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第四章 原子结构和波粒二象性测评卷2021-2022学年物理选择性必修第三册人教版2019（Word含解析）
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册全册综合课后作业题，共7页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
第四章 原子结构和波粒二象性
(本试卷满分100分,考试用时75分钟)
一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2021上海外国语附中高二上期末改编)首先揭示原子结构复杂性的物理实验或现象是 ( )
A.电子的发现 B.α粒子散射实验
C.黑体辐射 D.光电效应
2.(2021山东滨州高二下期中)新冠肺炎疫情防控中有一个重要环节是对外来人员进行体温检测,检测用的测温枪的工作原理就是黑体辐射定律。黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知,下列描述正确的是 ( )
A.随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加
B.温度降低,可能部分波长的辐射强度会减小
C.随温度升高,辐射强度的极大值向频率较小的方向移动
D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
3.(2021广东实验中学高二下期中)如图所示,把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上,当用某频率的紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,下列说法正确的是 ( )
A.锌板带正电,验电器带正电
B.锌板带负电,验电器带负电
C.若改用蓝光照射锌板,验电器的指针一定不会偏转
D.若改用红外线照射锌板,只要照射时间足够长,验电器的指针一定也会偏转
4.(2021山东济南长清一中高二下月考)关于玻尔的氢原子模型,下列说法正确的是 ( )
A.按照玻尔的观点,电子在一系列定态轨道上运动时向外辐射电磁波
B.电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁到高能级
C.一群电子从能量较高的定态轨道(n>2)跃迁到基态时,只能放出一种频率的光子
D.玻尔的氢原子模型彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷,原子结构从此不再神秘
5.(2021河北玉田一中高二下月考)关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 ( )
A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的“西瓜模型”
B.使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子,当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转,当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分
D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
6.(2020浙江湖州中学、嘉兴一中高二下期中)在α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点,虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用,那么关于该原子核的位置,下列说法中正确的是 ( )
A.可能在①区域 B.一定在②区域
C.可能在③、④区域 D.一定在⑤区域
7.(2021山东泰安高三一模)单色光B的频率为单色光A的1.5倍,单色光A照射到某金属表面时,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E1;单色光B照射到该金属表面时,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E2,则该金属的逸出功为 ( )
A.2E2-3E1 B.2E1-3E2
C.E2-1.5E1 D.E2+E12
8.(2021福建厦门大同中学高二下期中)光电管是光控电路的核心元件。如图为一种在自动化控制中常用的光控继电器示意图,当用一束单色光照射光电管时,未能发生光电效应。为使光电管发生光电效应,下列可采取的措施是 ( )
A.增大该光的照射强度 B.延长该光的照射时间
C.改用频率更高的光照射光电管 D.改用波长更长的光照射光电管
9.(2021山东日照高二下期末)如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出6种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,则( )
A.6种光子中能量最小的是氢原子从n=4激发态跃迁到基态时产生的
B.6种光子中有3种属于巴耳末系
C.使处于n=2能级的氢原子电离至少需要13.6 eV的能量
