【备战2022】高考物理选择题专项练习集:能量量子化 光电效应 光子 爱因斯坦光电效应方程(成都专栏)
展开一、单项选择题(共23小题;共92分)
1. 关于量子,下列说法中正确的是
A. 一种高科技材料B. 研究微观世界的一个概念
C. 运算速度很快的计算机D. 计算机运行的一个二进制程序
2. 已知某种单色光的波长为 λ,在真空中光速为 c,普朗克常量为 h,则电磁波辐射的能量子 ɛ 的值为
A. hcλ B. hλ C. chλ D. 以上均不正确
3. 根据爱因斯坦的光子说,光子能量 E 等于(h 为普朗克常量,c 为真空中的光速,λ 光为在真空中的波长)
A. hcλ B. hλc C. hλ D. hλ
4. 据《自然》杂志 2021 年 5 月 17 日报道,中国科学家在稻城“拉索”基地(如图)探测到迄今为止最高能量的 γ 射线,能量值为 1.40×1015 eV,即
A. 1.40×1015 VB. 2.24×10−4 CC. 2.24×10−4 WD. 2.24×10−4 J
5. 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中,符合黑体辐射实验规律的是
A. B.
C. D.
6. 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>p2
B. 这两束光从玻璃射向真空时,其临界角 C1>C2
C. 这两束光都能使某种金属发生光电效应,则遏止电压 U1>U2
D. 这两束光在玻璃中的传播速度满足 v1
7. 如图所示,用频率为 ν1 和 ν2 的甲、乙两种光分别照射同一光电管,对应的遏止电压分别为 U1 和 U2。已知 ν1<ν2,则
A. 遏止电压 U1
C. 增加乙光的强度,遏止电压 U2 变大
D. 滑动变阻器滑片 P 移至最左端,电流表示数为零
8. 用光照射某种金属,金属表面有电子逸出。若保持入射光的频率不变,减小入射光的强度,则
A. 光电子的最大初动能减小
B. 光电子的最大初动能保持不变
C. 可能无电子从金属表面逸出
D. 单位时间内逸出的光电子数目不变
9. 如图所示,甲图为演示光电效应的实验装置;乙图为 a 、 b 、 c 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。下列说法正确的是
A. a 、 b 、 c 三种光频率各不相同
B. b 、 c 两种光的光强可能相同
C. 若 b 光为绿光,a 光可能是紫光
D. 图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的读数可能增大
10. 用图 1 所示装置研究光电效应现象,三次用同一光电管在不同光照条件下实验,记录微安表的示数 I 随光电管电压 U 的变化情况,得到甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线,如图 2 所示。下列说法正确的是
A. 甲光的频率大于乙光的频率
B. 丙光的波长小于乙光的波长
C. 甲光和丙光的强弱程度相同
D. 甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同
11. 如图所示,把一块不带电的锌板连接在验电器上。当用可见光照射锌板时,验电器指针不偏转。当用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度
A. 若减小紫外线的强度,验电器的指针也会偏转
B. 若改用红光长时间照射,验电器的指针也会偏转
C. 用紫外线照射锌板时,锌板带正电,验电器带负电
D. 这个现象说明了光具有波动性
12. 与下列图片相关的物理知识说法正确的是
A. 甲图,汤姆生通过 α 粒子散射实验,提出了原子核的概念,建立了原子核式结构模型
B. 乙图,氢原子的能级结构图,大量处于 n=4 能级的原子向低能级跃迁时,能辐射 6 种不同频率的光子
C. 丙图,“光电效应”实验揭示了光的粒子性,爱因斯坦为此提出了相对论学说,建立了光电效应方程
D. 丁图,重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续得进行,称为链式反应,其中一种核裂变反应方程为
13. 用频率为 ν 的光照射某金属时,产生光电子的最大初动能为 Ek,若换用频率为 2ν 的光照射同一金属,所产生光电子的最大初动能
A. 等于 EkB. 等于 2EkC. 大于 EkD. 小于 Ek
14. 分别用波长为 λ 和 34λ 的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为 2:3,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为
