2019年高考物理一輪復習 第十二章 近代物理初步 第1講 光電效應 原子結構 氫原子光譜練習.doc

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配餐作業(yè)　光電效應　原子結構　氫原子光譜 A組基礎鞏固題 1．關于光電效應，下列表述正確的是(　　) A．光照時間越長，光電流越大 B．入射光頻率大于極限頻率時就能產生光電子 C．入射光足夠強，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度有關，與光照射的時間長短無關，故A項錯誤；發(fā)生光電效應的條件是入射光頻率大于極限頻率，故B項正確；能否發(fā)生光電效應與入射光的強度無關，入射光足夠強，不一定能產生光電流，故C項錯誤；不同的金屬逸出功是不同的，故D項錯誤。 答案　B 2．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實驗研究原子結構，正確反映實驗結果的示意圖是圖中的(　　) 　A．　　　　B．　　　　　C．　　　　D. 解析　本題考查學生對α粒子散射實驗現象的定性認識。由教材中講述的實驗現象可知，只有D項符合題意。 答案　D 3．關于物質的波粒二象性，下列說法不正確的是(　　) A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性 B．運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道 C．波動性和粒子性，在宏觀現象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現象中是統(tǒng)一的 D．實物的運動有特定的軌道，所以實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，大量光子運動的規(guī)律表現出光的波動性，而單個光子的運動表現出光的粒子性。光的波長越長，波動性越明顯，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太小，實際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，D項錯誤。 答案　D　 4．(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在照相底片上先后出現如圖甲、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性 C．用紫外線觀察不到類似的圖像 D．實驗表明光是一種概率波 解析　圖像甲曝光時間短，通過光子數很少，呈現粒子性。圖像乙曝光時間長，通過了大量光子，呈現波動性，故A、B項正確；同時也表明光波是一種概率波，故D項也正確；紫外線本質和可見光本質相同，也可以發(fā)生上述現象，故C項錯誤。 答案　ABD 5．用波長為2.010－7m的紫外線照射鎢的表面，釋放出來的光電子中最大的動能是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，結果取兩位有效數字)(　　) A．5.51014Hz　　　　　　 B．7.91014Hz C．9.81014Hz D．1.21015Hz 解析　本題考查光電效應方程，意在考查考生對光電 效應方程Ek＝hν－W逸的理解，并能應用光電效應方程求解極限頻率。由光電效應方程Ek＝hν－W逸，而W逸＝hν0，ν＝，所以鎢的極限頻率ν0＝－＝7.91014Hz，B項正確。 答案　B 6．(多選)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上。假設現在只讓一個光子通過單縫，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　根據概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處是不可確定的。當然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，故B項正確；因落在中央亮條紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，故讓一個光子通過單縫，落在中央亮條紋的可能性最大，故D項正確。 答案　BD 7．現有a、b、c三束單色光，其波長關系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。當用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為Ek，若改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動能為Ek，當改用c光束照射該金屬板時(　　) A．能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為Ek B．能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為Ek C．能發(fā)生光電效應，飛出的光電子最大動能為Ek D．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會發(fā)生光電效應 解析　對a、b、c三束光由光電效應方程有－W＝Ek，－W＝Ek，由以上兩式可得＝Ek，W＝Ek。當改用c光速照射該金屬板時－W＝Ek－Ek＝Ek，故B項正確。 答案　B 8．(2017北京)2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調的世界上個最強的極紫外激光脈沖，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、霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據此判斷，能夠電離一個分子的能量約為(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，光子的能量應比電離一個分子的能量稍大，因此數量級必須相同，故B項正確。 答案　B　 9．如圖甲所示是研究光電效應的電路圖。某同學利用該裝置在不同實驗條件下得到了三條光電流I與A、K兩極之間的電壓UAK的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖乙所示。則下列說法正確的是(　　) A．甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動能一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動能 B．單位時間內甲光照射光電管發(fā)出光電子比乙光的少 C．用強度相同的甲、丙光照射該光電管，則單位時間內逸出的光電子數相等 D．對于不同種金屬，若照射光頻率不變，則逸出光電子的最大初動能與金屬的逸出功為線性關系 解析　當光照射到K極時，如果入射光的頻率足夠大(大于K極金屬的極限頻率)，就會從K極發(fā)出光電子。