2020届高考物理一轮复习第12单元波粒二象性和原子物理课时作业
高考物理一轮复习 第十二章 原子与原子核 第1讲 光电效应 波粒二象性作业 新人教版
第1讲光电效应波粒二象性[课时作业] 单独成册方便使用[基础题组]一、单项选择题1．下列有关光的波粒二象性的说法中正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，A、B错误；光的波粒二象性表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，C正确，D错误．答案：C2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间解析：某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关．不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B.答案：B3．关于光电效应，下列说法正确的是( )A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析：逸出功W＝hν0，W∝ν0，A正确；只有照射光的频率ν大于金属极限频率ν0，才能产生光电效应现象，B错误；某金属的逸出功只与该金属的极限频率有关，与从金属表面逸出的光电子的最大初动能无关，C错误；光强E＝nhν，ν越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D 错误． 答案：A4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km .改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h 为普朗克常量)( ) A ．E km －h ν B ．2E km C ．E km ＋h νD ．E km ＋2h ν解析：根据爱因斯坦光电效应方程得E km ＝h ν－W ，若入射光频率变为2ν，则E km ′＝h ·2ν－W ＝2h ν－(h ν－E km )＝h ν＋E km ，故选C. 答案：C5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k 随入射光频率ν变化的E k ν图像．已知钨的逸出功是3.28 eV ，锌的逸出功是3.34 eV ，若将二者的图线画在同一个E k ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )解析：依据光电效应方程E k ＝h ν－W 可知，E k ν图线的斜率代表普朗克常量h ，因此钨和锌的E k ν图线应该平行．图线的横轴截距代表截止频率ν0，而ν0＝Wh，因此钨的截止频率小些，综上所述，A 图正确． 答案：A 二、多项选择题6．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( ) A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应说明光具有粒子性，A 正确．衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B 正确．黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C 错误．动能相等的质子和电子，二者质量不同，动量不同，德布罗意波长不相等，D 错误．答案：AB7．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图像，则( )A ．图像(a)表明光具有粒子性B ．图像(c)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(a)曝光时间短，通过的光子数很少，呈现粒子性，A 正确．图像(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，B 正确．该实验表明光是一种概率波，D 正确．紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C 错误． 答案：ABD8．在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示，则( )A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为cλC ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应D ．用波长为4λ的单色光照射该金属时不能发生光电效应解析：在两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21 ，h c 2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝h c 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，C 、D 正确． 答案：CD[能力题组]一、选择题9．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项A 正确． 答案：A10．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极K ，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V 时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )A ．1.5 eV,0.6 eVB ．1.7 eV,1.9 eVC ．1.9 eV,2.6 eVD ．3.1 eV,4.5 eV解析：光子能量h ν＝2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU ＝12mv 2m 知，最大初动能E km ＝eU ＝0.6 eV ，由光电效应方程h ν＝E km ＋W 知W ＝1.9 eV ，对图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能E km ′＝E km ＋eU ′＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV.故C 正确． 答案：C11.(多选)(2018·重庆万州二中模拟)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图像如图所示，则由图像可知( )A ．若已知电子电荷量e ，就可以求出普朗克常量hB ．遏止电压是确定的，与照射光的频率无关C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为h ν0D ．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为h ν0解析：根据光电效应方程E k ＝h ν－W 和－eU c ＝0－E k 得，U c ＝he ν－W e，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率呈线性关系，B 错误；因为U c ＝h e ν－W e，知图线的斜率等于he，从图像上可以得出斜率的大小，若已知电子电荷量e ，可以求出普朗克常量h ，A 正确；从图像上可知逸出功W ＝h ν0，根据光电效应方程得E k ＝h ·2ν0－W ＝h ν0，C 正确；E k ＝h ·3ν0－W ＝2h ν0，D 错误．答案：AC12．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k ，下列说法正确的是( ) A ．对于同种金属，E k 与照射光的强度无关 B ．对于同种金属，E k 与照射光的时间成正比 C ．对于同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系D ．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k 与金属的逸出功成线性关系解析：发生光电效应，一个电子获得一个光子的能量，E k ＝h ν－W ，所以E k 与照射光的强度无关，与光照射的时间无关，A 正确，B 错误；由E k ＝h ν－W 可知，对同种金属，E k 与照射光的频率成线性关系，若频率不变，对不同金属，E k 与W 成线性关系，C 、D 正确． 答案：ACD 二、非选择题13．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50 μm 的绿光照射阴极K ，实验测得流过电流表G 的电流I 与AK 之间的电势差U AK 满足如图乙所示规律，取h ＝6.63×10－34J·s .