课时测评21 原子结构中的三类综合问题-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

课时测评21　原子结构中的三类综合问题 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－12题，每题5分，共60分) 1．(多选)某实验小组做光电效应的实验，用不同频率的光照射某种金属，测量结果如表所示。已知电子电荷量大小为e。下列说法中正确的是(　　) 入射光的频率 遏止电压 饱和电流 ν U1 I1 3ν U2 I2 A．一定有U2＝3U1 B．一定有I2＝3I1 C．可以推测普朗克常量h＝ D．可以推测该金属的逸出功为W0＝ 答案：CD 解析：遏止电压的大小与入射光的频率有关，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝eUc，可知遏止电压与入射光的频率并不成正比，A错误；入射光的频率相同时，饱和电流与入射光的强度有关，根据题给条件无法判断I1和I2的大小关系，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程可知hν1＝eU1＋W0，hν2＝eU2＋W0，联立可得普朗克常量为h＝，代入表中数据可得h＝，C正确；将h＝代入hν1＝eU1＋W0，可得金属的逸出功W0＝hν1－eU1＝ν－eU1＝，D正确。故选CD。 2.(多选)(2024·宁夏银川市高二联考)体温枪是测量人体体温常用的仪器。当红外线照射到某体温枪的温度传感器时，发生光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出人体的体温。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，如图乙所示，光电流随电压变化的图像如图丙所示，已知真空中的光速c＝3×108 m/s，则(　　) A．波长10 μm的红外线在真空中的频率为3×1016 Hz B．将图乙中的电源正负极反接，则一定不会产生电信号 C．光电子的最大初动能为0.02 eV D．若人体温度升高，辐射出的红外线强度增强，则光电管中转换成的光电流增大 答案：CD 解析：波长10 μm的红外线在真空中的频率为ν＝＝ Hz＝3×1013 Hz，故A错误；将题图乙中的电源正负极反接，当反向电压小于遏止电压时，电路中仍有光电流产生，仍会产生电信号，故B错误；由题图丙可知，遏止电压为Uc＝2×10-2 V，根据动能定理可得光电子的最大初动能Ek＝eUc＝0.02 eV，故C正确；若人体温度升高，辐射出的红外线强度增强，单位时间从阴极逸出的光电子数增加，则光电管中转换成的光电流增大，D正确。故选CD。 3.如图为氢原子的能级示意图，已知锌板的逸出功是3.34 eV。下列说法正确的是(　　) A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应 B．一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出4种不同频率的光子 C．用能量为10.3 eV的光子照射氢原子时，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV 答案：D 解析：氢原子从n＝2能级向基态跃迁时发出的光子的能量为10.2 eV，大于锌的逸出功，照射锌板能产生光电效应现象，故A错误；一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光子，故B错误；10.3 eV不等于任何两个能级的能量差，不能被氢原子吸收发生跃迁，故C错误；氢原子从n＝3能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大值为Em＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因锌的逸出功是W0＝3.34 eV，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ek＝Em－W0＝(12.09－3.34) eV＝8.75 eV，故D正确。 4．(多选)爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说，如图为与光电效应有关的四幅图像，下列说法正确的是(　　) A．根据图甲装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小 B．根据图乙可知，黄光越强，饱和电流越大，说明光子的能量与光强有关 C．由图丙可知，ν2为该金属的截止频率 D．由图丁可知，E等于该金属的逸出功 答案：ACD 解析：紫外线照射锌板能发生光电效应，有电子从锌板溢出，则若先让锌板带负电，则验电器张角有可能变小，A正确；题图乙中的强黄光对应的饱和电流大是因为单位时间内逸出的光电子数多，而光子的能量只与频率有关，B错误；最大初动能Ek＝hν－W0，又－eUc＝0－Ek，所以Uc＝ν－，因此题图丙中ν2为截止频率，C正确；由Ek＝hν－W0可知，题图丁中的E等于该金属的逸出功，D正确。 5．用能量为12.30 eV的光子去照射一群处于基态(E1＝－13.6 eV)的氢原子，则受到光的照射后，下列关于氢原子跃迁的说法正确的是(　　) A．电子能跃迁到n＝2的能级上去 B．电子能跃迁到n＝3的能级上去 C．电子能跃迁到n＝4的能级上去 D．电子不能跃迁到其他能级上去 答案：D 解析：根据玻尔理论，原子的能量是不连续的，即能量是量子化的，只有那些能量刚好等于两能级间能量差的光子才能被氢原子所吸收，使氢原子发生跃迁，当氢原子由基态向n＝2、3、4能级跃迁时吸收的光子能量分别为ΔE21＝－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.20 eV，ΔE31＝－E1≈－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，ΔE41＝－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，而光子的能量是12.30 eV，不等于任何两能级间的能量差，故不能被氢原子吸收而产生能级跃迁，故D正确。 