专题十三近代物理初步10年高考真题

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专题十三　近代物理初步
考点一　光电效应与波粒二象性
1.[2015课标Ⅱ,35(1),5分,0.445](多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是　　　。 
A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B.β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关
答案　ACD　电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;β射线在云室中留下清晰的径迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长短的特性,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E错误。
2.(2014广东理综,18,6分)(多选)在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是(　　)
A.增大入射光的强度,光电流增大
B.减小入射光的强度,光电效应现象消失
C.改用频率小于ν的光照射,一定不发生光电效应
D.改用频率大于ν的光照射,光电子的最大初动能变大
答案　AD　增大入射光强度,使单位时间内逸出的光电子数增加,因此光电流增大,选项A正确;能否发生光电效应与照射光的频率有关,与强度无关,选项B错误;当照射光的频率小于ν,但仍大于极限频率时发生光电效应,选项C错误;由Ekm=hν-W,增加照射光的频率,光电子的最大初动能变大,选项D正确。
3.(2013上海单科,2,2分)当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时(　　)
A.锌板带负电　　　　　　B.有正离子从锌板逸出
C.有电子从锌板逸出　　　　　　D.锌板会吸附空气中的正离子
答案　C　锌板在紫外线的照射下发生了光电效应,说明锌板上有光电子飞出,所以锌板带正电,C正确,A、B、D错误。
4.(2013北京理综,20,6分,0.53)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只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,一个电子在极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ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同样频率ν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.U=ℎνe-We　　　　　　B.U=2ℎνe-We
C.U=2hν-W　　　　　　D.U=5ℎν2e-We
答案　B　同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知:Ek=nhν-W(n≥2)①;光电子逸出后克服电场力做功,由动能定理知Ek=eU②,联立上述两式得U=nℎνe-We(n≥2),当n=2时,即为B选项,其他选项均不可能。
考查点　光电效应。
思路点拨　电子一次吸收的能量只能是一个光子能量的整数倍,本题中倍数n≥2。
5.(2019海南单科,7,5分)(多选)对于钠和钙两种金属,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量,则(　　)

A.钠的逸出功小于钙的逸出功
B.图中直线的斜率为ℎe
C.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同
D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较高
答案　AB　本题考查了光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系,以及理解能力、推理论证能力、模型建构能力,体现了物理观念中能量观念要素和科学思维中模型建构、科学推理要素。本题体现了高考评价体系提出的“基础性、综合性和应用性”考查要求,属于学习探索问题情境试题。
根据光电效应方程得:Ekm=hν-W0=hν-hν0,又Ekm=eUc,解得:Uc=ℎeν-W0e=ℎeν-ℎν0e。当遏止电压为0时,对应的频率为金属的极限频率,结合图可知钠的极限频率小,则钠的逸出功小,故选项A正确;由Uc=ℎeν-ℎν0e知U0-ν图线的斜率k=ℎe,故选项B正确;由Uc=ℎeν-ℎν0e知图线的特点与光的强度无关,故选项C错误;钠的逸出功小,结合Ekm=hν-W0可知,若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较小,故选项D错误。
6.(2019天津理综,5,6分)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是(　　)


答案　C　本题考查了考生的科学思维能力,体现了应用与创新价值观念。
由题述“同一光电效应装置”可知金属的逸出功相同,再由I-U图像中遏止电压关系得知三种光的频率νb>νc>νa,则三种光在三棱镜中的折射率nb>nc>na,据此可判断通过棱镜后光的折射情况,C选项正确,A、B、D项均错误。
解题关键　从图像中分析出三种光的频率关系,从而得出它们在三棱镜中的折射率的大小关系。
7.[2015课标Ⅰ,35(1),5分,0.425]在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为　　　　,所用材料的逸出功可表示为　　　　。 

答案　ek(2分)　-eb(3分)
解析　根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=hν-W0,又因为Ekm=eUc,得到Uc=ℎeν-W0e,所以ℎe=k,h=ek;-W0e=b,W0=-eb。
8.(2013浙江自选,14,10分)小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如右图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。
(1)图甲中电极A为光电管的　　　　　(填“阴极”或“阳极”); 
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如右图乙所示,则铷的截止频率νc=　　　　　Hz,逸出功W0=　　　　　J; 
(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=　　　　　J。 
解析　(1)由光电管的结构知,A为阳极;(2)Uc-ν图像中横轴的截距表示截止频率νc,逸出功W0=hνc;(3)由爱因斯坦的光电效应方程Ek=hν-W0,可求结果。
答案　(1)阳极
(2)(5.12~5.18)×1014　(3.39~3.43)×10-19
(3)(1.21~1.25)×10-19

解题关键　抓住光电效应方程,就抓住了解题的关键。
考点二　原子与原子核
1.(2015安徽理综,14,6分)图示是α粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动。图中所标出的α粒子在各点处的加速度方向正确的是(　　)

A.M点　　　　　　B.N点　　　　　　C.P点　　　　　　D.Q点
答案　C　α粒子与重金属原子核带同种电荷,由于库仑力作用,α粒子在运动过程中发生偏转,由牛顿第二定律可知,α粒子的加速度方向为其所受库仑力方向,指向轨迹弯曲方向的内侧,故图中P点所示加速度方向正确,选项C正确。
2.(2015天津理综,1,6分)物理学重视逻辑,崇尚理性,其理论总是建立在对事实观察的基础上。下列说法正确的是(　　)
A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的
B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构
C.α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的
D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
答案　A　α粒子散射实验的重要发现使人们认识到原子具有核式结构,B、C项错误;密立根的油滴实验测出了电子的电荷量,D项错误。
3.(2014天津理综,6,6分)(多选)下列说法正确的是(　　)
A.玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立
B.可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施
C.天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转
D.观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同
答案　BD　玻尔对氢原子光谱的研究完善了核式结构模型,选项A错误;紫外线有荧光效应,故B选项正确;天然放射现象中的γ射线不带电,在电场或磁场中不发生偏转,选项C错误;观察者与波源互相远离,由多普勒效应可知接收到的频率变小,故选项D正确。
4.(2018浙江4月选考,15,2分)(多选)氢原子的能级图如图所示,关于大量氢原子的能级跃迁,下列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s)(　　)

A.氢原子从高能级跃迁到基态时,会辐射γ射线
B.氢原子处在n=4能级,会辐射可见光
C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应
D.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时,辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89 eV
答案　BC　γ射线是原子核通过衰变产生的高能电磁波,与原子跃迁无关,故A错误。氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,根据ΔE=hν=hcλ,可得可见光光子的能量范围为1.63~3.09 eV;从n=4能级跃迁到n=2时能级ΔE=2.55 eV,处在可见光能量范围内,故B选项正确。从高能级向n=3时能级跃迁辐射出的光子最大能量为ΔE=1.51 eV