结合图像，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K 时的最大动能． (2)该阴极材料的极限波长．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A ，阴极每秒钟发射的光电子的个数n ＝I m e ＝0.64×10－61.6×10－19(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为E km ＝eU 0＝1.6×10－19 C×0.6 V＝9.6×10－20 J.(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程得E km ＝h c λ－h cλ，代入数据得λ0＝0.66 μm.答案：(1)4.0×1012个 9.6×10－20J(2)0.66 μm14．用功率P 0＝1 W 的光源照射离光源r ＝3 m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长λ＝663 nm 的单色光，试计算： (1)1 s 内打到金属板1 m 2面积上的光子数； (2)若取该金属原子半径r 1＝0.5×10－10m ，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？解析：(1)离光源r ＝3 m 处的金属板1 m 2面积上1 s 内接收的光能E 0＝P 0t 4πr2＝8.85×10－3J 每个光子的能量E ＝h cλ＝3×10－19J所以每秒接收的光子数n ＝8.85×10－33×10－19＝2.95×1016个．(2)每个原子的截面积为S 1＝πr 21＝7.85×10－21 m 2把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积S 1上接收的光的功率P ′＝8.85×10－3×7.85×10－21 W ＝6.95×10－23 W每两个光子落在原子上的时间间隔Δt ＝E P ′＝3×10－196.95×10－23s ＝4 317 s.答案：(1)2.95×1016个 (2)4 317 s。
2020版高考物理一轮复习第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核实验17探究碰撞中的不变量学案
实验17 探究碰撞中的不变量实验原理在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速度v、v′，找出碰撞前的动量p＝m1v1＋m2v2及碰撞后的动量p′＝m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒。
实验器材方案一：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
方案二：带细线的摆球（两套）、铁架台、天平、量角器、坐标纸、胶布等。
方案三：光滑长木板、打点计时器、纸带、小车（两个）、天平、撞针、橡皮泥。
方案四：斜槽、小球（两个）、天平、复写纸、白纸等。
实验步骤方案一：利用气垫导轨完成一维碰撞实验（如图1所示）图11.测质量：用天平测出滑块质量。
2.安装：正确安装好气垫导轨。
3.实验：接通电源，利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度（①改变滑块的质量。
②改变滑块的初速度大小和方向）。
4.验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案二：利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验（如图2所示）图21.测质量：用天平测出两小球的质量m1、m2。
2.安装：把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。
3.实验：一个小球静止，拉起另一个小球，放下后它们相碰。
4.测速度：可以测量小球被拉起的角度，从而算出碰撞前对应小球的速度，测量碰撞后小球摆起的角度，算出碰撞后对应小球的速度。
5.改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
6.验证：一维碰撞中的动量守恒。
方案三：在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验（如图3所示）图31.测质量：用天平测出两小车的质量。
2.安装：将打点计时器固定在光滑长木板的一端，把纸带穿过打点计时器，连在小车的后面，在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。
3.实验：接通电源，让小车A 运动，小车B 静止，两车碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两小车连接成一体运动。
4.测速度：通过纸带上两计数点间的距离及时间由v ＝Δx Δt算出速度。
5.改变条件：改变碰撞条件，重复实验。
2020版高三一轮复习：单元高考模拟特训(12)波粒二象性 原子结构和原子核
B．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则此金属的逸出功增大C．当照射光的频率ν大于ν0时，若光强增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍D．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0解析：一群处于量子数为n＝3的激发态的氢原子向外辐射的光子频率种数为C23＝3，故A错误；金属外层电子克服原子核的束缚，从材料表面逸出所需的最小能量，称为金属的逸出功．由金属本身决定，与入射光的频率无关，故B错误；光电子的最大初动能E km＝hν－W，与光强无关，故C错误；频率为ν0的光子，恰好能使某种金属发生光电效应，则hν0＝W，用频率为2ν0的单色光照射该金属，所产生的光电子的最大初动能E km＝2hν0－W＝hν0，故D正确．答案：D7．[2019·广东佛山模拟]下列四幅图的有关说法中正确的是( )A．图甲中的α粒子散射实验说明了原子核是由质子与中子组成B．图乙中若改用绿光照射，验电器金属箔一定不会张开C．图丙一群氢原子处于n＝4的激发态，最多能辐射6种不同频率的光子D．图丁原子核C、B结合成A时会有质量亏损，要释放能量解析：α粒子散射实验说明了原子具有核式结构，故A项错误．紫外线照射金属板时能产生光电效应，换用绿光照射金属板可能会产生光电效应，验电器金属箔可能会张开，故B项错误．一群氢原子处于n＝4的激发态，最多能辐射不同频率的光子种数为C24＝6，故C项正确．原子核C、B结合成A时，核子平均质量增大，质量增大，要吸收能量，故D项错误．答案：C8．[2019·深圳模拟]如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光．关于这些光下列说法正确的是( )13．(16分)如图所示，静止在匀强磁场中的63Li 核俘获一个速度为v 0＝7.7×104m/s 的中子而发生核反应63Li ＋10n→31H ＋42He.若已知42He 的速度v 2＝2.0×104 m/s ，其方向与反应前中子速度方向相同，求：(1)31H 的速度是多大；(2)在图中画出两粒子的运动轨迹并求出轨道半径之比； (3)当粒子42He 旋转3周时，粒子31H 旋转几圈．解析：(1)中子撞击锂核生成氚核和氦核过程中动量守恒，有 m 0v 0＝m 1v 1＋m 2v 2式中m 0、m 1、m 2分别为中子、氚核、氦核的质量，v 1为氚核速度， 代入数据得v 1＝1.0×103m/s ，方向与v 0相反(即与v 2相反)． (2)氚核、氦核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为 r 1：r 2＝m 1v 1Bq 1：m 2v 2Bq 2＝3×0.1×104B×1：4×2×104B×2＝3:40运动轨迹如图所示．(3)氚核、氦核做圆周运动的周期之比为 T 1：T 2＝2πm 1Bq 1：2πm 2Bq 2＝2π×3B×1：2π×4B×2＝3：2所以它们旋转圈数之比为n 1：n 2＝T 2：T 1＝2：3当α粒子旋转3周时，氚核旋转2周． 答案：(1)1.0×103m/s (2)3：40 (3)214．(12分)用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(31H)和α粒子，并放出4.8 MeV 的能量．(1 u 相当于931.5 MeV)(1)写出核反应方程； (2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则生成的氚核和α粒子的动能之比是多少？ 解析：(1)63Li ＋10n ―→31H ＋42He.(2)根据质能方程ΔE＝Δm×931.5 MeV 得 Δm＝4.8931.5u ＝0.005 2 u.(3)中子与锂核以等值反向的动量相碰，则初动量p ＝0，根据动量守恒，则碰后氚核与α粒子的合动量也为0，设氚核质量为m 1，速度为v 1，α粒子质量为m 2，速度为v 2得0＝m 1v 1＋m 2v 2① 又有E k ＝p22m ②由①②得E k1：E k2＝p 22m 1：p22m 2得E k1E k2＝m 2m 1＝43.。
