第四章测评(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.关于热辐射,下列说法正确的是( )
A.一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,所以黑体一定是黑的
C.一定温度下,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D.温度升高时,黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
2.以下说法正确的是( )
A.进行光谱分析可以用连续谱,也可以用吸收光谱
B.光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速
C.分析某种物质的化学组成时,可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气,取得吸收光谱进行分析
D.摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
3.根据玻尔理论,某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E'的轨道,辐射出波长为λ的光,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,那么E'等于( )
A.E-h
B.E+h
C.E-h
D.E+h
4.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则( )
A.吸收光子的能量为hν1+hν2
B.辐射光子的能量为hν1+hν2
C.吸收光子的能量为hν2-hν1
D.辐射光子的能量为hν2-hν1
5.下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法,正确的是( )
A.原子中的电子在某一定态时,电子做加速运动,向外辐射能量
B.原子中的电子运行轨道分布是连续的
C.一群氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁,最多能发出两种不同颜色的光子
D.氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时,氢原子的能量增大
6.下图为氢原子能级示意图的一部分,一群原来处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级的过程中( )
A.放出三种频率不同的光子
B.放出六种频率不同的光子
C.氢原子放出光子后,核外电子运动的动能将减小
D.从n=4的能级跃迁到n=3的能级时,辐射出的光子的波长最短
7.α粒子散射实验中,不考虑电子和α粒子的碰撞影响,是因为( )
A.α粒子与电子根本无相互作用
B.电子是均匀分布的,α粒子受电子作用的合力为零
C.α粒子和电子碰撞损失能量极少,可忽略不计
D.电子很小,α粒子碰撞不到电子
8.氢原子部分能级的示意图如图所示,不同色光的光子能量见下表。
色光 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫
光子能量范围/eV 1.61~2.00 2.00~2.07 2.07~2.14 2.14~2.53 2.53~2.76 2.76~3.10
处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为( )
A.红、蓝—靛
B.黄、绿
C.红、紫
D.蓝—靛、紫
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.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,一定发生光电效应
10.下图为氢原子能级图,下列说法正确的是( )
A.玻尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱
B.玻尔理论认为原子的能量是连续的,电子的轨道半径是不连续的
C.大量处在n=2能级的氢原子可以被2.00 eV的电子碰撞而发生跃迁
D.当氢原子从n=2的状态跃迁到n=3的状态时,吸收1.89 eV的光子
11.研究光电效应的电路如图所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够发射光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。如果用单色光a照射阴极K,电流表的指针发生偏转;用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转。下列说法正确的是( )
A.a光的波长一定小于b光的波长
B.只增加a光的强度可能使通过电流表的电流增大
C.只增加a光的强度可使逸出的电子最大初动能变大
D.阴极材料的逸出功与入射光的频率有关
12.美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,描绘出图乙中的图像,由此算出普朗克常量h。电子电荷量用e表示,下列说法正确的是( )
A.入射光的频率增大,为了测遏止电压,则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大
C.由Uc-ν图像可知,这种金属的截止频率为νc
D.由Uc-ν图像可求普朗克常量表达式为h=
