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本文题目：高二物理下学期一单元检测题：波粒二象性

卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.

第Ⅰ卷(选择题共40分)

一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分.

1.入射光照射到金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,但频率保持不变,那么以下说法正确的是 ( )

A.从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加

B.逸出的光电子的最大初动能减少

C.单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少

D.有可能不再产生光电效应

解析：本题考查光电效应的基本规律.

由光电效应的基本规律知,光的频率不变,逸出的光电子的最大初动能不变;入射光的强度减弱,单位时间内照射到金属上的光子数减少,因而单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少;只要入射光的频率大于金属的极限频率,就能产生光电效应,并且是瞬时的,不会因入射光的强度减弱而延长时间.ABD错,C对.

答案C

2.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说.从科学研究的方法来说这不属于 ( )

A.等效代替 B.控制变量

C.科学假说 D.物理归纳

解析：本题考查科学研究方法.爱因斯坦由光电效应的实验规律提出光子说,属于科学假说.光子说圆满地解释了光电效应的实验规律,后来的康普顿效应又无可辩驳地证明了光是一种粒子,光子说得到了验证,由假说上升为一种正确理论.

答案ABD

3.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 ( )

A.原子要吸收光子，电子的动能增加，原子的电势能增加

B.原子要放出光子，电子的动能减少，原子的电势能减少

C.原子要吸收光子，电子的动能增加，原子的电势能减少

D.原子要吸收光子，电子的动能减少，原子的电势能增加

解析：本题考查氢原子玻尔理论.电子从离核较近轨道跃迁到较远轨道，能量增加.由能量守恒知，原子要吸收光子，该过程中电子要克服库仑力做功，动能减少，原子的电势能增加.故正确选项为D.

答案D

4.氢原子从第4能级跃迁到第2能级发出蓝光,那么氢原子从第5能级跃迁到第2能级可能发出 ( )

A.绿光 B.红光

C.黄光 D.紫光

解析：本题考查玻尔理论.由于E5-E2E4-E2,所以该光子的能量比蓝光光子的能量大,放出的可能是紫光，D正确.

答案D

5.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子数为 ( )

A. B.

C. D. Phc

解析：本题考查光子论及能量守恒.

由P1=nh 得n=

故正确选项为A.

答案A

6.一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光，分别照射到相同的金属板a、b、c上，如图所示.已知金属板b有光电子放出，则可知 ( )

A.板a一定不放出光电子

B.板a不一定放出光电子

C.板c一定不放出光电子

D.板c一定放出光电子

解析：介质对不同频率的色光折射率不同，频率越高折射率越大，通过三棱镜后偏折得越厉害.由题图可知，经玻璃三棱镜分别射向金属板a、b、c的三束光，频率依次升高.a、b、c是相同的金属板，发生光电效应的极限频率是相同的，b板有光电子放出时，说明金属的极限频率低于射向b板的光的频率，但不能确定其值是否也低于射向a板的光的频率，故c板一定有光电子放出，a板不一定有光电子放出.故正确选项为B、D.

答案BD

7.氦原子被电离一个核外电子，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，氦离子能级的示意图如图所示.在具有下列能量的光子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是 ( )

A.40.8 eV B.43.2 eV

C.51.0 eV D.54.4 eV

解析：本题考查玻尔理论.

(1)由玻尔理论知，基态的氦离子要实现跃迁，入射光子的能量应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差.

(2)氦离子在图示的各激发态与基态的能量差：

E1=E-E1=0-(-54.4 eV)=54.4 eV

E2=E4-E1=-3.4 eV-(54.4 eV)=51.0 eV

E3=E3-E1=-6.0 eV-(-54.4 eV)=48.4 eV

E4=E2-E1=-13.6 eV-(54.4 eV)=40.8 eV

可见，40.8 eV、51.0 eV、54.4 eV都能被基态氦离子吸收.

答案ACD

8.对光电效应的解释正确的是 ( )

A.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

B.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而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应

C.发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大

D.由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不同

解析：按照爱因斯坦的光子说，光子的能量是由光的频率决定的，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大.但要使电子离开金属，须使电子具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量.但电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，否则当光的频率低而照射时间足够长时，也会发生光电效应.电子从金属中逸出时，处在金属表面的电子向外逸出时克服原子核的引力所做的功最小，这个功称为逸出功.不同金属的逸出功不同.

答案BD

9.用电子显微镜观察一微生物的内部结构，需要把电子的德布罗意波长设定为d，已知普朗克常量为h，电子的质量为m，电荷量为e，电子的初速度不计.则显微镜工作时电子的加速电压应是以下哪个值 ( )

A. B.

C. D.

解析：根据动能定理：eU= mv2=

所以p= ,由德布罗意波长公式：

d= ,A正确.

答案A

10.如图是产生X射线的装置，叫做X射线管，图中的K是阴极，A是阳极.通电时，由阴极发出的电子，打在阳极上，从阳极上激发出X射线(也称X光).设其中光子能量的最大值等于电子到达阳极时的动能.已知阴极与阳极之间的电势差U、普朗克常量h,电子电荷量e和光速c，则(设电子初速度为零) ( )

A.X射线是从对阴极A发出的

B.高压电源的a端为负极

C.X射线管发出的X光的最长波长为

D.X射线管发出的X光的最短波长为

解析：X射线是从对阴极A发出的,A选项对.高压电源的a端是正极,B错.当电子的动能全部转化为X光的能量时，其波长最短，由eU=h 得,min= ，选项D对C错.故正确选项为A、D.

