2019年高考物理一轮规范练习：第12章 第1讲　光电效应　原子结构　氢原子光谱(含解析)

配餐作业　光电效应　原子结构　氢原子光谱

A组·基础巩固题

1．关于光电效应，下列表述正确的是(　　)

A．光照时间越长，光电流越大

B．入射光频率大于极限频率时就能产生光电子

C．入射光足够强，就可以有光电流

D．不同的金属逸出功都是一样的

解析　光电流的大小与入射光的强度有关，与光照射的时间长短无关，故A项错误；发生光电效应的条件是入射光频率大于极限频率，故B项正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，入射光足够强，不一定能产生光电流，故C项错误；不同的金属逸出功是不同的，故D项错误。

答案　B

2．卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是图中的(　　)

　A．　　　　B．　　　　　C．　　　　D.

解析　本题考查学生对α粒子散射实验现象的定性认识。由教材中讲述的实验现象可知，只有D项符合题意。

答案　D

3．关于物质的波粒二象性，下列说法不正确的是(　　)

A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性

B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道

C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的

D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

解析　光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性。光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显。而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D项错误。

答案　D　

4．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图像，则(　　)

A．图像甲表明光具有粒子性

B．图像乙表明光具有波动性

C．用紫外线观察不到类似的图像

D．实验表明光是一种概率波

解析　图像甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性。图像乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B项正确；同时也表明光波是一种概率波，故D项也正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C项错误。

答案　ABD

5．用波长为2.0×10－7m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19J。由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)(　　)

A．5.5×1014Hz　　　　　　 B．7.9×1014Hz

C．9.8×1014Hz   D．1.2×1015Hz

解析　本题考查光电效应方程，意在考查考生对光电

效应方程Ek＝hν－W逸的理解，并能应用光电效应方程求解极限频率。由光电效应方程Ek＝hν－W逸，而W逸＝hν0，ν＝，所以钨的极限频率ν0＝－＝7.9×1014Hz，B项正确。

答案　B

6．(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上。假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子(　　)

A．一定落在中央亮纹处

B．可能落在其他亮纹处

C．不可能落在暗纹处

D．落在中央亮纹处的可能性最大

解析　根据概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处是不可确定的。当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，故B项正确；因落在中央亮条纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，故让一个光子通过单缝，落在中央亮条纹的可能性最大，故D项正确。

答案　BD

7．现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时(　　)

A．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek

B．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek

C．能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek

D．由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应

解析　对a、b、c三束光由光电效应方程有－W＝Ek，－W＝Ek，由以上两式可得＝Ek，W＝Ek。当改用c光速照射该金属板时－W＝Ek－Ek＝Ek，故B项正确。

答案　B

8．(2017·北京)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)

A．10－21 J  B．10－18 J

C．10－15 J  D．10－12 J

解析　一个处于极紫外波段的光子的能量为E＝h＝2×10－18 J，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须相同，故B项正确。

答案　B　

9．如图甲所示是研究光电效应的电路图。某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压UAK的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图乙所示。则下列说法正确的是(　　)

A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能

B．单位时间内甲光照射光电管发出光电子比乙光的少

C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等

D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系

解析　当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子。当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时mev＝eUc，式中vc表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，Uc为遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方程可知丙光的最大初动能较大，故丙光的频率较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，故A项错误；对于甲、乙两束频率相同的光来说，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，故B项错误；对甲、丙两束不同频率的光来说，光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，所以单位时间内发出的光电子数就较少，故C项错误；对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W，知Ek与金属的逸出功为线性关系，故D项正确。

答案　D　

【解题技巧】

根据遏止电压的大小比较电子的最大初动能，结合光电效应方程比较入射光的频率。根据饱和光电流的大小比较光的强度。

B组·能力提升题

10．如图所示，N为钨板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图中标出。钨的逸出功为4.5 eV。现分别用能量不同的光子照射钨板(各光子的能量在图上标出)。那么，下列图中有光电子到达金属网的是(　　)