D.若从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子恰能使某金属发生光电效应,则在这6种光子中共有4种光子也一定能使该金属发生光电效应
10.(2021山东青岛高二下期中)人们利用光电效应原理制作了紫外光电管,来对油库等重要场所进行火灾报警,其工作电路如图。只有当明火中的紫外线照射到阴极K时,电流表有示数同时报警装置启动。已知太阳光中紫外线波长在3.0×10-7~4.0×10-7 m之间,而明火中的紫外线波长在2.0×10-7~2.7×10-7 m之间,下列说法正确的是 ( )
A.通过电流表的电流是由c到d
B.只有明火照射时间足够长,电流表才会有示数
C.可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化
D.为避免太阳光中紫外线干扰,阴极K材料的极限频率应大于1.5×1015 Hz
二、多项选择题(本题共5小题,每小题5分,共25分。全选对得5分,选对但不全得3分,选错或不选得0分)
11.(2021黑龙江铁人中学高三月考)用光照射某种金属时,逸出的光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化关系如图所示。已知普朗克常量为h,下列说法正确的是 ( )
A.该金属的逸出功随入射光频率增大而增大
B.该金属的极限频率为ν0
C.该图线的斜率表示普朗克常量h
D.用频率为2ν0的光照射该金属,逸出的光电子的最大初动能为2hν0
12.(2021福建莆田高二下期末)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。则下列说法正确的是 ( )
A.钛的逸出功为6.67×10-19 J
B.钛的极限频率为1.0×1015 Hz
C.由图线可知光电子的最大初动能和入射光频率成正比
D.由图线可求得普朗克常量为6.67×10-34 J·s
13.(2021江西新余新钢中学高二下月考)已知光速为c,普朗克常量为h,现用频率为ν的单色光垂直照射平面镜,光全部被平面镜垂直反射回去,则 ( )
A.光子动量为ℎcν
B.光子能量为hν
C.平面镜对光反射前后,光子动量的变化量为2ℎνc
D.平面镜对一个光子的冲量为2ℎνc
14.(2021天津武清高二下测试)氢原子能级图如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV~3.11 eV,下列说法正确的是 ( )
A.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出2种不同频率的可见光
B.大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时所发出的光子通过同一双缝干涉实验装置,从n=4能级直接跃迁到n=1能级发出的光子的干涉条纹最宽
C.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离
D.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光是紫外线
15.(2021浙江宁波效实中学高二下期中)某金属在光的照射下发生光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图所示。已知普朗克常量为h。则由图像可知 ( )
A.该金属的逸出功等于hν0
B.该金属的逸出功等于eU
C.普朗克常量h=eUν0
D.当入射光频率为2ν0时遏止电压是2U
三、非选择题(本题共4小题,共35分)
16.(7分)(2021湖北麻城二中高二下月考)氢原子的能级图如图所示,某金属的极限频率恰等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的频率。现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光去照射该金属,求:
(1)该金属的逸出功为多少电子伏特;
(2)从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏特。
17.(8分)(2021辽宁沈阳市郊联体高二下期末)已知氢原子处于基态时能量为E1,处于量子数为n的激发态时能量为E1n2,普朗克常量为h。氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时所放出的光子,正好使某种金属材料发生光电效应。用一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时发出的光照射该金属。求:
(1)该金属的截止频率ν0;
(2)产生光电子的最大初动能Ek。
18.(9分)(2021江苏省如皋中学高二下月考)氢原子的核外电子处于第三轨道上,当它向能级较低的轨道跃迁时,放出光子,则:
(1)放出光子的最长波长和最短波长之比是多少?
(2)若电离处于n=3能级的氢原子,至少需要给它多少能量?(已知E1=-13.6 eV,En=E1n2)
19.(11分)(2021重庆南开中学高二下期中)如图所示,某同学利用下列实验装置研究光电效应。首先,该同学用频率为ν1的光照射光电管,此时电路中有电流。调节滑动变阻器,使电流表μA示数恰好变为0,记下此时电压表的示数U1。然后,再用频率为ν2的光照射光电管,同样调节滑动变阻器,使电流表示数恰好变为0,记下此时电压表的示数U2。已知电子的电荷量为e,请根据以上实验步骤:
(1)推导普朗克常量实验测定值h;
(2)求阴极K金属的极限频率νc;
(3)若阴极材料的极限频率为ν0,用频率为ν的紫外线照射阴极,并调节滑动变阻器,使得阳极A和阴极K之间的电势差为UAK>0,求电子到达阳极A时的最大动能。
答案
第四章 原子结构和波粒二象性
1.A 电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有结构,故A正确。
2.A 黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,A正确;由图可知,随着温度的降低,各种波长的辐射强度都减小,故B错误;随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,即向频率较大的方向移动,反之,随着温度的降低,黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动,故C、D错误。
3.A 用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,则验电器的金属球和金属指针带正电,故A正确,B错误;当入射光的频率达到极限频率,就可以发生光电效应,因为蓝光和红外线的频率小于紫光,所以,不一定发生光电效应,验电器的指针不一定发生偏转,故C、D错误。
4.B 按照玻尔的观点,电子在一系列定态轨道上运动时不向外辐射电磁波,状态是稳定的,故A错误;电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁到高能级,故B正确;一群电子从能量较高的定态轨道(n>2)跃迁到基态时,能放出多种频率的光子,故C错误;玻尔的氢原子模型没有彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷,量子力学才彻底解决,故D错误。
5.C 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型;故A错误;B.使α粒子发生偏转的力是来自带正电的核子的斥力作用,故B错误;从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个原子的很小空间,并不是正电荷均匀分布在原子核内,故C正确;原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的几乎全部质量,故D错误。
6.B α粒子带正电,原子核也带正电,原子核对靠近它的α粒子产生库仑斥力,由α粒子运动轨迹的弯曲方向可知库仑斥力向下,所以原子核一定在②区域,故B正确。
7.A 设单色光A的频率为ν,则单色光B的频率为1.5ν,金属的逸出功为W0,根据爱因斯坦光电效应方程可知E1=hν-W0,E2=1.5hν-W0,解得W0=2E2-3E1,故A正确。
8.C 是否发生光电效应,取决于入射光的频率是否超过极限频率,故可以改用频率更高的光照射光电管,与入射光的强度及照射时间无关,故A、B错误,C正确;改用波长更长的光,由ν=vλ可知,频率更低,更不可能发生光电效应,故D错误。
9.D 根据氢光谱的特点可知,从n=4激发态跃迁到n=3激发态时产生光子的能量最小,故A错误;巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,6种光子中从(n=4)→(n=2)与(n=3)→(n=2)的属于巴耳末系,即2种,故B错误;n=2能级的氢原子具有的能量为-3.4 eV,故要使其发生电离能量变为0,至少需要3.4 eV的能量,故C错误;从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量为E42=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV,恰能使某金属板发生光电效应,而从n=4能级跃迁到n=3能级释放的光子的能量为E43=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV<2.55 eV,不能使该板发生光电效应,从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量为E32=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<2.55 eV,不能使该板发生光电效应,而其它四种的能量均大于2.55 eV,一定能使该金属板发生光电效应,故D正确。
10.C 光电子是从c到d通过电流表,而电流方向与电子定向移动方向相反,则通过电流表的电流是由d到c,故A错误;光电效应具有瞬时性,只要明火中的紫外线照射到K极,电流表就有示数,故B错误;若火情变大,则明火中会有更多且更高频率的紫外线照射到K极上,将有更多的光电子运动到A极板,形成更大的光电流,电压表示数变大,反之,则电压表示数变小,所以可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化,故C正确;当发生明火时,需要启动报警装置,根据c=λf可知,明火中的紫外线频率主要在1.1×1015~1.5×1015 Hz之间,则K极材料的极限频率应大于1.1×1015 Hz,故D错误。
