(共32张PPT)
专题分层突破练14 热学
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基础巩固
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1.如图是一种儿童玩具“吡叭筒”,由竹筒和木棍组成,在竹筒的前后两端分别装上“叭子”(树果子或打湿的小纸团)。叭子密封竹筒里面的空气,迅速推动木棍,前端的叭子便会从筒口射出。则迅速推动木棍过程中(叭子尚未射出),竹筒中被密封的气体( )
A.压强增大
B.温度不变
C.内能不变
D.每个分子的动能都增加
答案 A
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解析 迅速推动木棍过程中,竹筒中被密封的气体体积减小,则压强增大,外界对气体做正功,W>0,由于该过程气体与外界无热交换,则Q=0,根据热力学第一定律可知,ΔU>0,气体内能增加,温度升高,分子平均动能增加,但不是每个分子的动能都增加,故选A。
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2.(2024山东淄博一模)图甲、乙是某同学从资料中查到的两张记录水中炭粒运动位置连线的图片,记录炭粒位置的时间间隔均为30 s,两方格纸每格表示的长度相同。比较两张图片可知( )
A.图中连线是炭粒的运动径迹
B.炭粒的位置变化是分子间斥力
作用的结果
C.若水温相同,甲中炭粒的颗粒较大
D.若炭粒大小相同,甲中水分子的
热运动较剧烈
答案 C
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解析 图中连线不是炭粒的运动径迹,A错误;炭粒的位置变化是水分子的撞击不平衡产生的结果,B错误;若水温相同,较大炭粒的布朗运动的剧烈程度较弱,炭粒在30 s始、末时刻所在位置连线的距离较短,故甲中炭粒的颗粒较大,C正确;若炭粒大小相同,温度越高分子的热运动越剧烈,做布朗运动的炭粒运动也越剧烈,故乙中水分子的热运动较剧烈,D错误。
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3.(多选)(2024天津一模)下列有关热学的问题说法正确的是( )
A.图甲是理想气体分子速率的分布
规律,气体在①状态下的分子平均
动能小于②状态下的分子平均动能
B.图乙是分子势能Ep与分子间距r的关
系示意图,在r>r1时分子力表现为引力
C.图丙为压力锅示意图,在关火后打开
压力阀开始放气的瞬间,锅内气体对
外界做功,内能减少
D.图丁为一定质量的理想气体分别在
T1、T2温度下发生的等温变化,由图可知T1CD
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解析 图甲是理想气体分子速率的分布规律,气体在①状态下分子速率占总分子数的百分比的极大值的速率较大,则气体在①状态下的分子平均动能大于②状态下的分子平均动能,A错误;图乙是分子势能Ep与分子间距r的关系示意图,在r=r2时分子间作用力为零,可知在r2>r>r1时分子间作用力表现为斥力,B错误;图丙为压力锅示意图,在关火后打开压力阀开始放气的瞬间,锅内气体体积变大,对外界做功,因来不及与外界进行热交换,则气体的内能减少,C正确;图丁为一定质量的理想气体分别在T1、T2温度下发生的等温变化,由图可知距离原点越远的曲线上pV乘积越大,则温度越高,即T11
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4.(2024安徽期末)有关分子动理论和热力学定律,下列说法正确的是( )
A.当分子间表现为引力时,分子势能随分子间距离的增大而减小
B.随着科技的进步,我们可以利用通过降低海水温度释放出的大量热量,全部用来发电,而不产生其他影响,从而解决能源危机
C.一气泡从恒温的水池底部缓慢向上浮动,在上浮过程中气泡体积增大,对外做功,吸收热量
D.若把氢气和氧气看成理想气体,则体积、质量和温度均相同的氢气和氧气内能一定相等
答案 C
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解析 当分子间表现为引力时,增大分子间的距离,引力做负功,分子势能增大,A错误;由热力学第二定律知,不可能从单一热源吸收热量,使其完全变成功,而不产生其他影响,B错误;气泡从恒温的水池底部缓慢向上浮动,在上浮过程中压强减小,故气泡体积增大,对外做功,吸收热量,C正确;体积、质量和温度均相同的氢气和氧气,分子的平均动能相等,但由于分子总数不同,因此内能不相等,D错误。
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5.(2023江苏卷)如图所示,密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中( )
A.气体分子的数密度增大
B.气体分子的平均动能增大
C.单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小
D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减小
答案 B
