13.5能量量子化word版含答案 同步检测— 2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册

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※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
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13.5能量量子化
一、单选题
1.对黑体辐射的研究中，我们发现，物质吸收或发射能量是不连续的，于是提出能量量子化的理论，那么这位科学家是（??
）
A.?牛顿????????????????????????????????B.?开普勒????????????????????????????????C.?普朗克????????????????????????????????D.?阿基米德
2.以下宏观概念中，属于“量子化”的是（??
）
A.?物体的长度??????????????????????B.?物体所受的重力??????????????????????C.?物体的动能??????????????????????D.?人的个数
3.普朗克在1900年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元．在下列宏观概念中，具有“量子化”特征的是（　　）
A.?人的个数-?????????????????????B.?物体所受的重力?????????????????????C.?物体的动能-?????????????????????D.?物体的长度
4.科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子。假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，则碰撞过程中(?
?)
A.?能量守恒，动量不守恒，且λ＝λ′????????????????????????B.?能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′
C.?能量守恒，动量守恒，且λ<λ′????????????????????????????D.?能量守恒，动量守恒，且λ>λ′
5.光子的能量与其（??
）
A.?波长成正比???????????????????????B.?速度成正比???????????????????????C.?周期成正比???????????????????????D.?频率成正比
6.用国际单位制的基本单位表示能量的单位，下列正确的是（??
）
A.????????????????????????????????B.?N/m???????????????????????????????C.????????????????????????????????D.?
7.氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的离子能量为E1=54.4eV，氢离子的能级示意图如图所示，用能量为E的电子轰击大量处于基态的氦离子，离子吸收能量后发出3种频率的光，则能量E可能为（??
）
A.?51.0eV??????????????????????????B.?40.8eV??????????????????????????C.?50.0eV??????????????????????????D.?以上能量均不可能
8.氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV光为可见光。要使大量处于n=2能级的氢原子被激发后可辐射出两种可见光光子，氢原子吸收的能量为（??
）
A.?1.89eV???????????????????????????????B.?2.55eV???????????????????????????????C.?10.2eV???????????????????????????????D.?12.09eV
9.光子的能量与之成正比的是（??
）
A.?光速?????????????????????????????B.?光的频率?????????????????????????????C.?光的波长?????????????????????????????D.?光速的平方
10.已知氢原子能级公式为
，其中n=1，2，…称为量子数，A为已知常量；要想使氢原子量子数为n的激发态的电子脱离原子核的束缚变为白由电子所需的能量大于由量子数为n的激发态向
澈发态跃迁时放出的能量，则n的最小值为（??
）
A.?2???????????????????????????????????????????B.?3???????????????????????????????????????????C.?4???????????????????????????????????????????D.?5
11.如图所示，画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象，从图象可以看出，随着温度的升高，则下列说法错误的是(??
)
A.?各种波长的辐射强度都有增加
B.?只有波长短的辐射强度增加
C.?辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
D.?辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小
12.原子从高能级向低能级跃迁产生光子，将频率相同的光子汇聚可形成激光。下列说法正确的是（??
）
A.?频率相同的光子能量相同????????????????????????????????????B.?原子跃迁发射的光子频率连续
C.?原子跃迁只产生单一频率的光子?????????????????????????D.?激光照射金属板不可能发生光电效应
13.关于光谱，下列说法正确的是（???
）
A.?大量原子发出的光谱是连续谱，少量原子发出的光是线状谱
B.?线状谱由不连续的若干波长的光组成
C.?做光谱分析时只能用发射光谱，不能用吸收光谱
D.?做光谱分析时只能用吸收光谱，不能用发射光谱
14.某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒发射的能量子数为(??
)
A.????????????????????????????????????????B.????????????????????????????????????????C.????????????????????????????????????????D.?
15.在光电效应实验中，用甲、乙、丙三种色光照射同一光电管，得到了三条光电流与电压之间的关系曲线如图所示。下列说法正确的是（???
）
A.?甲光频率大于乙光频率
B.?乙光波长小于丙光波长
C.?乙光的光强小于丙光的光强
D.?甲光所产生的光电子最大初动能大于丙光所产生的光电子最大初动能
16.大量氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级，辐射出的光照射下列三种金属，电子电量
,普朗克常量
。下列判断正确的是（??
