2016年高考物理訓(xùn)練試題及答案:光電效應(yīng)
2016年高考物理訓(xùn)練試題及答案: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,光才具有粒子性
2.(2013·長沙模擬)光電效應(yīng)實驗中,下列表述正確的是 ( )
A.光照時間越長光電流越大
B.入射光足夠強就可以有光電流
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)實驗中,某同學(xué)用同一實驗裝置在甲、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.甲光的波長大于丙光的波長
C.丙光的光子能量大于甲光的光子能量
D.乙光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光對應(yīng)的光電子最大初動能
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,與鋅板相連的驗電器的鋁箔張角增大,則此實驗可以說明 ( )
A.光能發(fā)生衍射
B.光具有波粒二象性
C.驗電器的鋁箔原來帶負電
D.從鋅板上逸出帶電粒子
5.對α粒子散射實驗,下列描述正確的是 ( )
A.絕大多數(shù)α粒子穿過金箔時都會明顯改變運動方向
B.少數(shù)α粒子穿過金箔時會被反向彈回
C.散射角度大的α粒子受原子核的作用力也大
D.無論散射角度大小,α粒子的機械能總是守恒的
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 ( )
A.氫原子不會吸收這個光子
B.氫原子吸收該光子后被電離,電離后電子的動能為0.36 eV
C.氫原子吸收該光子后被電離,電離后電子的動能為零
D.氫原子吸收該光子后不會被電離
7.(2013·北碚模擬)對于原子光譜,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n=4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們向各較低能級躍遷時,對于多種可能的躍遷,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能級躍遷到n=1能級放出的光子頻率最大
C.從n=4能級躍遷到n=1能級放出的光子頻率最小
D.從n=4能級躍遷到n=3能級放出的光子頻率等于從n=2能級躍遷到n=1能級放出的光子頻率
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粒子散射實驗可以估算原子核的半徑
B.利用α粒子散射實驗可以估算核外電子的運動半徑
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驗
D.處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后,核外電子運動的動能將增大
10.(2013·長沙模擬)如圖所示為氫原子的能級圖。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.能輻射出的波長最長的光子是從n=5躍遷到n=4能級時放出的
D.能輻射出的波長最長的光子是從n=4躍遷到n=3能級時放出的
二、計算題(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)用波長為λ的光照射N板時,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M板的電子數(shù)。
(2)當(dāng)垂直于紙面再加一勻強磁場,且磁感應(yīng)強度為B時,電路中的電流恰好為零,求從N板逸出的光電子的最大初動能和N板的逸出功。
12.(能力挑戰(zhàn)題)(15分)已知氫原子在n=1時的能量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時的動能和勢能各是多少?
(2)原子從n=3躍遷到n=1時輻射出光子的頻率多大?波長是多大?
答案解析
1.【解析】選B。“光子說”并不否認光的波動性,從本質(zhì)上有別于“粒子說”,A錯;由光子的能量E=hν可知,光的波長越大,頻率越小,故光子的能量越小,B對;根據(jù)光子說,光的能量是不連續(xù)的,C錯;光子數(shù)越多,光的波動性越明顯,光的粒子性越不明顯,D錯。
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度有關(guān),故A、B均錯。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),若增加入射光的強度,則單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)增加
B.光電子的動能只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強弱無關(guān)
C.當(dāng)入射光的頻率低于截止頻率時不發(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。某種頻率的光會發(fā)生光電效應(yīng),若增加入射光的強度,即增加入射光的光子數(shù),則發(fā)生光電效應(yīng)時單位時間內(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,光電子的動能只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強弱無關(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,一個電子只能吸收一個光子的能量,不需要能量的積累過程,故D錯。
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,則甲光波長大于丙光波長,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,所以乙光光電子的最大初動能等于丙光光電子的最大初動能,因此D錯。
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性,故A、B、D正確。發(fā)生光電效應(yīng)使鋅板帶正電,驗電器的鋁箔張角變大,說明鋅板原來帶正電,故C錯。
5.【解析】選C。α粒子散射實驗的現(xiàn)象:絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,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)角幾乎達到180°,因電場力做了功,α粒子的機械能不守恒,故A、B、D錯,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)化為動能,即動能為1.87 eV-1.51 eV=0.36 eV,故A、C、D錯,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)部的電子運動情況不同,它們發(fā)出的光譜就不同,故B錯。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,能級差越大,放出的光子的頻率越大,故C錯,B正確。大量處于能級n=4的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出光子的頻率數(shù)為=6種,故A錯。由于從n=4躍遷到n=3
的能級差不等于從n=2躍遷到n=1的能級差,根據(jù)ν=可知,D錯。
9.【解析】選A、D。根據(jù)α粒子散射實驗,可估算出原子核的直徑約為10-15～10-14m,但核外電子的運動半徑不確定,故A對B錯。玻爾理論能很好地解釋氫原子光譜的實驗,故C錯。處于激發(fā)態(tài)的氫原子放出光子后向低能級躍遷,核外電子運動半徑減小,由F向=m=k可分析出電子動能增大,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能,處于n=4的一群氫原子向低能級躍遷時發(fā)出=6種頻率的光子,故A錯,B正確。由前面分析可知,氫原子不能躍遷到n=5的能級,故C錯。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,輻射出光的波長最長,故D正確。
11.【解析】(1)設(shè)每秒到達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能和速度方向各不相同,加上磁場后,只要平行于N板且動能最大的電子不能到達M板,則在其他方向上無論動能多大的電子均不能到達M板,此時,電路中的電流恰好為0,設(shè)具有最大初動能的電子速率為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)
故電子的最大初動能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動所需要的向心力由原子對電子的庫侖力提供,即
k=m (2分)
由此得電子在n=3軌道上的動能
Ek3=mv2==2.415×10-19J (2分)
則電子在n=3軌道上時的勢能為
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,認為核外電子繞核做勻速圓周運動,故向心力是由電子和原子核間的庫侖力來提供,根據(jù)牛頓第二定律和庫侖定律就能分析此題。
(2)玻爾模型中的能級是指電子在該軌道運動時系統(tǒng)的總能量,包含電子的動能和系統(tǒng)的電勢能,軌道半徑越大,能級越高,原子的總能量越大。
(責(zé)任編輯：盧雁明)
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