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解析 气体发生等容变化,故气体分子的数密度不变,选项A错误;气体温度升高,故气体分子的平均动能增大,选项B正确;气体压强增大,故单位时间内气体分子对单位面积的作用力增大,选项C错误;由于气体分子的平均动能增大,气体体积不变,故单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增大,选项D错误。
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6.(多选)(2024新课标卷)如图所示,一定量理想气体的循环由下面4个过程组成:1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量),2→3为等压过程, 3→4为绝热过程,4→1为等容过程。上述4个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是( )
A.1→2过程中,气体内能增加
B.2→3过程中,气体向外放热
C.3→4过程中,气体内能不变
D.4→1过程中,气体向外放热
答案 AD
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解析 本题考查热学图像问题。1→2过程中,气体绝热压缩,外界对气体做功,内能增加,选项A正确。2→3过程中,气体等压膨胀,对外做功,温度升高,根据热力学第一定律可知,气体吸热,选项B错误。3→4过程中,气体绝热膨胀,内能减小,选项C错误。4→1过程中,气体体积不变,压强减小,温度降低,内能减小,根据热力学第一定律可知,气体放热,选项D正确。
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7.(10分)(2024安徽卷)某人驾驶汽车从北京到哈尔滨,在哈尔滨发现汽车的某个轮胎内气体的压强有所下降(假设轮胎内气体的体积不变,且没有漏气,可视为理想气体)。于是在哈尔滨给该轮胎充入压强与大气压相同的空气,使其内部气体的压强恢复到出发时的压强(假设充气过程中,轮胎内气体的温度与环境温度相同,且保持不变)。已知该轮胎内气体的体积V0=30 L,从北京出发时,该轮胎内气体的温度t1=-3 ℃,压强p1=2.7×105 Pa。哈尔滨的环境温度t2=-23 ℃,大气压强p0取1.0×105 Pa。求:
(1)在哈尔滨时,充气前该轮胎内气体的压强。
(2)充进该轮胎的空气体积。
答案 (1)2.5×105 Pa
(2)6 L
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其中p1=2.7×105 Pa,T1=(273-3) K=270 K,T2=(273-23) K=250 K
代入数据解得,在哈尔滨时,充气前该轮胎内气体的压强为p2=2.5×105 Pa。
(2)由玻意耳定律可知p2V0+p0V=p1V0
代入数据解得,充进该轮胎的空气体积为V=6 L。
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8.(12分)(2022海南卷改编)足够长的玻璃管水平放置,用长19 cm的水银封闭一段长为25 cm的空气柱,大气压强相当于76 cm汞柱产生的压强,环境温度为300 K,将玻璃管缓慢顺时针旋转到竖直。
(1)空气柱长度变为多少 空气柱是吸热还是放热
(2)当气体温度变为360 K时,空气柱长度是多少
答案 (1)20 cm 放热
(2)24 cm
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解析 (1)以封闭气体为研究对象,气体做等温变化,设玻璃管横截面积为S,玻璃管水平时
p1=0.76 mρ汞g、V1=0.25 mS
玻璃管竖起来后
p2=(0.19+0.76) mρ汞g=0.95 mρ汞g、V2=LS
根据p1V1=p2V2
解得L=20 cm
气体体积减小,外界对气体做功,但其温度不变,内能不变,根据热力学第一定律可知气体向外放热。
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其中T1=300 K、V2=20 cmS、V3=L'S
解得L'=24 cm。
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综合提升
9.(多选)(2024河北卷)如图所示,水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左、右两部分,左侧封闭一定质量的理想气体,右侧为真空,活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度,弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间,后因活塞密封不严发生缓慢移动,活塞重新静止后( )
A.弹簧恢复至自然长度
B.活塞两侧气体质量相等
C.与初始时相比,汽缸内气体的内能增加
D.与初始时相比,活塞左侧单位体积内气体分子数减少
答案 ACD
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解析 开始弹簧处于压缩状态,因活塞密封不严,可知左侧气体向右侧漏出,左侧气体压强变小,右侧出现气体,对活塞有向左的压力,最终左、右两侧气体压强相等,且弹簧恢复原长,故A正确;活塞初始时静止在汽缸正中间,但由于活塞向左移动,左侧气体体积小于右侧气体体积,因此左侧气体质量小于右侧气体质量,故B错误;由于密闭的汽缸绝热,与外界没有能量交换,但弹簧弹性势能减少了,可知气体的内能增加,故C正确;初始时气体在左侧,最终气体充满整个汽缸,则初始左侧单位体积内气体分子数应该是最终左侧的两倍,故D正确。