11.BC 该金属的逸出功由材料决定,与入射光频率无关,故A错误;由图可知,当入射光的频率为v0恰发生光电效应,故该金属的极限频率为v0,故B正确;光电效应方程为Ek=hν-W0,对比图线可知,斜率表示普朗克常量h,故C正确;当Ek=0时,可得逸出功W0=hν0,当用频率为2v0的光照射该金属时,根据光电效应方程有Ek=h·2ν0-W0=hν0,则逸出的光电子的最大初动能为hν0,故D错误。
12.ABD 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=12mvm2=hν-W0可知,图线的斜率表示普朗克常量,则有h=ΔEkΔν=1×10-18-0(2.5-1.0)×1015 J·s=6.67×10-34 J·s,当最大初动能为零时,入射光的频率等于金属的极限频率,则钛的极限频率为ν0=1.0×1015 Hz,可知钛的逸出功W0=hν0=6.67×10-34×1.0×1015 J=6.67×10-19 J,故A、B、D正确。由图可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故C错误。
13.BCD 光子的动量为ℎvc,故A错误;光子的能量为hv,故B正确;根据动量定理,平面镜对一个光子的冲量为I=Δp=2ℎvc,故C、D正确。
14.AC 大量处于n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时其光子能量在可见光能量范围内,另外,n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时其光子能量也在可见光能量范围内,而其它能级皆不在可见光的能量范围内,故A正确;从n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级时释放出的光子频率最大,波长最短,由Δx=Ldλ可知,从n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级时释放出的光子束对应的干涉条纹间距最窄,故B错误;处于n=3能级的氢原子能量是-1.51 eV,紫外线的频率大于可见光,因此紫外线光子的能量大于3.11 eV,所以吸收紫外线后,能量大于0,氢原子发生电离,故C正确;氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出光子的能量小于1.51 eV,即小于1.62 eV,小于可见光频率,紫外线的能量大于3.11 eV,故不可能为紫外线,故D错误。
15.ABC 根据光电效应方程有eUC=hν-W0,当UC=0时,有hν0=W0,则该金属的逸出功等于hν0,故A正确;图像中纵轴截止与公式中的常数项相对应,有UC=ℎνe-W0e,-W0e=-U,解得W0=eU,故B正确;图像中斜率与公式中的自变量前面系数相对应,有ℎe=|k|=Uν0,解得h=eUν0,故C正确;对当入射光频率为2ν0时,有eUC=h×2ν0-W0,
解得UC=ℎν0e=U,故D错误。
16.答案 (1)2.55 eV (2)7.65 eV
解析 (1)因该金属的极限频率恰等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的频率,则有
hν0=W0=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV(2分)
(2)氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出光子的能量E=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV(2分)
从该金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek=E-W0 (2分)
解得Ek=7.65 eV(1分)
17.答案 (1)-3E14ℎ (2)-316E1
解析 (1)由爱因斯坦光电效应方程有:E14-E1=hν0 (2分)
解得ν0=-3E14ℎ (1分)
(2)氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的能量最大,即hν=E116-E1=-1516E1 (2分)
由爱因斯坦光电效应方程有hν=Ek+W0=Ek+hν0 (2分)
解得Ek=-316E1 (1分)
18.答案 (1)325 (2)1.51 eV
解析 (1)n=2能级的能量为E2=122E1=14E1 (1分)
n=3能级的能量为E3=132E1=19E1 (1分)
当氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光子的波长最长,即
ℎcλmax=E3-E2=-536E1 (2分)
当氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光子的波长最短,即
hcλmin=E3-E1=-89E1 (2分)
解得λmaxλmin=325 (1分)
(2)处于n=3能级的氢原子的能量为E3=132E1=19E1=19×(-13.6 eV)=-1.51 eV(1分)
若电离处于n=3能级的氢原子,至少需要给它1.51 eV的能量。 (1分)
19.答案 (1)e(U2-U1)ν2-ν1 (2)U2ν1-U1ν2U2-U1 (3)eUAK+e(U2-U1)(ν-ν0)ν2-ν1
解析 (1)根据爱因斯坦光电效应方程有:hν-W0=Ek,-eUc=0-Ek
