高中物理选择性必修第三册第4章达标检测卷

第四章达标检测卷(考试时间：60分钟满分：100分)班级：________座号：________姓名：________分数：________一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求．)1．关于对热辐射的认识，下列说法中正确的是()A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波B．温度越高，物体辐射的电磁波越强C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色【答案】B【解析】一切物体都不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A错误，B正确；选项C是黑体辐射的特征，C错误；常温下看到的物体的颜色是反射光的颜色，D错误．2．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出()A．原子的核式结构模型B．原子核内有中子存在C．电子是原子的组成部分D．原子核是由质子和中子组成的【答案】A【解析】卢瑟福的α粒子散射实验中，用α粒子轰击金箔，发现α粒子穿过金箔后，基本仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子(约占1/8000)发生了大角度偏转，偏转角度甚至大于90°.而汤姆孙的“枣糕模型”是不能解释α粒子发生大角度偏转的，也就是说“枣糕模型”是不正确的，卢瑟福通过分析认为：若要使α粒子发生大角度偏转，占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围，这样才能使α粒子受到足够大的斥力，发生大角度的偏转．所以1911年，卢瑟福提出了原子的核式结构模型．故选A．3．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹【答案】C【解析】放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D错误．4．被誉为“中国天眼”的世界最大单口径射电望远镜(简称FAST)在贵州省平塘县落成启用，开始接收来自宇宙深处的电磁波．中国天眼的建成，使得深空通讯能力延伸至太阳系外缘行星，对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义．如果为天眼配备一部发射功率为百万瓦级(106W)的发射机，其发射的无线电波波长为126厘米．那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s)()A．1023 B．1027C．1031 D．1035【答案】C【解析】设单位时间t0，发射机每秒钟发射的光子数量为n，则光子的总能量为nt0heq\f(c,λ)，每秒钟的发射能量为Pt0，所以nt0heq\f(c,λ)＝Pt0，代入数据，最终可得n的数量级约为1031，故C正确．5．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到另一半径为rb的圆轨道上，已知ra>rb，则在此过程中()A．原子要发出某一频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量也减小B．原子要吸收某一频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C．原子要发出一系列频率的光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小D．原子要吸收一系列频率的光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量也增大【答案】A【解析】由玻尔理论知，氢原子中电子轨道半径越大，原子能量越大，当电子从ra跃迁到rb时，原子能量减小，放出光子；在电子跃迁过程中，库仑力做正功，原子的电势能减小；由库仑力提供电子做圆周运动的向心力，即eq\f(ke2,r2)＝eq\f(mv2,r)，r减小，电子速度增大，动能增大，综上所述可知A正确．6．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则()A．6种光子中有3种属于巴耳末系B．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的C．要使n＝4能级的氢原子电离至少需要0.85eV的能量D．若从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应【答案】C【解析】公式中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，6种光子中从n＝4→2与n＝3→2的属于巴耳末系，即2种，故A错误；从n＝4激发态跃迁到n＝3激发态时产生光子的能量最小，根据E＝heq\f(c,λ)知，波长最长，故B错误；处于n＝4能级的氢原子具有的能量为－0.85eV，故要使其发生电离能量变为0，至少需要0.85eV的能量，故C正确；从n＝2能级跃迁到基态释放的光子能量为13.6eV－3.4eV＝10.2eV，若该光子能使某金属板发生光电效应，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量3.4eV－1.51eV＝1.89eV＜10.2eV，不一定能使该板发生光电效应，D错误．7．如图所示，某种频率的光照射金属钡使一些电子从钡表面发射出来．为了测量这些电子的最大初动能，在钡表面上方放置一带电金属板，调节金属板电势，使所有电子均不能到达金属板(金属板电势低于钡表面的电势)．若钡表面相对于金属板的最小电势差为3.02V，已知金属钡的逸出功为2.50eV，普朗克常量为6.63×10－34J·s，可见光的波长范围为400nm～700nm，则()A．电子的最大初动能为2.50eVB．照射光的频率约为1.33×1015HzC．所有电子返回钡表面时的动能都为3.02eVD．可见光照射金属钡一定不会发生光电效应【答案】B【解析】对逸出的电子，由动能定理可得eUc＝Ek，故电子的最大初动能为Ek＝3.02eV，故A错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可得照射光的频率为ν＝eq\f(Ek＋W0,h)≈1.33×1015Hz，故B正确；由于电子逸出时动能有大有小，故返回钡表面的速度不一定相同，动能也不一定相同，最大动能为3.02eV，故C错误；钡的极限频率为ν0＝eq\f(W0,h)＝6.03×1014Hz，由题中数据，可见光频率的最大值为νm＝eq\f(c,λ)≈7.5×1014Hz>ν0，故有部分可见光可以使钡发生光电效应，故D错误．8．用绿光照射一个光电管，能产生光电效应．欲使光电子从阴极逸出时最大初动能增大，可以()A．改用红光照射 B．改用紫光照射C．改用蓝光照射 D．增加绿光照射时间【答案】BC【解析】光电子的最大初动能与照射时间或照射强度无关，而与入射光子的能量有关，入射光子的能量越大，光电子从阴极逸出时最大初动能越大，所以本题中可以改用比绿光光子能量更大的紫光、蓝光照射，以增大光电子从阴极逸出时的最大初动能．