2020高考物理总复习第十二单元波粒二象性原子结构与原子核课时2原子结构原子核教师用书(含解析)新人教版
课时2 原子结构原子核1.原子的核式结构模型(1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。
(2)α粒子散射实验:1909~1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,几乎被“撞”了回来。
(3)卢瑟福提出原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。
2.氢原子的能级结构(1)玻尔理论①定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。
②跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=E m-E n。
(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)③轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。
原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。
(2)基态和激发态:原子能量最低的状态叫基态,其他能量较高的状态叫激发态。
3.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,它们统称为核子。
(2)原子核的核电荷数=质子数,原子核的质量数=质子数+中子数。
(3)同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子。
同位素在元素周期表中的位置相同。
4.天然放射现象(1)天然放射现象:元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现。
天然放射现象的发现,说明原子核还具有复杂的结构。
(2)三种射线放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ射线。
其中α射线是高速运动的氦核,β射线是高速运动的电子流,γ射线是光子。
(3)半衰期①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。
②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)及化学状态(如单质、化合物)无关。
(浙江选考)2020版高考物理一轮复习第12章动量守恒定律波粒二象性原子结构与原子核第2讲波粒二象性
第2讲 波粒二象性知识排查光电效应1.光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属外表逸出的现象，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。
(1)每种金属都有一个极限频率。
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。
(3)光照射到金属外表时，光电子的发射几乎是瞬时的。
(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。
(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。
(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。
不同的金属对应着不同的极限频率。
爱因斯坦光电效应方程在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。
其中h ＝6.63×10－34J·s。
(称为普朗克常量)W 0使电子脱离某种金属所做功的最小值。
发生光电效应时，金属外表上的电子吸收光子后克制原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
(1)表达式：E k ＝hν－W 0。
(2)物理意义：金属外表的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一局部用来克制金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。
光的波粒二象性与物质波(1)光的干预、衍射、偏振现象证明光具有波动性。
(2)光电效应说明光具有粒子性。
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。
(1)概率波光的干预现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。
(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。
在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系。
小题速练(1)光电子就是光子( )(2)只要光强度足够强，任何金属都能发生光电效应( ) (3)极限频率越大的金属材料逸出功越大( )(4)爱因斯坦认为光是一份一份的，每一份叫光量子( ) (5)宏观物体不具有波动性( ) (6)光子和光电子都是实物粒子( )(7)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功( ) (8)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比( ) (9)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性( )(10)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律( ) (11)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性( )(12)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√ (8)× (9)√ (10)× (11)√ (12)√2.[人教版选修3－5·P 30·演示实验改编](多项选择)如图1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )图1解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板外表逸出，称之为光电子，应选项A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有一样电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，应选项C正确，D错误。
2020高考物理一轮总复习第十二章波粒二象性原子物理基础课1波粒二象性练习(含解析)新人教版
