广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版必修2：5.3量子化现象 课时作业3（含解析）

5.3量子化现象
课时作业（含解析)
1．用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用频率为的光照射时，遏止电压的大小为U1，当用频率为的光照射时，遏止电压的大小为U2。已知电子电量的大小为e，则下列表示普朗克常量和该种金属的逸出功正确的是（　　）
A．
B．
C．
D．
2．如图所示，某同学将锌板与铜网靠近并平行放置，其余部分用导线连接。电流计和静电计按图示连接。合上开关，当用紫外线照射锌板时，电流计有电流通过。下列叙述正确的是（
）
A．合上开关，换用白炽灯照射锌板，电流计仍有电流通过
B．合上开关，仍用紫外线照射锌板，静电计指针带正电
C．断开开关，仍用紫外线照射锌板，并将铜网移近锌板，静电计指针夹角增大
D．断开开关，换用
X射线照射锌板，静电计指针夹角增大
3．在某次光电效应实验中，得到了入射光频率v与遏止电压Uc的关系如图所示。该直线的斜率为k，电子电荷量为e,则下列说法正确的是（　　）
A．实验所用金属材料的逸出功可表示为
B．普朗克常量可表示为ke
C．若换另外一种金属实验，则k会发生变化
D．若换另外一种金属实验，则b不会发生变化
4．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（　　）
A．光子通过狭缝的运动路线像水波一样
B．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样
C．光的粒子性是大量光子运动的规律
D．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样
5．用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。下列说法中正确的是（　　）
A．a光的频率大于b光
B．a光的强度小于b光
C．a光的遏制电压小于b光
D．a光照射产生的光电流一定大于b光
6．如图，当电键断开时，用光子能量为的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为（　
　）
A．
B．
C．
D．
7．如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验(　　)
A．只能证明光具有波动性
B．只能证明光具有粒子性
C．只能证明光能够发生衍射
D．证明光具有波粒二象性
8．以下为两个核反应式：（1）；（2），已知氘核的质量为ml，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，X的质量为m4，核反应中发射一种光子，该光子照射到逸出功为W0的金属上打出的最大初动能的光电子速度为v，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，则下列说法正确的是（　　）
A．X与Y相同
B．方程（1）是核聚变反应，方程（2）是α衰变
C．光电子的德布罗意波长为
D．光子来源于原子核外电子的能级跃迁，它的频率为
9．下列说法不正确的是（　　）
A．卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了中子，并预言了质子的存在
B．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象
C．玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了各种原子的光谱
D．地球上的核电站与太阳内部主要进行的核反应类型相同
10．如图所示为氢原子的部分能级图，以下判断正确的是（　　）
A．处于n=l能级的氢原子可以吸收任意频率的光子
B．欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09eV的光子照射
C．大量氢原子从n=4的能级跃迁到基态时，最多可以辐射出6种不同频率的光子
D．用从n=4能级跃迁到n=2能级福射出的光照射金属铂（逸出功为6.34eV）时能发生光电效应
11．如图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,普朗克常量
h=6.63×10-34
J·s,由图可知该金属的极限频率为
________Hz、逸出功为________
eV．（结果保留两位有效数字）
12．用如图所示的装置演示光电效应．将电键S闭合，当用某种频率的光照射到光电管上时，电流表A的读数为I，若将变阻器的触头c向b端移动，则光电子的最大初动能将__________(填“增大”、“不变”或“减小”)；将开关S断开，则__________(填“一定”、“可能”或“一定没”)有电流流过电流表A．
13．如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W，电子质量为m，电荷量e，求：
（1）光电子的最大初动能
（2）从B板运动到A板所需时间最短的光电子到达A板时的动能．
14．如图所示为氢原子能级图，试回答下列问题：
(1)一群处于n＝4能级的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？
(2)通过计算判断：氢原子从n＝4跃迁到n＝2时辐射出的光子，能否使金属铯发生光电效应？若能，则产生的光电子的初动能是否可能为0.48
eV？(已知普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，金属铯的极限频率为4.55×1014
Hz)
参考答案
1．D
【解析】
根据光电效应方程为
根据动能定理得
联立两式解得
图线的斜率
解得
根据光电效应方程
解得
故D正确，ABC错误。
故选D。
2．D
【解析】
AB．合上开关，换用白光照射，不会发生光电效应，无电流通过电流计。用紫外线照射，发生光电效应，锌板中的电子逸出，带正电，铜网带负电，即静电计指针带负电，选项AB错误。
CD．断开开关，仍用紫外线照射锌板，把铜网移近锌板，光电子的最大初动能不变，两板间的反向截止电压不变，静电计指针的张角反映的是电容器两板间的电压，因此是不变的。当换用
X射线照射锌板，则增大了照射光的频率，反向截止电压相应增大，指针张角增大。选项C错误，D正确。
故选D.