）
A.?仅钾能产生光电子?????????B.?钾、钙能产生光电子?????????C.?都能产生光电子?????????D.?都不能产生光电子
二、解答题
17.已知氢原子的基态能量为﹣13.6eV，核外电子的第一轨道半径为0.53×10﹣10m，电子质量me=9.1×10﹣31kg，电荷量为1.6×10﹣19C，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大？
18.在某次光电效应实验中，用波长为λ1的单色光照射金属板，能使金属板发出光电子，测得光电子的最大初动能为E1
，
改用波长为λ2的单色光照射金属板，也能使金属板发出光电子，测得光电子的最大初动能为E2
，
求该金属板的逸出功Wo和普朗克常量h．（已知真空中的光速为c）
19.美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据．密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压Uc
．
与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性．如图所示是根据某次实验作出的Uc﹣ν图象，电子的电荷量为1.6×10﹣19C．试根据图象求：这种金属的截止频率νc和普朗克常量h．
答案解析
一、单选题
1.【答案】
C
【解析】普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，
故答案为：C。
【分析】普朗克第一次提出了能量量子化理论。
2.【答案】
D
【解析】人数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的。其它三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的。故只有D符合题意；
故答案为：D.
【分析】量子化的概念就是不连续的，比方人的个数就不能连续的，不能取分数和小数。
3.【答案】
A
【解析】依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地进行变化，属于“不连续的，一份一份”的概念的是A，BCD都是连续的，故A正确，BCD错误．
故选：A．
【分析】普朗克最先提出能量的量子化，认为物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，由此来判定各个选项．
4.【答案】
C
【解析】光子与静止电子碰撞后，动量守恒，能量守恒，通过能量守恒判断光子频率的变化，从而得出波长的变化．
光子与电子的碰撞过程中，系统不受外力，也没有能量损失，故系统动量守恒，系统能量也守恒，光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hv，光子的频率减小，根据
知，波长变长，即
，C符合题意．
故答案为：C
【分析】如果一个系统不受到外力的作用，那么动量就是守恒的，如果一个系统，能量没有转移到系统之外，那么这个系统的能量是守恒的。
5.【答案】
D
【解析】根据W=hγ=
可知，光子的能量与频率成正比，与波长成反比，
故答案为：D.
【分析】光子的能量，结合公式W=hγ=
和选项分析求解即可。
6.【答案】
D
【解析】七个基本单位：长度m，时间s，质量kg，热力学温度（开尔文温度）K，电流A，光强度cd（坎德拉），物质的量mol
AB．由
可得，单位
可以表示能量，但N不是基本单位，AB不符合题意；
C．
代表的是力F的单位，不是能量的单位，C不符合题意；
D．由动能的计算公式
，计算出的单位即为
，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】七个基本单位：长度m，时间s，质量kg，热力学温度（开尔文温度）K，电流A，光强度cd（坎德拉），物质的量mol。
7.【答案】
C
【解析】发出3种频率的光，一定是从第3能级向回跃迁，该离子吸收能量等于第1能级与第3能级之间的能量差
因此，电子能量应大于或等于
，C符合题意，
ABD不符合题意。
故答案为：C。
【分析】利用能级跃迁的能量差可以判别能量的大小。
8.【答案】
B
【解析】由题意可知，当处于n=2能级的氢原子被激发后，若变成n=4能级的氢原子，由于氢原子不稳定，可辐射出两种可见光光子。则氢原子吸收的能量为
故答案为：B。
【分析】利用辐射可见光的种数可以判别电子跃迁到的能级，利用能级差可以求出原子吸收的能量。
9.【答案】
B
【解析】根据
可知，光子的能量与光的频率成正比。
故答案为：B。
【分析】利用普朗克能量子方程可以判别能量与频率成正比。
10.【答案】
C
【解析】电子由
激发态脱离原子核的束博变为自由电子所需的能量为
氢原子由量子数为
的激发态向
激发态跃迁时放出的能量为
根据题意有
解得
即的最小值为4，C符合题意，A、B、D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】利用能级公式结合能级跃迁的能量比较可以求出n的最小值。
11.【答案】
B
【解析】由图象可以看出，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误，符合题意，AC正确，不符合题意．随着温度的升高，黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小，D正确，不符合题意．