基础课 1 波粒二象性一、选择题1．(多选)(2019届汕头模拟)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线灯照射锌板时，发生的现象是( )A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电解析：选BC 用紫外线灯照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误．2．(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解析：选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E km＝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．(多选)如图甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹．则对本实验的理解正确的是( )A．图甲体现了电子的粒子性B．图乙体现了电子的粒子性C．单个电子运动轨道是确定的D．图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小解析：选AD 题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，到达的位置不同，说明单个电子的运动轨道不确定，A正确，C错误；题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性，B错误；题图乙中暗条纹处仍有电子到达，只不过到达的概率小，D正确．4．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大C．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析：选ABD 产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，A正确；光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，B正确；减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，C错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，D正确．5．(多选)(2019届盐城月考)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( )A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应解析：选BD 光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A 错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率，B正确；根据光电效应方程hν＝W0＋eU c可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C错误；在石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变长的现象称为康普顿效应，D正确．6．(多选)(2019届北京朝阳模拟)用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以( )A．改用红光照射 B．改用紫光照射C．改用蓝光照射 D．增加绿光照射时间解析：选BC 光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．7．(2018届广东湛江高三调研)光照射到金属钠表面上产生了光电效应，遏止电压是5.00 V ，钠的逸出功为2.29 eV ，此入射光的光子能量为( )A ．2.29 eVB ．2.71 eVC ．5.00 eVD ．7.29 eV解析：选D 根据题述遏止电压是U ＝5.00 V ，由光电效应规律和动能定理eU c ＝E k 可知，产生的光电子最大初动能E k ＝5.00 eV.根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝E －W 0可得，入射光光子的能量E ＝E k ＋W 0＝5.00 eV ＋2.29 eV ＝7.29 eV ，选项D 正确．8．(2018届安徽高三联合质量检测)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz 和5.44×1014 Hz ，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，下列说法正确的是( )A ．钙的逸出功大于钾的逸出功B ．钙逸出的电子的最大初动能大于钾逸出的电子的最大初动能C ．比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钾逸出的光电子具有较大的波长D ．比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的动量 解析：选 A 金属的逸出功与截止频率的关系：W 0＝h νc ，由于钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz 和5.44×1014 Hz ，钙的截止频率大，所以钙的逸出功大，故A 正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0＝h ν－h νc ，钙的截止频率大，所以钙逸出的电子的最大初动能小于钾逸出的电子的最大初动能，B 错误；根据p ＝2mE k 可知，钾逸出的具有最大初动能的光电子具有较大的动量，根据德布罗意波波长公式λ＝h p ，可知钙逸出的具有最大初动能的光电子具有较大的波长，C 、D 错误．9．下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3.0×108 m/s)( )A ．2种B ．3种C ．4种D ．5种解析：选A 要发生光电效应，则入射光的能量大于金属的逸出功，由题可算出波长为400 nm 的光的能量为E ＝h ν0＝h c λ0＝6.63×10－34×3.0×108400×10－9 J ＝4.97×10－19 J ，大于铯和钙的逸出功，所以A 选项正确．10．(2019届河南调研联考)甲、乙光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E 1、E 2.该金属的逸出功为( )A ．E 1＋E 2B ．E 1－E 2C ．E 1＋2E 2D ．E 1－2E 2解析：选D 根据光电效应方程E k ＝h ν－W 0，对应甲光子有h ν甲＝E 1＋W 0，对应乙光子有h ν乙＝E 2＋W 0，又知h ν甲＝2h ν乙，解得W 0＝E 1－2E 2，故选项D 正确，选项A 、B 、C错误． 11．(多选)如图所示，是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h νcC ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E 2解析：选ABC 由爱因斯坦的光电效应方程可得E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h νc ，A 、B 均正确；若入射光的频率为2νc ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h νc －W 0＝h νc ＝E ，故C 正确；入射光的频率为νc 2时，该金属不发生光电效应，D 错误． 12．(多选)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是( )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U c 的数值B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大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E ．图中入射光束的频率减小到某一数值f 0时，无论滑片P 怎样滑动，电流表示数都为零，则f 0是阴极K 的极限频率解析：选ACE 当只调换电源的极性时，电子从K 到A 减速运动，到达阳极A 恰好速度为零时对应电压为遏止电压，所以A 项正确；保持光照条件不变，P 向右滑动，加在光电管两端的电压增加，光电流增大，当达到饱和电流后，P 再向右移，光电电流保持不变，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；当光束的频率为f 0时，无论P 怎样滑动，电流表示数都为零，说明未飞出光电子，则有W ＝hf 0，所以f 0为阴极K 的极限频率，E 项正确．13．(多选)(2018届哈尔滨模拟)某种金属在光的照射下发生光电效应，其遏止电压U c 与入射光频率ν的关系图象如图所示．则由图象可知( )A ．任何频率的入射光都能发生光电效应B ．该金属的逸出功等于h ν0C ．入射光的频率发生变化时，遏止电压不变D ．若已知电子电荷量e ，就可以求出普朗克常量h解析：选BD 当入射光的频率大于极限频率时才能发生光电效应，故A 错误；当遏止电压为零时，最大初动能为零，此时入射光的能量等于逸出功，即W 0＝h ν0，故B 正确；因为U c ＝h e ν－W 0e ，由U c ν图象可知U c 与ν有关，C 错误；由公式可知图线的斜率等于h e，若已知电子的电荷量，可求出普朗克常量h ，故D 正确．