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1、高考物理 第15章第1节 知能演练强化闯关 新人教版选修3-51. (2011高考广东理综卷)光电效应实验中, 下列表述正确的是()A. 光照时间越长光电流越大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才能产生光电子解析: 选CD.在光电效应中, 若照射光的频率小于极限频率, 无论光照时间多长, 光照强度多大, 都无光电流, 当照射光的频率大于极限频率时, 立刻有光电子产生, 时间间隔很小. 故A、B错误, D正确. 由eU0Ek, EkhW, 可知U(hW)/e, 即遏止电压与入射光频率有关. 2. (2011高考全国理综卷)已知氢原子的基态
2、能量为E1, 激发态能量EnE1/n2, 其中n2,3, .用h表示普朗克常量, c表示真空中的光速. 能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A. B. C. D. 解析: 选C.处于第一激发态时n2, 故其能量E2, 电离时释放的能量E0E2, 而光子能量E, 则解得, 故C正确, A、B、D均错. 3. (2011高考上海单科卷)卢瑟福利用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1517解析: 选 D.卢瑟福粒子散射实验表明: 绝大多数粒子穿过金箔后, 基本上仍沿原来的方向前进, 但少数粒子发生了大角度偏转, 极少数粒子原路返回. 4. (2010高考浙
3、江理综卷)在光电效应实验中, 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光), 如图1518所示. 则可判断出()图1518A. 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.由题图可知, 甲、乙两光对应的反向截止电压均为Uc2, 由爱因斯坦光电效应方程EkmhW逸及eUc20Ekm可知甲、乙两光频率相同, 且均小于丙光频率, 选项A、C均错; 甲光频率小, 则甲光对应光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能, 选项D错误;
4、 乙光频率小于丙光频率, 故乙光的波长大于丙光的波长, 选项B正确. 5. 氢原子在基态时轨道半径r10.531010m, 能量E113.6 eV.求氢原子处于基态时: (1)电子的动能. (2)原子的电势能. (3)用光照射氢原子, 使其电离的最长波长是多少？解析: (1)由库仑力提供向心力, 有km得Ekmv213.6 eV.(2)由E1EkEp, 得EpE1Ek27.2 eV.(3)由h0E1, 得9.141108 m.答案: (1)13.6 eV(2)27.2 eV(3)9.141108 m一、选择题1. 卢瑟福的粒子散射实验结果表明()A. 原子核是由质子和中子组成的, 质子带正电,
5、 中子不带电B. 某些原子核容易发生衰变, 自身变成另一种元素的原子核C. 原子的正电部分和几乎全部质量都集中在体积很小的核上, 整个原子很空旷D. 电子是原子的组成部分, 原子不可再分的观念被打破解析: 选C.汤姆生发现电子, 打破了原子不可再分的观念, D错误; 卢瑟福根据粒子散射实验结果, 建立了原子的核式结构学说, C正确, A、B错误. 2. (2011高考上海单科卷)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应, 可能使该金属产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: 选 B.金属发生光电
6、效应必须使光的频率大于极限频率, X射线的频率大于紫外线的频率. 3. (2012广州模拟)仔细观察氢原子的光谱, 发现它只有几条分离的不连续的亮线, 其原因是()A. 氢原子只有几个能级B. 氢原子只能发出平行光C. 氢原子有时发光, 有时不发光D. 氢原子辐射的光子的能量是不连续的, 所以对应的光的频率也是不连续的解析: 选 D.原子发光是电子在不同的稳定轨道之间的不连续的跃迁过程, 光子的频率由轨道之间的能量差决定, 故D正确. 图15194. (2012北京朝阳二模)如图1519所示, 1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级. 处在n4能级的一群氢原子向低能级跃迁时, 能发出若
7、干种频率不同的光子, 在这些光子中, 波长最长的是()A. n4跃迁到n1时辐射的光子B. n4跃迁到n3时辐射的光子C. n2跃迁到n1时辐射的光子D. n3跃迁到n2时辐射的光子解析: 选 B.能发出的若干种频率不同的光子中, 从n4跃迁到n3时辐射的光子频率最低, 波长最长, 选项B正确. 5. (2010高考课标全国卷)用频率为0的光照射大量处于基态的氢原子, 在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为1、2、3的三条谱线, 且321, 则()A. 01 B. 321C. 0123 D.解析: 选 B.在光谱中仅能观测到三条谱线, 可知基态的氢原子被激发到n3, 且h3h2h1, 30, 选
8、项B正确. 6. 如图15110所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27, 与纵轴交点坐标为0.5). 由图可知()图15110A. 该金属的截止频率为4.271014 HzB. 该金属的截止频率为5.51014HzC. 该图线的斜率表示普朗克常量D. 该金属的逸出功为0.5 eV解析: 选AC.图线在横轴上的截距为截止频率, A正确, B错误; 由光电效应方程EkhW0可知图线的斜率为普朗克常量, C正确; 金属的逸出功为W0h0eV1.71 eV, D错误. 7. (2010高考四川理综卷)用波长为2.0107 m的紫外线照射钨