3．A
【解析】
A．光电效应实验中，入射光频率v与遏止电压Uc的关系是
式中W0为金属的逸出功
联立求解得
选项A正确；
B．普朗克常量可表示为，选项B错误；
C．若换另外一种金属实验，斜率k不变，选项C错误;
D．不同金属的逸出功不同，极限频率不同，若换另外一种金属实验，则b会发生变化，选项D错误。
故选A。
4．B
【解析】
A．
光子通过单缝后，体现的是粒子性。故A错误；
B．
使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其它地方机会较少。因此会出现衍射图样，故B正确；
C．
单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性。所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故C错误；
D．要经过足够长的时间，大量光子在底片上会出现完整的衍射图样，故D错误。
故选B。
5．C
【解析】
AC．由光电效应方程
由图可知，b光的遏止电压大于a光的遏止电压，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b光的频率大于a光的频率，故A错误，C正确；
B．由图可知，a光的饱和电流大于b光的饱和电流，则a光的强度大于b光的，故B错误；
D．由图可知，a光的饱和电流较大，但是a光照射产生的光电流不一定大，还与入射光的强度有关，故D错误。
故选C。
6．A
【解析】
根据题意光电子的初动能为，根据爱因斯坦光电方程有
可知阴极材料的逸出功，故A正确，BCD错误。
故选A。
7．D
【解析】
弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性；验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性。
A.
只能证明光具有波动性，与结论不相符，选项A错误；
B.
只能证明光具有粒子性，与结论不相符，选项B错误；
C.
只能证明光能够发生衍射，与结论不相符，选项C错误；
D.
证明光具有波粒二象性，与结论相符，选项D正确；
8．AC
【解析】
A.由方程（2）可知，根据电荷守恒和质量守恒，X和Y都为，故选项A正确；
B.
方程（1）是核聚变反应，方程（2）是核裂变反应，故选项B错误；
C.由公式
可知
故选项C正确；
D.
光子的产生是由放射性元素发生衰变，而不是来源于原子核外电子的能级跃迁，故选项D错误。
故选AC。
9．ACD
【解析】
A．卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子，故A错误；
B．爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应现象，故B正确；
C．玻尔提出了原子能级结构假说，成功地解释了氢原子的光谱，但不能解释其他原子光谱，故C错误；
D．核电站的反应是核裂变，太阳内部主要进行的核反应是核聚变，故D错误。
故选ACD。
10．BC
【解析】
A．要使n=1能级的氢原子发生跃迁，吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，故A错误；
B．根据玻尔理论用12.09eV电子照射时，吸收光子后电子的能量
所以能从基态发生跃迁，跃迁到第3能级，故B正确；
C．一个氢原子从n=
4的状态跃迁到基态时，最多时，跃迁的路径有条，可知能辐射出6种不同频率的光子，故C正确；
D．从n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光子的能量
而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故不可以发生光电效应，故D错误。
故选BC。
11．4.3×1014
1.8
【解析】
[1]．根据爱因斯坦光电效应方程，图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为；
[2]．由得知，该图线的斜率表示普朗克常量h．
当时，逸出功为
．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解．
12．
不变
一定
【解析】根据光电效应方程，由于将变阻器的触头c向b端移动的过程中入射光的频率不变，逸出功不变，所以光电子的最大初动能不变，由于接通开关时，电流表有读数，即光电子获得的动能可以到达阳极板，若断开开关，两极板间的电场强度为零光电子更容易到达阳极板，一定由电流流过电流表，
13．（1）
(2)
【解析】
【分析】当光电子以最大初动能逸出，且方向垂直与B板，所需的时间最短，结合动能定理求出到达A板时的动能；
解：(1)当光电子以最大初动能逸出，且方向垂直与B板，所需的时间最短，
根据光电效应方程得,最大初动能为：
；
(2)能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面B板的电子，设到达A板的动能为EKA；根据动能定理得：，则到达A板的动能为：．
14．（1）6种（2）
【解析】（1）根据C42=6知，最多可能辐射出6种频率的光子．
（2）由氢原子能级图可知，从能级n=4跃迁到n=2，辐射出的光子中，能量最大值为：
E=E4-E2=-0.85-（-3.4）V=2.55eV，
金属铯的逸出功W=hν=6.63×10-34×4.55×1014J≈3.02×10-19J≈1.89eV．
因为E＞W，所以可以发生光电效应．
由爱因斯坦光电效应方程得：Ekm=E-W，
可知产生的光电子的最大初动能Ekm=2.55-1.89eV=0.66eV，
因为光电子的最大初动能大于0.48eV，所以可以产生0.48eV的光电子．
点睛：本题考查了能级与光电效应的综合运用，知道释放的光子能量等于两能级间的能级差，以及知道发生光电效应的条件.