则hν1-W0=eU1 (2分)
hν2-W0=eU2 (2分)
解得h=e(U2-U1)ν2-ν1 (1分)
(2)由于hν1-W0=eU1,W0=hνc(2分)
解得νc=U2ν1-U1ν2U2-U1 (1分)
(3)根据爱因斯坦光电效应方程有hν-hν0=Ek,eUAK=Ekm-Ek(2分)
解得Ekm=eUAK+e(U2-U1)(ν-ν0)ν2-ν1 (1分)
第四章 原子结构和波粒二象性
(本试卷满分100分,考试用时75分钟)
一、单项选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.(2021上海外国语附中高二上期末改编)首先揭示原子结构复杂性的物理实验或现象是 ( )
A.电子的发现 B.α粒子散射实验
C.黑体辐射 D.光电效应
2.(2021山东滨州高二下期中)新冠肺炎疫情防控中有一个重要环节是对外来人员进行体温检测,检测用的测温枪的工作原理就是黑体辐射定律。黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知,下列描述正确的是 ( )
A.随着温度升高,各种波长的辐射强度都有增加
B.温度降低,可能部分波长的辐射强度会减小
C.随温度升高,辐射强度的极大值向频率较小的方向移动
D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
3.(2021广东实验中学高二下期中)如图所示,把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上,当用某频率的紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,下列说法正确的是 ( )
A.锌板带正电,验电器带正电
B.锌板带负电,验电器带负电
C.若改用蓝光照射锌板,验电器的指针一定不会偏转
D.若改用红外线照射锌板,只要照射时间足够长,验电器的指针一定也会偏转
4.(2021山东济南长清一中高二下月考)关于玻尔的氢原子模型,下列说法正确的是 ( )
A.按照玻尔的观点,电子在一系列定态轨道上运动时向外辐射电磁波
B.电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁到高能级
C.一群电子从能量较高的定态轨道(n>2)跃迁到基态时,只能放出一种频率的光子
D.玻尔的氢原子模型彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷,原子结构从此不再神秘
5.(2021河北玉田一中高二下月考)关于α粒子散射实验,下列说法正确的是 ( )
A.卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的“西瓜模型”
B.使α粒子发生明显偏转的力来自带正电的核及核外电子,当α粒子接近核时是核的斥力使α粒子偏转,当α粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转
C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分
D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量
6.(2020浙江湖州中学、嘉兴一中高二下期中)在α粒子散射实验中,某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图中实线所示。图中P、Q为轨迹上的点,虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为五个区域。不考虑其他原子核对该α粒子的作用,那么关于该原子核的位置,下列说法中正确的是 ( )
A.可能在①区域 B.一定在②区域
C.可能在③、④区域 D.一定在⑤区域
7.(2021山东泰安高三一模)单色光B的频率为单色光A的1.5倍,单色光A照射到某金属表面时,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E1;单色光B照射到该金属表面时,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为E2,则该金属的逸出功为 ( )
A.2E2-3E1 B.2E1-3E2
C.E2-1.5E1 D.E2+E12
8.(2021福建厦门大同中学高二下期中)光电管是光控电路的核心元件。如图为一种在自动化控制中常用的光控继电器示意图,当用一束单色光照射光电管时,未能发生光电效应。为使光电管发生光电效应,下列可采取的措施是 ( )
A.增大该光的照射强度 B.延长该光的照射时间
C.改用频率更高的光照射光电管 D.改用波长更长的光照射光电管
9.(2021山东日照高二下期末)如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出6种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,则( )
A.6种光子中能量最小的是氢原子从n=4激发态跃迁到基态时产生的
B.6种光子中有3种属于巴耳末系
C.使处于n=2能级的氢原子电离至少需要13.6 eV的能量
D.若从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子恰能使某金属发生光电效应,则在这6种光子中共有4种光子也一定能使该金属发生光电效应
