广州市白云中学2019-2020学年高中物理粤教版必修2：5.3量子化现象 跟踪训练1（含解析）

5.3量子化现象
跟踪训练（含解析)
1．锌的逸出功是3.34
eV。如图为氢原子的能级示意图，那么下列对氢原子在能级跃迁过程中的特征认识，说法不正确的是（　　）
A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定能产生光电效应
B．一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，能放出6种不同频率的光
C．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为6.86
eV
D．用能量为10.3
eV的电子轰击该原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
2．关于下列四幅图说法中错误的是
A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的
B．光电效应实验说明了光具有粒子性
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性
D．在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大
3．分别用波长为λ和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为2:3，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　）
A．
B．
C．
D．
4．如图所示，在研究光电效应实验的电路中，设光电管阴极K的逸出功为W0，电源的电动势E=4.0V，内阻可忽略，滑动变阻器的金属丝电阻均匀，总有效长度为L。滑动触头P置于金属电阻丝的正中央c点，闭合开关，用光子能量为3.5eV的一束单色光照射光电管阴极K，发现灵敏电流计示数不为零；将滑动触头P从c点向左移动，电流计示数刚好减小到零。若将滑动触头P从c点向右移动，光电子到达阳极A的最大动能为Emax，则（　　）
A．W0=2.5eV，Emax=1.0eV
B．W0=2.5eV，Emax=2.0eV
C．W0=1.0eV，Emax=1.0eV
D．W0=1.0eV，Emax=2.0eV
5．太阳内部不断进行着各种核聚变反应，其中一种为，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，核反应中发射一种γ光子，该γ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，则下列说法错误的是（　　）
A．聚变反应释放的核能为(m1＋m2－m3－m4)c2
B．γ光子来源于原子核外电子的能级跃迁
C．光电子的德布罗意波长为
D．γ光子的频率为
6．用频率为的黄光照射金属P时恰能发生光电效应，用频率为的蓝光照射金属Q时也恰能发生光电效应。已知普朗克常量为，则下列说法正确的是（　　）
A．金属P的极限频率大于金属Q的极限频率
B．用频率为的黄光照射金属Q，照射时间足够长，一定能使金属Q发生光电效应
C．用频率为的黄光照射金属Q，且不断增加黄光的光照强度，一定能使金属Q发生光电效应
D．用频率为的蓝光照射金属P时，逸出的光电子的最大初动能为
7．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光照射时，有光电流产生．关于光电效应及波粒二象性，下列说法正确的是
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，光电流变大
B．光的波长越长，其粒子性越显著；频率越高，其波动性越显著
C．入射光的频率变高，光强不变，光电子的最大初动能不变
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
8．人类对光的本性以及原子内部结构的进一步认识，促进了科技极大的进步，并大量应用于医疗、通讯等领域．下列说法中正确的是
A．氢原子吸收光子后，从低能级向高能级跃迁，原子能量增加
B．相同频率的光照射不同金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，说明这种金属的逸出功越大
C．的半衰期约为4天，1g经8天全部发生了衰变
D．铀核()衰变为铅核()的过程中，中子数减少了32个
9．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＝6.63×10－34J·s，可见光的频率范围约为4.2×1014～7.8×1014Hz，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10.2eV
D．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级
10．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应,已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率ν之间的关系如图乙所示,电子的电荷量e=1.6×10-19
C,则(　　)．
A．普朗克常量为
B．该金属的逸出功为eU1
C．要测得金属的遏止电压，电源的右端为正极
D．若电流表的示数为10
μA,则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为6.25×1012
11．波长为6.63nm
的X射线光子的能量为________,动量为________.
12．已知氢原子基态能量为—13.6eV，则氢原子处于n=4激发态的能量为_____eV
;大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出多种不同能量的光子，若用能量最大的光子照射到逸出功为2.75eV的光电管上，加在该光电管上的反向遏止电压为_____V．
13．有一真空中波长为6×10﹣7m的单色光，普朗克常量为6.63×10﹣34
J?s，求：
（1）此单色光的频率；
（2）此单色光的1个光子的能量；
（3）金属钠产生光电效应的极限频率是6.0×1014Hz．根据能量转化和守恒守律，用该单色光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？
14．根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示，当大量He+处在n=4的激发态向基态跃迁时，产生的光子照射到某种金属上，其中n=3向n=2跃迁产生的光子刚好能使该金属发生光电效，求：
(1)该金属的逸出功；
(2)光电子的最大初动能。
参考答案
1．C
【解析】
A．氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2eV，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故A正确；
B．一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，能放出
不同频率的光，故B正确；
C．氢原子从高能级向n=3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大为
因锌的逸出功是3.34ev，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为
故C错误；
D．用实物粒子轰击原子只要实物粒子的能量大于或等于两能级差即可，由于基态和n=1激发态的能级差为10.2eV，则用能量为10.3
eV的电子轰击该原子，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，故D正确。
本题选不正确的，故选C。
2．A
【解析】
原子中的电子绕原子核高速运转时，在自己固定的轨道运转，只有当吸收一定的能量会向高能级跃迁，向外辐射一定的能量会向低能级跃迁，因此Ａ错误
光电效应说明光具有粒子性，Ｂ正确
电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性，Ｃ正确
在光颜色保持不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，D正确
考点：原子物理
3．A
【解析】
光子能量为
根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为
根据题意有
，，
联立可得逸出功
故A正确，BCD错误。
故选A。
4．B
【解析】
入射光的光子能量
阴极K的逸出功为W0，则逸出光电子的最大初动能
P从c点向左移动，光电管上加有反向电压
U=E=1.0V
电流计示数刚好减小到零，故
，
触头P从c点向右移动，光电管上加有正向电压
则光电子到达阳极A的最大动能
故B正确，ACD错误。
故选B。
5．B
【解析】
A．核反应过程中质量亏损为
由爱因斯坦的质能方程可知，核反应释放的能量为
故A正确；
B．核反应释放能量，γ光子的能量就是来源于核反应释放的能量，故B错误；
C．光电子的德布罗意波波长为
故C正确；
D．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为
所以光子的频率为
故D正确。
本题选错误的，故选B。
6．D
【解析】
ABC．由题意知，金属，的极限频率分别为、，又黄光的频率小于蓝光的频率，故金属的极限频率小于金属的极限频率，且用频率为的黄光照射金属时不会发生光电效应，故ABC错误；
D．用频率为的蓝光照射金属时会发生光电效应，根据爱因斯坦光电效应方程有，根据题意有，解得逸出的光电子的最大初动能为，选项D正确。
故选D。
7．A
【解析】
A.
