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M 第二章 波粒二象性 單元測試（粵教版選修3-5）
說明：本試卷分為第Ⅰ、Ⅱ卷兩部分，請將第Ⅰ卷的答案填入題后括號(hào)內(nèi)，第Ⅱ卷可在各題后直接作答.共100分，考試時(shí)間90分鐘.
第Ⅰ卷（共40分）
一、本題共10小題，每小題4分，共40分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確.全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分.
1.入射光照射到金屬表面上發(fā)生了光電效應(yīng),若入射光的強(qiáng)度減弱,但頻率保持不變,那么以下說法正確的是 ( )
A.從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔明顯增加
B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能減少
C.單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子的數(shù)目減少
D.有可能不再產(chǎn)生光電效應(yīng)
解析：本題考查光電效應(yīng)的基本規(guī)律.
由光電效應(yīng)的基本規(guī)律知,光的頻率不變,逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變;入射光的強(qiáng)度減弱,單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬上的光子數(shù)減少,因而單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子的數(shù)目減少;只要入射光的頻率大于金屬的極限頻率,就能產(chǎn)生光電效應(yīng),并且是瞬時(shí)的,不會(huì)因入射光的強(qiáng)度減弱而延長時(shí)間.ABD錯(cuò),C對.
答案C
2.愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,猜測光具有粒子性,從而提出光子說.從科學(xué)研究的方法來說這不屬于 ( )
A.等效代替B.控制變量
C.科學(xué)假說D.數(shù)學(xué)歸納
解析：本題考查科學(xué)研究方法.愛因斯坦由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律提出光子說,屬于科學(xué)假說.光子說圓滿地解釋了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,后來的康普頓效應(yīng)又無可辯駁地證明了光是一種粒子,光子說得到了驗(yàn)證,由假說上升為一種正確理論.
答案ABD
3.氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道的過程中 ( )
A.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增加，原子的電勢能增加
B.原子要放出光子，電子的動(dòng)能減少，原子的電勢能減少
C.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增加，原子的電勢能減少
D.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減少，原子的電勢能增加
解析：本題考查氫原子玻爾理論.電子從離核較近軌道躍遷到較遠(yuǎn)軌道，能量增加.由能量守恒知，原子要吸收光子，該過程中電子要克服庫侖力做功，動(dòng)能減少，原子的電勢能增加.故正確選項(xiàng)為D.
答案D
4.氫原子從第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)發(fā)出藍(lán)光,那么氫原子從第5能級(jí)躍遷到第2能級(jí)可能發(fā)出 ( )
A.綠光B.紅光
C.黃光D.紫光
解析：本題考查玻爾理論.由于E5-E2＞E4-E2,所以該光子的能量比藍(lán)光光子的能量大,放出的可能是紫光，D正確.
答案D
5.某激光器能發(fā)射波長為λ的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h為普朗克常量.則激光器每秒發(fā)射的光子數(shù)為 ( )
A. B.
C. D. Phc
解析：本題考查光子論及能量守恒.
由P?1=nh 得n=
故正確選項(xiàng)為A.
答案A
6.一細(xì)束平行光經(jīng)玻璃三棱鏡折射后分解為互相分離的三束光，分別照射到相同的金屬板a、b、c上，如圖所示.已知金屬板b有光電子放出，則可知 ( )
A.板a一定不放出光電子
B.板a不一定放出光電子
C.板c一定不放出光電子
D.板c一定放出光電子
解析：介質(zhì)對不同頻率的色光折射率不同，頻率越高折射率越大，通過三棱鏡后偏折得越厲害.由題圖可知，經(jīng)玻璃三棱鏡分別射向金屬板a、b、c的三束光，頻率依次升高.a、b、c是相同的金屬板，發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率是相同的，b板有光電子放出時(shí)，說明金屬的極限頻率低于射向b板的光的頻率，但不能確定其值是否也低于射向a板的光的頻率，故c板一定有光電子放出，a板不一定有光電子放出.故正確選項(xiàng)為B、D.
答案BD
7.氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子.已知基態(tài)的氦離子能量為E1=-54.4 eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示.在具有下列能量的光子中，能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是 （ ）
A.40.8 eVB.43.2 eV
C.51.0 eVD.54.4 eV
解析：本題考查玻爾理論.
（1）由玻爾理論知，基態(tài)的氦離子要實(shí)現(xiàn)躍遷，入射光子的能量應(yīng)該等于氦離子在某激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差.
