点。对比教材中两组相似的曲线，图甲为某气体在0℃和100℃温度下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化规律；图乙为在T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系。下列说法正确的是（　　） A．图甲中虚线对应100℃时的情形 B．由图甲可知，温度升高后每个速率区间的分子数占总分子数的百分比都变大了 C．由图乙可知，温度升高后各种波长的辐射强度都增加了 D．由图乙可知，温度升高后黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 5．在T1、T2两种温度条件下，黑体辐射强度与辐射波长的关系图像如下图所示，则下列关于黑体辐射，说法正确的是（　　） A． B．随着温度的升高，黑体辐射的峰值向长波方向移动 C．图像与坐标轴围成的面积相等且都是1 D．黑体不仅可以反射电磁波，还可以向外辐射电磁波 二、能量的量子化 6．关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是（　　） A．电磁波不能在真空中传播 B．变化的磁场一定产生变化的电场 C．光是一种电磁波，光的能量是不连续的 D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在 7．普朗克提出的能量量子化假说认为（　　） A．物体辐射的能量是连续的 B．能量子的能量与电磁波的频率成反比 C．微观粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍 D．能量量子化仅适用于黑体辐射，不适用于其他物理过程 8．铭记伟大历史胜利，凝聚正义和平力量。9月3日上午，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。如图为阅兵式上展示的激光武器，常见激光的频率为Hz至，借助已经公开OW5-50A激光武器推测，此激光武器功率可达50千瓦级。已知，根据所学知识估算该激光武器每秒可射出的光子数的数量级约为多少（　　） A． B． C． D． 9．“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求： (1)每个光子的能量E； (2)太阳辐射硬X射线的总功率P。 10．被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为光子的功率为（　　） A． B． C． D． 三、光电效应的极限频率 光电流 最大初动能 11．在如图所示光电效应实验中，闭合开关后，发现无光电流，下列措施中可能会出现光电流的是（　　） A．增大光的频率 B．增加光照时间 C．增加AK间的电压 D．对调电源的正负极 12．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么下列说法正确的是（　　） A．a光的频率一定大于b光的频率 B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由c到d D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 13．某学生研究光电效应实验，现得出三条光电流与光电管两端电压的图像，如图所示，其中A、C对应的遏止电压相同，下列说法正确的是（    ） A．图像A与C可能对应的是同一束光分别照射不同的金属，其中C中金属的逸出功更大 B．图像A与C可能对应的是光强不同的同一颜色光分别照射同一块金属，其中A中光强更大 C．图像B与C可能对应的是不同频率的光分别照射同一块金属，其中C中光的频率更大 D．图像B与C可能对应的是不同的光分别照射不同的金属，其中C中光电子的最大初动能更大 14．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，对于同一阴极K，用光照强度分别为、，对应的波长分别为、的单色光1、2照射，测得电压表示数U与电流表示数I的关系如图乙所示。则下列结论正确的是（　　） A．单色光1照射阴极K后，电子逸出的初动能大小一定为eUc1 B．若直流电源左端为正极，增大电压表示数，则电流表示数一定增大 C．单色光1的最大初动能大于单色光2的最大初动能 D． 15．爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用x射线照射锌板一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 四、康普顿效应的现象及其解释 16．物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是（　　） A．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大 B．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量 C．X光散射后与散射前相比，速度变小 D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变 17．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　） A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据 B．康普顿效应无法用经典物理学解释 C．发生散射时，波长较短的X射线入射时，产生康普顿效应 D．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说 18．下列说法正确的是（　　） A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度T1>T2 B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为 C．