A. hc3λB. 2hc3λC. 3hc4λD. 9hλ8c
15. 在光电效应实验中,用单色光照射某种金属表面,有光电子逸出,则光电子的最大初动能取决于入射光的
A. 频率B. 强度C. 照射时间D. 光子数目
16. 以下宏观概念,哪些是“量子化”
A. 木棒的长度B. 物体的质量C. 物体的动量D. 学生的个数
17. “非典”期间,很多地方用红外线热像仪监测人的体温,只要被测者从仪器前走过,便可知道他的体温是多少,关于其中原理,下列说法正确的是
A. 人的体温会影响周围空气温度,仪器通过测量空气温度便可知道人的体温
B. 仪器发出的红外线遇人反射,反射情况与被测者的温度有关
C. 被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较短波长的成分强
D. 被测者会辐射红外线,辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关,温度高时辐射强且较长波长的成分强
18. 在 X 射线管中,由阴极发射的电子被加速后打到阳极,会产生包括 X 光子在内的各种能量的光子,其中光子能量的最大值等于电子的动能,已知阳极与阴极之间的电势差 U 、普朗克常量 h 、电子电量 e 和光速 c,则可知该 X 射线管发出的 X 光子的
A. 最短波长为 ceUhB. 最长波长为 hceU
C. 最小频率为 eUhD. 最大频率为 eUh
19. 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 个绿光的光能量子射入瞳孔,眼睛就能觉察,普朗克常数为 6.63×10−34 J⋅s,光速为 3.0×108 m/s,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是
A. 2.3×10−18 W B. 3.8×10−19 W C. 7.0×10−10 W D. 1.2×10−18 W
20. 能正确解释黑体辐射实验规律的是
A. 能量的连续经典理论
B. 普朗克提出的能量量子化理论
C. 以上两种理论体系任何一种都能解释
D. 牛顿提出的微粒说
21. 用如图所示的电路研究光电效应现象:实验中移动滑动变阻器滑片可以改变 K 与 A 之间电压的大小,闭合电键,电流表有示数。下列说法正确的是
A. 向右移动滑片,电流表示数一定会一直增大
B. 仅增大入射光频率,电流表示数一定增大
C. 仅增大入射光强度,电流表示数一定增大
D. 将电源正负极对调,电流表示数一定为零
22. 如图所示,一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的 a 、 b 、 c 三束单色光。比较 a 、 b 、 c 三束光,可知
A. 当它们在真空中传播时,a 光的波长最短
B. 当它们在玻璃中传播时,a 光的速度最小
C. 若它们都从玻璃射向空气,a 光发生全反射的临界角最小
D. 若它们都能使某种金属产生光电效应,a 光照射出光电子的最大初动能最小
23. 图甲所示为氢原子能级图,大量处于 n=4 激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光,其中用从 n=4 能级向 n=2 能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极 K 时,电路中有光电流产生,则
A. 若将滑片右移,电路中光电流一定增大
B. 若将电源反接,电路中不可能有光电流产生
C. 若阴极 K 的逸出功为 1.05 eV,则逸出的光电子最大初动能为 1.50 eV
D. 大量处于 n=4 激发态的氢原子向低能级跃迁时共辐射出 4 种频率的光
二、双项选择题(共6小题;共24分)
24. 以下关于辐射强度与波长关系的说法中正确的是
A. 物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B. 当铁块呈现黑色时,说明它的温度不太高
C. 当铁块的温度较高时会呈现赤红色,说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D. 早、晚时分太阳呈现红色,而中午时分呈现白色,说明中午时分太阳温度最高
25. 下列说法正确的是
A. 微观粒子的能量变化是跳跃式的B. 能量子与电磁波的频率成正比
C. 红光的能量子比绿光大D. 电磁波波长越长,其能量子越大
26. 现用某一光电管进行光电效应实验,当用某频率的光入射时,有光电流产生。下列说法正确的是
A. 保持入射光的频率不变,入射光的强度变大,饱和电流变大