6.如图是氢原子的能级图。大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，能向外发出10种不同频率的光子，用这些光照射逸出功为2.49 eV的金属钠。下列说法正确的是(　　) A．使n＝5能级的氢原子电离至少要13.6 eV的能量 B．金属钠表面发出的光电子的最大初动能为10.57 eV C．10种不同频率的光子中只有2种可使金属钠发生光电效应 D．10种光子中波长最长的是n＝2激发态跃迁到基态时产生的 答案：B 解析：n＝5能级的氢原子E5＝－0.54 eV，电离态氢原子的能量E∞＝0，则ΔE＝E∞－E5＝0－(－0.54 eV)＝0.54 eV，即至少需要0.54 eV的能量才能使n＝5能级的氢原子电离，故A错误；大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，从n＝5能级跃迁到n＝1能级的光子能量最大为Em＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6 eV)＝13.06 eV，根据光电效应方程求得金属钠表面的光电子的最大初动能Ek＝hν－W0＝Em－W0＝13.06 eV－2.49 eV＝10.57 eV，故B正确；只要向外发出的光子能量大于2.49 eV，都可以使钠金属发生光电效应，比如5、4、3能级向1能级跃迁的光子都可以使金属钠发生光电效应，不止有2种，故C错误；波长最长时，频率最低，即光子能量最小，由题图可知由n＝5能级跃迁到n＝4能级的能量最小，故D错误。 7.如图为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是(　　) A．处于基态的氢原子吸收能量为10.5 eV的光子后能跃迁至n＝2能级 B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光 C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂，产生的光电子的最大初动能为6.41 eV 答案：D 解析：处于基态的氢原子吸收能量为10.2 eV的光子后能跃迁至n＝2能级，但不能吸收能量为10.5 eV的光子，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出C42＝6种不同频率的光，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光子的能量值大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光子的能量值，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光照射该金属时一定不能发生光电效应，故C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为E41＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，根据爱因斯坦光电效应方程可知，用该光照射逸出功为6.34 eV的金属铂，产生的光电子的最大初动能为Ek＝E41－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故D正确。 8．(多选)(2024·浙江台州市高二统考)如图1为研究光电效应的电路图，开始时滑动变阻器的滑片P与固定点O正对，用不同的光分别照射光电管的阴极K，结果都能发生光电效应，图2为甲、乙、丙三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，已知电子的电荷量大小为e。下列说法正确的是(　　) A．同一介质中甲光的波长大于丙光的波长 B．用甲光和乙光在同一装置做双缝干涉实验，甲光的条纹间距大于乙光的条纹间距 C．仅将滑片P向b端移动，光电子向A板运动的过程中动能变小 D．通过光电效应实验绘制Uc-ν图像(ν为光的频率，Uc为遏止电压)，可求得普朗克常量h 答案：BD 解析：根据题意，由爱因斯坦光电效应方程和动能定理得eUc＝Ek＝hν－W0，可知遏止电压的大小只与入射光的频率有关，频率越大，遏止电压越大。由题图2可知甲、丙两种光的频率相同，乙光的频率最大，同一介质中甲、丙两种光波长相同，乙光的波长最短，根据Δx＝λ可知用甲光和乙光在同一装置做双缝干涉实验，甲光的条纹间距大于乙光的条纹间距，故A错误，B正确；仅将滑片P向b端移动，光电管加的是正向电压，电场力做正功，光电子向A板运动的过程中动能变大，故C错误；由eUc ＝hν－W0变形得Uc＝ν－，可知Uc-ν图像的斜率为，e是常数，从而可求得普朗克常量，故D正确。故选BD。 9．(多选)一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路中阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像(如图乙所示)，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　　 ) A．图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 B．图乙中的b光光子能量为12.09 eV C．动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离 D．