（2）氦離子在圖示的各激發(fā)態(tài)與基態(tài)的能量差：
ΔE1=E∞-E1=0-(-54.4 eV)=54.4 eV
ΔE2=E4-E1=-3.4 eV-(54.4 eV)=51.0 eV
ΔE3=E3-E1=-6.0 eV-(-54.4 eV)=48.4 eV
ΔE4=E2-E1=-13.6 eV-(54.4 eV)=40.8 eV
可見，40.8 eV、51.0 eV、54.4 eV都能被基態(tài)氦離子吸收.
答案ACD
8.對光電效應(yīng)的解釋正確的是 （ ）
A.金屬內(nèi)的每個(gè)電子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能逸出金屬
B.如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力而逸出時(shí)所需做的最小功，便不能發(fā)生光電效應(yīng)
C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大
D.由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不同
解析：按照愛因斯坦的光子說，光子的能量是由光的頻率決定的，與光強(qiáng)無關(guān)，入射光的頻率越大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大.但要使電子離開金屬，須使電子具有足夠的動(dòng)能，而電子增加的動(dòng)能只能來源于照射光的光子能量.但電子只能吸收一個(gè)光子，不能同時(shí)吸收多個(gè)光子，否則當(dāng)光的頻率低而照射時(shí)間足夠長時(shí)，也會(huì)發(fā)生光電效應(yīng).電子從金屬中逸出時(shí)，處在金屬表面的電子向外逸出時(shí)克服原子核的引力所做的功最小，這個(gè)功稱為逸出功.不同金屬的逸出功不同.
答案BD
9.用電子顯微鏡觀察一微生物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要把電子的德布羅意波長設(shè)定為λd，已知普朗克常量為h，電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，電子的初速度不計(jì).則顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)是以下哪個(gè)值 （ ）
A. B.
C. D.
解析：根據(jù)動(dòng)能定理：eU= mv2=
所以p= ,由德布羅意波長公式：
λd= ,A正確.
答案A
10.如圖是產(chǎn)生X射線的裝置，叫做X射線管，圖中的K是陰極，A是陽極.通電時(shí)，由陰極發(fā)出的電子，打在陽極上，從陽極上激發(fā)出X射線（也稱X光）.設(shè)其中光子能量的最大值等于電子到達(dá)陽極時(shí)的動(dòng)能.已知陰極與陽極之間的電勢差U、普朗克常量h,電子電荷量e和光速c，則（設(shè)電子初速度為零） ( )
A.X射線是從對陰極A發(fā)出的
B.高壓電源的a端為負(fù)極
C.X射線管發(fā)出的X光的最長波長為
D.X射線管發(fā)出的X光的最短波長為
解析：X射線是從對陰極A發(fā)出的,A選項(xiàng)對.高壓電源的a端是正極,B錯(cuò).當(dāng)電子的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為X光的能量時(shí)，其波長最短，由eU=h 得,λmin= ，選項(xiàng)Ｄ對Ｃ錯(cuò).故正確選項(xiàng)為A、D.
答案AD
第Ⅱ卷（非選擇題共60分）
二、本題共5小題，每小題4分，共20分.把答案填在題中的橫線上.
11.根據(jù)玻爾理論,當(dāng)原子躍遷時(shí),若E初＞E終,則原子將產(chǎn)生 現(xiàn)象.基態(tài)氫原子的能量值是-13.6 eV,當(dāng)一個(gè)氫原子由基態(tài)躍遷到量子數(shù)n=2的定態(tài)時(shí)需要吸收 eV的能量;如果向一個(gè)處于基態(tài)的氫原子提供8 eV的能量,氫原子的能級(jí)將 (填“躍遷”或“不躍遷”).
解析：由玻爾理論知,氫原子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),將輻射出光子,產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象;向處于基態(tài)的氫原子提供8 eV的能量，因不滿足基態(tài)到n=2激發(fā)態(tài)的能量差,基態(tài)的氫原子將不吸收、不躍遷.
答案發(fā)光10.2不躍遷
12.人眼對綠光最敏感,正常人的眼睛接收到波長為530 nm的綠光時(shí),只要每秒有6個(gè)光子射入瞳孔,眼睛就能覺察.普朗克常量為6.63×10-34 J?s,光速為3.0×108 m/s,則能覺察到綠光時(shí)眼睛所接收到的最小功率是.
解析：一個(gè)綠光子的能量:E=hv= ,眼睛接收到的最小功率:
P最小=6E/（1 s）=
= W=2.3×10-18 W.
答案2.3×10-18 W
13.光電管是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的核心器件.用頻率為v的光照射光電管，發(fā)射的光電子的最大初動(dòng)能為E，若改用頻率為2v的光照射光電管，則發(fā)射的光電子的最大初動(dòng)能為.
