2016黑龍江高考物理復(fù)習(xí)訓(xùn)練試題:光電效應(yīng)
一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分。每小題至少一個(gè)答案正確,選不全得3分)
1.(2012·上海高考)根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知 ( )
A.“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”
B.光的波長(zhǎng)越大,光子的能量越小
C.一束單色光的能量可以連續(xù)變化
D.只有光子數(shù)很多時(shí),光才具有粒子性
2.(2013·長(zhǎng)沙模擬)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,下列表述正確的是 ( )
A.光照時(shí)間越長(zhǎng)光電流越大
B.入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流
C.遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)
D.入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子
3.(2013·銀川模擬)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用同一實(shí)驗(yàn)裝置在甲、乙、丙三種光的照射下得到了三條電流表與電壓表讀數(shù)之間的關(guān)系曲線,則 ( )
A.乙光的頻率大于甲光的頻率
B.甲光的波長(zhǎng)大于丙光的波長(zhǎng)
C.丙光的光子能量大于甲光的光子能量
D.乙光對(duì)應(yīng)的光電子初動(dòng)能小于丙光對(duì)應(yīng)的光電子初動(dòng)能
4.如圖所示,弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后,在鋅板上形成明暗相間的條紋,與鋅板相連的驗(yàn)電器的鋁箔張角增大,則此實(shí)驗(yàn)可以說明 ( )
A.光能發(fā)生衍射
B.光具有波粒二象性
C.驗(yàn)電器的鋁箔原來(lái)帶負(fù)電
D.從鋅板上逸出帶電粒子
5.對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn),下列描述正確的是 ( )
A.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔時(shí)都會(huì)明顯改變運(yùn)動(dòng)方向
B.少數(shù)α粒子穿過金箔時(shí)會(huì)被反向彈回
C.散射角度大的α粒子受原子核的作用力也大
D.無(wú)論散射角度大小,α粒子的機(jī)械能總是守恒的
6.當(dāng)用具有1.87eV能量的光子照射n=3激發(fā)態(tài)的氫原子時(shí) ( )
A.氫原子不會(huì)吸收這個(gè)光子
B.氫原子吸收該光子后被電離,電離后電子的動(dòng)能為0.36 eV
C.氫原子吸收該光子后被電離,電離后電子的動(dòng)能為零
D.氫原子吸收該光子后不會(huì)被電離
7.(2013·北碚模擬)對(duì)于原子光譜,下列說法正確的是 ( )
A.原子光譜是不連續(xù)的
B.由于原子都是由原子核和電子組成的,所以各種原子的光譜是相同的
C.各種元素原子的結(jié)構(gòu)不同,所以各種原子的光譜也是不同的
D.分析物質(zhì)發(fā)出的光譜,可以鑒別物質(zhì)中含哪種元素
8.如圖所示,大量氫原子處于能級(jí)n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們向各較低能級(jí)躍遷時(shí),對(duì)于多種可能的躍遷,下面說法中正確的是 ( )
A.最多只能放出4種不同頻率的光子
B.從n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)放出的光子頻率
C.從n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)放出的光子頻率最小
D.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)放出的光子頻率等于從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)放出的光子頻率
9.(2013·大慶模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核,下列說法中正確的是 ( )
A.利用α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算原子核的半徑
B.利用α粒子散射實(shí)驗(yàn)可以估算核外電子的運(yùn)動(dòng)半徑
C.原子的核式結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)
D.處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后,核外電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能將增大
10.(2013·長(zhǎng)沙模擬)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖。若在氣體放電管中,處于基態(tài)的氫原子受到能量為12.8eV的高速電子轟擊而躍遷到激發(fā)態(tài),在這些氫原子從激發(fā)態(tài)向低能級(jí)躍遷的過程中 ( )
A.最多能輻射出10種不同頻率的光子
B.最多能輻射出6種不同頻率的光子
C.能輻射出的波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子是從n=5躍遷到n=4能級(jí)時(shí)放出的
D.能輻射出的波長(zhǎng)最長(zhǎng)的光子是從n=4躍遷到n=3能級(jí)時(shí)放出的
二、計(jì)算題(本大題共2小題,共30分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)
11.(15分)真空中金屬板M、N相距為d,當(dāng)用波長(zhǎng)為λ的光照射N板時(shí),電路中的電流為I,設(shè)電子的電荷量為e,質(zhì)量為m,真空中光速為c。
(1)求每秒到達(dá)M板的電子數(shù)。
(2)當(dāng)垂直于紙面再加一勻強(qiáng)磁場(chǎng),且磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí),電路中的電流恰好為零,求從N板逸出的光電子的初動(dòng)能和N板的逸出功。
12.(能力挑戰(zhàn)題)(15分)已知?dú)湓釉趎=1時(shí)的能量E1=-13.6eV,電子的軌道半徑r1=0.53×10-10m,求:
(1)電子在第三條軌道即n=3時(shí)的動(dòng)能和勢(shì)能各是多少?