图乙中，若甲光和丙光照射某金属都能发生光电效应，则甲光照射产生的光电子的最大初动能更大 D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变长 19．守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题： (1)康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分。用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。 a.请通过作图准确表示出散射后X光子的动量； b.根据守恒思想，解释在散射的X射线中出现波长大于λ0成分的原因： (2)波是传递能量的一种方式，传播过程中能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简诸波的振幅，为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直与传播方向的单位面积上的平均能量。若简谐波沿直线传播的速度为v，则 a.求波的能流密度I的表达式； b.如图所示，球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A2。 20．用不同波长的电磁波照射同一金属表面会发生不同的现象。用波长为550nm的光照射某金属表面，发生光电效应，光电子的最大初动能为0.25eV；用波长为0.071nm的X射线照射该金属表面，在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有其它波长成分，这种现象称为康普顿效应。已知普朗克常量，真空中光速，电子所带电荷量。下列说法正确的是（　　） A．该金属的逸出功为2eV B．该金属的逸出功为2.5eV C．其它成分的X射线波长大于λ0 D．康普顿效应说明了光具有波动性 五、爱因斯坦光子说 爱因斯坦光电效应方程 21．随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容载能力，与相比，使用的电磁波（　　） A．光子能量更大 B．能透视人体 C．在真空中传播的速度更大 D．波长更长 22．在光电效应实验中，用两束不同频率的光分别照射两金属板，逸出的光电子最大初动能相等。由此可判断（　　） A．两束光的强度一定相同 B．两金属的截止频率相同 C．两金属的逸出功不同 D．逸出的光电子最大初速度不同 23．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　） A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据 B．康普顿效应无法用经典物理学解释 C．X射线被石墨散射后频率变大了 D．爱因斯坦的光量子理论能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说 24．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h=6.63×10-34J·s。结合图像，求（以下所求结果均保留2位有效数字）： (1)每秒钟阴极发射的光电子数； (2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳； (3)该阴极材料的极限频率。 25．用频率为的单色光照射阴极K时，能发生光电效应。下面关于光电效应常见的四个图像说法正确的是（　　） A．甲图表示光电子的最大初动能Ek与入射光频率的图像，斜率为普朗克常量的倒数 B．乙图表示颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图像，强黄光的饱和光电流大，是因为照射时间长 C．丙图表示颜色不同的光，光电流与电压的关系图像，蓝光的频率小，遏止电压大，光电子最大初动能大 D．丁图表示遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像，普朗克常量h即为图线的斜率k与电子电荷量e的乘积，即h＝ke 六、光的波粒二象性 26．关于光现象，下列说法正确的是（　　） A．光的干涉和偏振实验表明光具有波粒二象性 B．通过狭缝看日光灯，看到彩色条纹，这是光的衍射现象 C．在同一种介质中，波长越短的光传播速度越大 D．用紫光照射某金属片有光电子射出，改用红光照射时也一定有光电子射出 27．2025年6月，我国在太赫兹通信领域取得重大突破，成功实现了1.2千米距离的高清视频实时无线传输，太赫兹微波的频率远高于现行的第五代移动通信技术5G微波的频率，则相较于5G微波光子（　　） A．太赫兹微波光子的能量更大 B．太赫兹微波光子只具有波动性，不具有粒子性 C．太赫兹微波光子在真空中传播速度更快 D．太赫兹微波光子在真空中传播速度更慢 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.1-4.2 普朗克黑体辐射理论 光电效应 一、黑体与黑体辐射 1 二、能量的量子化 3 三、光电效应的极限频率 光电流 最大初动能 6 四、康普顿效应的现象及其解释 9 五、爱因斯坦光子说 爱因斯坦光电效应方程 12 六、光的波粒二象性 15 一、黑体与黑体辐射 1．关于黑体辐射的实验规律，下列说法正确的有（　　） A．随着温度升高，黑体辐射的峰值波长向短波方向移动 B．温度越高，黑体辐射的总能量（总强度）越大 C．黑体辐射的强度与波长的关系曲线是单调递增的 D．黑体辐射的规律无法用经典电磁理论解释 【答案】ABD 【详解】A．根据黑体辐射规律可知，随着温度升高，黑体辐射的峰值波长向短波方向移动，故A正确； B．黑体辐射的总能量（总强度）与温度密切相关，温度越高，黑体辐射的总能量（总强度）越大。