2013年高考物理专项冲击波讲练测系列专题33量子论初步【重点知识解读】一．波粒二象性1.普朗克1900年提出量子论，1905年爱因斯坦提出光子学说，成功解释了光电效应实验。任何一种金属都有一个极限频率，只有当入射光的频率大于这个极限频率才能发生光电效应。光电效应实验表明光具有粒子性。光子能量公式E=hν，光电效应方程Ek=hν—W。【高考命题动态】量子论初步包括波粒二象性和波尔理论。量子论是近代物理的基石之一，也是高考命题重点之一。高考对量子论的考查难度中等。【最新模拟题专项训练】。1．（2012·上海物理）在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，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【答案】：A【解析】：在光电效应实验中，用单色光照时某种金属表面，有光电子逸出，根据光电效应方程，光电子的最大初动能取决于入射光的频率，选项A正确。18\n【考点定位】此题考查光电效应。2．（6分）(2013河北邯郸高三12月质检)下列说法正确的有A．如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射这种金属不一定发生光电效应B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一C．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大D．原子核发生α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4E．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变长3．(6分）（2013河南三市联考）下列关于近代物理知识的描述中，正确的是_______(填入正确选项前的字母。选对一个给3分，选对两个给4分，选对3个给6分；每选错一个扣3分，最低得分为0分A.当用蓝色光照射某金属表面时有电子逸出，则改用紫光照射也一定会有电子逸出B.处于n=3能级状态的大量氢原子自发跃迁时，能发出3种频率的光子C.衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D.在N+He→O+X核反应中，X是质子，这个反应过程叫α衰变E.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定18\n4．（2013宝鸡检测）某光波射到一逸出功为W的光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h，则该光波的频率为（）A． B．C．W/h+D．W/h-答案：C解析：由evB=mv2/r可得所产生的光电子的最大初动能Ek=mv2=。由爱因斯坦光电效应方程，Ek=hν-W，解得ν=W/h+，选项C正确。5．（2013宝鸡检测）红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光。铬离子的能级如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长λ为（）A．B．18\nC．D．7（2013徐州摸底）某光源能发出波长为0.6μm的可见光，用它照射某金属能发生光电效应，产生光电子的最大初动能为0.25eV．已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，光速c=3×108m/s．求：①上述可见光中每个光子的能量；②该金属的逸出功。解析：①上述可见光中每个光子的能量E=hc/λ=6.63×10-34J·s×3×108m/s÷0.6μm=3.315×10-19J=2.07eV；②由爱因斯坦光电效应方程，Ek=hc/λ+W，解得该金属的逸出功W=1.82eV。8．（2013连云港摸底）某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率v的关系图象如图所示。则由图象可知A．该金属的逸出功等于hv0B．遏止电压是确定的，与照射光的频率无关C．若已知电子电量e，就可以求出普朗克常量hD．入射光的频率为2v0时，产生的光电子的最大初动能为hv0答案：ACD18\n子的最大初动能为hv0，选项D正确。9．（2013连云港摸底）如图所示为氢原子的能级图。现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁。下列说法正确的是A．这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光B．氢原子由n=3跃迁到n=2产生的光频率最大C．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2eVD．氢原子由n=3跃迁到n=l产生的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应答案：AD解析：大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，总共可辐射出三种不同频率的光，氢原子由n=3跃迁到n=2产生的光频率最小，选项A正确B错误；当从n=3能级跃迁到n=1能级时辐射出光子能量最大，这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为（-1.51eV）-（-13.6eV）=12.09eV，选项C错误；氢原子由n=3跃迁到n=l产生的光，光子能量为12.09eV，照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应，选项D正确。OAKPVμA光10.从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压与入射光频率，作出---的图象，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，以检验爱因斯坦方程的正确性。图中频率、、遏止电压、及电子的电荷量均为已知，求：①普朗克常量h；18\n②该金属的截止频率。11（2006全国理综卷2第19题）．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0A．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0C．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增加一倍答案：AB解析：由产生光电效应的条件可知，当照射该金属光的频率大于极限频率时，一定能产生光电子，选项A正确；根据光电效应方程，当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0，选项B正确；当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功不变，选项C错误；当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增加，且大于一倍，选项D错误。12.（2005天津理综卷第20题）．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为A．B．C．D．18\n14.（2012金太阳联考）德布罗意根据光的波粒二象性提出了物质波假设。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，下列说法正确的是A．