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10.(多选)(2023山东卷)一定质量的理想气体,初始温度为300 K,压强为1×105 Pa。经等容过程,该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K;若经等压过程,需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是( )
A.初始状态下,气体的体积为6 L
B.等压过程中,气体对外做功400 J
C.等压过程中,气体体积增加了原体积的
D.两个过程中,气体的内能增加量都为400 J
答案 AD
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解析 理想气体的内能只和温度有关,等容过程ΔU=400 J,
故两个过程内能增加量都为400 J,选项D正确;
等压过程Q=600 J,根据ΔU=W+Q,可得W=-200 J,选项B错误;
等压过程中,-W=pΔV,解得ΔV=2×10-3 m3=2 L,
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11.(2024山东潍坊二模)一定质量的理想气体由a状态开始,经历a→b→c→a过程,其p-V图像如图所示,ab的延长线过坐标原点O,bc与纵轴平行。已知a、c两状态下气体的温度相同,a→b过程中气体向外界放出的热量为Q。下列说法正确的是( )
A.气体在a状态下单位时间内对单位面积器壁
的冲量小于在c状态下的冲量
B.a→b过程中气体内能变化量的绝对值大于Q
C.b→c过程中气体从外界吸收的热量为 p0V0
D.a→b→c→a整个过程中气体对外界做功为零
答案 A
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解析 a状态气体的体积较大,气体密度较小,又两个状态的温度相同,故气体在a状态下单位时间内对单位面积器壁的作用力较小,冲量较小,A正确; b→c过程体积不变,压强增大,根据 =C可知,气体温度升高,则c状态气体内能大于b状态气体内能,由于a与c状态气体温度相同,内能相等,则b状态气体内能小于a状态气体内能,a→b过程气体体积减小,外界对气体做功,根据ΔU=Q+W,ΔU为负值,W为正值,故气体放热大于内能的减少量,B错误;
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12.(12分)(2023浙江1月选考)某探究小组设计了一个
报警装置,其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容
器内用面积S=100 cm2、质量m=1 kg的活塞密封一
定质量的理想气体,活塞能无摩擦滑动。开始时气体
处于温度TA=300 K、活塞与容器底的距离h0=30 cm
的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热,活塞
缓慢上升d=3 cm恰好到达容器内的卡口处,此时气体
达到状态B。活塞保持不动,气体被继续加热至温度TC=363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU=158 J。取大气压p0=0.99×105 Pa,求气体:
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(1)在状态B的温度;
(2)在状态C的压强;
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收的热量Q。
答案 (1)330 K
(2)1.1×105 Pa
(3)188 J
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(3)根据题意可知,从状态A到状态C的过程中气体对外做功为
W=pBSd=30 J
由热力学第一定律有
ΔU=-W+Q
解得Q=ΔU+W=188 J。
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13.(12分)(2024湖南卷)一个充有空气的薄壁气球,气球内气体压强为p、体积为V。气球内空气可视为理想气体。
(1)若将气球内气体等温膨胀至大气压强p0,求此时气体的体积V0(用p0、p和V表示);
(2)小赞同学想测量该气球内气体体积V的大小,但身边仅有一个电子天平。将气球置于电子天平上,示数为m=8.66×10-3 kg(此时须考虑空气浮力对该示数的影响)。小赞同学查阅资料发现,此时气球内气体压强p和体积V还满足:(p-p0)(V-VB0)=C,其中p0=1.0×105 Pa为大气压强,VB0=0.5×10-3 m3为气球无张力时的最大容积,C=18 J为常数。已知该气球自身质量为m0=8.40×10-3 kg,外界空气密度为ρ0=1.3 kg/m3,求气球内气体体积V的大小。
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解析 本题考查气体实验定律。
(1)根据玻意耳定律有pV=p0V0
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(2)设气球内气体质量为m气,则m气=ρV