故答案为：B．
【分析】根据辐射强度与波长的关系进行分析判断。
12.【答案】
A
【解析】A．根据
可知，频率相同的光子能量相同，A符合题意；
B．原子从一个定态跃迁到另一个定态时，原子辐射一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定。电子轨道是量子化，能量是量子化的，故而频率是不连续的。这也就成功解释了氢原子光谱不连续的特点——频率不连续特点，B不符合题意；
C．原子在不同的轨道之间跃迁产生不同频率的光子，C不符合题意；
D．根据
可知，激光光子的能量大于金属板的逸出功时，照射金属板即可发生光电效应，D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】原子跃迁的轨道不连续其能量也不连续；原子跃迁可以产生特定的频率的光子；激光的频率大于金属板的极限频率就可以发生光电效应。
13.【答案】
B
【解析】A.原子发出的光谱是特征光谱，是线状谱，A不符合题意；
B.线状谱只包含对应波长的若干光，B符合题意；
CD.做光谱分析一定要用线状谱，既可以是发射光谱也可以是吸收光谱，C、D不符合题意。
故答案为：B
【分析】固体物质发出的连续的光谱，即光的频率是连续的，单个原子发出的是线状的光谱，即频率是不连续的，而是分立的。
14.【答案】
C
【解析】每个光子的能量为E=hγ=h
设每秒（t=1s）激光器发出的光子数是n，则Pt=nE
即P=nh
得n=
故答案为：C。
【分析】利用每个光子的能量结合总能量的大小可以求出每秒发射出的能量子数量。
15.【答案】
B
【解析】A．根据
入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。乙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，所以甲光的频率小于乙光的频率，A不符合题意；
B．甲丙遏止电压相同，属于同一种光子，甲光的频率小于乙光的频率，即丙光的频率小于乙光的频率，乙光波长小于丙光波长，B符合题意；
C．乙光的频率比丙光大，乙光单个光子能量较大，且乙光的饱和光电流较大，单位时间照射到金属表面的光子数目多，故乙光的强度大于丙光，C不符合题意；
D．由于甲丙两种光电流的遏止电压相同，故甲光所产生的光电子最大初动能等于丙光所产生的光电子最大初动能。
故答案为：B。
【分析】根据爱因斯坦光电效应方程结合图中甲乙丙三种色光对应的的遏止电压分析频率关系，结合波速公式判断其波长关系。
16.【答案】
A
【解析】大量氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级，辐射出的光能量可能为，从n=4能级跃迁到n=2能级其能为
从n=4能级跃迁到n=3能级其能为
从n=3能级跃迁到n=2能级其能为
钨对应的逸出功为
钙对应的逸出功为
钾对应的逸出功为
则仅钾能产生光电效应即产生光电子，A符合题意，BCD不符合题意。
故答案为：A。
【分析】光电效应中，当外界的光子能量比较大时，电子获得的能量就大，溢出电子的动能利用公式Ekm=hν﹣W求解即可。其中W是材料的逸出功，v是光子的频率。
二、解答题
17.【答案】
解：电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量为：
=﹣1.51eV，
第三轨道的半径为：
m=4.77×10﹣10m，
根据
得电子的动能为：
=
J=2.415×10﹣19J=1.51eV，
则电子的电势能为：Ep=E3﹣Ek=﹣1.51﹣1.51eV=﹣3.02eV．
答：电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量为﹣1.51eV，电子的动能为1.51eV，电子的电势能为﹣3.02eV．
【解析】【分析】
解决本题的关键知道各能级的能量与基态能量的关系，以及知道氢原子能量等于电子的动能与电子电势能之和．
根据
En=
E1
求出氢原子的能量，根据
rn=n2r1
求出电子的轨道半径，结合库仑引力提供向心力求出电子的动能，抓住原子能量等于电子动能和电势能之和求出电子的电势能．
18.【答案】解：由爱因斯坦光电效应方程
Ek=hv﹣W0和γ=
可得：
??
??
解得：h=
W0=
答：该金属板的逸出功
，和普朗克常量
．
【解析】【分析】根据爱因斯坦光电效应方程，结合γ=
，即可求解．
19.【答案】解：由爱因斯坦光电效应方程：hγ=W+Ek得：hγ=hγc+eUc
变形得：Uc=
（γ﹣γc）；
由题图可知，Uc=0对应的频率即为截止频率γc
，
得：γc=4.27×1014Hz
图线的斜率为：
=
=3.93×10﹣15V?s?
代入电子电量计算得：h=6.30×10﹣34J?s
答：这种金属的截止频率为4.27×1014Hz，普朗克常量为6.30×10﹣34J?s．
【解析】【分析】根据光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系，通过图线的斜率求出普朗克常量．遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率．