14．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )A ．甲光的频率大于乙光的频率B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析：选B 由图象知，甲、乙光对应的遏止电压相等，由eU c ＝E k 和h ν＝W 0＋E k 得甲、乙光频率相等，A 错误；丙光的频率大于乙光的频率，则丙光的波长小于乙光的波长，B 正确；由h νc ＝W 0得甲、乙、丙光对应的截止频率相同，C 错误；由光电效应方程知，甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能，D 错误．二、非选择题15．(2018年江苏卷)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为 λ02的单色光B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为________，A 、B 两种光子的动量之比为________．(已知普朗克常量为h 、光速为c )解析：由爱因斯坦光电效应方程可知E k A ＝h c λ0－W 0＝0，得W 0＝h cλ0 E k B ＝h cλ02－h c λ0＝hc λ0A 种光子的动量p A ＝h λ0B 种光子的动量p B ＝h λ02＝2h λ0得p A ∶p B ＝1∶2.答案：hc λ0 1∶2。
2020届高考物理 第12单元 原子物理 作业手册(30)波粒二象性 氢原子能级结构.doc
课时作业(三十) 第30讲波粒二象性氢原子能级结构时间 / 40分钟基础巩固1.[2017·湖南岳阳二模]关于原子物理问题,下列说法中正确的是()A.一群处于n=3激发态的氢原子向较低能级跃迁,最多可放出两种不同频率的光子B.由于每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质C.实际上,原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是一定的D.α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的2.(多选)对光的认识,下列说法正确的是()A.个别光子的行为表现出粒子性B.大量光子的行为表现出粒子性C.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的D.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了3.[2017·安徽黄山模拟]在“光电效应”实验中,用某一单色光照到某金属表面时,没有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是()图K30-1A.增大照射光的频率,就一定发生光电效应B.增大照射光的强度,就一定发生光电效应C.延长照射光照射时间,就一定发生光电效应D.若照射光的频率大于该金属材料的极限频率,则能发生光电效应4.(多选)[2017·成都二诊]光伏发电是利用光电效应原理来工作的.目前,人类提高光伏发电效率的途径主要有两个方面:一是改变光源体发光谱带的频率,从而改变产生光电效应的光谱宽度;二是改变被照射金属材料的成分,从而改变其逸出功.下列提高光伏发电效率的途径正确的是()A.减小光源体发光谱带的频率B.增大光源体发光谱带的频率C.增大金属材料的逸出功D.减小金属材料的逸出功5.氢光谱在可见光的区域内有4条谱线,按照在真空中波长由长到短的顺序,这4条谱线分别是Hα、Hβ、Hγ和Hδ,它们都是氢原子的电子从量子数大于2的可能轨道上跃迁到量子数为2的轨道时所发出的光.下列判断错误的是()A.电子处于激发态时,Hα所对应的轨道量子数大B.Hγ的光子能量大于Hβ的光子能量C.对于同一种玻璃,4种光的折射率以Hα为最小D.对同一种金属,若Hα能使它发生光电效应,则Hβ、Hγ、Hδ都可以使它发生光电效应6.(多选)[2017·太原模拟] 20世纪初,爱因斯坦提出光子理论,使得光电效应现象得以完美解释.玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的.关于光电效应和氢原子模型,下列说法正确的是()A.光电效应实验中,照射光足够强就可以有光电流B.若某金属的逸出功为W0,则该金属的截止频率为C.保持照射光强度不变,增大照射光频率,在单位时间内逸出的光电子数将减少D.氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差技能提升7.(多选)[2018·河北衡水中学月考]如图K30-2所示为研究光电效应的实验装置示意图,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的金属表面K时,电流表有示数.下列说法正确的是()图K30-2A.若仅增大该单色光照射的强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大B.无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度,金属的逸出功都不变C.保持照射光频率不变,当强度减弱时,发射光电子的时间将明显增加D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数增大8.[2017·长沙模拟]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图如图K30-3所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率为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(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量) ()图K30-3A.U=C.U=2hν-WD.U=9.[2017·湖北武昌调研]用如图K30-4所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,那么()图K30-4A.a光的波长一定大于b光的波长B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大10.(多选)[2017·太原模拟]图K30-5为氢原子的能级示意图.关于氢原子跃迁,下列说法中正确的是()图K30-5A.一个处于量子数n=5激发态的氢原子,它向低能级跃迁时,最多可产生10种不同频率的光子B.处于n=3激发态的氢原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离C.用12 eV的光子照射处于基态的氢原子,氢原子仍处于基态D.氢原子从高能级向低能级跃迁时,动能增大,电势能增大11.(多选)[2017·济南模拟]如图K30-6所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与照射光频率ν的关系图像.由图像可知()图K30-6A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于hν0C.照射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为ED.照射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为12.(多选)[2017·东北三校一联]如图K30-7所示为氢原子的能级示意图.氢原子可在下列各能级间发生跃迁,设从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ1,从n=4能级跃迁到n=2能级辐射的电磁波的波长为λ2,从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ3,则下列关系式中正确的是()图K30-7A.λ1<λ3B.λ3<λ2C.λ3>λ2D.13.(多选)图K30-8为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子跃迁的理解正确的是()图K30-8A.由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应B.大量处于n=4能级的氢原子向n=1能级跃迁时,向外辐射6种不同频率的光子C.大量处于n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eVD.