这是因为温度升高时，黑体内部的微观粒子热运动更剧烈，辐射出的能量更多，故B正确； C．黑体辐射的强度与波长的关系曲线并非单调递增，而是先增大后减小。也就是说，在波长较短和较长的区域，辐射强度都比较小，在中间某一波长附近，辐射强度达到最大值，故C错误； D．经典电磁理论认为能量是连续的，但黑体辐射的实验规律（如紫外灾难等现象）表明，经典电磁理论无法解释黑体辐射的规律，后来普朗克提出量子理论才成功解释，故D正确。 故选ABD。 2．关于黑体辐射，下列说法正确的是（　　） A．黑体只吸收电磁波，不辐射电磁波 B．黑体辐射的电磁波强度按波长的分布只与温度有关 C．黑体温度升高时，辐射的各波长电磁波强度均减小 D．黑体是真实存在的物体，生活中常见的黑色物体就是黑体 【答案】B 【详解】A．黑体能够吸收并辐射电磁波，故A错误； B．黑体辐射的波长分布仅由温度决定，与材料无关，故B正确； C．温度升高时，总辐射强度增大，且峰值波长向短波移动，辐射的各波长电磁波强度均增大，故C错误； D．黑体是理想模型，实际中不存在，常见黑色物体并非黑体，故D错误。 故选B。 3．非接触式温度计在公共场所被广泛应用，其测温原理是基于黑体辐射规律。下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图像中，符合黑体辐射实验规律的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】黑体辐射的特点：一方面，各种波长的辐射强度随温度升高都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故选A。 4．对比学习可以帮助同学们抓住规律的要点。对比教材中两组相似的曲线，图甲为某气体在0℃和100℃温度下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化规律；图乙为在T1、T2两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系。下列说法正确的是（　　） A．图甲中虚线对应100℃时的情形 B．由图甲可知，温度升高后每个速率区间的分子数占总分子数的百分比都变大了 C．由图乙可知，温度升高后各种波长的辐射强度都增加了 D．由图乙可知，温度升高后黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 【答案】C 【详解】A．根据麦克斯韦速率分布图像可知，温度升高时，分子速率分布会向速率较大的方向偏移，则图甲中虚线对应0℃时的情形，故A错误； B．温度升高后，分子速率分布向速率较大的方向偏移，只是在速率较大区间分子数占分子数的百分比增大，而在速率较小区间分子数占总分子数的百分比减小，并不是每个速率区间的分子数占总分子数的百分比都变大，故B错误； CD．根据黑体辐射的实验规律，温度升高时，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，同时各种波长的辐射强度都增加了，故C正确，D错误。 故选C。 5．在T1、T2两种温度条件下，黑体辐射强度与辐射波长的关系图像如下图所示，则下列关于黑体辐射，说法正确的是（　　） A． B．随着温度的升高，黑体辐射的峰值向长波方向移动 C．图像与坐标轴围成的面积相等且都是1 D．黑体不仅可以反射电磁波，还可以向外辐射电磁波 【答案】A 【详解】A．因为温度为T1时辐射强度的峰值较大，所以，故A正确； B．随着温度的升高，黑体辐射的峰值向短波方向移动，B错误； C．图像与坐标轴围成的面积不相等，C错误； D．黑体不反射电磁波，D错误。 故选A。 二、能量的量子化 6．关于电磁场和电磁波，以下说法正确的是（　　） A．电磁波不能在真空中传播 B．变化的磁场一定产生变化的电场 C．光是一种电磁波，光的能量是不连续的 D．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在 【答案】C 【详解】A．电磁场本身就是一种物质，可以不依赖物质传播，可以在真空中传播，故A错误； B．均匀变化的磁场产生恒定电场，只有非均匀变化的磁场才会产生变化的电场，故B错误； C．光属于电磁波，光的能量由光子组成，是不连续的，故C正确； D．麦克斯韦预言了电磁波，赫兹通过实验证实电磁波存在，故D错误。 故选C。 7．普朗克提出的能量量子化假说认为（　　） A．物体辐射的能量是连续的 B．能量子的能量与电磁波的频率成反比 C．微观粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍 D．能量量子化仅适用于黑体辐射，不适用于其他物理过程 【答案】C 【详解】A．经典物理认为能量连续，而量子理论表明：物体辐射或者吸收能量是不连续的，以最小能量单元（量子）为单位一份份进行，能量值为量子能量的整数倍，故A错误； B．根据公式 可知能量与频率成正比，故B错误； C．普朗克提出能量以“能量子”形式存在，能量值为 （n为整数），故C正确； D．量子化理论后来被推广至其他领域（如光电效应），故D错误。 故选C。 8．铭记伟大历史胜利，凝聚正义和平力量。9月3日上午，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。如图为阅兵式上展示的激光武器，常见激光的频率为Hz至，借助已经公开OW5-50A激光武器推测，此激光武器功率可达50千瓦级。已知，根据所学知识估算该激光武器每秒可射出的光子数的数量级约为多少（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由题可知， 激光武器的功率 则激光武器每秒发射的总能量为 则每个光子的能量约为 该激光武器每秒可射出的光子数 即该激光武器每秒可射出的光子数的数量级约为。 故选C。 9．“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求： (1)每个光子的能量E； (2)太阳辐射硬X射线的总功率P。