根据德布罗意假设，动量为p的子弹的德布罗意波长为h/pB．光的衍射图案证明了德布罗意物质波假设的正确性C．频率为ν的光子其动量为hc/νD．质量为9.1×10-31kg、速度为4.0×107m/s的电子德布罗意波长大约为1.8×10-8m18\n【点评】此题根据人们用微弱的光做双缝干涉实验所看到的现象，来说明光是概率波，光具有波粒二象性。16.（2012年2月山东潍坊重点中学联考）以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是A．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，建立了原子的核式结构模型B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为这束光的光强太小C．原子核发生一次β衰变时，其内部的一个中子转变为质子D．玻尔理论指出氢原子能级是分立的，原子光谱是线状谱18\n【点评】此题考查氢原子能量、能级、电离等知识点。18(2010新课标)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3>ν2>ν1，则_______.(填入正确选项前的字母)A、ν0<ν1B、ν3=ν2+ν1C、ν0=ν1+ν2+ν3D、【解析】：大量氢原子跃迁时只能发射频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，这说明氢原子是从n=3能级向低能级跃迁，根据能量守恒有，hν3=hν2+hν1，解得：ν3=ν2+ν1，选项B正确。【答案】B【点评】此题考查能级、能量守恒定律及光的发射。19．（2010重庆理综）氢原子的能级示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示。色光赤橙黄绿蓝—靛紫光子能量范围（eV）1.61~2.002.00~2.072.07~2.142.14~2.532.53~2.762.76~3.1018\n处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为A．红、蓝靛B．黄、绿C．红、紫D．蓝靛、紫【解析】根据玻尔理论，如果激发态的氢原子处于第二能级，只能够发出10.2eV【点评】此题考查能级、光谱和发射及其相关计算。20（2007年高考江苏物理）μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogenmuonatom）,它在原子核物理的研究中有重要作用。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的光，且频率依次增大，则E等于A．h（ν3—ν2）B．h（ν5+ν6）C．hν3D．hν4【解析】由μ氢原子吸收光子后，发出6种频率的光可知μ氢原子吸收光子后跃迁到n=4的能级。ν6为μ氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级发出的光的频率，ν5为μ氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级发出的光的频率，ν4为μ氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级发出的光的频率，ν3为μ氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级发出的光的频率，ν2为μ氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光的频率，ν1为μ氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光的频率。由光子的发射和吸收规律可知照射光子能量E应等于μ氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级所需的能量，即E=hν3，所以正确选项为C。【答案】C18\n【点评】此题取材μ氢原子的能级图，考查对能级、光子的发射和吸收等知识的理解和掌握。21（2010山东理综第38题）大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放出三种不同能量的光子，其能量值分别是：1.89eV、10.2eV、12.09eV。跃迁发生前这些原子分布在个激发态能级上，其中最高能级的能量值是eV（基态能量为-13.6eV）。22（2011四川理综第18题）氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则A.吸收光子的能量为hν1+hν2B.辐射光子的能量为hν1+hν2C.吸收光子的能量为hν1-hν2D.辐射光子的能量为hν1-hν2答案：D解析：根据题述可知能级k高于能级m，氢原子从能级k跃迁到能级m，辐射光子能量为hν2-hν1，选项D正确。23.（2009·全国理综卷Ⅱ第18题）氢原子的部分能级如图所示。已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间。由此可推知,氢原子A.从高能级向n=1能级跃迁时了出的光的波长比可见光的短B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C.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D.从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光解析：从高能级向n=1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之间,选项A正确.已知可见光子能量在1.62eV到3.11eV之间从高能级向n=2能级跃迁时发出的光的能量小于等于3.40ev，选项B错.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率只有能量大于3.11ev的光的频率才比可见光高,选项C错.从n=3到n=2的过程中释放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之间,所以是可见光，选项D正确。答案：AD18\n点评：本题考查玻尔的原理理论.24.（2012金太阳联考）.在氢原子光谱实验中，得到一条波长为656.2nm的红色谱线，若已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s，氢原子基态能量值为E1=-13.6eV，量子数为n的较高能级能量值为En=E1/n2，则A．该谱线对应的频率为4.57×1010HzB．该谱线对应的光子能量为1.89eVC．跃迁前氢原子所处能级能量值为1.51eVD．该谱线为则处于n=3能级向n=2能级跃迁发出的25.（2012·北京理综）一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级.该氢原子A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少.【答案】：B【解析】氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级.该氢原子放出光子，能量减少，选项B正确。【考点定位】此题考查波尔理论、能级及其相关知识。26（2012·山东理综）氢原子第n能级的能量为，其中E1为基态能量。当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时，发出光子的频率为ν1；若氢原子由第2能级跃迁到基态，发出光子的频率为ν2，则=。