根据阿基米德原理,气球受到的浮力为ρ0gV
对气球进行受力分析如图所示
根据气球的受力分析有mg+ρ0gV=m气g+m0g
第(1)问中,气体等温变化时,气体质量不变,
有m气=ρV=ρ0V0
结合题中p和V满足的关系为
(p-p0)(V-VB0)=C
解得V=5×10-3 m3。(共24张PPT)
专题分层突破练15 近代物理
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基础巩固
选择题:每小题10分,共100分
1.(2024湖南卷)量子技术是当前物理学应用研究的热点,下列关于量子论的说法正确的是( )
A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B.光电效应实验中,红光照射可以让电子从某金属表面逸出,若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C.康普顿研究石墨对X射线散射时,发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D.德布罗意认为质子具有波动性,而电子不具有波动性
答案 B
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解析 普朗克认为黑体辐射的能量是量子化的,故A错误;入射光的频率大于或等于金属的截止频率能产生光电效应,紫光的频率大于红光的频率,红光能让金属产生光电效应,则紫光也能让金属产生光电效应,故B正确;石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒,光子和电子碰撞后,电子获得一定的动量,光子动量变小,根据λ= 可知波长变长,故C错误;德布罗意认为物质都具有波动性,故D错误。
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2.(2024山东日照二模)在医学研究中把Sr-87m引入患者体内,待骨骼吸收后,用辐射检测器可测定其在患者骨骼中所处的位置,并确定患者体内出现的异常情况。Sr-87m的半衰期为2.8 h,对于质量为m0的Sr-87m,经过时间t后剩余的质量为m,其 -t图线如图所示。从图中提供的信息,可知Sr-87m的半衰期可表示为( )
A.t1-0 B.t3-t1
C.t2-t1 D.t3-t2
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4.(2023山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系,原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,然后自发辐射出频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,实现受激辐射,发出钟激光,最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。
该原子钟产生的钟激光的频率ν2为( )
A.ν0+ν1+ν3
B.ν0+ν1-ν3
C.ν0-ν1+ν3
D.ν0-ν1-ν3
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解析 根据能级图可得hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,选项A、B、C错误,D正确。
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以下推断正确的是( )
答案 A
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解析 根据质量数和电荷数守恒可知,X是 ,前一核反应过程的质量亏损Δm1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u=0.002 1 u,后一核反应的质量亏损Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u,Δm2>Δm1,根据质能方程E=Δmc2可知Q2>Q1,A正确。
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6.(2024山东泰安一模)氢原子能级分布如图所示。可见光的能量范围为1.62~3.11 eV,两个处于n=4能级的氢原子自发跃迁到低能级的过程中( )
A.最多能辐射出6种频率不同的光,
其中最多有3种频率不同的可见光
B.最多能辐射出6种频率不同的光,
其中最多有2种频率不同的可见光
C.最多能辐射出4种频率不同的光,
其中最多有3种频率不同的可见光
D.最多能辐射出4种频率不同的光,
其中最多有2种频率不同的可见光
答案 D
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解析 一个原子最多可以产生3种不同频率的光,分别是从第4能级到第3能级(0.66 eV),从第3能级到第2能级(1.89 eV),从第2能级到第1能级(10.2 eV);另外一个可以从第4能级到第2能级(2.55 eV),再从第2能级到第1能级(10.2 eV),或者从第4能级到第3能级(0.66 eV),再从第3能级到第1能级(12.09 eV),所以最多能辐射出4种频率不同的光,从第3能级到第2能级和从第4能级到第2能级产生的光属于可见光,即最多有2种频率不同的可见光。故选D。