解析：本題考查光電效應(yīng)方程.
設(shè)光電管所用金屬材料的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：E=hv-W①
=2hv-W②
解①②組成的方程組得： =hv+E.
答案hv+E
14.如圖所示,給出氫原子最低的四個(gè)能級(jí)，氫原子在這些能級(jí)之間躍遷時(shí)所輻射的光子頻率最多有種，其中最小的頻率等于Hz.(保留兩位有效數(shù)字)
解析：本題考查玻爾氫原子理論.由圖知輻射的光子頻率最多有6種，由E4-E3=hv
得最小頻率為
v= = Hz=1.0×1033 Hz.
答案61.0×1033
15.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,如果實(shí)驗(yàn)儀器及線路完好,當(dāng)光照射到光電管上時(shí),靈敏電流計(jì)中沒有電流通過,可能的原因是.
解析：本題考查光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn).如果入射光的頻率太小,不能產(chǎn)生光電效應(yīng),電路中無電流.即使產(chǎn)生了光電效應(yīng),若反向電壓太大,仍然沒有電流通過靈敏電流計(jì).
答案入射光的頻率太小或反向電壓太大
三、本題共4小題，共40分.解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.
16.(8分)已知處于基態(tài)的氫原子的電子軌道半徑r=0.53×10-10 m,基態(tài)的能級(jí)值為E1=-13.6 eV.
(1)有一群氫原子處在量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài),畫一能級(jí)圖,在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出幾種光譜線.
(2)計(jì)算這幾條光譜線中最短的波長.
解析：(1)氫原子一共發(fā)出3種光譜線,如右圖所示:
(2)從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí),放出的光子能量最大,波長最短.
由E3-E1= 得:
λ= = m
=1.65×10-7 m=165 nm.
答案(1)如圖(2)165 nm
17.(8分)用波長λ=5×10-7 m的光照射一金屬表面.已知其逸出功W=2 eV，需加怎樣的電壓才能把從陰極逸出的全部電子擋住而不致飛到陽極?
解析：照射光的能量
E=hν=h
=6.63×10-34× J=2.5 eV
由愛因斯坦光電方程Ek=hv-W
得Ek=h -W=2.5 eV-2 eV=0.5 eV
要使光電子被擋住，則電子要克服電場力做功W電，W電＝Ek＝0.5 eV
所以應(yīng)在陽極和陰極間加大于0.5 V的反向電壓.
答案大于0.5 V
18.(10分)用波長為4×10-7 m的紫光照射某金屬，發(fā)出的光電子垂直進(jìn)入3×10-4 T的勻強(qiáng)磁場中，光電子所形成的圓軌道的最大半徑為1.2 cm.(電子電荷量e＝1.6×10-19 C，質(zhì)量m＝0.91×10-30 kg)求：
(1)光電子的最大初動(dòng)能；
(2)該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率.
解析：(1)由evmB=m ，得vm=
則最大初動(dòng)能為
Ek= mvm2= =1.82×10-19 J.
(2)由Ek=h -W
W=hv0，得極限頻率v0= - =4.74×1014 Hz.
答案(1)1.82×10-19 J(2)4.74×1014 Hz
19.（14分）五氧化二鉭薄膜具有相當(dāng)穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，很低的光學(xué)損耗.在硅太陽能表面鍍上一層五氧化二鉭薄膜（為增透膜，膜的厚度等于入射光在其中波長的 ），可以減少太陽光的反射，提高硅太陽能電池的效率.請根據(jù)表格中所給的數(shù)據(jù)，計(jì)算鍍膜后，這種硅太陽能電池比鍍膜前每秒多吸收了多少個(gè)光子.
鍍膜前鍍膜后
開路電壓
U1（mV）短路電流
I1（mA）膜厚d
(μm)折射率n開路電壓
U2（mV）短路電流
I2（mA）
5201000.6632.35525130
解析：本題是綜合題，考查電功率、增透膜、光子等知識(shí)點(diǎn).
由表中數(shù)據(jù)知，鍍膜前后電池的最大功率分別如下：
P1=U1I1=520×10-3×100×10-3 W=5.2×10-2 W
P2=U2I2=525×10-3×130×10-3 W=6.825×10-2 W
鍍膜后電池增加的功率：ΔP=P2-P1=1.625 W
設(shè)每秒鐘多吸收的光子數(shù)為N，則：Nhv=N =ΔP
n= = ,λ0=nλ=4nd
故：N=
代入數(shù)據(jù)得：N=5.09×1017（個(gè)）.


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