保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大，因为饱和光电流与入射光的强度成正比，A正确．
B.
光的波长越长，越容易发生干涉、衍射等现象，其波动性越显著，频率越高，能量越高，其粒子性越显著；B错误．
C.
根据光电效应的规律，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，所以入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大，C错误．
D.
如果入射光的频率小于极限频率将不会发生光电效应，不会有光电流产生，D错误．
8．A
【解析】
A．根据波尔理论，氢原子吸收光子后，从低能级向高能级跃迁，原子能量增加，选项A正确；
B．由爱因斯坦光电效应方程hν=EKm+W可知，光电子最大初动能越大的金属的逸出功越小，选项B错误；
C．经过8天两个半衰期，剩下的质量应变为原来的四分之一，选项C错误；
D．铀核的中子数为146个，铅核的中子数为124个，两者相比较，中子数减少了22个，选项D错误．
故选A.
9．ABD
【解析】
A．由题图甲可知，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；
B．依据可见光的频率范围可知，甲图所示的四种光均属于可见光范畴，故B正确；
C．Hβ谱线对应光子的能量
E1＝＝
J≈4.09×10－19J≈2.556eV
故C错误；
D．Hα谱线对应光子的能量为
E2＝＝J≈3.03×10－19J≈1.89eV
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．
故选ABD。
10．BC
【解析】
AB．由光电效应方程可知，Uce=Ekm=hv-W0，则，知图线的斜率，那么普朗克常量，，则W0=U1e，选项A错误，B正确；
C．要测得金属的遏止电压，则K极接正极，即电源的右端为正极，选项C正确；
D．若电流表的示数为10
μA，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为个，选项D错误．
11．
【解析】
X射线光子的能量为：
根据德布罗意波长公式可以得到动量为：
点睛：本题需要根据波长求出频率，然后利用公式来求光子的能量，求动量的时候要用到德布罗意波长公式．
12．-0.85
10
【解析】
则氢原子处于n=4激发态的能量为
能级间跃迁放出或吸收光子的能量满足hγ=Em-En．所以频率最大的光子能量为E=E4-E1=-0.85+13.60eV=12.75eV．
根据爱因斯坦光电效应方程，有Ekm=hv-E0
根据动能定理eU=Ekm
解得：U=10V
点睛：本题为3-5模块的综合题，模块间不综合，全面考查了选修3-5中的基础知识，对于该部分知识一是注意平时的积累与记忆，二是注意有关能级跃迁、最大初动能与遏止电压等知识的应用．
13．(1)
（2）
(3)
【解析】
（1）由c=λν，该单色光的频率为：ν=
，解得ν=Hz=5×1014Hz；
答：此单色光的频率为5×1014Hz；
（2）1个光子的能量E=hν=6.63×10﹣34×5×1014J=3.315×10﹣19J；
答：1个光子的能量是3.315×10﹣19J．
（3）由WA=hν0即得：WA=6.63×10﹣34×6.0×1014=3.978×10﹣19
J
根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：
EKm=hν﹣WA
代入数据解得：EKm=hν﹣WA=6.63×10﹣34×6.0×1014﹣3.315×10﹣19=6.63×10﹣20J．
答：产生的光电子的最大初动能是6.63×10﹣20J．
【点睛】
（1）光在真空中传播速度为c=3×108m/s，而波长与频率的关系是c=λν，由此式可求得频率ν．（2）光子能量公式E=hν．（3）根据W=hν0即可求出该金属的逸出功，然后根据爱因斯坦光电效应方程，求解光电子的最大初动能．
14．(1)W0=7.56eV
(2)
Ekm=43.44eV
【解析】
(1)原子从能级n=3向n=2跃迁所放出的光子的能量为13.60eV–6.04eV=7.56eV
当光子能量等于逸出功时，恰好发生光电效应
所以逸出功W0=7.56eV
(2)从能级n=4向n=1跃迁所放出的光子能量为54.4eV–3.4eV=51eV
根据光电效应方程得，最大初动能Ekm=hv–W0=51eV–7.56eV=43.44eV
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，以及掌握光电效应方程Ekm=hv-W0．