答案AD

第Ⅱ卷(非选择题共60分)

二、本题共5小题，每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上.

11.根据玻尔理论,当原子跃迁时,若E初E终,则原子将产生 现象.基态氢原子的能量值是-13.6 eV,当一个氢原子由基态跃迁到量子数n=2的定态时需要吸收 eV的能量;如果向一个处于基态的氢原子提供8 eV的能量,氢原子的能级将 (填跃迁或不跃迁).

解析：由玻尔理论知,氢原子由高能级向低能级跃迁时,将辐射出光子,产生发光现象;向处于基态的氢原子提供8 eV的能量，因不满足基态到n=2激发态的能量差,基态的氢原子将不吸收、不跃迁.

答案发光 10.2 不跃迁

12.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个光子射入瞳孔,眼睛就能觉察.普朗克常量为6.6310-34 Js,光速为3.0108 m/s,则能觉察到绿光时眼睛所接收到的最小功率是 .

解析：一个绿光子的能量:E=hv= ,眼睛接收到的最小功率:

P最小=6E/(1 s)=

= W=2.310-18 W.

答案2.310-18 W

13.光电管是把光信号转变成电信号的核心器件.用频率为v的光照射光电管，发射的光电子的最大初动能为E，若改用频率为2v的光照射光电管，则发射的光电子的最大初动能为 .

解析：本题考查光电效应方程.

设光电管所用金属材料的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程得：E=hv-W ①

=2hv-W ②

解①②组成的方程组得： =hv+E.

答案hv+E

14.如图所示,给出氢原子最低的四个能级，氢原子在这些能级之间跃迁时所辐射的光子频率最多有 种，其中最小的频率等于 Hz.(保留两位有效数字)

解析：本题考查玻尔氢原子理论.由图知辐射的光子频率最多有6种，由E4-E3=hv

得最小频率为

v= = Hz=1.01033 Hz.

答案6 1.01033

15.在光电效应实验中,如果实验仪器及线路完好,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 .

解析：本题考查光电效应实验.如果入射光的频率太小,不能产生光电效应,电路中无电流.即使产生了光电效应,若反向电压太大,仍然没有电流通过灵敏电流计.

答案入射光的频率太小或反向电压太大

三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.

16.(8分)已知处于基态的氢原子的电子轨道半径r=0.5310-10 m,基态的能级值为E1=-13.6 eV.

(1)有一群氢原子处在量子数n=3的激发态,画一能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出几种光谱线.

(2)计算这几条光谱线中最短的波长.

解析：(1)氢原子一共发出3种光谱线,如右图所示:

(2)从n=3的激发态跃迁到基态时,放出的光子能量最大,波长最短.

由E3-E1= 得:

= = m

=1.6510-7 m=165 nm.

答案(1)如图 (2)165 nm

17.(8分)用波长=510-7 m的光照射一金属表面.已知其逸出功W=2 eV，需加怎样的电压才能把从阴极逸出的全部电子挡住而不致飞到阳极?

解析：照射光的能量

E=h=h

=6.6310-34 J=2.5 eV

由爱因斯坦光电方程Ek=hv-W

得Ek=h -W=2.5 eV-2 eV=0.5 eV

要使光电子被挡住，则电子要克服电场力做功W电，W电=Ek=0.5 eV

所以应在阳极和阴极间加大于0.5 V的反向电压.

答案大于0.5 V

18.(10分)用波长为410-7 m的紫光照射某金属，发出的光电子垂直进入310-4 T的匀强磁场中，光电子所形成的圆轨道的最大半径为1.2 cm.(电子电荷量e=1.610-19 C，质量m=0.9110-30 kg)求：

(1)光电子的最大初动能;

(2)该金属发生光电效应的极限频率.

解析：(1)由evmB=m ，得vm=

则最大初动能为

Ek= mvm2= =1.8210-19 J.

(2)由Ek=h -W

W=hv0，得极限频率v0= - =4.741014 Hz.

答案(1)1.8210-19 J (2)4.741014 Hz

19.(14分)五氧化二钽薄膜具有相当稳定的化学性质，很低的光学损耗.在硅太阳能表面镀上一层五氧化二钽薄膜(为增透膜，膜的厚度等于入射光在其中波长的 )，可以减少太阳光的反射，提高硅太阳能电池的效率.请根据表格中所给的数据，计算镀膜后，这种硅太阳能电池比镀膜前每秒多吸收了多少个光子.

镀膜前 镀膜后

开路电压

U1(mV) 短路电流

I1(mA) 膜厚d

(m) 折射率n 开路电压

U2(mV) 短路电流

I2(mA)

520 100 0.663 2.35 525 130

解析：本题是综合题，考查电功率、增透膜、光子等知识点.

由表中数据知，镀膜前后电池的最大功率分别如下：

P1=U1I1=52010-310010-3 W=5.210-2 W

P2=U2I2=52510-313010-3 W=6.82510-2 W

镀膜后电池增加的功率：P=P2-P1=1.625 W

设每秒钟多吸收的光子数为N，则：Nhv=N =P

n= = ,0=n=4nd

故：N=

代入数据得：N=5.091017(个).

答案5.091017个

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