B. 入射光的频率变高,饱和电流变大
C. 入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大
D. 保持入射光的强度不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生
27. 以下关于辐射强度与波长的关系的说法中正确的是
A. 物体在某一温度下只能辐射某一固定波长的电磁波
B. 当铁块呈现黑色时,说明它的温度不太高
C. 当铁块的温度较高时会呈现赤红色,说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强
D. 早、晚时分太阳呈现红色,而中午时分呈现白色,说明中午时分太阳温度最高
28. 下列关于黑体辐射的实验规律叙述正确的是
A. 随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有所增加
B. 随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
C. 黑体热辐射的强度与波长无关
D. 黑体辐射无任何规律
29. 氢原子发出 a 、 b 两种频率的单色光,相互平行地射到平板玻璃上,经平板玻璃后射出的光线分别为 aʹ 、 bʹ,如图所示。下列说法正确的是
A. 光线 aʹ 、 bʹ 仍然平行
B. 光线 b 进入玻璃后的传播速度大于光线 a 进入玻璃后的传播速度
C. 若光线 a 能使某金属产生光电效应,光线 b 也一定能使该金属产生光电效应
D. 若光线 a 是氢原子从能级 4 向能级 2 直接跃迁发出的光,则光线 b 可能是氢原子从能级 3 向能级 2 直接跃迁发出的光
三、多项选择题(共1小题;共4分)
30. 下列叙述正确的是
A. 一切物体都在辐射电磁波
B. 一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关
C. 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关
D. 黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波
答案
第一部分
1. B
2. A
3. A
4. D
【解析】1.40×1015 eV=1.40×1015×1.6×10−19 J=2.24×10−4 J。
5. A
【解析】黑体辐射电磁波,温度越高,辐射越强,故B、D错误。随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故C错误,A正确。
6. B
7. A
8. B
【解析】根据光电效应的规律可知,光电子的最大初动能随入射光的频率增加而增大,与入射光的强度无关,则若保持入射光的频率不变,减小入射光的强度,则光电子的最大初动能保持不变,但是单位时间内逸出的光电子数目减小。
故选B。
9. D
【解析】由光电效应方程及遏止电压的关系可得 eUc=Ek=hν−W,
b 、 c 两种光的遏止电压相同,故频率相同,a 光的遏止电压较小,频率较低,A错误;
最大光电流与光强成正比,对比乙图可知,b 光较强,B错误;
由A的分析可知,a 光频率较低,若 b 光为绿光,a 光不可能是紫光,C错误;
图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动,增大光电管两端电压,且为正向电压,电流表的读数可能增大,但不会超过饱和光电流,D正确。
10. D
【解析】由于乙光的遏止电压大,Uc=Ek,则乙光发生光电效应时的光电子的初动能大,因为 hν−W=Ek,所以乙光对应的能量大,频率就大,所以乙光的频率大于甲光,选项A错误;
丙光与甲光的遏止电压相等,所以这两种光的频率相等,故丙的频率也小于乙的频率,根据 c=νλ 可知,丙的波长大于乙光的波长,选项B错误;
甲光和丙光的饱和电流不相同,甲的饱和电流大一些,说明甲光比丙光的强度强,选项C错误;
甲光和丙光的遏止电压相等,频率相等,所以在同一光电管下的电子最大初动能相同,选项D正确。
11. A
【解析】若用紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,说明此时发生了光电效应,若减小紫外线的强度,而频率不变,则发生光电效应,所以验电器的指针也会偏转,选项A正确;由于可见光照射锌板时,验电器指针不偏转,而红光是可见光中能量最小的,则它不会发生光电效应,就是长时间照射,也不会发生,故验电器的指针不会偏转,选项B正确;
用紫外线照射锌板时,锌板带正电,验电器与锌板相连,故锌板也会带正电,选项C错误;这个现象说明了光具有粒子性,选项D错误。