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）每个光子的能量为 其中 解得 （2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则 可得 所以t秒辐射光子的总能量 太阳辐射硬X射线的总功率 10．被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为光子的功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】由题意可知 可得该天体发射频率为光子的功率为 故选A。 三、光电效应的极限频率 光电流 最大初动能 11．在如图所示光电效应实验中，闭合开关后，发现无光电流，下列措施中可能会出现光电流的是（　　） A．增大光的频率 B．增加光照时间 C．增加AK间的电压 D．对调电源的正负极 【答案】A 【详解】A．题图可知AK间加的为正向电压，闭合开关后，发现无光电流，说明未产生光电效应，即此时入射光频率小于极限频率，因此增大光的频率，可能会产生光电流，故A正确； BCD．增加光照时间、增加AK间的电压、对调电源的正负极，都不会改变入射光频率，仍然不会产生光电流，故BCD错误。 故选A。 12．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么下列说法正确的是（　　） A．a光的频率一定大于b光的频率 B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由c到d D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 【答案】ACD 【详解】A．用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率；用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，知b光的频率小于金属的极限频率，所以a光的频率一定大于b光的频率，故A正确； B．光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，增加b光的强度，仍然不能发生光电效应，电流计指针不偏转，故B错误； C．电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由c到d，故C正确； D．增加a光的强度，则单位时间内发出的光电子数目增多，通过电流计的电流增大，故D正确。 故选ACD。 13．某学生研究光电效应实验，现得出三条光电流与光电管两端电压的图像，如图所示，其中A、C对应的遏止电压相同，下列说法正确的是（    ） A．图像A与C可能对应的是同一束光分别照射不同的金属，其中C中金属的逸出功更大 B．图像A与C可能对应的是光强不同的同一颜色光分别照射同一块金属，其中A中光强更大 C．图像B与C可能对应的是不同频率的光分别照射同一块金属，其中C中光的频率更大 D．图像B与C可能对应的是不同的光分别照射不同的金属，其中C中光电子的最大初动能更大 【答案】B 【详解】AB．光电流恰为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为金属的截止频率，根据，可知：入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，光、光的遏止电压相等，所以光、光的频率相同，以及光电子的最大初动能相同，照射同一块金属，光的饱和光电流较大，则光的强度比光的大，故A错误，B正确； CD．入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，三种光中，B光的遏止电压最大，则B光的频率最大，波长最短，光子的能量最大，照射光电管时发出的光电子的最大初动能也最大，故CD错误。 故选B。 14．研究光电效应规律的实验装置如图甲所示，对于同一阴极K，用光照强度分别为、，对应的波长分别为、的单色光1、2照射，测得电压表示数U与电流表示数I的关系如图乙所示。则下列结论正确的是（　　） A．单色光1照射阴极K后，电子逸出的初动能大小一定为eUc1 B．若直流电源左端为正极，增大电压表示数，则电流表示数一定增大 C．单色光1的最大初动能大于单色光2的最大初动能 D． 【答案】D 【详解】A．根据光电效应规律，是电子逸出的最大初动能，并非所有电子的初动能都等于，故A错误； B．当电压增大到饱和光电流后，再增大电压，电流表示数不再增大，故B错误； C．由 单色光1的遏止电压小于单色光2的，则单色光1的最大初动能小于单色光2的最大初动能，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程 单色光2的最大初动能更大，说明其频率更高，波长更短，故，D正确。 故选D。 15．爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。如图所示为四个与光电效应有关的图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲装置中，改用x射线照射锌板一定有光电子飞出 B．由图乙可知，当正向电压增大时，光电流一定增大 C．由图丙可知，入射光的频率越高，金属的逸出功越大 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量 【答案】AD 【详解】A．是否能发生光电效应取决于入射光的频率，x射线的频率大于紫外线，所以紫外线能使锌板发生光电效应，x射线一定能使锌板发生光电效应，故A正确； B．当正向电压达到一定时，光电流达到饱和，再增大电压时，光电流保持不变，故B错误； C．金属的逸出功取决于金属本身，与入射光频率无关，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm=hν-W，图线斜率就是普朗克常量，故D正确。 