高考物理二轮复习 专题五 原子物理学练习-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题五原子物理学第一讲光电效应_波粒二象性考点一光电效应规律和光电效应方程1.考查发生光电效应的条件某种单色光照射到金属表面上发生光电效应,如果入射光的强度减弱,频率不变,那么()A从光照到金属表面上到逸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将减小C单位时间内逸出的光电子数将减少D有可能不发生光电效应解析:选C若能发生光电效应,发生光电效应的时间与光的强度无关,故A错误;入射光照射到某金属表面上发生光电效应,若入射光的强度减弱,频率保持不变,可知仍然可以发生光电效应,根据光电效应方程EkhW0知,光电子的最大初动能不变,故B、D错误;入射光的强度减弱,则入射光的光子的数目减
2、少,单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少,故C正确。2考查对光电效应的理解在光电效应的实验结果中,与光的波动理论不矛盾的是()A光电效应是瞬时发生的B所有金属都存在极限频率C光电流随着入射光增强而变大D入射光频率越大,光电子最大初动能越大解析:选C光具有波粒二象性,既具有波动性又具有粒子性,光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的,不能积累,所以光电效应具有瞬时性,这与光的波动性矛盾,A项错误;同理,因为光子的能量不能积累,所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时,才会发生光电效应,B项错误;光强增大时,光子数量增多,所以光电流会增大,这与波动性无关,C项正确;一个光电子只能吸
3、收一个光子,所以入射光的频率增大,光电子吸收的能量变大,所以最大初动能变大,D项错误。3考查光电流的变化规律如图所示是光电管的原理图,已知当有波长为0的光照到阴极K上时,电路中有光电流,则()A若增加电路中电源电压,电路中光电流一定增大B若将电源极性反接,电路中一定没有光电流产生C若换用波长为1(10)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流D若换用波长为2(20)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流解析:选D光电流的强度与入射光的强度有关,当光越强时,光电子数目会增多,初始时电压增加光电流可能会增加,当达到饱和光电流后,再增大电压,光电流也不会增大了,故A错误;将电路中电源的极性反接,电子受到
4、电场阻力,到达A极的数目会减小,则电路中电流会减小,甚至没有电流,故B错误;若换用波长为1(10)的光,其频率有可能大于极限频率,电路中可能有光电流,故C错误;若换用波长为2(20)的光,则其频率一定大于极限频率,电路中一定有光电流,故D正确。4考查对光电效应方程的理解关于光电效应,下列说法中正确的是()A发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大B不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的C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,就能发生光电效应D如果入射光光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功,便不能发生光电效应解析:选D根据
5、光电效应方程可得EkhW0,光子的能量与光照强度无关,A错误;每种金属都有自己的极限频率,B错误;金属内的每个电子一次只能吸收一个光子,而且是不能积累的,C错误;当入射光光子的能量小于金属的逸出功时,不能发生光电效应,D正确。5考查光电效应规律及光电效应方程现用某一光电管进行光电效应实验,当用频率为的光照射时,有光电流产生。下列说法正确的是()A光照时间越长,光电流就越大B减小入射光的强度,光电流消失C用频率小于的光照射,光电效应现象消失D用频率为2的光照射,光电子的初动能变大解析:选D发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,根据光电效应方程知,光子频率越大,光电子的最大初动能越大
6、,光强度会影响单位时间内逸出的光电子数目。光电流的大小与入射光的时间无关,入射光的强度越大,饱和光电流越大,故A错误;发生光电效应时,能否发生光电效应与入射光的强度无关,减小入射光的强度,光电流不能消失,故B错误;用频率为的光照射时,有光电流产生,用频率小于的光照射,光电效应现象不一定消失,还要看入射光的频率是否小于极限频率,故C错误;根据光电效应方程可知,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,故D正确。6.考查光电效应方程的应用多选2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德博伊尔和乔治史密斯的主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图像传感器。他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理。如图所示电路
7、可研究光电效应规律。图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流计中有示数,若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V;现保持滑片P位置不变,以下判断正确的是()A光电管阴极材料的逸出功为4.5 eVB若增大入射光的强度,电流计的读数不为零C若用光子能量为12 eV的光照射阴极K,光电子的最大初动能一定变大D若用光子能量为9.5 eV的光照射阴极K,同时把滑片P向左移动少许,电
