物理名师讲练大一轮复习方略考点突破素养提升选修3-5-2波粒二象性原子结构之谜

温馨提示：此套题为Word版，请按住Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合适的观看比例，答案解析附后。关闭Word文档返回原板块。考点突破·素养提升考点1光电效应规律及应用(c)【典例1】(多选)(2019·浙江4月选考真题)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝,在光屏上观察到干涉条纹,其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。则(下列表述中,脚标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量) ()A.这两束光的光子的动量p1>p2B.这两束光从玻璃射向真空时,其临界角C1>C2C.这两束光都能使某种金属发生光电效应,则遏止电压U1>U2D.这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n=2能级时产生,则相应激发态的电离能ΔE1>ΔE2【解析】选B、D。根据双缝干涉的条纹间距的表达式Δx=ldλ可知λ1>λ2,由p=hλ可知p1<p2,选项A错误;光1的折射率n1小于光2的折射率n2,则根据sinC=1n可知这两束光从玻璃射向真空时,其临界角C1>C2,选项B正确;光1的频率ν1小于光2的频率ν2,这两束光都能使某种金属发生光电效应,则根据Ue=12mvm2=hνW逸出功可知,遏止电压U1<U2,选项C错误;这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n=2能级时产生,可知光1所处的激发态的能级较低,相应激发态的电离能较大,即ΔE1【典例2】(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时,发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和b,已知电子所带电荷量为e,由图象可以得到 ()导学号A.该金属的逸出功为零B.普朗克常量为ba,单位为J·C.当入射光的频率为2a时,逸出光电子的最大初动能为bD.当入射光的频率为3a时,遏止电压为2【解析】选C、D。根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hνW0,可知Ekν图线的斜率表示普朗克常量h,即h=ΔEkΔν=ba,单位为J/Hz,纵轴截距的绝对值表示金属的逸出功W0,W0=b,选项A、B错误;当入射光的频率ν=2a时,光电子的最大初动能Ek=ba·2ab=b,选项C正确;由Ek=hνW0可知,当入射光的频率为3a时,光电子的最大初动能为Ek=2b,由最大初动能Ek与遏止电压的关系式Ek=eUc可知,遏止电压为Uc1.如图所示,当弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,同时与锌板相连的验电器铝箔有张角,则该实验 ()A.只能证明光具有波动性B.只能证明光具有粒子性C.只能证明光能够发生衍射D.证明光具有波粒二象性【解析】选D。弧光灯发出的光经一狭缝后,在锌板上形成明暗相间的条纹,这是光的衍射,证明了光具有波动性。验电器铝箔有张角,说明锌板发生了光电效应,则证明了光具有粒子性,所以该实验证明了光具有波粒二象性,D正确。2.(多选)(2016·浙江4月选考真题)在光电效应实验中,采用极限频率为ν0=5.5×1014Hz钠阴极,已知普朗克常量h=6.6×1034J·s,电子质量m=9.1×1031kg。用频率ν=7.5×1014Hz的紫光照射钠阴极产生光电子的()A.动能的数量级为1019JB.速率的数量级为108m/sC.动量的数量级为1027kg·m/sD.德布罗意波长的数量级为109m【解析】选A、D。由爱因斯坦光电效应方程Ek=hνhν0,代入数据得逸出的动能数量级为1019J,A正确。根据12mv2=Ek得速率的数量级为105m/s,B错误。p22m=Ek,将数量级代入可知,C错误。由德布罗意波长公式λ=hp可知波长数量级为1.对光电效应规律的解释:对应规律对规律的产生的解释存在极限频率ν0电子从金属表面逸出,首先必须克服金属原子核的引力做功W0,要使入射光子的能量不小于W0,对应的频率ν0=W0h光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大,与入射光强度无关电子吸收光子能量后,一部分克服阻碍作用做功,剩余部分转化为光电子的初动能,只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能,对于确定的金属,W0是一定的,故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大效应具有瞬时性光照射金属时,电子吸收一个光子的能量后,动能立即增大,不需要积累能量的过程光较强时饱和电流大光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和电流较大2.爱因斯坦光电效应方程:hν=W0+Ek。W0为材料的逸出功,指从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功;Ek为光电子的最大初动能,由此方程可求得照射光的频率ν=W0+Ekh。Ek(1)横轴截距表示极限频率。(2)纵轴截距的绝对值表示逸出功。(3)图线的斜率表示普朗克常量h。考点2氢原子能级图及能级跃迁(c)【典例3】(多选)氢原子的部分能级如图所示,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出不同频率的光。已知可见光的光子能量在eV到eV之间。由此可推知 导学号()A.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为eV的金属铂能发生光电效应D.频率最小的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的【解析】选C、D。能级间跃迁时辐射的光子能量等于两能级间的能级差,即EmEn=hν。从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率最大为eV,小于可见光的光子能量,A错误;从高能级向n=2能级跃迁时辐射的光子能量最大为eV,大于可见光的能量,故B错误;从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量E=E2E1eV,而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功,故可以发生光电效应,故C正确;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光,能量最小,频率最小,故D正确。根据氢原子的能级图,现让一束单色光照射到一群处于基态(量子数n=1)的氢原子上,受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光,则照射氢原子的单色光的光子能量为 ()eVeV eV【解析】选C。根据受激的氢原子能发出6种不同频率的光,有6=n(n-1)2,解得n=4,即能发出6种不同频率的光的受激氢原子一定是在1.能级图中相关量意义的说明:相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差,量子数越大相邻的能量差越小,距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁,原子跃迁的条件为hν=EmEn2.对原子跃迁条件hν=EmEn的说明:(1)原子跃迁条件hν=EmEn只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。(2)当光子能量大于或等于eV时,也可以被处于基态的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于eV时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能。(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=EmEn),均可使原子发生能级跃迁。【加固训练】(多选)μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子,它在原子核物理的研究中有重要作用,如图为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子,μ氢原子吸收光子后,发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的不同频率光,且频率依次增大,则E等于()A.h(ν3ν1) B.h(ν6ν4)3 4【解析】选B、C。μ氢原子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高的m能级,然后从m能级向较低能级跃迁,若从m能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态n=1能级,则辐射的能量最大,否则跃迁到其他较低的激发态时μ氢原子仍不稳定,将继续向基态和更低的激发态跃迁,即1、2、3…m任意两个轨道之间都可