2019年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第十二章 近代物理初步 第1講 光電效應(yīng) 原子結(jié)構(gòu) 氫原子光譜練習(xí).doc

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配餐作業(yè)　光電效應(yīng)　原子結(jié)構(gòu)　氫原子光譜 A組基礎(chǔ)鞏固題 1．關(guān)于光電效應(yīng)，下列表述正確的是(　　) A．光照時(shí)間越長(zhǎng)，光電流越大 B．入射光頻率大于極限頻率時(shí)就能產(chǎn)生光電子 C．入射光足夠強(qiáng)，就可以有光電流 D．不同的金屬逸出功都是一樣的 解析　光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，與光照射的時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光頻率大于極限頻率，故B項(xiàng)正確；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，入射光足夠強(qiáng)，不一定能產(chǎn)生光電流，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；不同的金屬逸出功是不同的，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　B 2．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是圖中的(　　) 　A．　　　　B．　　　　　C．　　　　D. 解析　本題考查學(xué)生對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的定性認(rèn)識(shí)。由教材中講述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，只有D項(xiàng)符合題意。 答案　D 3．關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說(shuō)法不正確的是(　　) A．不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性 B．運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí)，都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌道 C．波動(dòng)性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 D．實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性 解析　光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律，大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯，光的頻率越高，粒子性越明顯。而宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小，實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性，不是不具有波粒二象性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　D　 4．(多選)用極微弱的可見(jiàn)光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在照相底片上先后出現(xiàn)如圖甲、乙、丙所示的圖像，則(　　) A．圖像甲表明光具有粒子性 B．圖像乙表明光具有波動(dòng)性 C．用紫外線(xiàn)觀察不到類(lèi)似的圖像 D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波 解析　圖像甲曝光時(shí)間短，通過(guò)光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性。圖像乙曝光時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)了大量光子，呈現(xiàn)波動(dòng)性，故A、B項(xiàng)正確；同時(shí)也表明光波是一種概率波，故D項(xiàng)也正確；紫外線(xiàn)本質(zhì)和可見(jiàn)光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　ABD 5．用波長(zhǎng)為2.010－7m的紫外線(xiàn)照射鎢的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)能是4.710－19J。由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝6.6310－34 Js，光速c＝3.0108 m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)(　　) A．5.51014Hz　　　　　　 B．7.91014Hz C．9.81014Hz D．1.21015Hz 解析　本題考查光電效應(yīng)方程，意在考查考生對(duì)光電 效應(yīng)方程Ek＝hν－W逸的理解，并能應(yīng)用光電效應(yīng)方程求解極限頻率。由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W逸，而W逸＝hν0，ν＝，所以鎢的極限頻率ν0＝－＝7.91014Hz，B項(xiàng)正確。 答案　B 6．(多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上。假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫，那么該光子(　　) A．一定落在中央亮紋處 B．可能落在其他亮紋處 C．不可能落在暗紋處 D．落在中央亮紋處的可能性最大 解析　根據(jù)概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)單縫落在何處是不可確定的。當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，故B項(xiàng)正確；因落在中央亮條紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上，故讓一個(gè)光子通過(guò)單縫，落在中央亮條紋的可能性最大，故D項(xiàng)正確。 答案　BD 7．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長(zhǎng)關(guān)系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。當(dāng)用a光束照射某種金屬板時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek，當(dāng)改用c光束照射該金屬板時(shí)(　　) A．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek B．