9．氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列说法正确的是()A．电子旋转半径减小B．氢原子能量增大C．氢原子电势能增大D．核外电子速率增大【答案】AD【解析】氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，得轨道半径减小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小，故A、D正确，B、C错误．10．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针也发生偏转，a光与b光波长分别为λ和2λ，它们产生的速度最快的光电子速度之比为2∶1，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，下列说法正确的有()A．该种金属的逸出功为eq\f(hc,3λ)B．该种金属的逸出功为eq\f(hc,λ)C．波长超过2λ的光都不能使该金属发生光电效应D．波长超过3λ的光都不能使该金属发生光电效应【答案】AD【解析】由hν＝W0＋Ek知heq\f(c,λ)＝W0＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，heq\f(c,2λ)＝W0＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，又v1＝2v2，得W0＝eq\f(hc,3λ)，A正确，B错误．光的波长小于或等于3λ时都能发生光电效应，C错误，D正确．二、非选择题(本题共4小题，共40分)11．(8分)如图所示，一静电计与锌板相连，在A处用一弧光灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．(1)现用一带正电的金属小球与锌板接触，则静电计指针偏角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．(2)使静电计指针回到零，用黄光照射锌板，静电计指针发生偏转，那么，若改用强度更大的黄光照射锌板，可观察到静电计指针偏转角将________(填“增大”“减小”或“不变”)．【答案】(1)增大(2)增大【解析】(1)锌板在紫外线照射下，发生光电效应，有光电子飞出，锌板带正电，将一带正电的金属小球与锌板接触，锌板所带正电量增大，则静电计指针偏角将增大．(2)改用强度更大黄光照射锌板，从锌板上发出的光电子数增多，锌板所带正电量增大，则静电计指针偏角将增大．12．(10分)用图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射光电管时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示．(1)当变阻器的滑片P向________(填“左”或“右”)滑动时，通过电流表的电流将会减小．(2)光电子的最大初动能为________J，金属的逸出功为__________J.(3)如果不改变入射光的频率，而减小入射光的强度，则光电子的最大初动能________(填“增加”“减小”或“不变”)．【答案】(1)右(2)3.2×10－194.8×10－19(3)不变【解析】(1)由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻器的滑动端P向右移动时，反向电压增大，则通过电流表的电流减小．(2)由图乙可知，当该装置所加的电压为反向电压，当电压是－2V时，电流表示数为0，遏止电压为－2V，则光电子的最大初动能为Ekm＝eUc＝2eV＝3.2×10－19J，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，又ε＝hν，则W0＝3eV＝4.8×10－19J.(3)根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，知入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变．13．(10分)纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面．将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官．糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果．一台功率为10W氩激光器，假定所发出的可见光的波长都是560nm，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”视网膜的时间是2×10－4s.(1)求每次“点焊”需要的能量；(2)激光器消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，计算激光器每秒内发出的光子数．解：(1)根据E＝Pt，所以E＝Pt＝10×2×10－4J＝2×10－3J.(2)一个波长为λ的光子能量为E0＝eq\f(hc,λ)，设激光器每秒内发出的光子数为n，则n＝eq\f(kPt0,E0)，式中k＝5%，t0＝1s，联立上式解得n＝eq\f(kPλt0,hc)＝1.4×1018个．14．(12分)如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s.结合图像，求：(结果保留2位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能．(2)该阴极材料的极限波长．解：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝eq\f(Imt,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)个＝4.0×1012个．光电子的最大初动能为Ekm＝eUc＝1.6×10－19C×0.6V＝9.6×10－20J.(2)设该阴极材料的极限波长为λc，根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λc)，代入数据解得λc≈0.66μm.课后篇素养形成必备知识基础练1.用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验,当用频率为ν1的光照射时,遏止电压的大小为U1,当用频率为ν2的光照射时,遏止电压的大小为U2。已知电子电荷量的大小为e,则下列表示普朗克常量和该种金属的逸出功正确的是()A.h=e(U1-UC.W0=eU1ν1-eU答案D解析根据光电效应方程eUc1=hν1-W0,eUc2=hν2-W0,解得h=e(U1-U2)ν1-ν2,W02.