阴极金属的逸出功可能为W0＝1.75 eV 答案：ABC 解析：一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程能发出C42＝6种不同频率的光，能量值的大小关系排列从大到小为：4→1，3→1，2→1，4→2，3→2，4→3，但只检测到3条电流，所以发生光电效应的有：4→1，3→1，2→1。由题图乙可知，a光的遏止电压最大，由eUc＝Ek＝hν－W0可知，a光的频率最高，是由第4能级向基态跃迁发出的，A正确；b光是由第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为Eb＝E3－E1＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，B正确；由题图丙可知，第3能级的能量值为－1.51 eV，电离能为1.51 eV，由玻尔理论可知，动能为1 eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离，C正确；由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为E21＝E2－E1＝10.2 eV，由第4能级向第2能级跃迁辐射的光子能量为E42＝E4－E2＝2.55 eV，由于只测得3条电流随电压变化的图像，故阴极金属的逸出功介于2.55～10.2 eV之间，不可能是1.75 eV，D错误。 10.(2023·河北唐山市高二月考)为解释氢原子的光谱特征，玻尔提出轨道量子化和能级量子化等假设。氢原子的能级示意图如图所示，已知氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出a光，从n＝3能级向n＝1能级跃迁时辐射出b光，可见光的光子能量在1.62～3.11 eV之间，下列说法正确的是(　　 ) A．处于n＝2能级的氢原子吸收可见光之后会发生电离 B．b光的波长大于a光的波长 C．若用b光照射某种金属能发生光电效应，则用a光照射该金属一定能发生光电效应 D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光 答案：D 解析：处于n＝2能级的氢原子的电离能为3.4 eV，该电离能大于可见光的能量，所以处于n＝2能级的氢原子吸收可见光之后不会发生电离，故A错误；由En－Em＝hν＝h可知，b光的波长小于a光的波长，故B错误；由En－Em＝hν可知，a光的频率小于b光的频率，用b光照射某种金属能发生光电效应，说明b光的频率大于该金属的截止频率，但a光的频率不一定大于该金属的截止频率，因此用a光照射该金属不一定发生光电效应，故C错误；大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可以辐射出C42＝6种不同频率的光子，其中只有氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量E＝E4－E2＝2.55 eV和从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量E′＝E3－E2＝1.89 eV在可见光的光子能量范围内，所以可辐射出2种频率的可见光，故D正确。 11.(多选)如图是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν1>ν2>ν3>ν4)的四种光能发生光电效应。则普朗克常量的表达式正确的是(　　 ) A．　　　　　　 B． C． D． 答案：ABD 解析：大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，说明氢原子从n＝1能级跃迁到n＝4能级，然后从n＝4能级跃迁共产生6种不同频率的光子。照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν1>ν2>ν3>ν4)的四种光能发生光电效应，则这四种光对应n＝4能级向n＝1能级、n＝3能级向n＝1能级、n＝2能级向n＝1能级、n＝4能级向n＝2能级跃迁时放出的能量，分别为ΔE1＝E4－E1＝12.75 eV＝hν1，ΔE2＝E3－E1＝12.09 eV＝hν2，ΔE3＝E2－E1＝10.2 eV＝hν3，ΔE4＝E4－E2＝2.55 eV＝hν4，所以普朗克常量可表示为、、、，故A、B、D正确 。 12.(多选)霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图，已知可见光的光子能量范围为1.63～3.10 eV，若一群氢原子处于n＝4能级，则下列说法正确的是(　　 ) A．这群氢原子自发跃迁时能辐射出6种不同频率的可见光 B．氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁过程中发出的光为可见光 C．辐射出的光中从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出的光频率最大 D．氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁过程中发出的光照射逸出功为3.2 eV的金属钙，不能使金属钙发生光电效应 答案：CD 解析：这群氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类为C 24＝6，即能辐射出6种不同频率的光子，而这6种光子中从n＝4能级跃迁到n＝3能级、从n＝4能级跃迁到n＝1能级，从n＝3能级跃迁到n＝1能级、从n＝2能级跃迁到n＝1能级时辐射出的光子能量不在可见光范围，A、B错误；辐射出的光中从n＝4能级跃迁到n＝1能级发出光的频率最大，C正确；这群氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射出的能量为2.55 eV，小于钙的逸出功3.2 eV，所以不能发生光电效应，D正确。 学生用书第122页 学科网（北京）股份有限公司 $$