9、的表面, 释放出来的光电子中最大的动能是4.71019 J. 由此可知, 钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034 Js, 光速c3.0108 m/s, 结果取两位有效数字)()A. 5.51014Hz B. 7.91014HzC. 9.81014Hz D. 1.21015Hz解析: 选 B.由爱因斯坦的光电方程hEkmW, 而金属的逸出功Wh0, 由以上两式得, 钨的极限功率为: 07.91014 Hz, B项正确. 8. 如图15111所示, 在研究光电效应的实验中, 发现用一定频率的A单色光照射光电管时, 电流表指针会发生偏转, 而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应() 图15
10、111A. A光的频率大于B光的频率B. B光的频率大于A光的频率C. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD. 用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a解析: 选AC.由题意知A单色光频率大于该金属的极限频率, 而B单色光的频率小于该金属的极限频率, A正确, B错误; 电子从b到a通过电流表, 则流过电流表G的电流方向是a流向b, C正确, D错误. 9. 用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子, 观测到了一定数目的光谱线. 调高电子的能量再次进行观测, 发现光谱线的数目比原来增加了5条. 用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差, E表示调高后电子的能
11、量. 根据氢原子的能级图(如图15112所示)可以判断, n和E的可能值为()图15112A. n1,13.06 eVE13.32 eVB. n2,13.22 eVE13.32 eVC. n1,12.75 eVE13.06 eVD. n2,12.09 eVE13.06 eV解析: 选AD.由数学知识可得, 一群处于量子数为n的激发态的氢原子向低能级跃迁时, 可能辐射出的光谱线条数为C, 当n1时, 光谱线增加了5条, 可知初始时n5, 调高后n6, 所以电子能量应大于(13.60.54) eV, 而小于(13.60.28) eV, 故A正确, B选项错误; 当n2时, 初始时n2, 调高后n4
12、, 所以电子能量应小于(13.60.54) eV, 而大于(13.61.51) eV, 故D正确, C错误. 二、非选择题10. (2011高考新课标全国卷)在光电效应实验中, 某金属的截止频率相应的波长为0, 该金属的逸出功为_. 若用波长为(0)的单色光做该实验, 则其遏止电压为_. 已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e, c和h.解析: 设金属的截止频率为0, 则该金属的逸出功W0h0h; 对光电子, 由动能定理得eU0hW0, 解得U0.答案: (写为 也可)11. (2010高考江苏单科卷)(1)研究光电效应的电路如图15113所示. 用频率相同、强度不同的光分别照射密
13、封真空管的钠极板(阴极K), 钠极板发射出的光电子被阳极A吸收, 在电路中形成光电流. 下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中, 正确的是_. 图15113图15114(2)钠金属中的电子吸收光子的能量, 从金属表面逸出, 这就是光电子. 光电子从金属表面逸出的过程中, 其动量的大小_(选填“增大”“减小”或“不变”), 原因是_. (3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.40 eV和1.51 eV, 金属钠的截止频率为5.531014 Hz, 普朗克常量h6.631034 Js.请通过计算判断, 氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板, 能否发生光
14、电效应. 解析: (1)虽然入射光强度不同, 但光的频率相同, 所以截止电压相同; 又因当入射光强时, 单位时间逸出的光电子多, 饱和光电流大, 所以选C.(2)见答案. (3)氢原子放出的光子能量EE3E2, 代入数据得E1.89 eV, 金属钠的逸出功W0hc, 代入数据得W02.3 eV, 因为EW0, 所以不能发生光电效应. 答案: (1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)见解析12. 氢原子处于基态时, 原子能量E113.6 eV, 已知电子电量e1.61019 C, 电子质量m0.911030 kg, 氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r10
15、.531010 m.(1)若要使处于n2的氢原子电离, 至少要用频率多大的电磁波照射氢原子？(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流, 则氢原子处于n2的激发态时, 核外电子运动的等效电流多大？(3)若已知钠的极限频率为6.001014Hz, 今用一群处于n4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠. 试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应？解析: (1)要使处于n2的氢原子电离, 照射光光子的能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处, 最小频率的电磁波的光子能量应为: h0, 得8.211014Hz.(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动, 库仑力作为向心力, 有其中r24r1根据电流强度的定义I由得I 将数据代入得I1.3104A.(3)由于钠的极限频率为6.001014 Hz, 则使钠发生光电效应的光子的能量至少为E0h eV2.486 eV.一群处于n4的激发态的氢原子发射的光子, 要使钠发生光电效应, 应使跃迁时两能级的差EE0, 所以在六条光谱线中有E41、E31、E21、E42四条谱线可使钠发生光电效应. 答案: (1)8.211014Hz(2)1.3104A(3)四条6