专题74 波粒二象性 原子结构——2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

2023年高考物理一轮复习小题多维练（广东专用）

专题74  波粒二象性 原子结构

（时间：30分钟）

1、以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应，换同样频率为的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）（　　）

A． B．

C．U=2h-W D．

【答案】  B

【解析】

根据题意可知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率的强烈激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为

则有

解得

故B正确，ACD错误。

故选B。

2、如图为氢原子发射光谱，Hα、Hβ、Hγ、是其中的四条光谱线，下列说法正确的是（　　）

A．氢原子发射光谱属于连续光谱

B．Hα谱线对应光子的能量最大

C．谱线对应光子的频率最小

D．该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生

【答案】  D

【解析】

A．氢原子发射光谱属于线状谱。A错误；

B．Hα谱线波长最长，频率最小，所以光子能量最小。B错误；

C．谱线波长最短，频率最大。C错误；

D．该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生。D正确。

故选D。

3、（多选）大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极K。已知氢原子的部分能级图如左图所示，阴极K为金属钨，其逸出功为4.54eV。则下列说法中正确的是（　　）

A．这些氢原子最多能发出6种不同频率的光

B．跃迁到基态时，会辐射射线

C．能使金属钨发生光电效应的光有3种

D．若将电源的正负极调换，电路中的光电流将变为0

【答案】  AC

【解析】

A．这些氢原子最多能发出种不同频率的光，故A正确；

B．γ射线是原子核从高能级向低能级跃迁时放出的，故B错误。

C．根据跃迁规律可知从n=4向n=1跃迁时辐射光子的能量为hv=E4-E1=12.75eV，从n=3向n=1跃迁时辐射光子的能量为hv=E3-E1=12.09eV，从n=2向n=1跃迁时辐射光子的能量为hv=E2-E1=10.2eV，故能使金属钨发生光电效应的光有3种，故C正确。

D．若将电源的正负极调换，加反向电压，当电压小于遏止电压时，电路中的光电流不为0，故D错误。

故选AC。

4、（多选）氢原子钟通过原子能级跃迁时辐射出来的电磁波控制校准石英钟，是一种精密的计时器具。如图所示为氢原子的能级图，下列判断正确的是（　　）

A．一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，能产生6种频率的光子

B．氢原子的核外电子吸收能量从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，其动能增加

C．已知钾的逸出功为2.22 eV，用n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为0.33 eV

D．用能量为3.0eV的光子照射，氢原子不能从n＝2能级跃迁到n＝4能级

【答案】  CD

【解析】

A．一个氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时，最多能从n＝4能级跃迁到n＝3能级，再从n＝3能级跃迁到n＝2能级，再从n＝2能级跃迁到n＝1能级产生三种频率的光子，故A错误；

B．核外电子绕核做圆周运动，满足

轨道半径r越大，电子的动能越小，故B错误；

C．用n＝4能级跃迁到n＝2能级辐射的光子照射金属，能辐射出能量为 ̶ 0.85e V ̶ （ ̶ 3.4eV）=2.55eV的光子，从金属表面逸出的光电子最大初动能为2.55eV ̶ 2.22 eV=0.33 eV，故C正确；

D．当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝4能级时，只能吸收能量2.55eV的光子，故D正确。

故选CD。

5、关于光电效应，下列说法正确的是（　　）

A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应

B．只要光子的能量大于金属的逸出功，就可以使金属发生光电效应

C．当入射光照射某金属发生光电效应时，照射时间越长，光电子的最大初动能越大

D．当入射光照射某金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比

【答案】  B

【解析】

A．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，及时间长短也无关，故A错误；

B．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，即光子的能量大于金属的逸出功，就可以使金属发生光电效应，故B正确；

CD．根据光电效应方程知，Ekm=hv-W0，最大初动能与入射光的频率不是成正比，最大初动能与入射光的照射的时间无关，故CD错误。

故选B。

6、在1885年，瑞士的一位中学数学教师巴耳末发现了氢原子光谱系中可见光的波长的规律，因此这个系列光谱被命名为巴耳末系。它们是由氢原子吸收光子跃迁到激发态（n≥3）后，再跃迁到能级n=2的激发态时所放出的光谱线。一群处于基态的氢原子吸收了某单色激光的能量后被激发，仅观察到巴耳末系谱线中的三条光谱线。氢原子的能级图如图所示，则激光光子的能量为（　　）

A．2.55 eV B．12.09 eV C．12.75 eV D．13.06 eV

【答案】  D

【解析】

根据题意，这三条光谱线分别是，由于是大量的基态氢原子，故可知吸收激光光子的能量后，应该跃迁到n=5能级，所以激光光子的能量

故选D。

7、（多选）若在光电管中的金属材料受到蓝光照射，发生光电效应，光电子定向移动形成光电流，对此现象说法正确的是（　　）

A．改用紫光照射，光电子的最大初动能变大

B．其他条件不变，增大光照强度，光电流变大

C．被蓝光照射后，金属材料带负电

D．改用紫光照射，遏止电压减小

【答案】  AB

【解析】

A．根据爱因斯坦的光电效应方程

同种金属材料的一定，入射光从蓝光改为紫光照射，则入射光的频率增大，则光电子的最大初动能变大，故A正确；

B．其他条件不变，增大光照强度，即光子数增多，光电效应产生的光电子数增多，则参与导电的光电流变大，故B正确；

C．被蓝光照射后，金属材料失去电子后带正电，故C错误；

D．改用紫光照射，光电管加反向电压，达到遏止电压时动能最大的光电子刚好减为零，光电流为零，有

可得

则改用紫光照射，入射光的频率增大，则遏止电压增大，故D错误；

故选AB。

8、（多选）在光电效应实验中，某实验小组用某种频率的单色光照射锌极（K极），G表是电流表，下列说法正确的是（　　）

A．不管入射光频率多大，只要照射时间足够长，G表一定会有示数

B．只有入射光频率大于某个值，才能使G表有示数

C．当G表有示数时，调换电源的极性，可能使G表无示数

D．当G表有示数时，滑片P端从图所示位置向右移动，G表的示数可能不变

【答案】  BCD

【解析】

AB．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，照射时间无关，A错误，B正确；

C．当G表有示数时，调换电源的极性，电场力对光电子来说，做负功，光电子速度减小，可能到达不了A级，因此可能使G表无示数，C正确；

D．当G表有示数时，如果已经达到饱和光电流，即使滑片P端从图所示位置向右移动，光电管的正向电压增大， 到达A级的光电子也不会增加，这时G表的示数是不变的，D正确。

故选BCD。

9、查阅表中五种金属的截止频率和截止波长，当用波长为375nm的光照射它们时，哪些可以发生光电效应？

【答案】  铯Cs和钠Na

【解析】

当用波长为375nm的光照射它们时，单色光的频率

v = = Hz = 8 × 1014Hz

对比表格可知单色光的频率大于金属铯Cs和钠Na的极限频率，故可发生光电效应的金属是铯Cs和钠Na。

10、原子从一个能级跃迁到另一个较低的能级时，有的并不发射光子。例如，在某种条件下，铬原子中能级上的电子跃迁到能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给能级上的电子，使之脱离原子，这个现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子能级公式可简化为，式中，2，3，…。A是已知常数，则上述俄歇电子的动能是多少？

【答案】 

【解析】

依题意，能级能量为

能级能量为

从能级上的电子跃迁到能级上时释放的能量为

能级能量为

电离需要能量为

所以从能级电离后的动能为

11、（多选）巴耳末系是指氢原子从能级跃迁到能级时发出的光谱线系如图甲所示，因瑞士数学教师巴耳末于1885年总结出其波长通项公式（巴耳末公式）而得名。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长，已知可见光的光子能量在到之间，普朗克常量，则下列说法正确的是（　　）

A．谱线对应光子的能量大于谱线对应光子的能量

B．巴耳末系辐射、、、谱线均属于可见光

C．按玻尔原子模型，与谱线对应的跃迁是从能级到能级

D．该谱系的光照射极限频率为的钨，能发生光电效应现象

【答案】  BC

【解析】

A．由图可知，谱线其波长最长，对应的频率最低，根据可知，其光子能量最低，故A错误；

B．已知可见光的光子能量在到之间，普朗克常量，根据和可得

求出可见光的波长范围约，可知巴耳末系辐射、、、谱线均属于可见光，故B正确；

C．由可知，谱线对应光子的能量为，按玻尔原子模型，与谱线对应的跃迁是从能级到能级，故C正确；

D．该谱系的光子能量最大的是谱线对应的光子，其频率为

小于钨的极限频率，不能发生光电效应现象，故D错误。

故选BC。

12、根据氢原子的能级示意图，一群氢原子处于的激发态。

（1）在向较低能级跃迁的过程中向外发出的光子有几种？能量多大？

（2）哪些能使逸出功为2.29eV的金属钠发生光电效应？逸出的光电子最大初动能为多大？

【答案】  （1）3种；见解析；（2）见解析

【解析】

（1）由题意可知，处于激发态的原子跃迁回基态，一共可发出3种光子，其中到释放光子能量

到释放光子能量

到释放光子能量

（2）到释放的光子和到释放的光子能使金属钠发生光电效应。

根据光电效应方程

到释放的光子产生的光电子最大初动能

到释放的光子产生的光电子最大初动能