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)一群氢原子处于量子数n=4的能级状态,氢原子的能级图如图所示,氢原子可能发射 种频率的光子;氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是 eV;用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射下表中几种金属,
金属能发生光电效应。
几种金属的逸出功
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功W0/eV 1.9 2.7 3.7 4.1
14.(8分)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。已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。
(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
15.(8分)如图所示,M、N为原子核外的两个等势面,已知UNM=100 V。一个α粒子以2.5×105 m/s的速率从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点,求α粒子在B点时速度的大小。已知mα=6.64×10-27 kg。
16.(8分)氢原子能级图如下图所示。
(1)如果有很多氢原子处于n=3的能级,在原子回到基态时,可能产生哪几种跃迁 出现几种不同的光谱线
(2)如果用动能为11 eV的外来电子去激发处于基态的氢原子,可使氢原子激发到哪一个能级上
(3)如果用能量为11 eV的外来光去激发处于基态的氢原子,结果又如何
17.(14分)已知钠发生光电效应的极限波长为λ0=5×10-7 m。现用波长为4×10-7 m的光照射用钠做阴极的光电管,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。求:
(1)钠的逸出功W0;
(2)为使光电管中的光电流为零,在光电管上所加反向电压至少多大。
18.(16分)利用光电效应现象测定金属截止频率的实验原理图如图所示,其中电源电动势为E,内阻为r,R0的总电阻为4r,两块平行金属板相距为d,当N受频率为ν的紫外线照射后,将发射沿不同方向运动的光电子,形成电流,从而引起电流计的指针偏转,若闭合开关S,调节R0逐渐增大极板间电压,可以发现电流逐渐减小。当电压表示数为U时,电流恰好为零。已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,电子质量为m,光速为c。
(1)金属板N的截止频率为多大
(2)这时RPb为多大
(3)切断开关S,在MN间加垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感应强度,也能使电流为零,当磁感应强度B为多大时,电流恰好为零 第四章测评(A)
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.关于热辐射,下列说法正确的是( )
A.一般物体的热辐射强度只与物体的温度有关
B.黑体只吸收电磁波,不反射电磁波,所以黑体一定是黑的
C.一定温度下,黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值
D.温度升高时,黑体辐射强度的极大值向波长增大的方向移动
答案：C
解析：一般物体的热辐射强度除与温度有关之外,还与材料、表面状况有关,选项A错误。黑体可以辐射可见光,不一定是黑的,选项B错误。由黑体辐射的实验规律知,选项C正确,选项D错误。
2.以下说法正确的是( )
A.进行光谱分析可以用连续谱,也可以用吸收光谱
B.光谱分析的优点是非常灵敏而且迅速
C.分析某种物质的化学组成时,可以使这种物质发出的白光通过另一种物质的低温蒸气,取得吸收光谱进行分析
D.摄下月球的光谱可以分析出月球上有哪些元素
答案：B
解析：进行光谱分析不能用连续谱,只能用线状谱或吸收光谱,故A错误。光谱分析的优点是灵敏而迅速,故B正确。分析某种物质的组成,可用白光照射其低温蒸气产生的吸收光谱进行,故C错误。月球不能发光,它只能反射太阳光,故其光谱是太阳的光谱,不是月球的光谱,不能用来分析月球上的元素,故D错误。
3.根据玻尔理论,某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E'的轨道,辐射出波长为λ的光,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,那么E'等于( )
A.E-h
B.E+h
C.E-h
D.E+h
答案：C
解析：根据玻尔理论得E-E'=h,所以E'=E-h,C正确。
4.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则( )
A.吸收光子的能量为hν1+hν2
B.辐射光子的能量为hν1+hν2
C.吸收光子的能量为hν2-hν1
D.辐射光子的能量为hν2-hν1
答案：D
解析：由跃迁假设及题意可知,hν1=Em-En,hν2=Ek-En,红光频率ν1小于紫光频率ν2,所以能级k能量大于能级m能量,所以从能级k到能级m需要辐射光子,选项A、C错误。由以上各式可得Ek-Em=hν2-hν1,选项D正确,选项B错误。
5.下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法,正确的是( )
A.原子中的电子在某一定态时,电子做加速运动,向外辐射能量
B.原子中的电子运行轨道分布是连续的
C.一群氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁,最多能发出两种不同颜色的光子
D.氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时,氢原子的能量增大
答案：D
