高考物理二轮复习讲练(新高考版) 第1部分 专题6 第21课时 近代物理（含解析）.doc

第21课时　近代物理高考题型1　光电效应　波粒二象性1．光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于或等于这个极限频率才能产生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.2．两条对应关系(1)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大；(2)光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大．3．定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0.(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc.(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc.4．光电效应的四类图像分析图像名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线Ek＝hν－hνc(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值(3)最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压Uc1>Uc2，则ν1>ν2(2)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2.遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线(1)极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大，Uc＝－(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)考题示例例1　(多选)(2019·海南卷·7)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图1所示．用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则(　　)图1A．钠的逸出功小于钙的逸出功B．图中直线的斜率为C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高答案　AB解析　根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝ν－，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，选项A正确；题图中直线的斜率为，选项B正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，选项C错误；根据Ek＝hν－W0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D错误．例2　(2018·全国卷Ⅱ·17)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)A．1×1014 Hz B．8×1014 HzC．2×1015 Hz D．8×1015 Hz答案　B解析　设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知Ek＝hν1－W0，0＝hν0－W0，又知ν1＝整理得ν0＝－，解得ν0≈8×1014 Hz.例3　(2019·北京卷·19)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流．表中给出了6次实验的结果．组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)A．两组实验采用了不同频率的入射光B．两组实验所用的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eVD．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大答案　B解析　由于光子的能量ε＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程可得hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W0＋Ek，逸出功W0＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；相对光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D项正确．命题预测1．(2020·山东青岛市高三二模)图2甲为某实验小组探究光电效应规律的实验装置，使用a、b、c三束单色光在同一光电管中实验，得到光电流与对应电压之间的关系图像如图乙所示，下列说法正确的是(　　)图2A．a光频率最大，c光频率最小B．a光与c光为同种色光，但a光的光照强度大C．a光波长小于b光波长D．a光与c光照射同一金属，逸出光电子的初动能都相等答案　B解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理eUc＝Ek可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，分析题图乙可知a、c光的遏止电压比b光的遏止电压小，则a、c光的频率小于b光的频率，故A错误；分析题图乙可知，a光与c光的遏止电压相等，则a光与c光的频率相等，所以a光与c光为同种色光，但a光的饱和光电流大，知a光的光照强度大于c光的光照强度，故B正确；由于a光的频率小于b光的频率，根据频率和波长的关系c＝λf可知，a光的波长大于b光的波长，故C错误；a光与c光的频率相等，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，a光与c光照射同一金属，a光产生的光电子的最大初动能等于c光产生的光电子的最大初动能，但并不是逸出光电子的初动能都相等，故D错误．2．(2020·山东济宁市兖州区3月网络模拟)用频率为ν0的单色光照射某金属表面时，产生的光电子的最大初动能为Ekm，已知普朗克常量为h，光速为c，要使此金属发生光电效应，所用入射光的波长应不大于(　　)A. B.C. D.－答案　A解析　用频率为ν0的光照射某种金属时会发生光电效应，且光电子最大初动能为Ekm，根据光电效应方程：Ekm＝hν0－W0而W0＝hνc，则该金属发生光电效应的极限频率为：νc＝ν0－那么所用入射光的极限波长为：λ0＝因此所用入射光的波长应不大于，故A正确，B、C、D错误．3．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图3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，作出图乙所示的Uc－ν图像，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．已知电子的电荷量为e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是(　　)图3A．h＝ B．h＝C．h＝ D．h＝答案　A解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝ν－，所以图像的斜率k＝＝，则h＝，故A项正确．高考题型2　氢原子光谱　原子结构1．玻尔理论的三条假设轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态，En＝E1(n＝1,2,3，…)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，hν＝Em－En(m>n)2.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或辐射的光子能量只能等于两能级的能量差．(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能．(3)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数可用N＝C＝求解．考题示例例4　(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图4所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　)图4A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.51 eV答案　A解析　因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A正确．例5　(2020·北京卷·2)氢原子能级示意如图5.现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是(　　)图5A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量答案　C解析　这些原子跃迁过程中最多可辐射出C＝3种频率的光子，故A错误；从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子能量大，辐射的光子频率高，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收的能量为E＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，故C正确；n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51 eV的能量，故D错误．命题预测4．(2020·湘赣皖十五校高三第一次联考)为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测．红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号．图6为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV，要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于n＝2激发态的氢原子提供的能量为(　　)图6A．10.20 eV B．2.89 eVC．2.55 eV D．1.89 eV答案　C解析　若提供的能量为10.20 eV，处于n＝2能级的氢原子会发生电离，不会辐射光子，选项A错误；处于n＝2能级的原子不能吸收2.89 eV的能量，选项B错误；处于n＝2能级的氢原子能吸收2.55 eV的能量而跃迁到n＝4的能级，然后向低能级跃迁时辐射光子，其中从n＝4到n＝3的跃迁辐射出的光子的能量小于1.62 eV，可被红外测温仪捕捉，选项C正确；处于n＝2能级的氢原子能吸收1.89 eV的能量而跃迁到n＝3的能级，从n＝3向低能级跃迁时辐射光子的能量均大于1.62 eV，不能被红外测温仪捕捉，选项D错误．5.(2020·山东枣庄市高三二模)氢原子的能级图如图7所示．用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂，下列说法正确的是(　　)图7A．产生的光电子的最大初动能为6.41 eVB．产生的光电子的最大初动能为12.75 eVC．氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光不能使金属铂发生光电效应D．氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射的光也能使金属铂发生光电效应答案　A解析　从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为13.6 eV－0.85 eV＝12.75 eV，产生的光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0＝12.75 eV－6.34 eV＝6.41 eV，故A正确，B错误；氢原子从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射的光子能量为10.2 eV，能使金属铂发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射的光子能量小于金属铂的逸出功，故不能发生光电效应，故D错误．。