故选AD。 四、康普顿效应的现象及其解释 16．物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，用X光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X光光子的运动方向也会发生相应的改变。下列说法正确的是（　　） A．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大 B．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量 C．X光散射后与散射前相比，速度变小 D．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变 【答案】B 【详解】A．光子与电子碰撞时，将部分动量转移给电子，根据动量公式 ，动量减少会导致光子频率降低，而非变大，故A错误； B．康普顿效应中光子与电子的碰撞涉及动量转移，直接表明光子具有动量，验证了光的粒子性，故B正确； C．光子的速度恒为光速 ，散射仅改变方向，速度不变，故C错误； D．散射后光子频率因动量减少而降低（波长变长），故D错误。 故选B。 17．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　） A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据 B．康普顿效应无法用经典物理学解释 C．发生散射时，波长较短的X射线入射时，产生康普顿效应 D．爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说 【答案】BCD 【详解】A．康普顿效应中散射光波长变化无法用波动说解释，反而支持光子说，故A错误； B．经典电磁理论无法解释康普顿效应，必须借助光子与电子的碰撞模型，故B正确； C．波长较短的X射线光子能量较高，与电子碰撞时更易表现出康普顿效应，故C正确； D．光子说成功解释了康普顿效应，说明光具有粒子性，故D正确。 故选BCD。 18．下列说法正确的是（　　） A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度T1>T2 B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为 C．图乙中，若甲光和丙光照射某金属都能发生光电效应，则甲光照射产生的光电子的最大初动能更大 D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变长 【答案】AD 【详解】A．随着温度的升高各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较小的方向偏移，则温度T1>T2，故A正确； BC．同一光电管的W0一样，根据光电效应方程和动能定理可得 可知遏止电压越大，对应的光子的频率越大，由题图可知入射光的频率关系为 图乙中，若甲光和丙光照射某金属都能发生光电效应，由于丙光的频率更大，所以丙光照射产生的光电子的最大初动能更大，故BC错误； D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后光子的能量变小，由 可知碰后散射光的波长变长，故D正确。 故选AD。 19．守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题： (1)康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分。用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。 a.请通过作图准确表示出散射后X光子的动量； b.根据守恒思想，解释在散射的X射线中出现波长大于λ0成分的原因： (2)波是传递能量的一种方式，传播过程中能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简诸波的振幅，为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直与传播方向的单位面积上的平均能量。若简谐波沿直线传播的速度为v，则 a.求波的能流密度I的表达式； b.如图所示，球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A2。 【答案】(1)a．作图见解析； b．光子与电子碰撞后要把一部分动量转移给电子，因而，光子动量可能会变小，根据可知，动量p减小，意味着波长λ变大，因此，X射线中出现波长大于λ0成分 (2)a．； b． 【详解】（1）a．设散射后X光子的动量为，根据碰撞过程动量守恒和平行四边形定则（或三角形定则），射后X光子的动量如图所示 b．光子与电子碰撞后要把一部分动量转移给电子，因而，光子动量可能会变小，根据可知，动量p减小，意味着波长λ变大，因此，X射线中出现波长大于λ0成分。 （2）a．沿传播方向，任取于传播方向垂直的横截面，面积为S。在时间内流过S面的能量 又， 单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量 联立解得 b．根据上面分析，时间内流过面上的能量 时间内流过面上的能量 由能量守恒 联立解得 20．用不同波长的电磁波照射同一金属表面会发生不同的现象。用波长为550nm的光照射某金属表面，发生光电效应，光电子的最大初动能为0.25eV；用波长为0.071nm的X射线照射该金属表面，在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有其它波长成分，这种现象称为康普顿效应。已知普朗克常量，真空中光速，电子所带电荷量。下列说法正确的是（　　） A．