分别用波长为λ和34λ的单色光照射同一金属,发出的光电子的最大初动能之比为1∶2,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,则此金属板的逸出功正确的是()A.5ℎc3λ B.2ℎc3λ C答案B解析由光子的能量ε=ℎcλ和爱因斯坦光电效应方程有Ek1=ℎcλ-W0,Ek2=4ℎc3λ-W0,又Ek1∶Ek2=1∶2,化简即得逸出功W0=3.(多选)如图是某金属在光的照射下,光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像。由图像可知()A.该金属的逸出功等于hνcB.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.入射光的频率为2νc时,产生的光电子的最大初动能为ED.相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小答案ACD解析根据Ek=hν-W0得,金属的截止频率等于νc,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,逸出功等于E,则E=W0=hνc,故A正确;根据Ek=hν-W0,可知从金属表面逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率不是成正比关系,故B错误;当入射光的频率为2νc时,根据Ek'=2hνc-W0,而E=W0=hνc,故Ek'=hνc=E,故C正确;根据Ek=hν-W0,可知相同频率的光照射到不同的金属上,逸出功越大,出射的光电子最大初动能越小,故D正确。4.用不同频率的紫外线分别照射锌和钨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ν变化的Ek-ν图像,已知锌的逸出功是3.24eV,钨的逸出功是3.28eV,若将两者的图线画在同一个Ek-ν坐标系中,用实线表示锌,虚线表示钨,则正确反映这一过程的是如图所示的()答案A解析根据光电效应方程有Ek=hν-W0,其中W0为金属的逸出功,则有W0=hνc。由此可知在Ek-ν图像中,斜率表示普朗克常量h,横轴截距大小表示该金属截止频率的大小。由题意可知,锌的逸出功小于钨的逸出功,因此由νc=W0ℎ可知,锌的截止频率小于钨的截止频率,且斜率相同,故A正确,B、C、5.(多选)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验,发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为W0,遏止电压为Uc,电子的电荷量为e。下列说法正确的是()A.甲光的强度大于乙光的强度B.甲光的频率大于乙光的频率C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eUcD.乙光的频率为W答案AD解析根据光的强度越强,则光电子数目越多,对应的光电流越大,即可判定甲光的强度较大,选项A正确;由光电效应方程12mv2=hν-W0,12mv2=Uce,结合题图可知,甲、乙的遏止电压相同,故甲、乙的频率相同,选项B错误;甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc,选项C错误;根据12mv2=hν-W0=eUc,可得ν=eU6.在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光对应的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能答案B解析由题图可知,丙光的饱和电流小于甲光和乙光的饱和电流,说明逸出的电子数目最少,即丙光的强度最小。由题图可知丙光对应的光电子的初动能最大,即丙光的频率最高(波长最小),B项正确,D项错误;甲光和乙光的频率相同,A项错误;由于是同一光电管,所以乙光、丙光对应的截止频率是一样的,C项错误。7.如图所示是某次实验中得到的甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像,两金属的逸出功分别为W甲、W乙,如果用频率为ν1的光照射两种金属,光电子的最大初动能分别为E甲、E乙,则下列关系正确的是()A.W甲>W乙 B.W甲<W乙C.E甲>E乙 D.E甲=E乙答案A解析根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0=hν-hνc,又Ek=eUc,则eUc=hν-hνc,由Uc-ν图线可知,当Uc=0时,ν=νc,金属甲的截止频率大于金属乙的截止频率,则金属甲的逸出功大于乙的逸出功,即W甲>W乙,选项A正确,B错误;如果用频率为ν1的光照射两种金属,根据光电效应方程,逸出功越大,则其光电子的最大初动能越小,因此E甲<E乙,选项C、D错误。8.1916年,美国著名物理学家密立根,完全肯定了爱因斯坦的光电效应方程,并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值,从而获得1923年度诺贝尔物理学奖。若用如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν,作出如图乙所示的Uc-ν图像,电子电荷量e=1.6×10-19C,则下列说法正确的是()A.图甲中电极A连接电源的正极B.普朗克常量约为6.64×10-34J·sC.该金属的截止频率为5.0×1014HzD.该金属的逸出功约为6.61×10-19J答案C解析电子从K极出来,在电场力的作用下做减速运动,所以电场线的方向向右,所以A极接电源负极,故A错误;由爱因斯坦光电效应方程得:Ek=hν-W0,电子在电场中做减速运动,由动能定理可得:-eUc=0-Ek,解得Uc=ℎνe−W0e。由题图可知,金属的截止频率νc=5.0×1014Hz,图像的斜率k=ℎe,结合数据解得:h=6.61×10-34J·s,故B错误,C正确;金属的逸出功W0=hνc=6.61×10-34×5.0×1014J=3.31×10-关键能力提升练9.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应;换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应。此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)()A.U=ℎνe−We C.U=2hν-W D.U=5答案B解析假设阴极K金属中的电子吸收的光子个数为n(n为整数且n>1),则光电子的最大初动能Ek=nhν-W,又因为Ek=eU,解得U=nℎνe−We,故B正确,A、10.(2020山东等级考模拟卷)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是()A.带正电,ν0+QeCℎB.带正电,ν0+QeC.带负电,ν0+QeCℎD.带负电,ν0+Qe答案C解析电子在电容器里面减速运动,所以受到向左的电场力的作用,所以场强方向向右,电容器右侧的极板带负电。一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,射出电子的最大初动能为Ek,则:hν-W0=Ek,hν0=W0,电子在电容器中减速运动,由动能定理得:-eU=0-Ek,电容器两极