解析：原子处于定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量,故A错误。原子的能量是量子化的,所以原子中的电子运行轨道分布是不连续的,故B错误。一群氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁,最多能发出3种不同颜色的光子,故C错误。氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时,氢原子的能量增大,故D正确。
6.下图为氢原子能级示意图的一部分,一群原来处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级的过程中( )
A.放出三种频率不同的光子
B.放出六种频率不同的光子
C.氢原子放出光子后,核外电子运动的动能将减小
D.从n=4的能级跃迁到n=3的能级时,辐射出的光子的波长最短
答案：B
解析：根据=6知,氢原子可能辐射6种频率的光子,故A错误,B正确。核外电子从高轨道跃迁到低轨道,运动的动能增大,C错误。根据ΔE=h可知选项D错误。
7.α粒子散射实验中,不考虑电子和α粒子的碰撞影响,是因为( )
A.α粒子与电子根本无相互作用
B.电子是均匀分布的,α粒子受电子作用的合力为零
C.α粒子和电子碰撞损失能量极少,可忽略不计
D.电子很小,α粒子碰撞不到电子
答案：C
解析：α粒子与电子之间存在着相互作用力,这个作用力是库仑引力,但由于电子质量很小,只有α粒子质量的,碰撞时对α粒子的运动影响极小,几乎不改变其运动方向,就像一颗子弹撞上一粒尘埃一样,故答案为C。
8.氢原子部分能级的示意图如图所示,不同色光的光子能量见下表。
色光 红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫
光子能量范围/eV 1.61~2.00 2.00~2.07 2.07~2.14 2.14~2.53 2.53~2.76 2.76~3.10
处于某激发态的氢原子,发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条,其颜色分别为( )
A.红、蓝—靛
B.黄、绿
C.红、紫
D.蓝—靛、紫
答案：A
解析：由题表可知,处于可见光范围的光子的能量范围为1.61~3.10 eV。
处于某激发态的氢原子能级跃迁时,E3-E2=(3.40-1.51) eV=1.89 eV,此范围为红光;E4-E2=(3.40-0.85) eV=2.55 eV,此范围为蓝—靛光,故选项A正确。
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.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,一定发生光电效应
答案：AD
解析：增大入射光的强度,单位时间内发射的光电子数增加,则光电流增大,选项A正确。光电效应能否发生与照射光频率有关,与照射光强度无关,选项B错误。改用频率较小的光照射时,如果光的频率仍大于截止频率,则仍会发生光电效应,否则,不能发生光电效应,选项C错误,选项D正确。
10.下图为氢原子能级图,下列说法正确的是( )
A.玻尔理论也能很好地解释复杂原子的光谱
B.玻尔理论认为原子的能量是连续的,电子的轨道半径是不连续的
C.大量处在n=2能级的氢原子可以被2.00 eV的电子碰撞而发生跃迁
D.当氢原子从n=2的状态跃迁到n=3的状态时,吸收1.89 eV的光子
答案：CD
解析：玻尔理论只能解释氢原子的光谱,选项A错误。玻尔理论认为原子的能量是不连续的,电子的轨道半径也是不连续的,选项B错误。能量为2.00 eV的电子与氢原子发生碰撞时,氢原子吸收1.89 eV的能量即可由n=2能级跃迁到n=3能级,选项C正确。当氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时,需吸收能量为1.89 eV的光子,选项D正确。
11.研究光电效应的电路如图所示,阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极,K在受到光照时能够发射光电子。阳极A吸收阴极K发出的光电子,在电路中形成光电流。如果用单色光a照射阴极K,电流表的指针发生偏转;用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转。下列说法正确的是( )
A.a光的波长一定小于b光的波长
B.只增加a光的强度可能使通过电流表的电流增大
C.只增加a光的强度可使逸出的电子最大初动能变大
D.阴极材料的逸出功与入射光的频率有关
答案：AB
解析：用单色光b照射光电管阴极K时,电流表的指针不发生偏转,说明用b光不能发生光电效应,即a光的波长一定小于b光的波长,选项A正确。只增加a光的强度可使阴极K单位时间内逸出的光电子数量增加,故通过电流表的电流增大,选项B正确。只增加a光的强度不能使逸出的电子的最大初动能变大,选项C错误。阴极材料的逸出功只与阴极材料有关,与入射光的频率无关,选项D错误。
12.美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系,描绘出图乙中的图像,由此算出普朗克常量h。电子电荷量用e表示,下列说法正确的是( )
A.入射光的频率增大,为了测遏止电压,则滑动变阻器的滑片P应向M端移动
B.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大
C.由Uc-ν图像可知,这种金属的截止频率为νc
D.由Uc-ν图像可求普朗克常量表达式为h=
答案：CD
解析：入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则遏止电压增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,A错误。