(2)原子從n=3躍遷到n=1時(shí)輻射出光子的頻率多大?波長(zhǎng)是多大?
答案解析
1.【解析】選B?！肮庾诱f”并不否認(rèn)光的波動(dòng)性,從本質(zhì)上有別于“粒子說”,A錯(cuò);由光子的能量E=hν可知,光的波長(zhǎng)越大,頻率越小,故光子的能量越小,B對(duì);根據(jù)光子說,光的能量是不連續(xù)的,C錯(cuò);光子數(shù)越多,光的波動(dòng)性越明顯,光的粒子性越不明顯,D錯(cuò)。
2.【解析】選C、D。由光電效應(yīng)規(guī)律可知,在能夠發(fā)生光電效應(yīng)的情況下,光電流大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān),故A、B均錯(cuò)。入射光的頻率決定入射光能量的大小,只有入射光的頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子,遏止電壓與入射光的頻率有關(guān),故C、D均正確。
【變式備選】(2013·信陽(yáng)模擬)關(guān)于光電效應(yīng),下列說法正確的是 ( )
A.某種頻率的光照射金屬發(fā)生光電效應(yīng),若增加入射光的強(qiáng)度,則單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加
B.光電子的動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)
C.當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)
D.一般需要用光照射金屬幾分鐘到幾十分鐘才能產(chǎn)生光電效應(yīng)
【解析】選A、B、C。某種頻率的光會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),若增加入射光的強(qiáng)度,即增加入射光的光子數(shù),則發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)將增加,故A正確。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W可知,光電子的動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),故B正確。任何一種金屬都有截止頻率存在,低于截止頻率的光照射對(duì)應(yīng)金屬,不能發(fā)生光電效應(yīng),故C正確。發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量,不需要能量的積累過程,故D錯(cuò)。
3.【解析】選A、B、C。由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程和遏止電壓可得關(guān)系式:eU=
hν-W,結(jié)合題目圖像可知,乙光和丙光的頻率相等,大于甲光的頻率,故A正確。由E=hν知,丙光的光子能量大于甲光的光子能量,故C正確。由于甲光頻率小于丙光頻率,則甲光波長(zhǎng)大于丙光波長(zhǎng),故B正確。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=
hν-W可知,由于乙光的頻率等于丙光的頻率,所以乙光光電子的初動(dòng)能等于丙光光電子的初動(dòng)能,因此D錯(cuò)。
4.【解析】選A、B、D。使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)說明光具有粒子性,在鋅板上發(fā)生衍射說明光具有波動(dòng)性,故A、B、D正確。發(fā)生光電效應(yīng)使鋅板帶正電,驗(yàn)電器的鋁箔張角變大,說明鋅板原來(lái)帶正電,故C錯(cuò)。
5.【解析】選C。α粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),少數(shù)α粒子發(fā)生了偏轉(zhuǎn),并且有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角超過了90°,有的甚至被彈回,偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°,因電場(chǎng)力做了功,α粒子的機(jī)械能不守恒,故A、B、D錯(cuò),C正確。
6.【解析】選B。氫原子在n=3具有的能量為-1.51 eV,它只要獲得1.51 eV的能量就能電離,現(xiàn)用1.87eV能量的光子照射,它電離后多余的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,即動(dòng)能為1.87 eV-1.51 eV=0.36 eV,故A、C、D錯(cuò),B正確。