A．①②③ B．②③④

C．②③ D．③④

解析　由光电效应方程知，若有光电效应发生，入射光的频率必须大于金属的极限频率，①不能，②③④发生光电效应；②所加电压为正向电压，只要有光电子逸出，电子就能到达M金属网，②可以；③④所加电压为反向电压，由爱因斯坦的光电效应方程知，入射光的能量为8 eV时，逸出的光电子的最大初动能为3.5 eV，反向电压必须小于3.5 eV才有光电子到达M金属网，故③可以，④不能。由上分析知C项对。

答案　C　

11．(多选)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则(　　)

A．10种光子中波长最短的是n＝5激发态跃迁到基态时产生的

B．10种光子中有4种属于莱曼系

C．使n＝5能级的氢原子电离至少需要0.85 eV的能量

D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量

解析　n＝5激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大，根据E＝知，波长最短，故A项正确；莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，10种光子中4种属于莱曼系，所以B项正确；n＝5能级的氢原子具有的能量为－0.54 eV，故要使其发生电离能量变为0，至少需要的能量为0.54 eV，故C项错误；从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能量为13.6 eV－3.4 eV＝10.2 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为3.4 eV－1.51 eV＝1.89 eV<10.2 eV，显然两者不相等，故D项错误。

答案　AB　

12．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。如图为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光子，且频率依次增大，则E等于(　　)

A．h(ν3－ν1)   B．h(ν3＋ν1)

C．hν3 D．hν4

解析　μ氢原子吸收光子后，能发出六种频率的光，说明μ氢原子是从n＝4能级向低能级跃迁，则吸收的光子的能量为ΔE＝E4－E2，E4－E2恰好对应着频率为ν3的光子，故光子的能量为hν3。

答案　C　

13．(多选)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述正确的是(　　)

A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值

B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数可能一直增大

C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大

D．阴极K需要预热，光束照射后需要一定的时间才会有光电流

解析　当只调换电源的极性时，电子从K到A减速运动，到A恰好速度为零时对应电压为遏止电压，所以A项正确；当其他条件不变，P向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电子运动更快，由I＝得电流表读数变大，当达到饱和光电流后，电流表示数不再增加，B项错误；只增大入射光束强度时，单位时间内光电子数变多，电流表示数变大，C项正确；因为光电效应的发生是瞬间的，阴极K不需要预热，所以D项错误。

答案　AC

14．(多选)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象。当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象。闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式正确的是(　　)

A．用频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度

vm1＝

B．阴极K金属的逸出功W0＝hν1－eU1

C．阴极K金属的极限频率νc＝

D．普朗克常数h＝

解析　光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得－eU1＝0－mv，则得光电子的最大初速度vm1＝，故A项正确；根据爱因斯坦光电效应方程得hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，得金属的逸出功W0＝hν1－eU1，联立得h＝，故B项正确，D项错误；阴极K金属的极限频率νc＝＝，故C项正确。

答案　ABC

15．氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量E1＝－13.6 eV。求氢原子处于基态时：

(1)电子的动能。

(2)原子的电势能。

(3)用波长是多少的光照射可使其电离。

解析　(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v1，

则k·＝，

故电子动能Ek1＝mv＝＝

 eV＝13.6 eV。

(2)E1＝Ek1＋Ep1，

故Ep1＝E1－Ek1

＝－13.6 eV－13.6 eV＝－27.2 eV。

(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离：

＝0－E1，

λ＝－

＝ m

＝0.914 1×10－7 m。

答案　(1)13.6 eV　(2)－27.2 eV

(3)0.914 1×10－7 m

16．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，当处于n＝3的激发态时，能量为E3＝－1.51 eV，则：

(1)当氢原子从n＝3的激发态跃迁到n＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？

(2)若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？

(3)若有大量的氢原子处于n＝3的激发态，则在跃迁过程中可能释放出几种不同频率的光子？

解析　(1)由跃迁公式得

hν＝E3－E1，　①

ν＝，　②

由①②代入数据得

λ＝1.03×10－7m。

(2)若要将基态原子电离

hν＝0－E1，

代入数据得ν＝3.3×1015Hz。

(3)光子种数

N＝C＝＝3种。

答案　(1)1.03×10－7m

(2)3.3×1015 Hz　(3)3种