18\n27（2003江苏物理第2题）.用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应。现将该单色光的光强减弱，则（）A.光电子的最大初动能不变B.光电子的最大初动能减少C.单位时间内产生的光电子数减少D.可能不发生光电效应答案：AC解析：将该单色光的光强减弱，产生的.光电子的最大初动能不变，单位时间内产生的光电子数减少，选项AC正确。28.（2010天津理综）用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图。则这两种光A照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C.通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D.通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大【解析】由图象可知，当电流为零时的电压为截止电压，UC2大于UC1。根据动能18\n【点评】此题从光电效应的光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图线切入，综合考查光电效应、光的干涉、全反射、光的色散等知识点。29（2011福建理综卷第29题）爱因斯坦因提出光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是（填选项前的字母）A．逸出功与ν有关B。Ekm与入射光强度成正比C．当ν=ν0时会逸出光电子D。图中直线斜率与普朗克常量有关答案：D解析：逸出功与ν0有关，选项A错误；Ekm与入射光频率有关，与入射光强度无关，选项B错误；当ν=ν0时入射光光子能量等于逸出功，不会逸出光电子，选项C错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，图中直线斜率与普朗克常量有关，选项D正确。30.（2012金太阳联考）如图所示，一光电管的阴极用极限波长为λ0的钠制成．用波长为λ的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差为U，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)为I．则A．每秒钟内由K极发射的光电子数目为I/eB．从阴极K发射的光电子的最大初动能hc/λC．发射的电子到达A极时的最大动能为D．若入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，从阴极K发射的18\n光电子的最大初动能可能增大【最新高考题专项检测】1（2012·海南物理）产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系【答案】ADE【解析】根据光电效应规律，对于同种金属，Ek与照射光的强度无关，Ek与光照射的时间无关，Ek与照射光的频率成线性关系，Ek与照射光的波长有关，但不是成反比，选项AD正确BC错误；对于不同种金属，若照射光频率不变，根据光电效应方程，Ek=hv-W，Ek与金属的逸出功成线性关系，选项E正确。【考点定位】此题考查光电效应及其相关知识。2（09高考上海物理）．光电效应的实验结论是：对于某种金属（）A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大【解析】每种金属都有它的极限频率n0，只有入射光子的频率大于极限频率n0时，才会发生光电效应，且入射光的强度越大则产生的光子数越多，光电流越强；由光电效应方程18\nEk=hn–W=hn–hn0，可知入射光子的频率n越大，产生的光电子的最大初动能Ek也越大，与入射光的强度无关，所以AD正确。【答案】AD3．（2012·上海物理）根据爱因斯坦的“光子说”可知（A）“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”（B）光的波长越大，光子的能量越小（C）一束单色光的能量可以连续变化（D）只有光子数很多时，光才具有粒子性4（2007年高考江苏物理）现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是A、一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B、肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C、质量为10-3kg、速度为10-2m/s的小球，其德布罗意波长约为10-23m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D、人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长一晶体中原子间距大致相同【解析】一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，即打到锌板上的光子越多，单位时间内锌板上发射的光电子就越多，但体现的是光的粒子性，不能体现波动性，选项A错；肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，是光的干涉现象，突出体现了光的波动性，选项B对；运动的小球德布罗意波长很短，可清晰观测到小球运动的轨迹，不能突出体现波动性；选项C错；由德布罗意公式计算出的热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同，所以可通过热中子的晶体衍射图案，研究晶体结构，选项D正确；所以此题正确选项为BD。【答案】BD5（2012·江苏物理）如图所示是某原子的能级图,a、b、c18\n为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是_____________.【答案】C【解析】谱线从左向右的波长依次增大，正确的是C。【考点定位】此题考查能级、玻尔理论、光谱及其相关知识。6．（2012·四川理综）如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子A．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长B．从n=5能级跃迁到n=1能级比n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的速度大C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量【答案】：A【考点定位】此题考查能级、玻尔理论及其相关知识。7（2011新课标卷35题（1））在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______。若用波长为λ（λ<λ0）单色光做实验，则其截止电压为______。已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h。答案:hc/λ0解析：金属的逸出功等于W=hc/λ0.若用波长为λ（λ<λ0）18\n单色光做实验，由爱因斯坦光电效应方程，Ek=hc/λ-W，而Ek=eU，联立解得其截止电压为U=。8（2012·江苏物理）A、B两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为EA、EB.求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功.18
