高考物理第一轮复习第37讲　光电效应　原子的跃迁（含解析）

高考物理第一轮复习第37讲　光电效应　原子的跃迁（含解析）

课时作业(三十七)　[第37讲　光电效应　原子的跃迁]‎ ‎1．2012·汕头模拟如图K37－1所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(　　)‎ 图K37－1‎ A．有光子从锌板逸出 B．没有电子从锌板逸出 C．验电器指针张开一个角度 D．锌板带负电 ‎2．(双选)用频率为ν1的单色光照射某种金属的表面，发生了光电效应现象，现改用频率为ν2的另一单色光照射该金属的表面．下列说法正确的是(　　)‎ A．如果ν2>ν1，则能够发生光电效应 B．如果ν2<ν1，则不能发生光电效应 C．如果ν2>ν1，则逸出的光电子最大初动能增大 D．如果ν2>ν1，则逸出的光电子最大初动能不变 ‎3．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则(　　)‎ A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 D．有可能不发生光电效应 ‎4．下列说法正确的是(　　)‎ A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性 ‎5．2012·广州二模某金属在一定频率的光照射下发生光电效应，若减弱该光的光强，则该金属(　　)‎ A．逸出功减少 B．不发生光电效应 C．发射光电子的最大初动能不变 D．发射光电子的最大初动能减小 ‎6．利用光子说对光电效应进行解释，下列说法正确的是(　　)‎ A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子 C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子 ‎7．氢原子的能级如图K37－2所示，现让一束单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子只发出三种不同频率的色光．照射光光子的能量是(　　)‎ 图K37－2‎ A．13.6 eV　　　　　　B．3.4 eV C．12.09 eV D．10.2 eV ‎8．氢原子部分能级的示意图如图K37－3所示．不同色光的光子能量如下表所示：‎ 色光 红 橙 黄 绿 蓝－靛 紫 光子能量 范围(eV)‎ ‎1.61～‎ ‎2．00‎ ‎2.00～‎ ‎2．07‎ ‎2.07～‎ ‎2．14‎ ‎2.14～‎ ‎2．53‎ ‎2.53～‎ ‎2．76‎ ‎2.76～‎ ‎3．10‎ 处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(　　)‎ 图K37－3‎ A．红、蓝－靛 B．黄、绿 C．红、紫 D．蓝－靛、紫 ‎9．(双选)如图K37－4所示为氢原子的能级图．在气体放电管中，若处于基态的氢原子受到能量为12.8 eV的高速电子轰击而跃迁到激发态，则在这些氢原子从激发态向低能级跃迁的过程中(　　)‎ 图K37－4‎ A．最多能辐射出10种不同频率的光子 B．最多能辐射出6种不同频率的光子 C．能辐射出的波长最长的光子是从n＝5跃迁到n＝4能级时放出的 D．能辐射出的波长最长的光子是从n＝4跃迁到n＝3能级时放出的 ‎10．(双选)氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4 eV，氦离子的能级示意图如图K37－5所示．在具有下列能量的光子或者电子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是(　　)‎ A．41.0 eV的电子 B．41.0 eV的光子 ‎ C．51.0 eV的电子 D．51.0 eV的光子 图K37－5‎ ‎　　图K37－6‎ ‎11．如图K37－6所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则(　　)‎ A．当换用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流 B．当换用波长为λ2(λ2＜λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流 C．当增大电路中电源的电压时，电路中的光电流一定增大 D．当将电源极性反接时，电路中一定没有光电流产生 ‎12．如图K37－7所示，N为钨板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，已知金属钨的逸出功为4.5 eV.现分别用不同能量的光子照射钨板(各光子的能量已在图上标出)，那么各图中没有光电子到达金属网的是________(填入选项前的字母代号)，能够到达金属网的光电子的最大动能是________eV.‎ ‎ 　A　 　　　　B　　　　　　C　　　　　D 图K37－7‎ ‎13．氢原子处于基态时，原子的能量为E1＝－13.6 eV，已知电子的电荷量为e＝1.6×10－‎19 C，电子的质量为m＝0.91×10－‎30 kg，氢原子的核外电子的第一条可能轨道的半径为r1＝0.53×10－‎10 m.‎ ‎(1)若要使处于n＝2能级的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子？‎ ‎(2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流，则氢原子处于n＝2的定态时，核外电子运动的等效电流为多大？‎ ‎(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz，今用一群处于n＝4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠，试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应．