10.(2021山东青岛高二下期中)人们利用光电效应原理制作了紫外光电管,来对油库等重要场所进行火灾报警,其工作电路如图。只有当明火中的紫外线照射到阴极K时,电流表有示数同时报警装置启动。已知太阳光中紫外线波长在3.0×10-7~4.0×10-7 m之间,而明火中的紫外线波长在2.0×10-7~2.7×10-7 m之间,下列说法正确的是 ( )
A.通过电流表的电流是由c到d
B.只有明火照射时间足够长,电流表才会有示数
C.可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化
D.为避免太阳光中紫外线干扰,阴极K材料的极限频率应大于1.5×1015 Hz
二、多项选择题(本题共5小题,每小题5分,共25分。全选对得5分,选对但不全得3分,选错或不选得0分)
11.(2021黑龙江铁人中学高三月考)用光照射某种金属时,逸出的光电子的最大初动能Ek随入射光频率ν变化关系如图所示。已知普朗克常量为h,下列说法正确的是 ( )
A.该金属的逸出功随入射光频率增大而增大
B.该金属的极限频率为ν0
C.该图线的斜率表示普朗克常量h
D.用频率为2ν0的光照射该金属,逸出的光电子的最大初动能为2hν0
12.(2021福建莆田高二下期末)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。则下列说法正确的是 ( )
A.钛的逸出功为6.67×10-19 J
B.钛的极限频率为1.0×1015 Hz
C.由图线可知光电子的最大初动能和入射光频率成正比
D.由图线可求得普朗克常量为6.67×10-34 J·s
13.(2021江西新余新钢中学高二下月考)已知光速为c,普朗克常量为h,现用频率为ν的单色光垂直照射平面镜,光全部被平面镜垂直反射回去,则 ( )
A.光子动量为ℎcν
B.光子能量为hν
C.平面镜对光反射前后,光子动量的变化量为2ℎνc
D.平面镜对一个光子的冲量为2ℎνc
14.(2021天津武清高二下测试)氢原子能级图如图所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV~3.11 eV,下列说法正确的是 ( )
A.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出2种不同频率的可见光
B.大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时所发出的光子通过同一双缝干涉实验装置,从n=4能级直接跃迁到n=1能级发出的光子的干涉条纹最宽
C.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离
D.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,发出的光是紫外线
15.(2021浙江宁波效实中学高二下期中)某金属在光的照射下发生光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图所示。已知普朗克常量为h。则由图像可知 ( )
A.该金属的逸出功等于hν0
B.该金属的逸出功等于eU
C.普朗克常量h=eUν0
D.当入射光频率为2ν0时遏止电压是2U
三、非选择题(本题共4小题,共35分)
16.(7分)(2021湖北麻城二中高二下月考)氢原子的能级图如图所示,某金属的极限频率恰等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的频率。现在用氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出的光去照射该金属,求:
(1)该金属的逸出功为多少电子伏特;
(2)从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏特。
17.(8分)(2021辽宁沈阳市郊联体高二下期末)已知氢原子处于基态时能量为E1,处于量子数为n的激发态时能量为E1n2,普朗克常量为h。氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时所放出的光子,正好使某种金属材料发生光电效应。用一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时发出的光照射该金属。求:
(1)该金属的截止频率ν0;
(2)产生光电子的最大初动能Ek。
18.(9分)(2021江苏省如皋中学高二下月考)氢原子的核外电子处于第三轨道上,当它向能级较低的轨道跃迁时,放出光子,则:
(1)放出光子的最长波长和最短波长之比是多少?
(2)若电离处于n=3能级的氢原子,至少需要给它多少能量?(已知E1=-13.6 eV,En=E1n2)
19.(11分)(2021重庆南开中学高二下期中)如图所示,某同学利用下列实验装置研究光电效应。首先,该同学用频率为ν1的光照射光电管,此时电路中有电流。调节滑动变阻器,使电流表μA示数恰好变为0,记下此时电压表的示数U1。然后,再用频率为ν2的光照射光电管,同样调节滑动变阻器,使电流表示数恰好变为0,记下此时电压表的示数U2。已知电子的电荷量为e,请根据以上实验步骤:
(1)推导普朗克常量实验测定值h;
(2)求阴极K金属的极限频率νc;