8、流计的读数一定不为零解析:选AC由电路图可知图中所加电压为反向减速电压,根据题意可知遏止电压为6 V,由EkhW0eUc得W04.5 eV,选项A正确;当电压达到遏止电压时,所有电子都不能到达A极,无论光强如何变化,电流计示数仍为零,选项B错;若光子能量增大,根据光电效应方程,光电子的最大初动能一定变大,选项C正确;若光子能量为9.5 eV的光照射阴极K,则遏止电压为5 V,滑片P向左移动少许,电流计的读数仍可能为零,选项D错。7考查光电管的工作原理及光电效应方程多选如图所示,用某单色光照射光电管的阴板K,会发生光电效应。在阳极A和阴极K之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光
9、电管上的电压,直至电流表中电流恰为零,此时电压表的电压值U称为反向遏止电压。现分别用频率为1和2的单色光照射阴极,测得反向遏止电压分别为U1和U2,设电子的质量为m、电荷量为e,下列说法正确的是()A用频率为1的光照射时,光电子的最大初速度为 B用频率为2的光照射时,光电子的最大初速度为 C阴极K金属的逸出功为WD阴极K金属的极限频率是0解析:选ACD在阳极A和阴极K之间加上反向电压,逸出的光电子在反向电场中做减速运动,根据动能定理可得eU0mvm2,解得光电子的最大初速度为vm ,所以用频率为1的光照射时,光电子的最大初速度为 ,用频率为2的光照射时,光电子的最大初速度为 ,故A正确,B错误
10、;根据光电效应方程可得h1eU1W,h2eU2W,联立可得W,h,阴极K金属的极限频率0,C、D正确。考点二与光电效应现象有关的图像问题8.考查Ek图像多选用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S,用频率为的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,b),下列说法中正确的是()A普朗克常量为hB断开开关S后,电流表G的示数不为零C仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大D保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表G的示数保持不变解析:选AB由公式EkhW0,可知图
11、线的斜率为普朗克常量,即h,故A正确;断开开关S后,初动能大的光电子,也可能到达阳极,所以电流表G的示数不为零,故B正确;只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能,与光的强度无关,故C错误;保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,单个光子的能量增大,而光的强度不变,那么光子数一定减少,发出的光电数也减少,电流表G的示数要减小,故D错误。9考查Uc图像下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压Uc和入射光的频率的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上数据应用Excel描点
12、连线,可得直线方程,如图所示。则这种金属的截止频率约为()A3.51014 HzB4.31014 HzC5.51014 Hz D6.01014 Hz解析:选B遏止电压为零时,入射光的频率等于截止频率,根据方程Uc0.397 31.702 4,当Uc0解得4.31014 Hz,B正确。10考查光电流I与电压U的关系图像多选如图甲是光电效应的实验装置图,图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像,下列说法正确的是()A由图线、可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大B由图线、可知对某种确定的金属来说,其遏止电压只由入射光的频率决定C只要增大电压,光电流就会一直增大D遏止电压越大
13、,说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大解析:选ABD由图线、可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大,故A正确;根据光电效应方程知,EkmhW0eUc,可知入射光频率越大,最大初动能越大,遏止电压越大,可知对于确定的金属,遏止电压与入射光的频率有关,故B正确;增大电压,当电压增大到一定值时,电流达到饱和电流,将不再增大,故C错误;根据EkmeUc,遏止电压越大,说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大,故D正确。考点三光的波粒二象性和物质波11.考查光的波粒二象性与光子数量的关系用很弱的光做双缝干涉实验,把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在,如图
14、所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()A光只有粒子性没有波动性B光只有波动性没有粒子性C少量光子的运动显示波动性,大量光子的运动显示粒子性D少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性解析:选D由这些照片可以看出,少量光子的运动显示粒子性,大量光子的运动显示波动性,故D正确。12考查对物质的波粒二象性的理解多选关于物质的波粒二象性,下列说法中正确的是()A不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的D实物
15、的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性解析:选ABC由德布罗意波可知A、C正确;运动的微观粒子,达到的位置具有随机性,而没有特定的运动轨道,B正确;由德布罗意理论知,宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性,不是不具有波粒二象性,D错误。13考查实物粒子的波动性多选1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图,下列说法正确的是()A亮条纹是电子到达概率大的地方B该实验说明物质波理论是正确的C该实验再次说明光子具有波动性D该实验说明实物粒子具有波动性解析:选ABD电子属于实物粒子,电子衍射实验说明电子具有波动