12. B
13. C
【解析】由爱因斯坦光电效应方程知 Ek=hν−W0,若换用频率为 2ν 的光照射后,最大初动能 Ekʹ=2hν−W0>2(hν−W0),即 Ekʹ>2Ek,故C正确。
14. A
【解析】光子能量为 E=hcλ,根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为 Ek=hcλ−W0,根据题意有 λ1=λ,λ2=34λ,Ek1:Ek2=2:3,联立可得逸出功 W0=hc3λ,故A正确。
15. A
【解析】根据爱因斯坦的光电效应方程:Ek=hν−W0,光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与其他无关,故A正确,B、C 、D错误。
16. D
【解析】所谓“量子化”是指不连续的情况,而A、B、C选项中的概念作为宏观物体的特性,具有连续性,D选项中的学生个数不具有连续性,因此选D。
17. C
【解析】根据热辐射规律可知,人体体温的高低直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度,通过监测被测者的辐射的红外线的情况,就可知这个人的体温,故C正确。
18. D
19. A
【解析】绿光光子能量:E=hν=hcλ=3.8×10−19 J
每秒钟最少由 6 个绿光的光子射入瞳孔,
所以:P=6E1=2.3×10−18 W
故A正确,BCD错误。
20. B
【解析】根据黑体辐射的实验规律,随着温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加;另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,只能用普朗克提出的能量量子化理论才能得到满意的解释,B对.
21. C
【解析】A、当滑片向右移时,AK 间的加速电压变大,单位时间内 A 极吸收的电子数越多,光电流增大,但最终会趋于一个饱和值保持不变,故A错误;
B、若仅增大入射光的频率,光电子的最大初动能增大,但不是所有的光电子都是最大动能,则光电流不一定增大,故B错误;
C、若仅增大入射光的强度,则单位时间发射光电子的数目增加,所以光电流会增大,故C正确。
D、将电源的正负极对调后,光电管 AK 间是负电压,若未达到遏止电压的话,仍有光电子到达 A 板,电流不为零,故D错误。
故选:C。
22. D
23. C
第二部分
24. B, C
【解析】物体在某一温度下能辐射不同波长的电磁波,故A错误;黑体辐射的强度与温度有关,温度越高,则辐射强度的极大值也就越大,铁块呈现黑色,是由于它的辐射强度的极大值对应波长段在红外部分,甚至波长更长,说明它的温度不太高,故B正确;当铁块的温度较高时会呈现赤红色,说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最强,故C正确。早晚时分太阳呈现红色,而中午时分呈现白色,是由于大气吸收与反射了部分光,不能说明中午时分太阳温度最高,故D错误。
25. A, B
【解析】微观粒子的能量变化是跳跃式的,选项A正确;由 ɛ=hν 可知,能量子与电磁波的频率成正比,选项B正确;红光的频率比绿光小,由 ɛ=hν 可知,红光的能量子比绿光小,选项C错误;电磁波波长越长,其频率越小,能量子越小,选项D错误。
26. A, C
【解析】根据光电效应规律,保持入射光的频率不变,入射光的强度变大,则饱和电流变大,选项A正确;由爱因斯坦光电效应方程知,入射光的频率变高,产生的光电子的最大初动能变大,而饱和电流与入射光的频率和强度都有关,选项B错误,C正确;保持入射光的强度不变,不断减小入射光的频率,当入射光的频率小于极限频率时,不能发生光电效应,没有光电流产生,选项D错误。
27. B, C
【解析】由辐射强度随波长变化关系图知:随着温度的升高各种波长的波的辐射强度都增加,而热辐射不是仅辐射一种波长的电磁波,故B、C项正确。
28. A, B
【解析】黑体辐射的规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加,同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故A、B对。
29. A, C
第三部分
30. A, C, D
【解析】根据热辐射定义知A对;
根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外,还与材料种类和表面状况有关,而黑体辐射只与黑体温度有关,B错、C对;
根据黑体定义知D对。
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