(3)若阴极材料的极限频率为ν0,用频率为ν的紫外线照射阴极,并调节滑动变阻器,使得阳极A和阴极K之间的电势差为UAK>0,求电子到达阳极A时的最大动能。
答案
第四章 原子结构和波粒二象性
1.A 电子的发现使人们认识到原子不是组成物质的最小微粒,原子本身也有结构,故A正确。
2.A 黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,黑体辐射的强度越大,A正确;由图可知,随着温度的降低,各种波长的辐射强度都减小,故B错误;随着温度的升高,黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,即向频率较大的方向移动,反之,随着温度的降低,黑体辐射强度的极大值向波长较长的方向移动,故C、D错误。
3.A 用紫外线照射锌板,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,则验电器的金属球和金属指针带正电,故A正确,B错误;当入射光的频率达到极限频率,就可以发生光电效应,因为蓝光和红外线的频率小于紫光,所以,不一定发生光电效应,验电器的指针不一定发生偏转,故C、D错误。
4.B 按照玻尔的观点,电子在一系列定态轨道上运动时不向外辐射电磁波,状态是稳定的,故A错误;电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁到高能级,故B正确;一群电子从能量较高的定态轨道(n>2)跃迁到基态时,能放出多种频率的光子,故C错误;玻尔的氢原子模型没有彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷,量子力学才彻底解决,故D错误。
5.C 卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型;故A错误;B.使α粒子发生偏转的力是来自带正电的核子的斥力作用,故B错误;从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个原子的很小空间,并不是正电荷均匀分布在原子核内,故C正确;原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的几乎全部质量,故D错误。
6.B α粒子带正电,原子核也带正电,原子核对靠近它的α粒子产生库仑斥力,由α粒子运动轨迹的弯曲方向可知库仑斥力向下,所以原子核一定在②区域,故B正确。
7.A 设单色光A的频率为ν,则单色光B的频率为1.5ν,金属的逸出功为W0,根据爱因斯坦光电效应方程可知E1=hν-W0,E2=1.5hν-W0,解得W0=2E2-3E1,故A正确。
8.C 是否发生光电效应,取决于入射光的频率是否超过极限频率,故可以改用频率更高的光照射光电管,与入射光的强度及照射时间无关,故A、B错误,C正确;改用波长更长的光,由ν=vλ可知,频率更低,更不可能发生光电效应,故D错误。
9.D 根据氢光谱的特点可知,从n=4激发态跃迁到n=3激发态时产生光子的能量最小,故A错误;巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,6种光子中从(n=4)→(n=2)与(n=3)→(n=2)的属于巴耳末系,即2种,故B错误;n=2能级的氢原子具有的能量为-3.4 eV,故要使其发生电离能量变为0,至少需要3.4 eV的能量,故C错误;从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量为E42=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV,恰能使某金属板发生光电效应,而从n=4能级跃迁到n=3能级释放的光子的能量为E43=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV<2.55 eV,不能使该板发生光电效应,从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子的能量为E32=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV<2.55 eV,不能使该板发生光电效应,而其它四种的能量均大于2.55 eV,一定能使该金属板发生光电效应,故D正确。
10.C 光电子是从c到d通过电流表,而电流方向与电子定向移动方向相反,则通过电流表的电流是由d到c,故A错误;光电效应具有瞬时性,只要明火中的紫外线照射到K极,电流表就有示数,故B错误;若火情变大,则明火中会有更多且更高频率的紫外线照射到K极上,将有更多的光电子运动到A极板,形成更大的光电流,电压表示数变大,反之,则电压表示数变小,所以可以通过图中电流表示数的变化监测火情的变化,故C正确;当发生明火时,需要启动报警装置,根据c=λf可知,明火中的紫外线频率主要在1.1×1015~1.5×1015 Hz之间,则K极材料的极限频率应大于1.1×1015 Hz,故D错误。
11.BC 该金属的逸出功由材料决定,与入射光频率无关,故A错误;由图可知,当入射光的频率为v0恰发生光电效应,故该金属的极限频率为v0,故B正确;光电效应方程为Ek=hν-W0,对比图线可知,斜率表示普朗克常量h,故C正确;当Ek=0时,可得逸出功W0=hν0,当用频率为2v0的光照射该金属时,根据光电效应方程有Ek=h·2ν0-W0=hν0,则逸出的光电子的最大初动能为hν0,故D错误。
