【名师一号】2014高考物理一轮 15-1光电效应 原子结构 氢原子光谱双基练 新人教版

2014名师一号高考物理一轮双基练：15-1光电效应原子结构氢
原子光谱
A级双基达标
1．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是( )
A．改用频率更小的紫光照射
B．改用X射线照射
C．改用强度更大的原紫外线照射
D．延长原紫外线的照射时间
解析根据光电效应产生的条件可知，应选用频率高于原紫外线的光．
答案 B
2．(2013·陕西省西安市质量检测)如下说法正确的答案是()
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反响
B．汤姆生发现电子，明确原子具有核式结构
C．一束光照射到某金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大
解析太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核聚变反响，选项A错误；汤姆生在研究阴极射线时发现电子，电子的发现说明原子是可以再分的，汤姆生进一步提出了原子的枣糕模型或葡萄干面包模型，该模型被卢瑟福用α粒子散射实验给予了否认，卢瑟福提出了原子的核式结构学说，选项B错误；一束光照射到某金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太小，没有达到截止频率，选项C错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，库仑引力做负功，电子的电势能增大，动能减小，总能量增大，选项D正确．此题答案为D.
答案 D
3.
练图15－1－1
(2013·安徽省高中统考)如练图15－1－1所示两电子a 和b 都绕着某原子核D 做圆周运动．a 的轨道半径大于b 的轨道半径．不计a 、b 间的相互作用，关于两电子描述正确的答案是( )
A ．电子a 的动能大于电子b 的动能
B ．电子a 的运动周期小于b 的周期
C ．电子a 的动能与电势能之和大于电子b 的动能与电势能之和
D ．电子a 假设由于某原因变轨至b 的轨道上，电子a 电势能将增加
解析 本模型与天体运动模型相似，运动规律也几乎是一样的，只不过天体运动模型是
万有引力提供向心力，而本模型是电场力提供向心力；根据k Qe r 2＝mv 2r ＝m ⎝ ⎛⎭
⎪⎫2πT 2r 可得E k ＝k
Qe 2r ∝1
r
，T ＝2π
mr 3kQe
∝r 3
，因为r a >r b ，所以E k a <E k b ，T a >T b ，选项A 、B 错误；电子离核越远，电子的动能与电势能之和越大，所以选项C 正确；电子a 假设由某原因变轨至b 的轨道上时，电场力做正功，电子a 的动能将增加，而电势能减小，选项D 错误．此题答案为C.
答案 C 4.
练图15－1－2
爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如练图15－1－2所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( )
A．逸出功与ν有关
B．E km与入射光强度成正比
C．ν<ν0时，会逸出光电子
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析图线在纵轴上的截距表示逸出功，只与金属有关，图线的斜率k＝W/ν0＝h，选项A错误，D正确；从图可知，E km只与ν有关，ν<ν0时，不会逸出光电子，选项C错误．答案 D
5.
练图15－1－3
在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如练图15－1－3所示．如此可判断出( ) A．甲光的频率大于乙光的频率
B．乙光的波长大于丙光的波长
C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
解析甲、乙光照射时的遏止电压一样，根据动能定理和光电方程有eU c2＝E km＝hν－W，W一定，如此ν一样，选项A错误；丙光的遏止电压U c1>U c2如此它的频率ν1大于甲光和乙光的频率，对应的光电子的最大初动能大于甲光和乙光的，又ν＝c/λ即丙光的波长小于乙光的，选项B正确，D错误；因为是同一光电管，所以截止频率一样，选项C错误．答案 B
6．用波长为2.0×10－7 m的紫外线照射钨的外表，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效数字)( )
A．5.5×1014 Hz B．7.9×1014 Hz
C．9.8×1014 Hz D．1.2×1015 Hz
解析根据光电效应方程有E km＝hν－W，又ν＝c/λ，W＝hν0，可得v0＝c
λ－
E km
h
，代
入数据可得ν0＝7.9×1014 Hz.
答案 B
7.
练图15－1－4
(多项选择题)(2013·江苏省淮安市调研测试)如练图15－1－4所示为氢原子的能级示
意图．现用能量介于10 eV～12.9 eV范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子，如此如下说法正确的答案是( )
A．照射光中只有一种频率的光子被吸收
B．照射光中有三种频率的光子被吸收
C．氢原子发射出三种不同波长的光
D．氢原子发射出六种不同波长的光
解析氢原子只能吸收特定频率的光子，才能从低能态跃迁到高能态，题中氢原子可能吸收的光子能量有：12.75 eV、12.09 eV、10.20 eV、2.55 eV、1.89 eV和0.66 eV，其中只有三种光子能量处在10 eV～12.9 eV范围内，所以照射光中有三种频率的光子被吸收，选项A错误，B正确；氢原子可以吸收大量能量为12.75 eV的光子，从而从n＝1的基态跃迁到n＝4的激发态，因为大量处于n＝4的激发态的氢原子极不稳定，又会发射出光子跃迁
到低能态，共可发射出C24＝4×3
2
＝6种不同波长的光，选项C错误，D正确．此题答案为B、
D.
答案BD
8.
