《光电效应 波粒二象性》（人教版）一、选择题(每小题7分，共70分) 1．下列说法中正确的是( )A ．实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B ．卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型C ．光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定D ．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量解析：电子通过晶格的衍射现象表明实物粒子也具有波动性，A 错误．卢瑟福的原子核式结构模型理论的基础就是α粒子散射实验，B 正确．由不确定性关系知微观粒子的位置和动量是不能同时准确测量的，C 错误，在工业和医疗中常使用激光的原因是由于其平行性好、亮度高，但亮度高不是由于光子能量高，而是单位时间内通过单位面积的总能量大，D 错误．答案：B2. 对于光电效应的解释正确的是( )①金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属 ②如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了 ③发生光电效应时，入射光越强，光子的能量越大，光电子的最大初动能就越大 ④由于不同的金属逸出功是不相同的，因此不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同．A. ①④B. ①②④C. ②④D. ②③④解析：实验证明，入射光强度不论多大，只要频率不够高，是不会发生光电效应的．而光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，材料不同，逸出功不同，由爱因斯坦光电效应方程，有12mv 2max ＝hν－W 当v max ＝0时，ν0＝W /h ，W 不同则ν0不同．最大初动能12mv 2max 与光强无关．①③不正确．答案：C3．用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图．则这两种光(A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大解析：爱因斯坦光电效应方程|eU c |＝12mv 2＝hν－W ，由图象可知|U c 2|>|U c 1|.则两种光的频率νa <νb ，选项A 错误；由两种光的频率关系得，λa >λb ，根据双缝干涉条纹间距公式Δx ＝L d·λ可知，a 光的相邻条纹间距大，选项C 正确；同理可知n a <n b .选项D 错误；由sin C ＝1n得．C a >C b ，选项B 正确．答案：BC4．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km .改用频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h 为普朗克常量)( )A. E km －hνB. 2E kmC. E km ＋hνD. E km ＋2hν解析：频率为ν的光照射某金属时，有E km ＝hν－W .同理，改用频率为2ν的光照射同一金属产生的光电子的最大初动能为E ＝2hν－W ＝E km ＋hν，C 正确．答案：C5．如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极K ，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V 时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极时的最大动能为( )[A. 0.6 eVB. 1.9 eVC. 2.6 eVD. 4.5 eV解析：光子能量hν＝2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，由光电效应方程hν＝12mv 2m ＋W ，当电压表读数大于等于0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU ＝12mv 2m 知，最大初动能12mv 2m ＝eU ＝0.6 eV ，对图乙当电压表读数为2 V 时，电子到达阳极的最大动能E k ＝12mv 2m ＋eU ′＝0.6 eV ＋2 eV ＝2.6 eV ，故C 正确．答案：C6．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则( ) A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析：由光电效应方程hν＝hν0＋E km 知，当入射光频率为2ν0时，一定能产生光电子，其最大初动能E km ＝hν－hν0＝2hν0－hν0＝hν0，故A 、B 正确，D 错误；逸出功与金属材料有关，与入射光频率无关，故C 错．答案：AB7．用同一频率的光照射到甲、乙两种不同的金属上，它们释放的光电子在磁感应强度为B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的轨道半径之比为R 甲∶R 乙＝3∶1，则下述说法中正确的是( )A ．两种金属的逸出功之比为3∶1B ．两种光电子的速度大小之比为3∶1[C ．两种金属的逸出功之比为1∶3D ．两种光电子的动量大小之比为3∶1解析：电子在磁场中做匀速圆周运动，由evB ＝m v 2R 得R ＝mveB，动量大小和速度大小均和环绕半径成正比，B 、D 对；光电子的最大初动能之比为9∶1，由爱因斯坦的光电效应方程可得：金属的逸出功W ＝hν－12mv 2，所以两种金属的逸出功的比值不确定，故选B 、D. 答案：BD8．分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属板，发出光电子的最大初动能之比为1∶2，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.hc 2λB.2hc 3λC.34hcλ D.4hλ5c解析：由E k1＝hν1－W ①E k2＝hν2－W ②①②得12＝h c λ1－Wh c λ2－W ，所以W ＝2hc 3λ. 答案：B9．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子( )A ．