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek C．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動(dòng)能為Ek D．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng) 解析　對(duì)a、b、c三束光由光電效應(yīng)方程有－W＝Ek，－W＝Ek，由以上兩式可得＝Ek，W＝Ek。當(dāng)改用c光速照射該金屬板時(shí)－W＝Ek－Ek＝Ek，故B項(xiàng)正確。 答案　B 8．(2017北京)2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上個(gè)最強(qiáng)的極紫外激光脈沖，大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.610－34 Js，真空光速c＝3108 m/s) A．10－21 J B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析　一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量為E＝h＝210－18 J，由題意可知，光子的能量應(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級(jí)必須相同，故B項(xiàng)正確。 答案　B　 9．如圖甲所示是研究光電效應(yīng)的電路圖。某同學(xué)利用該裝置在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流I與A、K兩極之間的電壓UAK的關(guān)系曲線(xiàn)(甲光、乙光、丙光)，如圖乙所示。則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能 B．單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出光電子比乙光的少 C．用強(qiáng)度相同的甲、丙光照射該光電管，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等 D．對(duì)于不同種金屬，若照射光頻率不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能與金屬的逸出功為線(xiàn)性關(guān)系 解析　當(dāng)光照射到K極時(shí)，如果入射光的頻率足夠大(大于K極金屬的極限頻率)，就會(huì)從K極發(fā)出光電子。當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí)，電流表A中電流就會(huì)變?yōu)榱?，此時(shí)mev＝eUc，式中vc表示光電子的最大初速度，e為電子的電荷量，Uc為遏止電壓，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程可知丙光的最大初動(dòng)能較大，故丙光的頻率較大，但丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能不一定比甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)于甲、乙兩束頻率相同的光來(lái)說(shuō)，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)甲、丙兩束不同頻率的光來(lái)說(shuō)，光強(qiáng)相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等，由于丙光的光子頻率較高，每個(gè)光子的能量較大，所以單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子數(shù)就較少，所以單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)就較少，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)于不同金屬，若照射光頻率不變，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，知Ek與金屬的逸出功為線(xiàn)性關(guān)系，故D項(xiàng)正確。 答案　D　 【解題技巧】 根據(jù)遏止電壓的大小比較電子的最大初動(dòng)能，結(jié)合光電效應(yīng)方程比較入射光的頻率。根據(jù)飽和光電流的大小比較光的強(qiáng)度。 B組能力提升題 10．如圖所示，N為鎢板，M為金屬網(wǎng)，它們分別和電池兩極相連，各電池的極性和電動(dòng)勢(shì)在圖中標(biāo)出。鎢的逸出功為4.5 eV?，F(xiàn)分別用能量不同的光子照射鎢板(各光子的能量在圖上標(biāo)出)。那么，下列圖中有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)的是(　　) A．①②③ B．②③④ C．②③ D．③④ 解析　由光電效應(yīng)方程知，若有光電效應(yīng)發(fā)生，入射光的頻率必須大于金屬的極限頻率，①不能，②③④發(fā)生光電效應(yīng)；②所加電壓為正向電壓，只要有光電子逸出，電子就能到達(dá)M金屬網(wǎng)，②可以；③④所加電壓為反向電壓，由愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程知，入射光的能量為8 eV時(shí)，逸出的光電子的最大初動(dòng)能為3.5 eV，反向電壓必須小于3.5 eV才有光電子到達(dá)M金屬網(wǎng)，故③可以，④不能。由上分析知C項(xiàng)對(duì)。 答案　C　 11．(多選)如圖所示是氫原子的能級(jí)圖，大量處于n＝5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，一共可以輻射出10種不同頻率的光子。其中萊曼系是指氫原子由高能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，則(　　) A．10種光子中波長(zhǎng)最短的是n＝5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的 B．10種光子中有4種屬于萊曼系 C．使n＝5能級(jí)的氫原子電離至少需要0.85 eV的能量 D．從n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放光子的能量 解析　n＝5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生光子的能量最大，根據(jù)E＝知，波長(zhǎng)最短，故A項(xiàng)正確；萊曼系是指氫原子由高能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)釋放的光子，10種光子中4種屬于萊曼系，所以B項(xiàng)正確；n＝5能級(jí)的氫原子具有的能量為－0.54 eV，故要使其發(fā)生電離能量變?yōu)?