7.【解析】選A、C、D。原子光譜是由一些不連續(xù)的亮線組成的,故A正確。由于每種元素的原子內(nèi)部的電子運(yùn)動(dòng)情況不同,它們發(fā)出的光譜就不同,故B錯(cuò)。各種元素原子的原子結(jié)構(gòu)不同,每種元素的原子只能發(fā)出具有本身特征的光,故C、D正確。
8.【解析】選B。根據(jù)玻爾原子理論的躍遷假設(shè)有ΔE=hν,則ν=,由此式知,能級(jí)差越大,放出的光子的頻率越大,故C錯(cuò),B正確。大量處于能級(jí)n=4的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出光子的頻率數(shù)為=6種,故A錯(cuò)。由于從n=4躍遷到n=3
的能級(jí)差不等于從n=2躍遷到n=1的能級(jí)差,根據(jù)ν=可知,D錯(cuò)。
9.【解析】選A、D。根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn),可估算出原子核的直徑約為10-15～10-14m,但核外電子的運(yùn)動(dòng)半徑不確定,故A對(duì)B錯(cuò)。玻爾理論能很好地解釋氫原子光譜的實(shí)驗(yàn),故C錯(cuò)。處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后向低能級(jí)躍遷,核外電子運(yùn)動(dòng)半徑減小,由F向=m=k可分析出電子動(dòng)能增大,故D正確。
10.【解析】選B、D。氫原子從基態(tài)躍遷到n=4的能級(jí)需要吸收ΔE=-0.85eV-
(-13.6 eV)=12.75 eV的能量,氫原子從與電子碰撞中吸收12.8eV的能量,把其中的12.75 eV的能量用以從基態(tài)躍遷到n=4的狀態(tài),把剩余的0.05eV能量作為氫原子的動(dòng)能,處于n=4的一群氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出=6種頻率的光子,故A錯(cuò),B正確。由前面分析可知,氫原子不能躍遷到n=5的能級(jí),故C錯(cuò)。由
ΔE=hν=h,得λ=,從此式可知,從n=4躍遷到n=3的能量差ΔE最小,輻射出光的波長(zhǎng)最長(zhǎng),故D正確。
11.【解析】(1)設(shè)每秒到達(dá)M板的電子數(shù)為n,由電流的定義有:I=ne
則:n= (2分)
(2)由光電效應(yīng)原理可知,從N板逸出的光電子的動(dòng)能和速度方向各不相同,加上磁場(chǎng)后,只要平行于N板且動(dòng)能的電子不能到達(dá)M板,則在其他方向上無(wú)論動(dòng)能多大的電子均不能到達(dá)M板,此時(shí),電路中的電流恰好為0,設(shè)具有初動(dòng)能的電子速率為v,則:
軌道半徑為r= (2分)
由牛頓第二定律有:evB=m (2分)
解得:v= (2分)
故電子的初動(dòng)能Ekm=mv2= (2分)
根據(jù)光電效應(yīng)方程,設(shè)N板的逸出功為W,則有:
h=W+Ekm (2分)
解得:W=h-Ekm=h- (3分)
答案：(1) (2) h-
12.【解析】(1)由rn=n2r1 (1分)
得:r3=32r1=4.77×10-10m (1分)
又由En=
得:E3=-eV
=-1.51eV
=-2.416×10-19J (2分)
核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)所需要的向心力由原子對(duì)電子的庫(kù)侖力提供,即
k=m (2分)
由此得電子在n=3軌道上的動(dòng)能
Ek3=mv2==2.415×10-19J (2分)
則電子在n=3軌道上時(shí)的勢(shì)能為
Ep3=E3-Ek3=-4.831×10-19J (1分)
(2)由hν=E3-E1 (2分)
變形得:
ν=
=2.91×1015Hz (2分)
則λ==1.03×10-7m (2分)
答案：(1)2.415×10-19J -4.831×10-19J
(2)2.91×1015Hz 1.03×10-7m
【總結(jié)提升】玻爾原子模型中遵循的經(jīng)典物理規(guī)律
(1)在玻爾原子模型中,認(rèn)為核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故向心力是由電子和原子核間的庫(kù)侖力來(lái)提供,根據(jù)牛頓第二定律和庫(kù)侖定律就能分析此題。
(2)玻爾模型中的能級(jí)是指電子在該軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的總能量,包含電子的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)能,軌道半徑越大,能級(jí)越高,原子的總能量越大。