可能沿1方向，且波长变小B ．可能沿2方向，且波长变小C ．可能沿1方向，且波长变长D ．可能沿3方向，且波长变长解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E ＝hν知，频率变小，再根据c ＝λν知，波长变长．答案：C10．金属晶体中晶格大小的数量级约为10－10m ．电子经加速电场加速，形成一电子束．电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图案，则这个加速电场的电压约为________V.解析：当电子运动的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射图案，由此可以估算加速电场的电压．若加速电场电压为U ，则电子加速获得动能E k ＝eU ，电子的动量p ＝2mE k ，电子的德布罗意波波长λ＝h p ＝h 2mE k.加速电场电压U ＝h 22λ2em＝ 6.63×10－3422×10－102×1.6×10－19×9.1×10－31 V ＝1.5×102V. 答案：1.5×102二、非选择题(共30分)11．(14分)已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30 eV 和10 eV ，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为多少？解析：若此种金属的逸出功为W ，极限波长为λ0[ 由爱因斯坦光电效应方程得：[h c λ－W 0＝E k1，h c 2λ－W 0＝E k2，h cλ0＝W 0 可得λ0＝1.24×10－7m. 答案：1.24×10－7m12．(16分)如图所示，相距为d 的两平行金属板A 、B 足够大，板间电压恒为U ，有一波长为λ的细激光束照射到B 板中央，使B 板发生光电效应，已知普朗克常量为h ，金属板B 的逸出功为W ，电子质量为m ，电荷量e ，求：[(1)从B 板运动到A 板所需时间最短的光电子，到达A 板时的动能； (2)光电子从B 板运动到A 板时所需的最长时间．解析：(1)根据爱因斯坦光电效应方程E k ＝ hν－W ，光子的频率为ν＝cλ.所以，光电子的最大初动能为E k ＝hc λ－W .能以最短时间到达A 板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B 板的电子，设到达A 板的动能为E k1，由动能定理，得eU ＝E k1－E k ，所以E k1 ＝eU ＋hc λ－W .(2)能以最长时间到达A 板的光电子，是离开B 板时的初速度为零或运动方向平行于B 板的光电子．则d ＝12at 2＝Uet 22dm，得t ＝d 2m Ue.《原子结构 氢原子光谱》（人教版）(时间：45分钟 满分：100分)一、选择题(每小题7分，共63分)1．下列能揭示原子具有核式结构的实验是( ) A ．光电效应实验 B ．伦琴射线的发现 C ．α粒子散射实验D ．氢原子光谱的发现解析：光电效应实验说明光具有粒子性，A 选项错误；X 射线(伦琴射线)的发现是19世纪末20世纪初物理学的三大发现(X 射线1896年、放射线1896年、电子1897年)之一，这一发现标志着现代物理学的产生，B 选项错误；氢原子光谱的发现解释了原子的稳定性以及原子光谱的分立特征，D 选项错误；所以选择C.答案：C2．下列有关卢瑟福的α粒子散射实验的结论正确的是( ) A. 证明了质子的存在B. 证明了原子核是由质子和中子组成的C. 说明了原子核的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上D. 说明原子中的电子只能在某些不连续的轨道上运动解析：考查α粒子散射实验．卢瑟福的α粒子散射实验彻底否定了汤姆生的原子模型，为核式结构学说奠定了实验基础，这个实验事实说明原子中心有个很小的核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量，除此之外不能说明其他问题，利用此实验结果判断，A、B、D均错，只有C正确．答案：C3．在下列4个核反应方程中，x表示质子的是( )A.3015P→3014Si＋xB.238 92U→234 90Th＋xC.2713Al＋10n→2712Mg＋xD.2713Al＋42He→3015P＋x解析：质子是11H，由于核反应中，质量数和电荷数守恒．因此，C中的x是质子．[答案：C4．[2013·西安地区联考]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，氦原子的能级示意图如图所示，在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是( )[A．42.8 eV(光子) B.43.2 eV(电子)[C．41.0 eV(电子) D.54. 4 eV(光子)解析：由于光子能量不可分，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收，故A项中光子不能被吸收；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收，故B、C两项中电子均能被吸收．答案：A5．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )A．核反应方程是11H＋10n→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝hm1＋m2－m3c2解析：由核反应中质量数和电荷数守恒知，A错．由质量亏损的意义知，B对．由质量亏损的意义及质能关系知，C错．由hν＝Δmc2和ν＝c/λ知，D错．答案：B6．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：由题意知，中子和质子结合成氘核时释放2.2 MeV的能量，由结合能的意义知，只有用能量大于或等于2.2 MeV的光子照射静止的氘核时，氘核才能分解为一个质子和一个中子．由能量守恒定律知，照射光的光子能量将转化为质子和中子的动能．故本题B、C错A、D对．答案：AD7．氢原子能级如图所示，用光子能量为E 1的光照射到一群处于基态的氢原子，可以看到三条光谱线，用光子能量为E 2的光照射到该群处于基态的氢原子，就可以看到六条光谱线，对于E 1、E 2的比较，下列说法正确的是( )A ．E 2＝2E 1 B.E 2>2E 1 C ．