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7.某防盗报警器工作原理如图所示。用紫外线照射光敏材料制成的阴极时,逸出的光电子在电路中产生电流,电流经放大后使电磁铁吸住铁条。当光源与阴极间有障碍物时,报警器响起。下列说法正确的是( )
A.若用红外光源代替紫外光源,
该报警器一定能正常工作
B.逸出光电子的最大初动能与
照射光频率成正比
C.若用更强的同一频率紫外线
照射阴极,光电流变大
D.若用更强的同一频率紫外线照射阴极,所有光电子的初动能均增大
答案 C
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解析 由光电效应方程知hν=W0+Ek,紫外光频率大于红外光频率,该光敏材料截止频率未知,不能确保红外光照射会发生光电效应,A错误;由光电效应方程知,逸出光电子的最大初动能与照射光频率有关,但不成正比,B错误;光照越强,光电子越多,光电流越大,C正确;由光电效应方程知,光电子的最大初动能只与光的频率有关,与光照强弱无关,D错误。
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综合提升
8.(多选)(2024山东济宁一模)如图甲所示,a、b两束单色光分别沿不同方向射向横截面为半圆形的玻璃砖的圆心O,已知a光刚好发生全反射,b光的折射光线(反射光线未画出)刚好与a光的反射光线重叠。分别将这两束单色光射向图乙所示的装置,仅有一束光能发生光电效应。调节滑片P的位置,当电流表示数恰好为零时,电压表示数为Uc。
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已知K极板上金属的截止频率为ν0,电子电荷量的绝对值为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是( )
A.若将b光沿a光的光路射向O点,b光也能发生全反射
B.用同一双缝做光的干涉实验,a光产生的干涉条纹间距比b光的大
C.a光的光子能量为hν0+eUc
D.用图乙测量遏止电压,滑片P应从图示位置向左端滑动
答案 CD
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9.(2024山东临沂一模)如图所示,金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子,最大速率为vm。正对M放置一金属网N,在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长),电子的质量为m,电荷量为e,则( )
A.M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有
C
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解析 M、N间距离增大时,由于M、N间的电压不变,电场力对电子做功不变,则电子到达N的动能并不会随着距离的增大而增大,A错误;电子从M到
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10.(2024山东聊城二模)图甲为研究光电效应规律的实验装置,图乙为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线,图丙为氢原子的能级图,图丁给出了几种金属的逸出功和截止频率。
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下列说法正确的是( )
A.若b光为绿光,c光不可能是紫光
B.图甲所示的电路中,滑动变阻器滑片右移时,电流表示数一定增大
C.若用能量为0.66 eV的光子照射某一个处于n=3激发态的氢原子,最多可以产生6种不同频率的光
D.若用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离
几种金属的逸出功和截止频率
金属 W0/eV ν/1014Hz
钠 2.29 5.33
钾 2.25 5.44
铷 2.13 5.15
丁
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解析 根据光电效应方程Ek=hν-W0,又0- mv2=0-eUc,联立可得eUc=hν-W0,可知频率越大,遏止电压越大,由图可知Uc1>Uc2,故若b光为绿光,c光可能是紫光,A错误;图甲所示的光电效应实验装置所加的是正向电压,滑动变阻器滑片右移时,极板间电压增大,电流可能增大,当电流达到饱和电流时,电流不发生改变,B错误;若光子能量为0.66 eV,照射某一个处于n=3激发态的氢原子,根据-1.51 eV+0.66 eV=-0.85 eV可知,氢原子吸收光子的能量,跃迁至n=4激发态,最多可以产生3种不同频率的光,C错误;能使金属铷发生光电效应的光,根据光电效应方程有Ek=hν-W0=hν-2.13 eV>0,则光子的能量大于2.13 eV,处于n=3激发态的氢原子发生电离的能量至少为1.51 eV,故用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n=3激发态的氢原子,可以使该氢原子电离,D正确。