如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n=1能级的氢原子,则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级14.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h.下列说法中正确的是()A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波长为λ=C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显挑战自我15.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰.(1)能否使静止氢原子发生能级跃迁?(氢原子能级图如图K30-9所示)(2)若上述碰撞中可以使静止氢原子发生电离,则运动氢原子的初动能至少为多少?图K30-9课时作业(三十)1.B[解析] 一群处于n=3激发态的氢原子向较低能级跃迁,可能放出三种不同频率的光子,故选项A错误;每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质,故选项B正确;原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是不一定的,故选项C错误.α粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,认为电子绕核旋转,故选项D错误.2.AC[解析] 光是一种概率波,少量光子的行为易显示出粒子性,而大量光子的行为往往显示出波动性,A正确,B错误;光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的,而是光的一种属性,C正确;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,D错误.3.D[解析] 增大照射光的频率,若其不大于金属材料的极限频率,还是不会发生光电效应,选项A错误;光电效应是否产生与照射光频率有关,而与照射光强度无关,选项B错误;光电效应是否产生与照射光照射时间无关,选项C错误;只要照射光的频率大于该金属材料的极限频率,就能发生光电效应,选项D正确.4.BD[解析] 根据爱因斯坦的光电效应方程,hν=W+mv2,最大初动能随照射光频率的增大而增大,随照射光频率的减小而减小,选项A错误,B正确;减小金属的逸出功,也能增大最大初动能,选项C错误,D正确.5.A[解析] 由E=h可知,波长大,光子能量小,故Hα光子能量最小,Hδ光子能量最大,再由h=E n-E2可知,Hα对应的轨道量子数最小,A错误.6.BC[解析] 发生光电效应的条件是照射光频率大于截止频率,并不是光足够强就能发生光电效应,故A错误;金属的逸出功W0=hν,得ν=,故B正确;一定强度的照射光照射某金属发生光电效应时,照射光的频率越高,单个光子的能量值越大,光子的个数越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故C正确;氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量等于两能级间能量差,故D错误.7.BD[解析] 若仅增大该单色光照射的强度,由于每个光子的能量不变,因此光电子的最大初动能不变,但单位时间内射出的光电子数增多,因此光电流增大,故选项A错误;逸出功由金属材料自身决定,与是否有光照无关,故B正确;发生光电效应不需要时间积累,只要照射光的频率大于极限频率即可,故选项C错误;若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,因为电压是反向电压,所以电压减小时,光电子更容易到达A极形成电流,电流表示数增大,故选项D正确.8.B[解析] 以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得-Ue=0-,由光电效应方程得nhν=+W(n=2,3,4,…),联立解得U=(n=2,3,4,…),故选项B正确. 9.D[解析] 用一定频率的a单色光照射光电管时,电流计指针会发生偏转,知νa>νc,a光的波长小于b光的波长,A错误;发生光电效应的条件是ν>νc,增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转,B错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计G的电流方向是由c到d,C错误;增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大,D正确.10.BC[解析] 一个处于量子数n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生4种不同频率的光子,选项A错误;当n=3时,氢原子的能量E3=-1.51 eV,所以处于n=3激发态的氢原子的电离能是1.51 eV,当该氢原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离,选项B正确;根据玻尔理论,处于基态的氢原子不可能吸收该光子,所以氢原子仍处于基态,选项C正确;电子从高能级到低能级跃迁时,动能增大,电势能减小,选项D错误.11.ABC[解析] 由爱因斯坦光电效应方程E k=hν-W0知,当ν=0时,-W0=E k,故W0=E,A正确;而E k=0时,hν=W0,即W0=hν0,B正确;照射光的频率为2ν0时产生的光电子的最大初动能E km=2hν0-hν0=hν0=E,C正确;照射光的频率为时,不会发生光电效应,D错误.12.AB[解析] 已知从n=4到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ1,从n=4到n=2能级辐射的电磁波的波长为λ2,从n=2到n=1能级辐射的电磁波的波长为λ3,则λ1、λ2、λ3的关系为h,即,λ1<λ3,,λ3<λ2,又h,即,则,选项A、B正确.13.BC[解析] 氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前、后两个能级的能量之差,当氢原子从高能级直接跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,大于3.34 eV,所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应,A错误;大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,辐射光子的种数为=6,B正确;大量处于n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属,由爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为12.09 eV-3.34 eV=8.75 eV,C正确;当氢原子由低能级向高能级跃迁时,氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差,而由氢原子的能级图可知n=1能级与任何能级间的能量差都不等于10.3 eV,因此不能使n=1能级的氢原子跃迁到较高的能级,D错误.14.AB[解析] 能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;由德布罗意波长公式λ=,可得λ=,B正确;由λ=可知,加速电压越大,电子的波长越小,衍射现象就越不明显,C错误;用相同动能的质子替代电子,质子的波长变小,衍射现象与电子相比更不明显,故D错误.15.(1)不能(2)27.2 eV[解析] (1)设运动氢原子的速度为v0,发生完全非弹性碰撞后两者的速度为v,损失的动能ΔE被静止氢原子吸收.若ΔE=10.2 eV,则静止氢原子可由n=1能级跃迁到n=2能级.由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0=2mvmv2+ΔE=E k=13.6 eV联立解得ΔE==6.8 eV因为ΔE=6.8 eV<10.2 eV,所以不能使静止氢原子发生跃迁.(2)若要使静止氢原子电离,则ΔE≥13.6 eV联立解得E k≥27.2 eV.。
2020年物理高考大一轮复习第12章波粒二象性原子结构与原子核第34讲原子结构与原子核练习(含解析)