E 1<E 2<2E 1D.E 2>E 1>12 eV解析：大量氢原子从高能级向低能级跃迁，发出的谱线数N ＝n n －12.当N ＝3时， n ＝3，E 1＝[－1.51 eV －(－13.6)] eV ＝12.09 eV ；当N ＝6时，n ＝4，E 2＝[－0.85 eV －(－13.6)] eV ＝12.75 eV ，故C 、D 正确．答案：CD8．[2011·四川理综，18]氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光的频率为ν1；从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h ，若氢原子从能级k 跃迁到能级m ，则( )A ．吸收光子的能量hν1＋hν2B ．辐射光子的能量hν1＋hν2C ．吸收光子的能量hν2－hν1D ．辐射光子的能量hν2－hν1解析：由题意可知：E m －E n ＝hν1，E k －E n ＝hν2. 因为紫光的频率大于红光的频率，所以ν2>ν1，即k 能级的能量大于m 能级的能量，氢原子从能级k 跃迁到能级m 时向外辐射能量，其值为E k －E m ＝hν2－hν1，故D 正确．答案：D9．[2013·重庆模拟]真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾(其极限波长分别为λ1和λ2)制成，板面积为S ，间距为d .现用波长为λ(λ1<λ<λ2)的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电荷量Q 正比于( )A. d S (λ－λ1λλ1)B. d S (λ2－λλλ2)C. S d (λ－λ1λλ1)D. S d (λ2－λλλ2) 解析：当电容器极板所带为最终电荷量时，两板间电压为截止电压，即此时最大初动能完全用来克服电场力做功，末速度为0.则有：hν－hν2＝eU ，又ν＝c λ，C ＝εS 4πkd ，U ＝Q C， 解得Q ＝Chc e (1λ－1λ2)＝εhc 4πke ·S d ·(λ2－λλλ2)， 由于εhc4πke为常数，故D 项正确． 答案：D二、非选择题(共37分)10．(10分)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图所示，请估计4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?解析：由核反应中质量数和电荷数守恒知，另一种粒子是正电子(01e)．由半衰期的意义知，4 mg 的3215P 变成0.25 mg 的3215P 要经过4个半衰期，由图知3215P 的半衰期约是14天，所以4 mg 的3215P 要经过56天的衰变后还剩0.25 mg.答案：正电子(01e) 5611．(16分)利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站．核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已具备了发展核电的基本条件(1)核反应堆中的“燃料”是235 92U ，完成下面的核反应方程式235 92U ＋10n →90Sr ＋ 54Xe ＋1010n ； (2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少吨浓缩铀？已知铀核的质量为235.0439 u ，中子质量为1.0087 u ，锶(Sr)核的质量为89.9077 u ，氙(Xe)核的质量为135.9072 u ．1 u ＝1.66×10－27 kg ，浓缩铀中铀235的含量占2%.(3)同样功率(100万千瓦)的火力发电站，每年要消耗多少吨标准煤？(已知标准煤的热值为2.93×104 kJ/kg)(4)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染，需采取哪些措施？(举两种)解析：(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可得：质量数为136，电荷数为38.(2)该反应的质量亏损是：Δm ＝235.0439 u ＋1.0087 u －89.9077 u －135.9072 u －10×1.0087 u＝0.1507 u根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2＝0.1507×1.66×10－27×(3×108)2 J ＝2.3×10－11 J[核电站每年放出的热量 Q ＝P ·t ＝1.0×109×3.6×103×24×365 J＝3.2×1016 J则由题意知：Q ＝m ·2%0.235·ΔE ·N A m ＝Q ·0.235ΔE ·N A ·2%＝ 3.2×1016×0.2352.3×10－11×6.02×1023×0.02kg ＝2.6×104 kg. (3)根据煤的燃烧值计算可得：消耗煤的质量为109×365×24×3600/2.93×107 kg ＝1.1×106 t.(4)核反应堆外面需要修建很厚的水泥保护层，用来屏蔽射线；对放射性废料，要装入特制的容器，埋入地层深处进行处理．答案：见解析 12．(11分)氢原子在基态时轨道半径r 1＝0.53×10－10 m ，能量E 1＝－13.6 eV.求氢原子处于基态时：(1)电子的动能．(2)原子的电势能．(3)用波长是多少的光照射可使其电离？解析：(1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1，则： k e 2r 21＝m v 21r 1∴电子动能E k1＝12mv 21＝k e 22r 1＝9×109× 1.6×10－1922×0.53×10－10×1.6×10－19 eV ＝13.6 eV. (2)E 1＝E k1＋E p1∴E p1＝E 1－E k1＝－13.6 eV －13.6 eV ＝－27.2 eV(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离：hcλ＝0－E 1 ∴λ＝－hc E 1＝－6.63×10－34×3×108－13.6×1.6×10－19 m ＝0.9141×10－7 m.答案：(1)13.6 eV (2)－27.2 eV(3)0.9141×10－7 m（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。