高中物理教科版选修3-5 作业 光电效应　原子结构 Word版含解析

1．在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步．对以下几位物理学家所作科学贡献的表述中，与事实相符的是(　　)
A．玻尔根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
B．密立根最早通过实验，比较准确地测定了电子的电荷量
C．法拉第发现了磁场产生电流的条件和规律，总结出电磁感应定律
D．爱因斯坦认为发生光电效应时，若入射光频率一定，则光的强度越大，逸出光电子的最大初动能越大
【解析】卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故A错误；密立根最早通过实验，比较准确地测定了电子的电荷量，故B正确；英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件，却是纽曼和韦伯先后总结了电磁感应定律，故C错误；爱因斯坦认为发生光电效应时，入射光频率越大，逸出光电子的最大初动能越大，故D错误．
【答案】B
2．2018年11月29日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收，该光刻机光刻分辨力达到22 nm.关于光的认识，下列说法正确的是(　　)
A．光子除了具有能量之外还具有动量
B．波长越长的光，光子动量越大
C．光电效应显示了光的波动性
D．爱因斯坦测量了光电效应中几个重要的物理量，由此算出了普朗克常量h
【解析】康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故A正确；依据公式p＝，可知，波长越长的光，则光子动量越小，故B错误；光电效应显示了光的粒子性，不是光的波动性，故C错误；爱因斯坦提出光电效应方程，而普朗克常量h是由普朗克测出的，故D错误．
【答案】A
3．(多选)如图甲是研究光电效应的实验电路图，图乙是光电流与加在阳极A和阴极K上的电压的关系图象，下列说法正确的是(　　)
A．由图线①、③可知，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多　　
B．由图线①、②、③可知，对某种确定的金属来说，光电子的最大初动能与入射光的频率和强弱都有关
C．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大
D．不论哪种颜色的入射光只要光足够强，就能发生光电效应
【解析】由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，故A正确．根据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0，可知入射光频率越大，最大初动能越大，与入射光的强弱无关，故B错误．根据Ekm＝eUc中，遏止电压越大，说明从该金属中逸出来的光电子的最大初动能越大，故C正确．发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，如果入射光的频率小于截止频率，无论光照多强，都不能发生光电效应，故D错误．
【答案】AC
4.
(多选)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯的主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中A为阳极，K为阴极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，以下判断正确的是(　　)
A．光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV
B．若增大入射光的强度，电流计的读数不为零
C．若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，光电子的最大初动能一定变大　　
D．若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数一定不为零
【解析】电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为6.0 V，知光电子的最大初动能为6.0 eV.根据光电W0＝hν－Ekm＝(10.5－6.0) eV＝4.5 eV，故A正确；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，所以增大入射光的强度，电流计的读数仍为零，故B错误；若用光子能量为12 eV的光照射阴极K，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定变大，故C正确；若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K，根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能一定减小，同时把滑片P向左移动少许，电流计的读数可能仍然为零，故D错误．
【答案】AC
5.
(多选)如图所示是研究光电效应规律的电路图．用波长λ的红光照射阴极K，测得遏止电压为Uc，饱和光电流为I，已知普朗克常数为h，电子电荷量为e，光在真空中的传播速度为c.下列说法正确的是(　　 )
A．每秒钟阴极发射的光电子数最多为
B．若增大红光强度，则遏止电压大于Uc
C．光电子的最大初动能为
D．该阴极材料的极限波长为
【解析】由电流定义式I＝及q＝ne得，光电管每秒产生的光电子数n＝＝，故A正确；根据光电效应方程：Ek＝hν－W0，及eUc＝Ek，电子的最大初动能和遏止电压都与光的强度无关，故B错误；根据光电效应方程，最大初动能Ek＝hν－W0＝－W0，故C错误；根据光电效应方程：Ek＝hν－W0，及eUc＝Ek，ν＝，W0＝可得：eUc＝＋，化简得：λ0＝，故D正确．
【答案】AD
6．奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队成功地在两个单光子之间建立起强大的相互作用，据科学家介绍：两个相互作用的光子同时到达时显示出与单个光子完全不同的行为，该项成果朝着轻拍校验量子通道或建立光学逻辑门发送信息迈出了重要一步．我们通过学习也了解了光子的初步知识，下列有关光子的现象以及相关说法正确的是(　　)
A．大量光子产生的效果往往显示出粒子性
B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应
C．一个处于n＝3的能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放3种不同频率的光子
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，所以光子散射后波长变长
【解析】大量光子产生的效果往往显示出波动性，少量光子体现粒子性，故A错误；紫光照射某种金属发生光电效应，改用红光，因红光的频率小于紫光，则照射这种金属不一定发生光电效应，故B错误；根据数学组合，一群处于n＝3的能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放C＝3种，但一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放2种不同频率的光子，故C错误；康普顿效应中，碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长，故D正确．
【答案】D
7．2016年9月25日，被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)在贵州省平塘县落成启用，开始接收来自宇宙深处的电磁波．“中国天眼”的存在，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义．如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106 W)的发射机，其发射的无线电波波长为126厘米．那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(真空光速c＝3×108 m/s，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s)(　　)