根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,B错误。
根据Ekm=hν-W0=eUc,得Uc=ν-,结合图像可知h=;当遏止电压为0时,ν=νc,C、D正确。
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)一群氢原子处于量子数n=4的能级状态,氢原子的能级图如图所示,氢原子可能发射 种频率的光子;氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是 eV;用n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射的光子照射下表中几种金属,
金属能发生光电效应。
几种金属的逸出功
金属 铯 钙 镁 钛
逸出功W0/eV 1.9 2.7 3.7 4.1
答案：6 2.55 铯
解析：从n=4的能级跃迁,可能发射6种频率的光子;从n=4的能级跃迁到n=2的能级,发出的光子能量hν=E4-E2=2.55 eV,此值大于铯的逸出功,所以可使金属铯发生光电效应。
14.(8分)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。已知电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。
(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
答案：(1)1.03×10-7 m
(2)3.3×1015 Hz
(3)3
解析：(1)由跃迁公式得hν=E3-E1 ①
ν= ②
由①②代入数据得λ=1.03×10-7 m。
(2)若要将基态原子电离,则hν'=0-E1,代入数据得ν'=3.3×1015 Hz。
(3)光子种数N==3。
15.(8分)如图所示,M、N为原子核外的两个等势面,已知UNM=100 V。一个α粒子以2.5×105 m/s的速率从等势面M上的A点运动到等势面N上的B点,求α粒子在B点时速度的大小。已知mα=6.64×10-27 kg。
答案：2.3×105 m/s
解析：α粒子从A点运动到B点,库仑力做的功WAB=qUMN=-qUNM,
由动能定理得WAB=mαmα,
故vB=
= m/s
=2.3×105 m/s。
16.(8分)氢原子能级图如下图所示。
(1)如果有很多氢原子处于n=3的能级,在原子回到基态时,可能产生哪几种跃迁 出现几种不同的光谱线
(2)如果用动能为11 eV的外来电子去激发处于基态的氢原子,可使氢原子激发到哪一个能级上
(3)如果用能量为11 eV的外来光去激发处于基态的氢原子,结果又如何
答案：(1)可能产生从n=3能级到n=2能级的跃迁,从n=3能级到n=1能级的跃迁,
从n=2能级到n=1能级的跃迁 出现三种光谱线
(2)n=2能级
(3)不能使氢原子激发
解析：(1)对于处于n=3能级的很多氢原子而言,在它们回到n=1的基态时,可能观测到三条不同频率的光谱线。
(2)从氢原子能级图可以推算出,
氢原子从n=1的能级激发到n=2的能级时所需吸收的能量
ΔE21=E2-E1=(-3.40 eV)-(-13.6 eV)=10.2 eV
如果氢原子从n=1的能级激发到n=3的能级,所需吸收的能量为
ΔE31=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV
因为外来电子的能量E电=11 eV,和上述计算结果相比较可知ΔE21所以具有11 eV能量的外来电子,只能使处于基态的氢原子激发到n=2的能级。
(3)如果外来光子的能量E光=11 eV,由于光子能量是一个不能再分割的最小能量单元,当外来光子能量不等于某两能级能量差时,则不能被氢原子所吸收,氢原子也不能从基态跃迁到任一激发态。
17.(14分)已知钠发生光电效应的极限波长为λ0=5×10-7 m。现用波长为4×10-7 m的光照射用钠做阴极的光电管,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。求:
(1)钠的逸出功W0;
(2)为使光电管中的光电流为零,在光电管上所加反向电压至少多大。
答案：(1)3.978×10-19 J
(2)0.62 V
解析：(1)逸出功W0=hνc=h=3.978×10-19 J。
(2)光电子最大初动能 Ek=hν-W0=h-W0=0.99×10-19 J
由Ek=eUc得Uc==0.62 V。
18.(16分)利用光电效应现象测定金属截止频率的实验原理图如图所示,其中电源电动势为E,内阻为r,R0的总电阻为4r,两块平行金属板相距为d,当N受频率为ν的紫外线照射后,将发射沿不同方向运动的光电子,形成电流,从而引起电流计的指针偏转,若闭合开关S,调节R0逐渐增大极板间电压,可以发现电流逐渐减小。当电压表示数为U时,电流恰好为零。已知普朗克常量为h,电子电荷量为e,电子质量为m,光速为c。
(1)金属板N的截止频率为多大
(2)这时RPb为多大
(3)切断开关S,在MN间加垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感应强度,也能使电流为零,当磁感应强度B为多大时,电流恰好为零
答案：(1)ν-
(2)
(3)
解析：(1)设金属的截止频率为ν0
则依题意有hν-hν0=eU 整理得到ν0=ν-。
(2)根据闭合电路欧姆定律得到 整理得到RPb=。
(3)当水平射出的具有最大动能的光电子在磁场中做圆周运动的轨迹和上板相切的时候是电流恰好为零的临界条件,如图所示。
由洛伦兹力提供向心力得到Bev=m ①
又d=2R ②
电压为U时,电流恰好为零,有mv2=eU ③
联立①②③得到B=。