该金属的逸出功为2eV B．该金属的逸出功为2.5eV C．其它成分的X射线波长大于λ0 D．康普顿效应说明了光具有波动性 【答案】AC 【详解】AB．根据光电效应方程得 A正确，B错误； C．根据康普顿效应，光子与电子碰撞后，光子的能量减小，根据 ，光子的波长增大，所以其它成分的X射线波长大于λ0，C正确； D．康普顿效应说明了光具有粒子性，D错误。 故选AC。 五、爱因斯坦光子说 爱因斯坦光电效应方程 21．随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术（简称5G）意味着更快的网速和更大的网络容载能力，与相比，使用的电磁波（　　） A．光子能量更大 B．能透视人体 C．在真空中传播的速度更大 D．波长更长 【答案】A 【详解】A．光子能量公式为，5G电磁波频率更高，故光子能量更大，故A正确； B．能透视人体的电磁波（如X射线）频率远高于无线电波，5G属于无线电波，无法透视人体，故B错误； C．所有电磁波在真空中的传播速度均为，与频率无关，故C错误； D．由，由于使用的电磁波频率更大，所以波长更短，故D错误。 故选A。 22．在光电效应实验中，用两束不同频率的光分别照射两金属板，逸出的光电子最大初动能相等。由此可判断（　　） A．两束光的强度一定相同 B．两金属的截止频率相同 C．两金属的逸出功不同 D．逸出的光电子最大初速度不同 【答案】C 【详解】C．根据爱因斯坦光电效应方程，最大初动能由入射光频率和金属逸出功 决定；题目中两束不同频率的光（）照射不同金属，但相等，因此有 整理得 由于，必有，即两金属逸出功不同，故C正确； A．最大初动能与光强无关，则最大初动能相等，两束光的强度不一定相同，故A错误； B．截止频率，逸出功不同则截止频率不同，故B错误； D．最大初动能相同，由可知最大速度相同，故D错误。 故选C。 23．关于康普顿效应，下列说法正确的是（　　） A．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据 B．康普顿效应无法用经典物理学解释 C．X射线被石墨散射后频率变大了 D．爱因斯坦的光量子理论能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说 【答案】BD 【详解】AD．康普顿在研究X射线散射时，发现散射光波长发生了变化，这种现象用波动说无法解释，用光子说却可以解释，故A错误，D正确； B．经典物理学无法解释波长变化，必须引入光子的动量和能量守恒，故B正确； C．X射线被石墨散射后波长变长导致频率减小，故C错误。 故选BD。 24．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h=6.63×10-34J·s。结合图像，求（以下所求结果均保留2位有效数字）： (1)每秒钟阴极发射的光电子数； (2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳； (3)该阴极材料的极限频率。 【答案】(1)4.0×1012个 (2)9.6×10-20J (3)4.6×1014Hz 【详解】（1）每秒发射的光电子个数 （2）光电子飞出阴极K时的最大动能 （3）由光电效应方程可得 代入数据可得该阴极材料的极限频率 25．用频率为的单色光照射阴极K时，能发生光电效应。下面关于光电效应常见的四个图像说法正确的是（　　） A．甲图表示光电子的最大初动能Ek与入射光频率的图像，斜率为普朗克常量的倒数 B．乙图表示颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图像，强黄光的饱和光电流大，是因为照射时间长 C．丙图表示颜色不同的光，光电流与电压的关系图像，蓝光的频率小，遏止电压大，光电子最大初动能大 D．丁图表示遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像，普朗克常量h即为图线的斜率k与电子电荷量e的乘积，即h＝ke 【答案】D 【详解】A．由爱因斯坦光电效应方程可知 即图像斜率为普朗克常量，故A错误； B．颜色相同，强度不同的光照射同一金属，饱和光电流的强弱只与入射光的强度有关，与照射时间无关，故B错误； C．蓝光的频率比黄光大。当照射同一金属时，逸出功相同，由 可知，蓝光的遏止电压大，最大初动能大，故C错误； D．由 遏止电压与入射光频率的关系 即斜率为 所以，故D正确。 故选D。 六、光的波粒二象性 26．关于光现象，下列说法正确的是（　　） A．光的干涉和偏振实验表明光具有波粒二象性 B．通过狭缝看日光灯，看到彩色条纹，这是光的衍射现象 C．在同一种介质中，波长越短的光传播速度越大 D．用紫光照射某金属片有光电子射出，改用红光照射时也一定有光电子射出 【答案】B 【详解】A．光的干涉和偏振现象仅体现光的波动性，未涉及粒子性，故A错误； B．通过狭缝观察日光灯出现彩色条纹，是光绕过障碍物的衍射现象，故B正确； C．在同种介质中，波长越短的光频率越大，折射率n越大，根据 可知传播速度越小，故C错误； D．红光频率低于紫光，若紫光恰能发生光电效应，红光频率小于极限频率，则无法产生光电子，故D错误。 故选B。 27．2025年6月，我国在太赫兹通信领域取得重大突破，成功实现了1.2千米距离的高清视频实时无线传输，太赫兹微波的频率远高于现行的第五代移动通信技术5G微波的频率，则相较于5G微波光子（　　） A．太赫兹微波光子的能量更大 B．太赫兹微波光子只具有波动性，不具有粒子性 C．太赫兹微波光子在真空中传播速度更快 D．太赫兹微波光子在真空中传播速度更慢 【答案】A 【详解】A．光子能量公式为，太赫兹微波频率更高，故能量更大，故A正确； B．任何电磁波都具有波粒二象性，故B错误； CD．真空中所有电磁波速度相等，均为，与频率无关，故CD错误。 故选A。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $