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高中物理新教材同步选择性必修第三册 第4章 章末检测试卷(四)同步讲义
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这是一份高中物理新教材同步选择性必修第三册 第4章 章末检测试卷(四)同步讲义，共12页。
章末检测试卷(四) (时间：90分钟 满分：100分) 一、单项选择题(本题8小题，每小题3分，共24分) 1．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量．在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图1所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ－λ图线可知，同一物体在不同温度下( ) 图1 A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D．辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动 答案 D 解析 由Mλ－λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，波长范围增大．选项D正确，A、B、C错误． 2．下列说法错误的是( ) A．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说 B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短 C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性 D．任何一个运动物体，大到太阳、地球，小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波 答案 B 解析 普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，故A说法正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于该金属的截止频率，故B说法错误；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，故C说法正确；任何一个运动物体，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D说法正确． 3．(2019·天津蓟县高二期中)下列说法正确的是( ) A．原子的核式结构模型是汤姆孙建立起来的 B．在α粒子散射实验中，绝大多数粒子发生了大角度偏转 C．玻尔模型能够解释所有原子的光谱 D．玻尔认为，电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的 答案 D 解析 汤姆孙首先发现了电子，提出了“枣糕”式原子模型，原子的核式结构模型是卢瑟福建立起来的，故A错误；卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转，故B错误；玻尔模型只能够解释氢原子的光谱，故C错误；玻尔理论提出假设：电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，故D正确． 4．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和截止频率分别是( ) A．hν－Ek，ν－eq \f(Ek,h) B．Ek－hν，ν＋eq \f(Ek,h) C．hν＋Ek，ν－eq \f(h,Ek) D．Ek＋hν，ν＋eq \f(h,Ek) 答案 A 解析 根据光电效应方程得W0＝hν－Ek，根据W0＝hνc知截止频率νc＝eq \f(W0,h)＝ν－eq \f(Ek,h)，选A. 5．如图2所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光．在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( ) 图2 答案 C 解析 根据ΔE＝hν，ν＝eq \f(c,λ)，可知λ＝eq \f(hc,ΔE)，能级差越大，波长越小，所以a的波长最短，b的波长最长，选C. 6.(2019·如皋市模拟)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图3所示．关于这两种光的比较，下列说法正确的是( ) 图3 A．a光的频率大 B．b光子的能量小 C．增大a光光照强度，其对应的饱和光电流增大 D．a光照射该光电管时逸出的光电子的最大初动能大 答案 C 解析 由题图可得b光照射光电管时遏止电压大，由Ek＝hν－W0＝eUc可知b光照射光电管时逸出的光电子的最大初动能大，故D错误；由D的分析可知b光的频率大，光子的能量大，故A、B错误；增大a光光照强度，单位时间内产生的光电子数增多，所以饱和光电流增大，故C正确． 7．(2020·涿鹿中学高二月考)对波粒二象性的理解，下列说法错误的是( ) A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性 B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从ν＝eq \f(ε,h)和λ＝eq \f(h,p)的关系 C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显 D．如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，则它们的动能也相等 答案 D 解析 光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性，选项A正确；德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从ν＝eq \f(ε,h)和λ＝eq \f(h,p)的关系，选项B正确；根据E＝hν可知，光的波长越短，频率越大，光子的能量越大，光的粒子性越明显，选项C正确；根据λ＝eq \f(h,p)＝eq \f(h,\r(2mEk))可知，如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，因电子的质量和中子的质量不相等，则它们的动能也不相等，选项D错误． 8.(2020·扬州中学高二月考)如图4所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是( ) 图4 A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级 B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光 C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV 答案 D 解析 处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV的能量，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出Ceq \o\al(2,4)＝6种不同频率的光，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时不一定能发生光电效应，故C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ekm＝E－W＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确． 二、多项选择题(本题4小题，每小题4分，共16分) 9．(2019·余姚市4月选考押题卷)关于近代物理实验，下列说法正确的有( ) A．光电效应实验中，一定频率的可以产生光电效应的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多 B．在光电效应实验中，入射光的频率大于金属的截止频率时不发生光电效应 C．康普顿效应表明，光子除了具有能量之处还具有动量 D．一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波的波长更长 答案 AC 解析 入射光的强度越强，单位时间内照射到金属上的光子数就越多，发射的光电子数就越多，故A正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，故B错误；康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故C正确；由Ek＝eq \f(p2,2m)可知，相同动能的一个电子和一个质子，电子的动量小于质子的动量，再由λ＝eq \f(h,p)知，电子的德布罗意波的波长比质子的德布罗意波的波长长，故D错误． 10.如图5所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则( ) 图5 A．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率 B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大 C．滑片P向左移，电流表示数将增大 D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零 答案 ABD 解析 单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，选项A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，选项B正确；当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故选项C错误，D正确． 11．(2020·广东高二期中)研究光电效应实验电路图如图6(a)所示，其光电流与电压的关系如图(b)所示．则下列说法中正确的是( ) 图6 A．若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，光电流一定增大 B．图线甲与乙是同一种入射光，且入射光甲的强度大于乙光的强度 C．由图可知，乙光的频率小于丙光的频率 D．若将甲光换成丙光来照射锌板，其逸出功将减小 答案 BC 解析 若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，若光电流没达到饱和电流，则光电流一定会增大，若已达到饱和电流，则光电流不会增大，故A错误；由题图(b)可知，甲、乙两光的截止电压相同，根据eUc＝eq \f(1,2)mvm2＝hν－W0知频率相同，是同一种入射光；甲的饱和光电流大于乙的饱和光电流，而光的频率相等，所以甲光照射的强度大于乙光照射的强度，故B正确；根据eUc＝eq \f(1,2)mvm2＝hν－W0知入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，乙光的遏止电压小于丙光，所以乙光的频率小于丙光频率，故C正确；同一金属，逸出功是相等的，与入射光无关，故D错误． 12.图7为氢原子的能级示意图，已知锌的逸出功是3.34 eV.对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征，下列说法正确的是( ) 图7 A．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出3种不同频率的光 B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV C．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D．用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离 答案 ABD 解析 一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，根据Ceq \o\al(2,3)＝3可知，能发出3种不同频率的光，故A正确．一群氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的光子的能量最大，为ΔE＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因锌的逸出功是3.34 eV，所以从锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ek＝12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，故B正确．能量10.3 eV与基态和任一激发态间的能级差均不相等，因此用能量为10.3 eV的光子照射不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，故C错误．能量14.0 eV大于电离能13.6 eV，因此用能量为14.0 eV的光子照射能使处于基态的氢原子电离，故D正确． 三、实验题(本题2小题，共14分) 13.(10分)(2020·乌鲁木齐市第四中学高二期中)如图8所示是研究光电管产生的光电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为νc，元电荷为e，普朗克常量为h.现将频率为ν(大于νc)的光照射在阴极上，则： 图8 (1)________是阴极(填“A”或“K”)，阴极材料的逸出功等于________． (2)加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为________，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是______________． (3)为了阻止所有光电子到达阳极，在A、K间应加上U反＝________的反向电压． (4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是________． A．照射光频率不变，增加光强 B．照射光强度不变，增加光的频率 C．增加A、K电极间的电压 D．减小A、K电极间的电压 答案 (1)K(1分) hνc(1分) (2)hν－hνc＋eU(2分) 逐渐增大，直至保持不变(2分) (3)eq \f(hν－hνc,e)(2分) (4)A(2分) 解析 (1)K是阴极，阴极材料的逸出功等于hνc. (2)逸出光电子的最大初动能为hν－hνc；若加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为Ekm＋eU＝hν－hνc＋eU，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，则到达阳极的光电子数逐渐增加，直到当全部光电子都能到达阳极时为止，则电流表的示数的变化情况是逐渐增大，直至保持不变． (3)为了阻止所有光电子到达阳极，在A、K间应加上的反向电压应满足：U反e＝Ekm＝hν－hνc，解得U反＝eq \f(hν－hνc,e). (4)若增加饱和光电流，则需要增加单位时间射到阴极的光子数，即保持照射光频率不变时，需要增大光强，故选A. 14．(4分)(2020·江苏高二期末)如图9甲所示为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙，则金属的逸出功W0＝________ eV；将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有________种频率的光能产生光电流． 图9 答案 6.75(2分) 3(2分) 解析 大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子是对应着从n＝4到n＝1的跃迁，频率最高光子的能量为hνm＝E4－E1＝12.75 eV，由题图丙可知辐射光电子的最大初动能为6 eV，根据Ekm＝hν－W0可知金属的逸出功W0＝12.75 eV－6 eV＝6.75 eV.从n＝4到低能级的跃迁中能辐射出6种不同频率的光子，其中光子能量大于6.75 eV的跃迁有： n＝2到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV； n＝3到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV； n＝4到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV； 其余跃迁光子能量小于6.75 eV；n＝4到n＝2的跃迁，辐射光子的能量－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV；所以各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有3种频率的光能产生光电流． 四、计算题(本题4小题，共46分) 15．(10分)(2020·修水县第五中学高二月考)如图10所示，伦琴射线管两极加上一高压电源．即可在阳极A上产生X射线．(h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C) 图10 (1)若高压电源的电压为20 kV，求X射线的最短波长； (2)若此时电流表读数为5 mA,1 s内产生5×1013个波长为1.0×10－10 m的光子，求伦琴射线管的工作效率． 答案 (1)6.2×10－11 m (2)0.1% 解析 (1)伦琴射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短． eU＝hν(1分) ν＝eq \f(c,λ)(1分) 得λ＝eq \f(hc,Ue)＝eq \f(6.63×10－34×3×108,2×104×1.6×10－19) m≈6.2×10－11 m(2分) (2)高压电源的电功率P1＝UI＝100 W，(2分) 每秒产生X光子的能量E＝nheq \f(c,λ)＝0.1 J(1分) 功率P2＝eq \f(E,t)＝0.1 W(1分) 效率为η＝eq \f(P2,P1)×100%＝0.1%.(2分) 16．(10分)(2020·怀仁市第一中学高二月考)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，求：(h＝6.626×10－34 J·s) (1)光电子的最大初动能； (2)遏止电压； (3)铝的截止频率． 答案 (1)3.2×10－19 J (2)2 V (3)1.0×1015 Hz 解析 (1)根据光电效应方程：Ek＝hν－W0(2分) c＝λν(1分) 代入数据解得：Ek≈3.2×10－19 J，(1分) (2)光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据动能定理：eUc＝Ek(2分) 得：Uc＝eq \f(3.2×10－19,1.6×10－19) V＝2.0 V(1分) (3)根据逸出功W0＝hνc(2分) 得截止频率：νc＝eq \f(W0,h)＝eq \f(4.2×1.6×10－19,6.626×10－34) Hz≈1.0×1015 Hz.(1分) 17.(13分)(2020·盐山中学高二月考)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图11所示．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出某种频率的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面．已知电子电荷量e＝1.60×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.求： 图11 (1)辐射出光子的频率(保留两位有效数字)； (2)辐射出光子的动量； (3)钾表面逸出的光电子的最大初动能为多少eV. 答案 (1)6.2×1014 Hz (2)1.4×10－27 kg·m/s (3)0.30 eV 解析 (1)氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子能量为E＝－0.85 eV－ (－3.40 eV)＝2.55 eV，(2分) 由E＝hν(2分) 解得光子的频率ν≈6.2×1014 Hz(1分) (2)由p＝eq \f(h,λ)(2分) λ＝eq \f(c,ν)(2分) 得p≈1.4×10－27 kg·m/s(1分) (3)用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由光电效应方程Ek＝hν－W0，(2分) 产生光电子的最大初动能为Ek＝(2.55－2.25) eV＝0.30 eV(1分) 18．(13分)将氢原子电离，就是从外部给电子提供能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子．(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量m＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s) (1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？ (2)若用波长为200 nm的紫外线照射n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？ 答案 (1)8.21×1014Hz (2)1×106 m/s 解析 (1)n＝2时，E2＝eq \f(－13.6,22) eV＝－3.4 eV(2分) n＝∞时，E∞＝0(1分) 所以，要使处于n＝2激发态的氢原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV(2分) ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(3.4×1.6×10－19,6.63×10－34) Hz ≈8.21×1014 Hz.(2分) (2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量 E0＝hν＝heq \f(c,λ)＝6.63×10－34×eq \f(3×108,200×10－9) J ＝9.945×10－19 J(2分) 电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－19 J(1分) 由能量守恒有E0－ΔE＝eq \f(1,2)mv2(2分) 代入数值解得v≈1×106 m/s.(1分)
章末检测试卷(四) (时间：90分钟 满分：100分) 一、单项选择题(本题8小题，每小题3分，共24分) 1．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量．在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图1所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ－λ图线可知，同一物体在不同温度下( ) 图1 A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同 B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的 C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小 D．辐射强度的极大值随温度升高而向波长较短的方向移动 答案 D 解析 由Mλ－λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，波长范围增大．选项D正确，A、B、C错误． 2．下列说法错误的是( ) A．普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说 B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的照射时间太短 C．康普顿效应进一步证实了光的粒子性 D．任何一个运动物体，大到太阳、地球，小到电子、质子，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波 答案 B 解析 普朗克在研究黑体的热辐射问题时提出了能量子假说，故A说法正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于该金属的截止频率，故B说法错误；康普顿效应进一步证实了光的粒子性，故C说法正确；任何一个运动物体，都与一种波相对应，这就是物质波，物质波是概率波，故D说法正确． 3．(2019·天津蓟县高二期中)下列说法正确的是( ) A．原子的核式结构模型是汤姆孙建立起来的 B．在α粒子散射实验中，绝大多数粒子发生了大角度偏转 C．玻尔模型能够解释所有原子的光谱 D．玻尔认为，电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的 答案 D 解析 汤姆孙首先发现了电子，提出了“枣糕”式原子模型，原子的核式结构模型是卢瑟福建立起来的，故A错误；卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转，故B错误；玻尔模型只能够解释氢原子的光谱，故C错误；玻尔理论提出假设：电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，故D正确． 4．某种单色光的频率为ν，用它照射某种金属时，在逸出的光电子中动能最大值为Ek，则这种金属的逸出功和截止频率分别是( ) A．hν－Ek，ν－eq \f(Ek,h) B．Ek－hν，ν＋eq \f(Ek,h) C．hν＋Ek，ν－eq \f(h,Ek) D．Ek＋hν，ν＋eq \f(h,Ek) 答案 A 解析 根据光电效应方程得W0＝hν－Ek，根据W0＝hνc知截止频率νc＝eq \f(W0,h)＝ν－eq \f(Ek,h)，选A. 5．如图2所示是某原子的能级图，a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光．在下列该原子光谱的各选项中，谱线从左向右的波长依次增大，则正确的是( ) 图2 答案 C 解析 根据ΔE＝hν，ν＝eq \f(c,λ)，可知λ＝eq \f(hc,ΔE)，能级差越大，波长越小，所以a的波长最短，b的波长最长，选C. 6.(2019·如皋市模拟)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图3所示．关于这两种光的比较，下列说法正确的是( ) 图3 A．a光的频率大 B．b光子的能量小 C．增大a光光照强度，其对应的饱和光电流增大 D．a光照射该光电管时逸出的光电子的最大初动能大 答案 C 解析 由题图可得b光照射光电管时遏止电压大，由Ek＝hν－W0＝eUc可知b光照射光电管时逸出的光电子的最大初动能大，故D错误；由D的分析可知b光的频率大，光子的能量大，故A、B错误；增大a光光照强度，单位时间内产生的光电子数增多，所以饱和光电流增大，故C正确． 7．(2020·涿鹿中学高二月考)对波粒二象性的理解，下列说法错误的是( ) A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性 B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从ν＝eq \f(ε,h)和λ＝eq \f(h,p)的关系 C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显 D．如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，则它们的动能也相等 答案 D 解析 光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性，选项A正确；德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间，遵从ν＝eq \f(ε,h)和λ＝eq \f(h,p)的关系，选项B正确；根据E＝hν可知，光的波长越短，频率越大，光子的能量越大，光的粒子性越明显，选项C正确；根据λ＝eq \f(h,p)＝eq \f(h,\r(2mEk))可知，如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的德布罗意波波长相等，因电子的质量和中子的质量不相等，则它们的动能也不相等，选项D错误． 8.(2020·扬州中学高二月考)如图4所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是( ) 图4 A．处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级 B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光 C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41 eV 答案 D 解析 处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5 eV的能量，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出Ceq \o\al(2,4)＝6种不同频率的光，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光的能量大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光的能量，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时不一定能发生光电效应，故C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光的能量为：E＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：Ekm＝E－W＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确． 二、多项选择题(本题4小题，每小题4分，共16分) 9．(2019·余姚市4月选考押题卷)关于近代物理实验，下列说法正确的有( ) A．光电效应实验中，一定频率的可以产生光电效应的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多 B．在光电效应实验中，入射光的频率大于金属的截止频率时不发生光电效应 C．康普顿效应表明，光子除了具有能量之处还具有动量 D．一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波的波长更长 答案 AC 解析 入射光的强度越强，单位时间内照射到金属上的光子数就越多，发射的光电子数就越多，故A正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，故B错误；康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故C正确；由Ek＝eq \f(p2,2m)可知，相同动能的一个电子和一个质子，电子的动量小于质子的动量，再由λ＝eq \f(h,p)知，电子的德布罗意波的波长比质子的德布罗意波的波长长，故D错误． 10.如图5所示，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则( ) 图5 A．入射的单色光的频率必须大于阴极材料的截止频率 B．增大单色光的强度，电流表的示数将增大 C．滑片P向左移，电流表示数将增大 D．滑片P向左移，电流表示数将减小，甚至为零 答案 ABD 解析 单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，说明发生了光电效应，因此入射的单色光的频率一定大于阴极材料的截止频率，选项A正确；增大单色光的强度，则产生的光电流增大，电流表的示数增大，选项B正确；当滑片P向左移时，K极的电势比A极高，光电管上加的是反向电压，故选项C错误，D正确． 11．(2020·广东高二期中)研究光电效应实验电路图如图6(a)所示，其光电流与电压的关系如图(b)所示．则下列说法中正确的是( ) 图6 A．若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，光电流一定增大 B．图线甲与乙是同一种入射光，且入射光甲的强度大于乙光的强度 C．由图可知，乙光的频率小于丙光的频率 D．若将甲光换成丙光来照射锌板，其逸出功将减小 答案 BC 解析 若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，若光电流没达到饱和电流，则光电流一定会增大，若已达到饱和电流，则光电流不会增大，故A错误；由题图(b)可知，甲、乙两光的截止电压相同，根据eUc＝eq \f(1,2)mvm2＝hν－W0知频率相同，是同一种入射光；甲的饱和光电流大于乙的饱和光电流，而光的频率相等，所以甲光照射的强度大于乙光照射的强度，故B正确；根据eUc＝eq \f(1,2)mvm2＝hν－W0知入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，乙光的遏止电压小于丙光，所以乙光的频率小于丙光频率，故C正确；同一金属，逸出功是相等的，与入射光无关，故D错误． 12.图7为氢原子的能级示意图，已知锌的逸出功是3.34 eV.对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征，下列说法正确的是( ) 图7 A．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出3种不同频率的光 B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV C．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D．用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离 答案 ABD 解析 一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，根据Ceq \o\al(2,3)＝3可知，能发出3种不同频率的光，故A正确．一群氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的光子的能量最大，为ΔE＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因锌的逸出功是3.34 eV，所以从锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ek＝12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，故B正确．能量10.3 eV与基态和任一激发态间的能级差均不相等，因此用能量为10.3 eV的光子照射不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，故C错误．能量14.0 eV大于电离能13.6 eV，因此用能量为14.0 eV的光子照射能使处于基态的氢原子电离，故D正确． 三、实验题(本题2小题，共14分) 13.(10分)(2020·乌鲁木齐市第四中学高二期中)如图8所示是研究光电管产生的光电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为νc，元电荷为e，普朗克常量为h.现将频率为ν(大于νc)的光照射在阴极上，则： 图8 (1)________是阴极(填“A”或“K”)，阴极材料的逸出功等于________． (2)加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为________，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是______________． (3)为了阻止所有光电子到达阳极，在A、K间应加上U反＝________的反向电压． (4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是________． A．照射光频率不变，增加光强 B．照射光强度不变，增加光的频率 C．增加A、K电极间的电压 D．减小A、K电极间的电压 答案 (1)K(1分) hνc(1分) (2)hν－hνc＋eU(2分) 逐渐增大，直至保持不变(2分) (3)eq \f(hν－hνc,e)(2分) (4)A(2分) 解析 (1)K是阴极，阴极材料的逸出功等于hνc. (2)逸出光电子的最大初动能为hν－hνc；若加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为Ekm＋eU＝hν－hνc＋eU，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，则到达阳极的光电子数逐渐增加，直到当全部光电子都能到达阳极时为止，则电流表的示数的变化情况是逐渐增大，直至保持不变． (3)为了阻止所有光电子到达阳极，在A、K间应加上的反向电压应满足：U反e＝Ekm＝hν－hνc，解得U反＝eq \f(hν－hνc,e). (4)若增加饱和光电流，则需要增加单位时间射到阴极的光子数，即保持照射光频率不变时，需要增大光强，故选A. 14．(4分)(2020·江苏高二期末)如图9甲所示为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙，则金属的逸出功W0＝________ eV；将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有________种频率的光能产生光电流． 图9 答案 6.75(2分) 3(2分) 解析 大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子是对应着从n＝4到n＝1的跃迁，频率最高光子的能量为hνm＝E4－E1＝12.75 eV，由题图丙可知辐射光电子的最大初动能为6 eV，根据Ekm＝hν－W0可知金属的逸出功W0＝12.75 eV－6 eV＝6.75 eV.从n＝4到低能级的跃迁中能辐射出6种不同频率的光子，其中光子能量大于6.75 eV的跃迁有： n＝2到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV； n＝3到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV； n＝4到n＝1的跃迁，辐射光子的能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV； 其余跃迁光子能量小于6.75 eV；n＝4到n＝2的跃迁，辐射光子的能量－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV；所以各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有3种频率的光能产生光电流． 四、计算题(本题4小题，共46分) 15．(10分)(2020·修水县第五中学高二月考)如图10所示，伦琴射线管两极加上一高压电源．即可在阳极A上产生X射线．(h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C) 图10 (1)若高压电源的电压为20 kV，求X射线的最短波长； (2)若此时电流表读数为5 mA,1 s内产生5×1013个波长为1.0×10－10 m的光子，求伦琴射线管的工作效率． 答案 (1)6.2×10－11 m (2)0.1% 解析 (1)伦琴射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量，X光子的波长最短． eU＝hν(1分) ν＝eq \f(c,λ)(1分) 得λ＝eq \f(hc,Ue)＝eq \f(6.63×10－34×3×108,2×104×1.6×10－19) m≈6.2×10－11 m(2分) (2)高压电源的电功率P1＝UI＝100 W，(2分) 每秒产生X光子的能量E＝nheq \f(c,λ)＝0.1 J(1分) 功率P2＝eq \f(E,t)＝0.1 W(1分) 效率为η＝eq \f(P2,P1)×100%＝0.1%.(2分) 16．(10分)(2020·怀仁市第一中学高二月考)铝的逸出功是4.2 eV，现在用波长为200 nm的光照射铝的表面，求：(h＝6.626×10－34 J·s) (1)光电子的最大初动能； (2)遏止电压； (3)铝的截止频率． 答案 (1)3.2×10－19 J (2)2 V (3)1.0×1015 Hz 解析 (1)根据光电效应方程：Ek＝hν－W0(2分) c＝λν(1分) 代入数据解得：Ek≈3.2×10－19 J，(1分) (2)光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据动能定理：eUc＝Ek(2分) 得：Uc＝eq \f(3.2×10－19,1.6×10－19) V＝2.0 V(1分) (3)根据逸出功W0＝hνc(2分) 得截止频率：νc＝eq \f(W0,h)＝eq \f(4.2×1.6×10－19,6.626×10－34) Hz≈1.0×1015 Hz.(1分) 17.(13分)(2020·盐山中学高二月考)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图11所示．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出某种频率的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面．已知电子电荷量e＝1.60×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.求： 图11 (1)辐射出光子的频率(保留两位有效数字)； (2)辐射出光子的动量； (3)钾表面逸出的光电子的最大初动能为多少eV. 答案 (1)6.2×1014 Hz (2)1.4×10－27 kg·m/s (3)0.30 eV 解析 (1)氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子能量为E＝－0.85 eV－ (－3.40 eV)＝2.55 eV，(2分) 由E＝hν(2分) 解得光子的频率ν≈6.2×1014 Hz(1分) (2)由p＝eq \f(h,λ)(2分) λ＝eq \f(c,ν)(2分) 得p≈1.4×10－27 kg·m/s(1分) (3)用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由光电效应方程Ek＝hν－W0，(2分) 产生光电子的最大初动能为Ek＝(2.55－2.25) eV＝0.30 eV(1分) 18．(13分)将氢原子电离，就是从外部给电子提供能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子．(电子电荷量e＝1.6×10－19 C，电子质量m＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s) (1)若要使n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？ (2)若用波长为200 nm的紫外线照射n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大？ 答案 (1)8.21×1014Hz (2)1×106 m/s 解析 (1)n＝2时，E2＝eq \f(－13.6,22) eV＝－3.4 eV(2分) n＝∞时，E∞＝0(1分) 所以，要使处于n＝2激发态的氢原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV(2分) ν＝eq \f(ΔE,h)＝eq \f(3.4×1.6×10－19,6.63×10－34) Hz ≈8.21×1014 Hz.(2分) (2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量 E0＝hν＝heq \f(c,λ)＝6.63×10－34×eq \f(3×108,200×10－9) J ＝9.945×10－19 J(2分) 电离能ΔE＝3.4×1.6×10－19 J＝5.44×10－19 J(1分) 由能量守恒有E0－ΔE＝eq \f(1,2)mv2(2分) 代入数值解得v≈1×106 m/s.(1分)