A．1023 B．1027
C．1030 D．1035
【解析】126 cm＝1.26 m，每个光子的能量为：E＝hν＝h，设每秒(t＝1 s)天眼发出的光子数是n，则：Pt＝nE，即：P＝nh，得：n＝，代入数据可得：n≈6.3×1030个；故C正确，A、B、D错误．
【答案】C
8．在α粒子散射实验中，α粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的，其中有极少数α粒子发生了大角度偏转，甚至被反向弹回．假定一个速度为v的高速α粒子(He)与金原子核(Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则(　　)
A．α粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减小　　
B．α粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的　　
C．α粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部　　
D．当它们的距离最小时，α粒子与金原子核的动量大小之比为4∶197
【解析】α粒子在靠近金原子核的过程中，库仑力做负功，电势能逐渐增加，故A错误；α粒子散射实验是原子的核式结构理论的基础，并不能说明原子核是由质子和中子组成的，故B错误；α粒子散射实验说明带正电的物质分布在原子内部很小的区域内，即原子的内部有一个很小的原子核，故C错误；α粒子在靠近金原子核的过程中，系统动量守恒，当它们的距离最小时，两者的速度相等，则α粒子与金原子核的动量大小之比等于质量之比，即为4∶197，故D正确．
【答案】D
9．氢原子的结构可以简化为一个电子绕一个质子做匀速圆周运动，电子在不同轨道上运动，氢原子具有不同的能量．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子(称为a群)处于n＝3的激发态，他们向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光子分别照射逸出功为2.29 eV的金属钠和处于基态的另一群(称为b群)氢原子，下列说法正确的是(　　)
A．a群氢原子辐射的光子都能使金属钠产生光电效应
B．a群氢原子辐射的光子都能被b群氢原子吸收
C．a群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光波长最短
D．a群氢原子辐射光子过程中，围绕质子做圆周运动的电子动能增大，电势能减小
【解析】a群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论ΔE＝Em－En(m＞n)得知，从n＝3跃迁到n＝1所发出的光能量最大，为12.09 eV；从n＝2跃迁到n＝1辐射的光子能量为10.2 eV，这两种光子的能量都大于逸出功，而从n＝3跃迁到n＝2所发出的光的能量为1.89 eV，小于逸出功，所以能发生光电效应的光有两种，故A错误；由ΔE＝Em－En(m＞n)得知，b群的氢原子只能吸收特定频率的光子，其中由n＝3向n＝2辐射的光子不能被吸收，故B错误；由E＝hν＝h得知，频率最高，波长最短，而从n＝3跃迁到n＝2所发出的光能量最小，发出的光波长最长，故C错误；氢原子辐射光子的过程中，能量减小，轨道半径减小，根据＝知，电子动能增大，则电势能减小．故D正确．
【答案】D
10．(多选)氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，玻尔的氢原子能级图如图乙所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可见光的频率范围约为4.2×1014 Hz～7.8×1014 Hz，则(　　)
A．Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量
B．图甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴　　
C．Hβ对应光子的能量约为10.2 eV　　
D．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级
【解析】由图甲可知，Hα谱线对应光子的波长大于Hδ谱线对应光子的波长，结合E＝可知，Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量，故A正确；依据氢光谱的特点可知，甲图所示的四种光均属于可见光范畴，故B正确；Hβ谱线对应光子的能量为：E＝＝ J＝4.09×10－19 J＝2.556 eV，故C错误；Hα谱线对应光子的能量为：E＝＝ J＝3.03×10－19 J≈1.89 eV，可知Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级，故D正确．
【答案】ABD

11．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果下列认识不正确的是(　　)
A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点
B．单个光子的运动没有确定的规律
C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方
D．只有大量光子的行为才表现出波动性
【解析】单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点呈现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域，因而把光波叫做概率波．光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性．所以选项B、C、D正确，本题应选A.
【答案】A
12．(多选)
一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　　)
A．图乙中的c光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的
B．图乙中的b光光子能量为12.09 eV
C．动能为1 eV的电子能使处于第4能级的氢原子电离
D．阴极金属的逸出功可能为W0＝6.75 eV【解析】第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中可能的情况为：n＝4→3，n＝4→2，n＝4→1，n＝3→2，n＝3→1，n＝2→1，能发出6种不同频率的光，能量值的大小关系排列从大到小为：n＝4→1，n＝3→1，n＝2→1，n＝4→2，n＝3→2，n＝4→3；由图乙可知，a的遏止电压最大，其次为b和c，则a为n＝4→1，b为n＝3→1，c为n＝2→1；由以上的分析可知，a的遏止电压最大，为氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，故A错误；由以上的分析可知，b为n＝3→1辐射的光子，其能量值：Eb＝E3－E1＝(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，故B正确；由图并可知，第4能级的能量值为－0.85 eV，由玻尔理论可知，动能为1 eV的电子能使处于第4能级的氢原子电离，故C正确；由能级2到1辐射的光子的能量值：Ec＝E2－E1＝(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV；能量值第4大的光子的能量值：E42＝E4－E2＝(－0.85 eV)－(－3.4 eV)＝2.55 eV，由于只能测得3条电流随电压变化的图象，即只有三种光子能发生光电效应，则该金属的逸出功大于等于2.55 eV，小于10.2 eV，可以等于6.75 eV，故D正确．
【答案】BCD