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)

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，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)間長短無關(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B2．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α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的定性認(rèn)識。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D3．關(guān)于物質(zhì)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(yùn)動的微粒都具有波粒二象性B．運(yùn)動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個(gè)小孔時(shí)，都沒有特定的運(yùn)動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運(yùn)動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實(shí)物的運(yùn)動有特定的軌道，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)動的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動性，而單個(gè)光子的運(yùn)動表現(xiàn)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(shí)際很難觀察到波動性，不是不具有波粒二象性，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案D4．(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(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性C．用紫外線觀察不到類似的圖像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，通過光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性。圖像乙曝光時(shí)間長，通過了大量光子，呈現(xiàn)波動性，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；紫外線本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，故C項(xiàng)錯(cuò)誤。答案ABD5．用波長為2.0×10－7m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4.7×10－19J。由此可知，鎢的極限頻率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×10A．5.5×1014Hz B．7.9×1014HzC．9.8×1014Hz D．1.2×1015Hz解析本題考查光電效應(yīng)方程，意在考查考生對光電效應(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＝eq\f(c,λ)，所以鎢的極限頻率ν0＝eq\f(c,λ)－eq\f(Ek,h)＝7.9×1014Hz，B項(xiàng)正確。答案B6．(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，對于一個(gè)光子通過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)光子通過單縫，落在中央亮條紋的可能性最大，故D項(xiàng)正確。答案BD7．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(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eq\f(1,3)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能為eq\f(1,6)EkB．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,9)EkC．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,12)EkD．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會發(fā)生光電效應(yīng)解析對a、b、c三束光由光電效應(yīng)方程有eq\f(hc,λa)－W＝Ek，eq\f(hc,2λa)－W＝eq\f(1,3)Ek，由以上兩式可得eq\f(hc,λa)＝eq\f(4,3)Ek，W＝eq\f(1,3)Ek。當(dāng)改用c光速照射該金屬板時(shí)eq\f(hc,3λa)－W＝eq\f(4,9)Ek－eq\f(1,3)Ek＝eq\f(1,9)Ek，故B項(xiàng)正確。答案B8．(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100nm(1nm＝10－9m)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＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×10A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J解析一個(gè)處于極紫外波段的光子的能量為E＝heq\f(c,λ)＝2×10－18J，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)量級必須相同，故B項(xiàng)正確。答案B9．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(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(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(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中電流就會變?yōu)榱?，此時(shí)eq\f(1,2)meveq\o\al(2,c)＝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)愛因斯坦光電效應(yīng)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(xiàng)錯(cuò)誤；對于甲、乙兩束頻率相同的光來說，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；對甲、丙兩束不同頻率的光來說，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；對于不同金屬，若照射光頻率不變，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，知Ek與金屬的逸出功為線性關(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勢在圖中標(biāo)出。鎢的逸出功為4.5eV?，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．②③④C．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，由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程知，入射光的能量為8eV時(shí)，逸出的光電子的最大初動能為3.5eV，反向電壓必須小于3.5eV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。答案C11．(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(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向n＝1能級躍遷時(shí)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(shí)產(chǎn)生的B．10種光子中有4種屬于萊曼系C．使n＝5能級的氫原子電離至少需要0.85eV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(shí)產(chǎn)生光子的能量最大，根據(jù)E＝eq\f(hc,λ)知，波長最短，故A項(xiàng)正確；萊曼系是指氫原子由高能級向n＝1能級躍遷時(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能級的氫原子具有的能量為－0.54eV，故要使其發(fā)生電離能量變?yōu)?，至少需要的能量為0.54eV，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能量為13.6eV－3.4eV＝10.2eV，從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子能量為3.4eV－1.51eV＝1.89eV<10.2eV，顯然兩者不相等，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案AB12．μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)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(yīng)著頻率為ν3的光子，故光子的能量為hν3。答案C13．(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向右滑動的過程中，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，到A恰好速度為零時(shí)對應(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，加在光電管兩端的電壓增加，光電子運(yùn)動更快，由I＝eq\f(q,t)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AC14．(多選)某同學(xué)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)用某單色光照射光電管的陰極K時(shí)，會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)節(jié)滑動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能Ekm?，F(xiàn)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(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＝eq\r(\f(2eU1,m))B．陰極K金屬的逸出功W0＝hν1－eU1C．陰極K金屬的極限頻率νc＝eq\f(U1ν2－U2ν1,U1－U2)D．普朗克常數(shù)h＝eq\f(eU1－U2,ν2－ν1)解析光電子在電場中做減速運(yùn)動，根據(jù)動能定理得－eU1＝0－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m1)，則得光電子的最大初速度vm1＝eq\r(\f(2eU1,m))，故A項(xiàng)正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(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＝eq\f(eU1－U2,ν1－ν2)，故B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；陰極K金屬的極限頻率νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(U1ν2－U2ν1,U1－U2)，故C項(xiàng)正確。答案ABC15．氫原子在基態(tài)時(shí)軌道半徑r1＝0.53×10－10m，能量E1(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(shè)處于基態(tài)的氫原子核外電子速度為v1，則k·eq\f(e2,r\o\al(2,1))＝eq\f(mv\o\al(2,1),r1)，故電子動能Ek1＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝eq\f(ke2,2r1)＝eq\f(9×109×1.6×10－192,2×0.53×10－10×1.6×10－19)eV＝13.6eV。(2)E1＝Ek1＋Ep1，故Ep1＝E1－Ek1＝－13.6eV－13.6eV＝－27.2eV。(3)設(shè)用波長λ的光照射可使氫原子電離：eq\f(hc,λ)＝0－E1，λ＝－eq\f(hc,E1)＝eq\f(－6.63×10－34×3×108,－13.6×1.6×10－19)m＝0.9141×10－7m答案(1)13.6eV(2)－27.2eV(3)0.9141×10－716．氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子的能量為E1＝－13.6eV，當(dāng)處于n＝3的激發(fā)態(tài)時(shí)，能量為E3＝－1.51eV，則