‎ 课时作业(三十七)‎ ‎1．C　[解析] 用紫外线照射锌板能够发生光电效应，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，故选项AB错误；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带的电荷量越多，验电器指针张角越大，故选项C正确，D错误．‎ ‎2．AC　[解析] 同一金属的极限频率ν0不变，入射光的频率必须大于金属的极限频率才能发生光电效应，如果入射光的频率小于金属的极限频率，则不论入射光多强，照射时间多长，都不会发生光电效应现象，选项A正确，B错误；因光电子的最大初动能随入射光的频率增大而线性增加，所以ν2>ν1时，逸出的光电子最大初动能增大，选项C正确，D错误．‎ ‎3．C　[解析] 光电效应瞬时(10－9 s)发生，与光的强度无关，选项A错误；能否发生光电效应只决定于入射光的频率是否大于极限频率，与光的强度无关，选项D错误；光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，选项B错误；光电效应现象中，单位时间发出的光电子数目多少与入射光的强度有关，可理解为一个光子能打出一个光电子，光的强度减弱，逸出的光电子数目减少，选项C正确．‎ ‎4．C　[解析] 由光的波粒二象性可知，光是同时具有波粒二象性的，只不过在有的情况下波动性显著，在有的情况下粒子性显著；光的波长越长，越容易观察到其显示波动特征；光子是一种不带电的微观粒子，而电子是带负电的实物粒子，它们虽然都是微观粒子，但有本质区别，故选项C正确．‎ ‎5．C　[解析] 逸出功只与被照射的金属有关，入射光的强度、频率并不能改变逸出功，A错；只要频率大于极限频率就能发生光电效应，无论照射光的光强多么弱，B错；发射光电子的最大初动能与入射光的频率及逸出功有关，即由mv＝hν－W决定，光的强度不能改变最大初动能，C对，D错．‎ ‎6．A　[解析] 根据光子说，金属的一个电子一次只能吸收一个光子，且光子的吸收是瞬时的，不需要时间的积累，若所吸收的光子频率大于金属的极限频率，电子逃离金属表面，成为光电子，若所吸收的光子能量小于逸出功(光子频率小于金属的极限频率)，则电子不能逃离金属表面，不能成为光电子．‎ ‎7．C　[解析] 氢原子只能发出三种不同频率的光，说明是从n＝3能级跃迁到基态，要使处于基态的氢原子跃迁到n＝3能级，需要吸收的能量为ΔE＝E3－E1＝12.09 eV，故C正确．‎ ‎8．A　[解析] 原子发光时光子的能量等于原子能级差，先分别计算各相邻的能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光，并且属于红光和蓝靛的范围，故答案为A.‎ ‎9．BD　[解析] 由E5－E1＝13.06 eV>12.8 eV，E4－E1＝12.75 eV<12.8 eV，因此处于基态的氢原子至多能够跃迁到n＝4能级，受到能量为12.8 eV的高速电子轰击， 氢原子从n＝4能级向低能级跃迁，最多能辐射出6种不同频率的光子，其中波长最长的光子的能量最小，对应的能级之差最小，即该光子是从n＝4跃迁到n＝3能级时放出的，选项BD正确．‎ ‎10．AC　[解析] 用相应能量的光子去使基态的原子发生跃迁，必须满足光子的能量正好等于从基态跃迁到某个激发态的能级差，选项D中光子正好能使氦离子从基态跃迁到n＝4能级，选项B不满足条件；而用电子去使基态的原子跃迁到激发态，必须满足电子的能量大于或等于两者之间的能级差，选项A、C都正确．‎ ‎11．B　[解析] 用波长为λ0的光照射阴极K，电路中有光电流，说明入射光的频率ν0＝‎ 大于金属的极限频率，换用波长为λ1的光照射阴极K，因为λ1＞λ0，根据ν＝可知，波长为λ1的光的频率不一定大于金属的极限频率，因此不一定能发生光电效应现象，选项A错误；同理可以判断，选项B正确；光电流的大小与入射光的强度有关，在一定频率与强度的光照射下，光电流与电压之间的关系为：开始时，光电流随电压U的增大而增大，当U增大到一定程度时，光电流达到饱和值，这时即使再增大U，在单位时间内也不可能有更多的光电子定向移动，光电流也就不会再增大，即饱和光电流是在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，增大电源的电压，若光电流达到饱和值，则光电流不会增大，选项C错误；将电源极性反接，若光电子的最大初动能大于光电管两极间电场力做的功，电路中仍有光电流产生，选项D错误．‎ ‎12．AC　1.8 eV ‎[解析] 选项A中，入射光子的能量小于逸出功，没有光电子逸出；选项C中，逸出的光电子最大初动能为1.3 eV，在反向电场的作用下，不能到达对面极板．选项B中逸出的光电子最大初动能为0.3 eV，到达金属网时最大动能为1.8 eV，选项D中逸出的光电子最大初动能为2.3 eV，到达金属网时最大动能为0.8 eV.‎ ‎13．(1)8.21×1014 Hz　(2)1.3×10－‎4A　(3)4条 ‎[解析] (1)要使处于n＝2能级的氢原子电离，照射的光子的能量应能使电子从n＝2能级跃迁到无限远处，即最小频率的电磁波的光子能量应为：hν＝0－E2，其中E2＝＝，解得ν＝8.21×1014Hz.‎ ‎(2)氢原子的核外电子绕核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力，则有：＝，其中r2＝22r1＝4r1，根据电流的定义得：I＝，联立解得I＝＝1.3×10－‎4A.‎ ‎(3)由于钠的极限频率为6.00×1014Hz，则使钠发生光电效应的光子的能量至少为E0＝hν＝6.63×10－34×6.00×1014 J＝3.978×10－19 J≈2.486 eV，一群处于n＝4的激发态的氢原子发射的光子，要使钠发生光电效应，应使跃迁时两能级的能量差ΔE≥E0，所以在六条光谱线中有E41、E31、E21、E42四条谱线可使钠发生光电效应．‎