【单元练】2021年高中物理选修3第四章【原子结构和波粒二象性】经典练习题(答案解析)

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CD.极少数α粒子发生大角度偏转现象,主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果,是因为金原子核很小且质量和电荷量远大于α粒子的质量和电荷量,α粒子发生大角度偏转,是由于原子核对α粒子的排斥力很大,故C正确,D错误。
故选C。
8.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( )
光子频率金属逸出功
解析:光子频率 金属逸出功
(1)根据光电效应方程 ,入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大.光电子的最大初动能由光的光子频率与金属逸出功共同决定.
(2)以最大初动能飞出的光电子在电容器中减速为零而刚好到极板,此时的电压为反向遏止电压,由动能定理得:
加磁场,光电子做匀速圆周运动: ,可得
刚好使电流为零需满足光电子在两板间圆周不碰板:
联立各式解得:
则有: .
【点睛】
解决本题的关键熟练掌握光电效应方程 、动能定理、光电效应方程及牛顿第二定律的应用,掌握几何关系的运用.
14.下表是按照密立根的方法进行实验时得到的某金属的遏止电压 和入射光频率 的几组数据.已知电子电量
⑴在图中画出 - 图象_______________;
D.已知λ1>λ2,所以γ1<γ2,知从a能级状态跃迁到b能级状态时发射光子的能量小于从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收光子的能量,所以a能级的能量小于c能级的能量,有
hγ2-hγ1=hγ3

解得
故D正确。
故选D。
7.关于α粒子散射实验现象的分析,下列说法正确的有( )
A.绝大多数α粒子沿原方向运动,说明正电荷在原子内均匀分布,使α粒子受力平衡的结果
D.在光的单缝衍射实验中,狭缝变窄,位置不确定量变小,由 ,则光子动量的不确定量变大,所以D不符合题意。
故选A。
4.图为氢原子能级图。现有一群处于n=4激发态的氢原子,用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为2.13eV的某金属,已知电子的电荷量为1.6×10-19C,则( )
A.这群氢原子能够发出8种不同频率的光
解析:D
A.牛顿第一定律是建立在理想斜面的基础上,通过逻辑化推理得出的,不可以直接用实验验证,选项A错误;
B.质量是惯性大小的量度,则“嫦娥一号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计),选项B错误;
C.在西汉末年《春秋 纬考异邮》中记载有玳瑁吸衣若之说,是属于静电现象,不属于电磁感应现象,选项C错误;
C.动能相同的质子和电子相比,质子的波动性更为明显
D.光的波动性不是光子之间相互作用引起的,而是光子自身固有的性质D
解析:D
A.由黑体辐射的实验规律可知,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都会增加,另一方面辐射的极大值向波长较短的方向移动,所以A错误;
B.振动着的带电微粒辐射或吸收的能量是某一最小能量值的整数倍,所以B错误;
D.在真空中传播时,b光的波长较短A
解析:A
AD.根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差。公式:
可知从n=4向n=2跃迁时辐射光子的能量大于从n=3向n=2跃迁时辐射光子的能量,则可见光a的光子能量大于b,又根据光子能量
可得a光子的频率大于b,由
则a光的波长小于b光, D错误A正确;
C.电源正极可能与c接线柱连接
D.若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是由d→G→fB
解析:B
ABC.由于电源的接法不知道,所以有两种情况:
(1)c接负极,d接正极:单色光a频率大于金属的截止频率,b光的频率小于金属的截止频率,所以a光的频率一定大于b光的频率。
(2)c接正极,d接负极:a、b两光可能都发生光电效应,a光产生的光电子能到达负极而b光产生的光电子不能到达负极,a光产生的光电子的最大初动能大,所以a光的频率一定大于b光的频率,故A、C正确,不符合题意;B错误,符合题意;
C.德布罗意波的波长公式为
又因为质子的质量比电子的质量大,则如果质子和电子的动能相等时,质量小的波长大,波动性明显,所以电子的波动性更为明显,所以C错误;
D.使光子一个一个地通过双缝,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。因此光的波动性是光子自身固有的性质,不是光子之间相互作用引起的,所以D正确。
B.根据跃迁规律可知高能级向低能级跃迁时辐射光子的能量等于这两个能级差,从n=4的能级向n=3的能级跃迁时辐射出的光子能量小于a光子的能量,因为紫外线的能量大于可见光,所以不可能为紫外线,B错误;
C.根据玻尔理论,库仑力提供向心力
可知,越靠近原子核的速度越大,动能越大,那么处于n=4的能级电子的动能小于n=2能级电子的动能,C错误。
一、选择题
1.氢原子能级的示意图如图所示,大量氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光a,从n=3的能级向n=2的能级跃迁时辐射出可见光b,则( )
A.a光的光子能量大于b光的光子能量
B.氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C.处于能级n=4的电子的动能大于能级n=2的动能
B.如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应,其中一种一定是由n=3能级跃迁到n=1能级发出的
C.从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光的波长最短
D.该金属逸出的所有光电子中,初动能的最大值为1.7×1018JB
解析:B
A.由题意得一群处于n=4激发态的氢原子可能辐射出 种不同频率的光,故A错误;
⑵由图象可得该金属的截止频率________Hz;普朗克常量________ .(结果保留一位有效数字)【解析】(1)根据表格数据通过一一描点并作出图象如图所示:(2)根据光电效应方程得:Ekm=hv-W0=hv-hv0又Ekm=eUC解得知图线的斜率为:解得:;当UC=0由图象与横坐标的交点则有【点
D.在光的单缝衍射实验中,狭缝变窄,光子动量的不确定量变大A
解析:A
A.在光的波粒二象性中,频率越大的光,光子的能量越大,粒子性越显著,频率越小的光其波动性越显著,故A符合题意;
B.光波不同于宏观概念中的波,它是一种概率波,所以B不符合题意;
C.任何运动的微观粒子都对应一定的波长,都极有波粒二象性,所以C不符合题意;