當反向電壓增加到某一值時，電流表A中電流就會變?yōu)榱悖藭rmev＝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，根據愛因斯坦光電效應方程可知丙光的最大初動能較大，故丙光的頻率較大，但丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動能不一定比甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動能大，故A項錯誤；對于甲、乙兩束頻率相同的光來說，入射光越強，單位時間內發(fā)射的光電子數越多，故B項錯誤；對甲、丙兩束不同頻率的光來說，光強相同是單位時間內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，每個光子的能量較大，所以單位時間內照射到光電管單位面積上的光子數就較少，所以單位時間內發(fā)出的光電子數就較少，故C項錯誤；對于不同金屬，若照射光頻率不變，根據愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W，知Ek與金屬的逸出功為線性關系，故D項正確。 答案　D　 【解題技巧】 根據遏止電壓的大小比較電子的最大初動能，結合光電效應方程比較入射光的頻率。根據飽和光電流的大小比較光的強度。 B組能力提升題 10．如圖所示，N為鎢板，M為金屬網，它們分別和電池兩極相連，各電池的極性和電動勢在圖中標出。鎢的逸出功為4.5 eV?，F分別用能量不同的光子照射鎢板(各光子的能量在圖上標出)。那么，下列圖中有光電子到達金屬網的是(　　) A．①②③ B．②③④ C．②③ D．③④ 解析　由光電效應方程知，若有光電效應發(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；②所加電壓為正向電壓，只要有光電子逸出，電子就能到達M金屬網，②可以；③④所加電壓為反向電壓，由愛因斯坦的光電效應方程知，入射光的能量為8 eV時，逸出的光電子的最大初動能為3.5 eV，反向電壓必須小于3.5 eV才有光電子到達M金屬網，故③可以，④不能。由上分析知C項對。 答案　C　 11．(多選)如圖所示是氫原子的能級圖，大量處于n＝5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，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向n＝1能級躍遷時釋放的光子，則(　　) A．10種光子中波長最短的是n＝5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產生的 B．10種光子中有4種屬于萊曼系 C．使n＝5能級的氫原子電離至少需要0.85 eV的能量 D．從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放光子的能量 解析　n＝5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產生光子的能量最大，根據E＝知，波長最短，故A項正確；萊曼系是指氫原子由高能級向n＝1能級躍遷時釋放的光子，10種光子中4種屬于萊曼系，所以B項正確；n＝5能級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項錯誤；從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能量為13.6 eV－3.4 eV＝10.2 eV，從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子能量為3.4 eV－1.51 eV＝1.89 eV<10.2 eV，顯然兩者不相等，故D項錯誤。 答案　AB　 12．μ子與氫原子核(質子)構成的原子稱為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，說明μ氫原子是從n＝4能級向低能級躍遷，則吸收的光子的能量為ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好對應著頻率為ν3的光子，故光子的能量為hν3。 答案　C　 13．(多選)如圖所示，這是一個研究光電效應的電路圖，下列敘述正確的是(　　) A．只調換電源的極性，移動滑片P，當電流表示數為零時，電壓表示數為遏止電壓Uc的數值 B．保持光照條件不變，滑片P向右滑動的過程中，電流表示數可能一直增大 C．不改變光束顏色和電路，增大入射光束強度，電流表示數會增大 D．陰極K需要預熱，光束照射后需要一定的時間才會有光電流 解析　當只調換電源的極性時，電子從K到A減速運動，到A恰好速度為零時對應電壓為遏止電壓，所以A項正確；當其他條件不變，P向右滑動，加在光電管兩端的電壓增加，光電子運動更快，由I＝得電流表讀數變大，當達到飽和光電流后，電流表示數不再增加，B項錯誤；只增大入射光束強度時，單位時間內光電子數變多，電流表示數變大，C項正確；因為光電效應的發(fā)生是瞬間的，陰極K不需要預熱，所以D項錯誤。 答案　AC 14．(多選)某同學采用如圖所示的實驗裝置來研究光電效應現象。當用某單色光照射光電管的陰極K時，會發(fā)生光電效應現象。閉合開關S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調節(jié)滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此電壓表的電壓值U稱為遏止電壓，根據遏止電壓，可以計算出光電子的最大初動能Ekm?，F分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到遏止電壓分別為U1和U2，設電子質量為m，電荷量為e，則下列關系式正確的是(　　) A．用頻率為ν1的光照射時，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h＝ 解析　光電子在電場中做減速運動，根據動能定理得－eU1＝0－mv，則得光電子的最大初速度vm1＝，故A項正確；根據愛因斯坦光電效應方程得hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，得金屬的逸出功W0＝hν1－eU1，聯(lián)立得h＝，故B項正確，D項錯誤；陰極K金屬的極限頻率νc＝＝，故C項正確。 答案　ABC 15．氫原子在基態(tài)時軌道半徑r1＝0.5310－10 m，能量E1＝－13.6 eV。求氫原子處于基態(tài)時： (1)電子的動能。 (2)原子的電勢能。 (3)用波長是多少的光照射可使其電離。 解析　(1)設處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為v1， 則k＝， 故電子動能Ek1＝mv＝＝ eV＝13.6 eV。 (2)E1＝Ek1＋Ep1， 故Ep1＝E1－Ek1 ＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV。 (3)設用波長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，原子的能量為E1＝－13.6 eV，當處于n＝3的激發(fā)態(tài)時，能量為E3＝－1.51 eV，則： (1)當氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝1的基態(tài)時，向外輻射的光子的波長是多少？ (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＝，　② 由①②代入數據得 λ＝1.0310－7m。 (2)若要將基態(tài)原子電離 hν＝0－E1， 代入數據得ν＝3.31015Hz。 (3)光子種數 N＝C＝＝3種。 答案　(1)1.0310－7m (2)3.31015 Hz　(3)3種