，至少需要的能量為0.54 eV，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；從n＝2能級(jí)躍遷到基態(tài)釋放的光子能量為13.6 eV－3.4 eV＝10.2 eV，從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)釋放的光子能量為3.4 eV－1.51 eV＝1.89 eV<10.2 eV，顯然兩者不相等，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　AB　 12．μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱(chēng)為μ氫原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如圖為μ氫原子的能級(jí)示意圖，假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n＝2能級(jí)的μ氫原子，μ氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且頻率依次增大，則E等于(　　) A．h(ν3－ν1) B．h(ν3＋ν1) C．hν3 D．hν4 解析　μ氫原子吸收光子后，能發(fā)出六種頻率的光，說(shuō)明μ氫原子是從n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷，則吸收的光子的能量為ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好對(duì)應(yīng)著頻率為ν3的光子，故光子的能量為hν3。 答案　C　 13．(多選)如圖所示，這是一個(gè)研究光電效應(yīng)的電路圖，下列敘述正確的是(　　) A．只調(diào)換電源的極性，移動(dòng)滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為零時(shí)，電壓表示數(shù)為遏止電壓Uc的數(shù)值 B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動(dòng)的過(guò)程中，電流表示數(shù)可能一直增大 C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強(qiáng)度，電流表示數(shù)會(huì)增大 D．陰極K需要預(yù)熱，光束照射后需要一定的時(shí)間才會(huì)有光電流 解析　當(dāng)只調(diào)換電源的極性時(shí)，電子從K到A減速運(yùn)動(dòng)，到A恰好速度為零時(shí)對(duì)應(yīng)電壓為遏止電壓，所以A項(xiàng)正確；當(dāng)其他條件不變，P向右滑動(dòng)，加在光電管兩端的電壓增加，光電子運(yùn)動(dòng)更快，由I＝得電流表讀數(shù)變大，當(dāng)達(dá)到飽和光電流后，電流表示數(shù)不再增加，B項(xiàng)錯(cuò)誤；只增大入射光束強(qiáng)度時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)光電子數(shù)變多，電流表示數(shù)變大，C項(xiàng)正確；因?yàn)楣怆娦?yīng)的發(fā)生是瞬間的，陰極K不需要預(yù)熱，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　AC 14．(多選)某同學(xué)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用某單色光照射光電管的陰極K時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開(kāi)關(guān)S，在陽(yáng)極A和陰極K之間加上反向電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計(jì)中電流恰為零，此電壓表的電壓值U稱(chēng)為遏止電壓，根據(jù)遏止電壓，可以計(jì)算出光電子的最大初動(dòng)能Ekm?，F(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測(cè)量到遏止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子質(zhì)量為m，電荷量為e，則下列關(guān)系式正確的是(　　) A．用頻率為ν1的光照射時(shí)，光電子的最大初速度 vm1＝ B．陰極K金屬的逸出功W0＝hν1－eU1 C．陰極K金屬的極限頻率νc＝ D．普朗克常數(shù)h＝ 解析　光電子在電場(chǎng)中做減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理得－eU1＝0－mv，則得光電子的最大初速度vm1＝，故A項(xiàng)正確；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，得金屬的逸出功W0＝hν1－eU1，聯(lián)立得h＝，故B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極K金屬的極限頻率νc＝＝，故C項(xiàng)正確。 答案　ABC 15．氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1＝0.5310－10 m，能量E1＝－13.6 eV。求氫原子處于基態(tài)時(shí)： (1)電子的動(dòng)能。 (2)原子的電勢(shì)能。 (3)用波長(zhǎng)是多少的光照射可使其電離。 解析　(1)設(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為v1， 則k＝， 故電子動(dòng)能Ek1＝mv＝＝ eV＝13.6 eV。 (2)E1＝Ek1＋Ep1， 故Ep1＝E1－Ek1 ＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV。 (3)設(shè)用波長(zhǎng)λ的光照射可使氫原子電離： ＝0－E1， λ＝－ ＝ m ＝0.914 110－7 m。 答案　(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV (3)0.914 110－7 m 16．氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量為E1＝－13.6 eV，當(dāng)處于n＝3的激發(fā)態(tài)時(shí)，能量為E3＝－1.51 eV，則： (1)當(dāng)氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝1的基態(tài)時(shí)，向外輻射的光子的波長(zhǎng)是多少？ (2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離，至少要用多大頻率的電磁波照射原子？ (3)若有大量的氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，則在躍遷過(guò)程中可能釋放出幾種不同頻率的光子？ 解析　(1)由躍遷公式得 hν＝E3－E1，?、? ν＝，?、? 由①②代入數(shù)據(jù)得 λ＝1.0310－7m。 (2)若要將基態(tài)原子電離 hν＝0－E1， 代入數(shù)據(jù)得ν＝3.31015Hz。 (3)光子種數(shù) N＝C＝＝3種。 答案　(1)1.0310－7m (2)3.31015 Hz　(3)3種