第34讲原子结构与原子核[解密考纲]综合考查氢原子能级的跃迁、放射性元素的衰变、半衰期、核反应，以及质能方程、核反应方程的有关计算．1．(2019·黄山质检)关于下列四幅图的说法正确的是( )A．图甲中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点B．图乙中1为α射线，它的电离作用很强可消除静电C．图丙中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁D．图丁中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带负电B 解析图甲中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，在C处也可以观察到很少的闪光点，选项A错误；根据左手定则可知，1带正电，为α射线，α射线的电离作用很强，可消除静电，选项B正确；吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，从基态氢原子发生跃迁到n＝2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即受10.2 eV光子照射，可以从基态氢原子发生跃迁到n＝2能级，10.4 eV的光子不能被吸收，不能发生跃迁，选项C错误；图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明原来就带正电，选项D错误．2．(2019·河南天一大联考高三期末)(多选)根据国家科技部2017年3月6日报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子，按玻尔氢原子理论，氢原子的能级如图所示，下列判断正确的是( )A ．用光子能量为13.01 eV 的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光B ．大量处于n ＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，可能发出6条光谱线C ．氢原子从第4激发态跃迁到第2激发态需要吸收光子D ．氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时，氢原子的电势能减小，电子的动能增大BD 解析 氢原子发生能级跃迁吸收或放出的光子能量等于两能级的能量差，选项A 错误；大量处于在n ＝4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数为n n －2＝6条，选项B 正确；第4激发态是n ＝5的能级态，第2激发态为n ＝3的能级态，氢原子由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子，选项C 错误；氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，因电场力做正功，故氢原子电势能减小，电子的动能增大，选项D 正确．3．(2019·烟台一模)下列说法正确的是 ( )A ．玻尔通过对氢原子光谱的研究建立了原子的核式结构模型B ．某些原子核发生衰变时能够放出β粒子，说明原子核内有β粒子C ．原子核反应中的质量亏损现象违反了能量守恒定律D ．某种单色光照射某种金属发生光电效应，若增大光照强度，则单位时间内发射的光电子数增加D 解析 卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型，玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，故选项A 错误；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故选项B 错误；核反应中的质量亏损现象遵循能量守恒定律，故选项C 错误；发生光电效应时，单位时间内发射的光电子数随入射光强度的增加而增加，故选项D 正确．4．(2019·南平高三一模)下列说法正确的是 ( )A ．—束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光照强度太弱B ．氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道，电子的动能增大，但原子的能量减小C ．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子D ．铀核裂变产物多样，其中一种核反应方程为235 92U ＋10n→141 56Ba ＋9236Kr ＋210nB 解析 能不能发生光电效应，和入射光的频率有关，和入射光的强度无关，选项A错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，释放光子，原子的能量减小，电子受到的库仑力提供向心力，则kQq r 2＝mv 2r ⇒E k ＝12mv 2＝kQq 2r，r 越小，动能越大，选项B 正确；β衰变的实质是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，选项C 错误；235 92U ＋10n→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ，选项D 错误．5．(2019·聊城一模)下列说法正确的是( )A ．铀核裂变的某种核反应方程是235 92U→141 56Ba ＋9236Kr ＋310nB ．已知质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，那么2个质子和2个中子结合成一个α粒子，释放的能量是(2m 1＋2m 2－m 3)c 2C ．卢瑟福通过α粒子散射实验验证了在原子核内部存在质子D ．一群处于n ＝4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射12种不同频率的电磁波B 解析 铀核裂变的核反应是235 92U ＋10n→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ，选项A 错误；已知质子、中子、α粒子的质量分别为m 1、m 2、m 3，那么2个质子和2个中子结合成一个α粒子，根据质能方程可得释放的能量是(2m 1＋2m 2－m 3)c 2，选项B 正确；卢瑟福通过α粒子散射实验验证了原子核式结构模型，选项C 错误；一群处于n ＝4能级态的氢原子，自发向低能级跃迁的过程中能辐射C 24＝6 种不同频率的电磁波，选项D 错误．6．(2019·苏北四市高三调研)(多选)下列说法正确的有 ( )A ．比结合能大的原子核分解成比结合能小的原子核时要吸收能量B ．用紫光照射某金属表面时发生光电效应，改用红光照射时也一定能发生光电效应C ．黑体辐射的强度随温度的升高而变大，且最大值向波长较短的方向移动D ．改变压强、温度可改变放射性元素的半衰期AC 解析 比结合能大的原子核分解为比结合能小的原子核时，核子的总结合能减小，一定要吸收核能才能完成，选项A 正确；用紫光照射某种金属可以发生光电效应，可知紫光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于紫光的频率，用红光照射不一定能产生光电效应，选项B 错误；随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C 正确；半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，选项D 错误．7. (多选)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有 ( )A.42He 核的结合能约为14 MeV。
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波粒二象性和原子物理课时作业 课时作业 光电效应波粒二象性和原子物理 时间/40分钟 基础达标 1.(多选)光电效应实验中,下列表述正确的是 ( ) A.光照时间越长,则光电流越大 B.入射光足够强就可以有光电流 C.遏止电压与入射光的频率有关 D.入射光频率大于极限频率时一定能产生光电子 2.(多选)已知某金属发生光电效应的截止频率为νc,则 ( ) A.当用频率为2νc的单色光照射该金属时,一定能产生光电子 B.当用频率为2νc的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为hνc C.当照射光的频率ν大于νc时,若ν增大,则逸出功增大 D.当照射光的频率ν大于νc时,若ν增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍 3.[2018·浙江温岭模拟]用电子做双缝干涉实验,如图K30-1所示的三幅图分别为100个、3000个、7000个左右的电子通过双缝后在胶片上出现的干涉图样.该实验表明 ( )