12.ABD 根据爱因斯坦光电效应方程Ek=12mvm2=hν-W0可知,图线的斜率表示普朗克常量,则有h=ΔEkΔν=1×10-18-0(2.5-1.0)×1015 J·s=6.67×10-34 J·s,当最大初动能为零时,入射光的频率等于金属的极限频率,则钛的极限频率为ν0=1.0×1015 Hz,可知钛的逸出功W0=hν0=6.67×10-34×1.0×1015 J=6.67×10-19 J,故A、B、D正确。由图可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故C错误。
13.BCD 光子的动量为ℎvc,故A错误;光子的能量为hv,故B正确;根据动量定理,平面镜对一个光子的冲量为I=Δp=2ℎvc,故C、D正确。
14.AC 大量处于n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时其光子能量在可见光能量范围内,另外,n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时其光子能量也在可见光能量范围内,而其它能级皆不在可见光的能量范围内,故A正确;从n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级时释放出的光子频率最大,波长最短,由Δx=Ldλ可知,从n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级时释放出的光子束对应的干涉条纹间距最窄,故B错误;处于n=3能级的氢原子能量是-1.51 eV,紫外线的频率大于可见光,因此紫外线光子的能量大于3.11 eV,所以吸收紫外线后,能量大于0,氢原子发生电离,故C正确;氢原子从高能级向n=3能级跃迁时发出光子的能量小于1.51 eV,即小于1.62 eV,小于可见光频率,紫外线的能量大于3.11 eV,故不可能为紫外线,故D错误。
15.ABC 根据光电效应方程有eUC=hν-W0,当UC=0时,有hν0=W0,则该金属的逸出功等于hν0,故A正确;图像中纵轴截止与公式中的常数项相对应,有UC=ℎνe-W0e,-W0e=-U,解得W0=eU,故B正确;图像中斜率与公式中的自变量前面系数相对应,有ℎe=|k|=Uν0,解得h=eUν0,故C正确;对当入射光频率为2ν0时,有eUC=h×2ν0-W0,
解得UC=ℎν0e=U,故D错误。
16.答案 (1)2.55 eV (2)7.65 eV
解析 (1)因该金属的极限频率恰等于氢原子由n=4能级跃迁到n=2能级所发出的光的频率,则有
hν0=W0=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV(2分)
(2)氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级时发出光子的能量E=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV(2分)
从该金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek=E-W0 (2分)
解得Ek=7.65 eV(1分)
17.答案 (1)-3E14ℎ (2)-316E1
解析 (1)由爱因斯坦光电效应方程有:E14-E1=hν0 (2分)
解得ν0=-3E14ℎ (1分)
(2)氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的能量最大,即hν=E116-E1=-1516E1 (2分)
由爱因斯坦光电效应方程有hν=Ek+W0=Ek+hν0 (2分)
解得Ek=-316E1 (1分)
18.答案 (1)325 (2)1.51 eV
解析 (1)n=2能级的能量为E2=122E1=14E1 (1分)
n=3能级的能量为E3=132E1=19E1 (1分)
当氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光子的波长最长,即
ℎcλmax=E3-E2=-536E1 (2分)
当氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光子的波长最短,即
hcλmin=E3-E1=-89E1 (2分)
解得λmaxλmin=325 (1分)
(2)处于n=3能级的氢原子的能量为E3=132E1=19E1=19×(-13.6 eV)=-1.51 eV(1分)
若电离处于n=3能级的氢原子,至少需要给它1.51 eV的能量。 (1分)
19.答案 (1)e(U2-U1)ν2-ν1 (2)U2ν1-U1ν2U2-U1 (3)eUAK+e(U2-U1)(ν-ν0)ν2-ν1
解析 (1)根据爱因斯坦光电效应方程有:hν-W0=Ek,-eUc=0-Ek
则hν1-W0=eU1 (2分)
hν2-W0=eU2 (2分)
解得h=e(U2-U1)ν2-ν1 (1分)
(2)由于hν1-W0=eU1,W0=hνc(2分)
解得νc=U2ν1-U1ν2U2-U1 (1分)
(3)根据爱因斯坦光电效应方程有hν-hν0=Ek,eUAK=Ekm-Ek(2分)
解得Ekm=eUAK+e(U2-U1)(ν-ν0)ν2-ν1 (1分)
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