B.绝大多数α粒子沿原方向运动,说明这些α粒子未受到明显的力的作用,说明原子内大部分空间是均匀的
C.极少数α粒子发生大角度偏转,说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D.极少数α粒子发生大角度偏转,说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大C
解析:C
AB.α粒子散射实验的内容是:绝大多数α粒子几乎不发生偏转;少数α粒子发生了较大的角度偏转;极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来),从绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个原子的很小空间,并不是正电荷均匀分布在原子核内,故AB错误;
故选D。
10.假设在NeCl蒸气中存在由钠离子Na+和氯离子Cl-靠静电相互作用构成的单个氯化钠分子,若取Na+和Cl-相距无限远时的电势能为零,一个NaCl分子的电势能为-6.10V。已知使一个中性钠原子Na最外层电子脱离原子核而形成钠离子Na+所需的能量(电离能)为5.1eV,使一个中性氯原子Cl结合一个电子形成Cl-所放出的能量(亲和能)为3.88V,由此可算出,在将一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中,外界提供的总能量为( )
A. , B. ,
C. , D. , C
解析:C
【分析】
根据光电效应方程
可知道光电子的最大初动能与入射光的频率有关,改用绿光后,频率增大,则最大初动能增大,与光照强度无关,即有 ;饱和光电流的大小与光照强度有关,随着光照强度的增大而增大,红光与绿光光照强度相同,红光光子能量低,则红光单位时间内照射出的光电子数目多,饱和电流大,即有 ,故ABD错误,C正确。
D.电流的方向与负电荷定向移动的方向相反,若灵敏电流计的指针发生偏转,则电流方向一定是由d→G→f,故D正确,不符合题意。
故选B。
3.下列说法错误的是( )
A.光的频率越低,粒子性越显著
B.光波不同于宏观概念中的那种连续的波,它是表明大量光子运动规律的一种概率波
C.物质波理论告诉我们,任何运动的微观粒子都具有波粒二象性
A. B. C. D. A
解析:A
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。
9.下列说法正确的是( )
A.随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都会增加,另一方面辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
B.振动的带电微粒辐射或吸收的能量可以是任意数值
解析:
依题意,处于基态的氢原子的电子获得能量 后被电离,电离后的动能为 ,动能应等于
从而解得电子在远离核以后速度的大小为
13.根据所学知识完成填空:
(1)发生光电效应时,光电子的最大初动能由光的________和________决定.
(2)如图所示是测定光电效应产生的光电子荷质比的实验原理简图:两块平行板相距为d,放在真空容器中,其中N金属板受光线照射时发射出沿不同方向运动的光电子,形成电流,从而引起电流表指针偏转.若调节R,逐渐增大极板间电压,可以发现电流逐渐减小,当电压表示数为U时,电流恰好为零;切断开关,在MN间加上垂直于纸面的匀强磁场,逐渐增大磁感强度,也能使电流为零.当磁感强度为B时,电流恰为零.由此可得光子的荷质比 ________.(用已知量U、B、d表示)
解析:
[1]根据题意知,一个电子吸收两个光子而发生光电效应,则由光电效应方程得光电子的最大初动能为
[2]根据动能定理得
解得
12.能量为 的光子照射基态氢原子,刚好可使该原子中的电子成为自由电子.这一能量 称为氢的电离能.现用一频率为 的光子从基态氢原子中击出了一电子,该电子在远离核以后速度的大小为_______________(用光子频率 、电子质量m、氢原子的电离能 和普朗克常量 表示)
故选C。
6.以下说法正确的是( )
A.牛顿定律是用大量实验数卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性不同(燃料消耗忽略不计)
C.在西汉末年《春秋 纬考异邮》中记载有玳瑁吸衣若之说,是属于电磁感应现象
D.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为λ1的光子;原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长λ2的光子,已知λ1>λ2。那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长 的光子D
A.4.88V B.15V C.2.8V D.7.40VA
解析:A
设每一过程中,若吸收能量为正值(即E>0),放出能量为负值(即E<0),则一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中,有
故全过程外界供给的总能量
选项A正确,BCD错误。
故选A。
二、填空题
11.金属中电子吸收一个光子而挣脱金属的束缚,这就是光电效应现象。随着科技进步,强光源的出现,电子同时吸收多个光子成为可能,这是多光子光电效应现象。如图所示,光电管阴极金属的逸出功为W0,单一频率光源发射的光子频率为 。在光源照射下,金属中电子同时吸收两个光子后发生光电效应,从金属逸出电子的最大动能为________,调节滑动变阻器,当电流表示数恰好为零时,电压表示数为________。(电子量为e,普朗克常量为h)
故选A。
2.如图所示为研究光电效应规律的实验电路,电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。用一定频率的单色光a照射光电管时,灵敏电流计G的指针会发生偏转,而用另一频率的单色光b照射该光电管时,灵敏电流计G的指针不偏转。下列说法不正确的是( )
A.a光的频率一定大于b光的频率
B.用b光照射光电管时,一定没有发生光电效应
B.氢原子由n=3能级跃迁到n=1产生的光的能量为
故B正确;
C.从n=4能级跃迁到n=3,辐射的光子频率最小,波长最长,故C错误;
D.氢原子由n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大,频率最大,最大能量为
根据光电效应方程
入射光的能量越高,则电子的动能越大,初动能的最大值为
故D错误。
故选B。
5.用红光照射光电管阴极发生光电效应时,光电子的最大初动能为Ek,饱和光电流为I,若改用强度相同的绿光照射同一光电管,产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为 和 ,则下列正确的是( )
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