16、性,说明物质波理论是正确的,与光的波动性无关,B、D正确,C错误;物质波也是概率波,亮条纹是电子到达概率大的地方,A正确。14考查德布罗意波波长的计算一个德布罗意波波长为1的中子和另一个德布罗意波波长为2的氘核同向正碰后结合成一个氚核,该氚核的德布罗意波波长为()A. B.C. D.解析:选A中子的动量p1,氘核的动量p2,同向正碰后形成的氚核的动量p3p2p1,所以氚核的德布罗意波波长3,A正确。考点一光电效应规律和光电效应方程本考点主要考查光电效应现象、规律(如诊断卷第13题)及爱因斯坦的光电效应方程的有关应用(如诊断卷第47题),试题难度一般,多为选择题。在二轮复习中,注意打牢基础知识,
17、细化审题,就可轻松取分。建议考生自学为主夯基固本重点清障1能否发生光电效应,由入射光的频率大小决定,与入射光的强度和照射时间无关。如诊断卷第1题,减小入射光的强度,光电效应现象不会消失,只是单位时间内逸出的光电子数将减少。2光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,但二者间不是正比关系。3在光电流没有达到饱和光电流时,光电管两端正向电压越大,光电流越大。如诊断卷第3题。4光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系:EkmeUc,因此光电效应方程可以写为:eUchW0。如诊断卷第6、7题。1某激光器能发射波长为的激光,发射功率为P,c表示光速,h为普朗克常量,则激光器每秒发射的光量子数为()A.B
18、.C.DPhc解析:选A每个光量子的能量h,每秒发射的总能量为Pt,则n,故A正确。2(2017苏锡常镇四市调研)如图所示为研究光电效应现象的实验,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是()A入射光强度较弱B入射光波长太长C电源电压太高 D光照射时间太短解析:选B光的强度和光照时间都不能决定能否发生光电效应;光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,则可能是没有发生光电效应,即入射光的频率过小波长过大;电源电压为正向电压,使光电子加速,故选项B正确,A、C、D错误。3(2017天津期末)在光电效应实验中,用波长为的光照射光电管阴极,发生了光电效应,
19、下列说法正确的是()A仅增大入射光的强度,光电流大小不变B仅减小入射光的强度,光电效应现象可能消失C改用波长大于的光照射,光电子的最大初动能变大D改用波长大于的光照射,可能不发生光电效应解析:选D光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,能否发生光电效应,与入射光的强度无关,与光照时间也无关,当发生光电效应时,增大入射光的强度,则光电流会增大,故A、B错误;在光电效应中,根据光电效应方程EkmW0知,改用波长大于的光照射,光电子的最大初动能变小,或者可能不发生光电效应,选项C错误,D正确。考点二与光电效应现象有关的图像问题本考点在高考中所设计的题目,知识综合性较强,难度较大,但只要清楚四
20、类图像的特点及图线斜率、截距等的意义,问题便可轻松解决。需要考生学会灵活变通夯基固本四类图像对比图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率:图线与轴交点的横坐标c逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量:图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系遏止电压Uc:图线与横轴的交点饱和光电流Im:电流的最大值最大初动能:EkmeUc颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1,Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c:图线与横轴的交点遏止电压Uc:随入射光频
21、率的增大而增大普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电量的乘积,即hke。(注:此时两极之间接反向电压)重点清障1Ek图线是一条倾斜直线,但不过原点,其与横轴、纵轴交点的坐标值分别表示极限频率和金属逸出功。如诊断卷第8题,由题图可知,Wb,0a,由Wh0可得h,A正确。2在IU图线上可以得出的结论:同一频率的光,即使强度不同,反向遏止电压也相同,不同频率的光,反向遏止电压不同,且频率越高,反向遏止电压越大。3由IU图线可以看出,光电流并不是随加速电压的增大而一直增大。如诊断卷第10题,当光电流达到饱和值时,电压再增大,电流也不再增大了,故选项C错误。1(2017西工大附中模拟)爱因斯坦提出了光量子
22、概念并成功地解释了光电效应的规律,因此而获得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Ekm与入射光频率的关系如图所示,其中0为极限频率。从图中可以确定的是()A逸出功与有关BEkm与入射光强度成正比C0时,才会有光电子逸出,C错误;根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0,可知Ekm图线的斜率与普朗克常量有关,D正确。2用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应,可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图像。已知钨的逸出功是3.28 eV,锌的逸出功是3.24 eV,若将二者的图线画在同一个Ek坐标图中,用实线表示钨,虚线表示锌,则能正确反映这一过程的是下图中的(
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