练图15－1－5
太阳能光电池直接转换的根本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能．如练图15－1－5所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．
(1)说出电源和电流表的正、负极．
(2)入射光应照射在________极上．
(3)假设电流表读数是10 μA，如此每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少是________个．
解析(1)电源左边为正极，右边为负极，电流表是上边正极下边负极．
(2)入射光应照射到阴极上，即题图中的B极．
(3)q ＝It ＝10×10－6×1 C＝10－5
C ，
而n ＝q e
，所以每秒发射出6.25×1013
个光电子．
答案 (1)电源左边为正极，右边为负极；电流表是上边正极下边负极 (2)B (3)6.25×1013
B 级 能力提升
1．(2013·福建省福州八中质检)用光照射某种金属，有光电子从金属外表逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，如此( )
A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了
解析 光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属外表逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；假设减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少．综上可知，此题答案为A.
答案 A
2．(多项选择题)(2013·江苏省苏北四市调研测试)如下说法中正确的答案是( ) A ．玻尔认为，氢原子的能级是量子化的
B ．一个动量为p 的电子对应的物质波波长为hp (h 为普朗克常量)
C ．天然放射现象的发现揭示了原子核具有复杂的结构
D ．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较长方向移动
解析 根据玻尔理论，核外电子的轨道半径和能量都是量子化的，选项A 正确；一个动量为p 的电子对应的物质波波长为λ＝h
p
(h 为普朗克常量)，选项B 错误；天然放射现象是发生在原子核内部的变化，它的发现揭示了原子核具有复杂的结构，选项C 正确；根据黑体热辐射理论，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短方向移动，选项D 错误．此题答案为A 、C.
答案 AC 3.
练图15－1－6
(多项选择题)(2013·陕西省西安八校联考)氢原子的能级图如练图15－1－6所示，处于n＝3激发态的大量氢原子向基态跃迁时所放出的光子中，只有一种光子不能使某金属A 产生光电效应，如此如下说法正确的答案是( )
A．不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n＝3激发态直接跃迁到基态时放出的B．不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n＝3激发态直接跃迁到n＝2激发态时放出的
C．假设从n＝4激发态跃迁到n＝3激发态，所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应
D．金属A逸出功一定大于1.89 eV
解析大量处于第3能级的氢原子向基态跃迁时，共可辐射出3种频率的光，其中当原子从第3能级向第2能级跃迁时释放的光子能量最小，其大小为E32＝E3－E2＝1.89 eV，因为该光子不能使金属A产生光电效应，所以金属A的逸出功W一定大于1.89 eV，选项A错误，B、D正确；假设从n＝4激发态跃迁到n＝3激发态，所放出的光子能量为E43＝E4－E3＝0.66 eV<1.89 eV<W，所以该光子一定不能使金属A产生光电效应，选项C正确．此题答案为B、C、D.
答案BCD
4．人眼对绿光最敏感，正常人的眼睛接收到波长为530 nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能觉察，普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×103 m/s，如此：
(1)人眼能觉察到绿光时所接收到的最小功率是________．
(2)用这种波长的绿色光照射如下五种材料，能产生光电效应的材料有________种.
材料 铯
钙 镁 铍 钛 逸出功(×10
－19
J)
3.0
4.3
5.0
6.2
6.6
解析 E 0＝hv ＝h c λ＝6.63×10－34×3.0×108
530×10
－9
J ≈3.8×10
－19
J ，
人眼最少需每秒射入6个绿光光子才能觉察， 故P ＝6E 0t
＝6×3.8×10－19
W≈
2．3×10
－18
W.
(2)发生光电效应的条件是光子的能量要大于金属的逸出功，E 0仅大于铯的逸出功，故只有一种．
答案 (1)2.3×10－18
W
(2)1
5．氢原子处于基态时，原子的能量为E 1＝－13.6 eV ，当处于n ＝3的激发态时，能量为E 3＝－1.51 eV ，如此：
(1)当氢原子从n ＝3的激发态跃迁到n ＝1的基态时，向外辐射的光子的波长是多少？ (2)假设要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射原子？ (3)假设有大量的氢原子处于n ＝3的激发态，如此在跃迁过程中可能释放出几种不同频率的光子？
解析 (1)由跃迁公式得：hν＝E 3－E 1①
ν＝c λ
②
由①②代入数据得：λ＝1.03×10－7
m. (2)假设要将基态原子电离：hν＝0－E 1， 代入数据得ν＝3.3×1015
Hz. (3)光子种数N ＝C 2
3＝
3×
3－1
2
＝3种． 答案 (1)1.03×10－7
m (2)3.3×1015
Hz (3)3种
6．紫光在真空中的波长为4.5×10－7
m ，问： (1)紫光光子的能量是多少？
(2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014
Hz 的金属钾能否产生光电效应？
(3)假设能产生，如此光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34J·s)
解析(1)E＝hν＝h c
λ
＝4.42×10－19 J.
(2)ν＝c
λ
＝6.67×1014 Hz.
因为ν>ν0，所以能产生光电效应．(3)E kmax＝hν－W0＝h(ν－ν0)
＝1.36×10－19 J.
答案(1)4.42×10－19 J
(2)能
(3)1.36×10－19 J。