图K30-1 A.电子具有波动性,不具有粒子性 B.电子具有粒子性,不具有波动性 C.电子既有波动性又有粒子性 D.电子到达胶片上不同位置的概率相同
图K30-2 4.(多选)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的关系如图K30-2所示,则这两种光( ) A.照射该光电管时,a光使其逸出的光电子最大初动能大 B.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角大 C.通过同一装置发生双缝干涉时,a光的相邻条纹间距大 D.通过同一玻璃三棱镜时,a光的偏折程度大 5.(多选)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钾逸出的光电子具有较大的 ( ) A.波长 B.频率 C.能量 D.动量 技能提升 6.绿色植物在光合作用中,每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.88×10-7m的光量子,而每放出1mol的氧气,同时植物储存469kJ的能量,则绿色植物能量转换效率为(普朗克常量h=6.63×10-34J·s) ( ) A.79% B.56% C.34% D.9% 7.(多选)甲、乙两种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图K30-3中的a、b所示.下列判断正确的是 ( )
图K30-3 A.图线a与b不一定平行 B.图线a与b的斜率是定值,与入射光和金属材料均无关系 C.乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率 D.甲、乙两种金属发生光电效应时,若光电子的最大初动能相同,则甲金属的入射光频率大
图K30-4 8.(多选)[2018·浙江嘉兴联考]如图K30-4所示为研究光电效应规律的实验电路,电源的两个电极分别与接线柱c、d连接.用一定频率的单色光b照射光电管阴极时,灵敏电流计G的指针会发生偏转,而用另一频率的单色光a照射时,灵敏电流计G的指针不偏转.下列说法正确的是 ( ) A.电源正极可能与c接线柱连接 B.a光的频率一定大于b光的频率 C.用a光照射光电管时,可能发生了光电效应 D.若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是f→G→e
图K30-5 9.(多选)[2018·河北衡水中学月考]图K30-5为研究光电效应的实验装置示意图,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的金属表面K时,电流表有示数.下列说法正
确的是 ( ) A.若仅增大该单色光照射的强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大 B.无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度,金属的逸出功都不变 C.保持照射光的频率不变,当照射光的强度减弱时,发射光电子的时间将明显增加 D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数增大
图K30-6 10.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图如图K30-6所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率为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(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量) ( ) A.U=- B.U=- C.U=2hν-W D.U=- 挑战自我 11.用如图K30-7所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,那么 ( )
图K30-7 A.a光的波长一定大于b光的波长 B.增加b光的强度,可使电流计G的指针发生偏转 C.用a光照射光电管阴极K时,通过电流计G的电流是由d到c D.只增加a光的强度,可使通过电流计G的电流增大
图K30-8 12.(多选)研究光电效应规律的实验装置如图K30-8所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动.光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向遏止电压Uc,如图K30-9所示的光电效应实验规律的图像中正确的是 ( ) 图K30-9 13.(多选)利用金属晶格(大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h.下列说法中正确的是 ( ) A.该实验说明了电子具有波动性
B.实验中电子束的德布罗意波长为λ= C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显 D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显 14.用频率为ν的光照射光电管阴极时,产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图K30-10所示,Uc为遏止电压.已知电子电荷量为-e,普朗克常量为h,求: (1)光电子的最大初动能Ek; (2)该光电管发生光电效应的极限频率νc.
图K30-10 课时作业(三十一) 第31讲 原子和原子核 时间/40分钟 基础达标 1.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止,如图K31-1所示的各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是 ( )
图K31-1 2.[2018·浙江温州模拟]某核电站遭受严重破坏,产生了严重的核泄漏,从核电站周围一定范围内的空气中和核电站排出的废水中分别检测出了放射性物质碘131和钚239,严重危及了人们的生命
安全.已知该核电站采用的是重水反应堆,用U(铀)吸收中子后生成Pu(钚),碘131的半衰期为8天,下列说法正确的是 ( ) A.排出的废水中的钚239是铀核裂变的生成物
B.若U吸收中子后变成UU很不稳定,则经过2次β衰变后变成Pu C.核电站的核废料可直接堆放在露天垃圾场 D.碘131的半衰期只有8天,因此16天后会全部消失 3.四个核反应方程分别
为:UnSrXe+1n;UTh He;LinHeH+4.9MeV;HHHen+17.6MeV.下列说法正确的是 ( ) A.①、②是重核铀的同位素的核反应,故都是重核的裂变反应 B.①、③反应前都有一个中子,故都是原子核的人工转变 C.②、③、④生成物中都有氦核,故都是α衰变反应 D.③比④放出的能量少,说明③比④的质量亏损得少 4.[2018·浙江慈溪模拟]图K31-2为1934年约里奥·居里夫妇用α粒子轰击铝箔时的实验示意图,他们除了探测到预料中的中子外,还发现拿走α粒子放射源以后,铝箔仍继续发射出一种神奇的粒子.下列说法正确的是 ( )
图K31-2 A.α粒子轰击铝箔的核反应方程为AlHe→PH
B.轰击铝箔后的生成物是磷P),它的衰变方程为PSie+γ C.拿走α粒子放射源以后,铝箔继续发射出的神奇粒子实际上是中子
D.磷P)也具有放射性,只是它不像天然放射性元素那样有一定的半衰期 5.(多选)如图K31-3所示是氢原子光谱的两条谱线,图中给出了谱线对应的波长及氢原子的能级图,已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,则 ( ) 图K31-3 A.Hα谱线对应光子的能量小于Hβ谱线对应光子的能量 B.若两种谱线对应光子都能使某种金属发生光电效应,则Hα谱线对应光子照射到该金属表面时,形成的光电流较小 C.Hα谱线对应光子的能量为1.89eV D.Hα谱线对应的光子是氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的
6.(多选)钍Th)具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为镤Pa),同时伴随有γ射线产生,其方程为Th→Pa+x,钍的半衰期为24天.下列说法正确的是( ) A.x为质子 B.x是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的 C.γ射线是镤核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的
D.1g钍Th)经过120天后还剩0.2g钍 技能提升