第四章 原子结构和波粒二象性 单元测试（word解析版）

2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第三册
第四章
原子结构和波粒二象性
单元测试（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没有被吸收，只是被电子反弹回来。则（　　）
A．电子仍然静止
B．光子的动量变小
C．光子的速率变小
D．光子的频率变大
2．2020年6月23日北斗全球组网卫星的收官之星发射成功，其中“北斗三号”采用星载氢原子钟，通过氢原子的能级跃迁而产生的电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小
B．大量处于n=3激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出2种不同频率的光
C．用11eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．由n=2能级向n=
1能级跃迁时会辐射10.2eV能量的光子，氢原子中电子的动能增加
3．关于光电效应，下列说法不正确的是（　　）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．入射光的频率越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也越大
D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多
4．氢原子的能级如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时，吸收的光子能量为1.89
eV
B．n越大，核外电子运行速率越小
C．电子的轨道半径越小，氢原子能量越大
D．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出4种不同频率的光
5．疫情期间，志愿者用非接触式体温测量仪通过人体辐射的红外线测体温，防控人员用紫外线灯在无人的环境下消杀病毒，为人民健康保驾护航。红外线与紫外线相比较（　　）
A．红外线的频率比紫外线的频率大
B．在同种介质中红外线的波长比紫外线的波长长
C．红外线能发生干涉、多普勒现象而紫外线不能
D．若两种射线照射某金属都能发生光电效应，则紫外线照射时产生的光电子初动能大
6．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下
（　　）
A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同
B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的
C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小
D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动
7．以下说法错误的是（　　）
A．德布罗意指出所有运动物体都具有波动性
B．康普顿效应表明光具有粒子性，指出光子还具有动量
C．动能相同的一个质子和电子，质子的德布罗意波长比电子长
D．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定所以微观粒子没有确定的轨迹
8．如图所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在范围内，由图可知（　　）
A．基态氢原子吸收能量为的光子能从能级跃迁到能级
B．基态氢原子的电离能为
C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子
D．氢原子从能级跃迁到能级，辐射的光子是可见光
9．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是（　　）
A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱
B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱是线状谱
C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
10．如图所示，电路中所有元器件完好，但黄光照射到光电管阴极K上时，灵敏电流计中没有电流通过。下列举措有可能使得电流计中有电流通过的是（　　）
A．增大黄光的强度
B．用紫光替代黄光
C．用红光替代黄光
D．对调电源的正、负极
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．（1）如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角．此时锌板带
______
电．（填“正”或“负”）．使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针
______
（填“有”或“无”）偏转．
（2）在研究光电效应的实验装置中，如果入射光的频率确定而增加光的强度，则电流表的示数
______
（填“一定”或“不一定”）增大；如果用绿光照射能产生光电效应，将入射光换成紫光后，光电子的最大初动能
______
（填“一定”或“不一定”）增大．
12．某实验小组的同学利用如下所示的实验研究光的波粒二象性。
（1）利用甲图所示的电路研究阴极K的遏止电压与照射光频率的关系。若实验测得钠（Na）的遏止电压Uc与照射光频率v的关系图像如图乙所示，已知钠的极限频率为，钙的极限频率为，则下列说法中正确的是______。
A．需将单刀双掷开关S置于a端
B．需将单刀双掷开关S置于b端
C．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是①
D．钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是②
（2）测光量的波长。
①利用丙图中的装置观察到的干涉条纹如图丁所示。转动测量头的手轮，使分划板中心刻线对准亮纹a中心时，手轮的读数，继续转动手轮，使分划板中心刻线对准亮纹b中心时，手轮的读数如图戊所示，______mm；
②若已知双缝间距，双缝到屏的距离，则待测光的波长为______m（结果保留3位有效数字）。
三、解答题（共45分）
13．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10-7m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）
14．已知一球形发光体的功率，设发光体向四周均匀辐射平均波长为的光，求理想情况下在距离发光体处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为的曲面上的光子数是多少？（已知，，计算结果保留两位有效数字）
15．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。
(1)氢原子处于基态时，电子在库仑力作用下绕原子核做匀速圆周运动，其轨道半径为已知电子质量为m，电荷量为e，静电力常量为k，试求：
a.电子绕核运动的环绕速度；
b.电子绕核运动形成的等效电流值I。
(2)处在激发态的氢原子向能量较低的状态跃迁时会发出一系列不同频率的光，形成氢原子光谱，其谱线波长可以用巴耳末一里德伯公式来表示。分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数。，……，对于每一个值，有，…。。。。，称为里德伯常量，是一个已知量。对于的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系；的一系列谱线其波长处在可见光区，称为巴耳末系。
用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验，当用赖曼系波长最短的光照射时，逸出光电子的最大初动能为；当用巴耳末系波长最长的光照射时，逸出光电子的最大初动能为。真空中的光速为c。试求：
a.赖曼系波长最短的光对应的频率；
b.该种金属的逸出功W（用、表示）。
16．太阳光垂直射到地面上时，地面S＝1m2的面积上接收的太阳光的功率P＝1.4kW其中可见光部分约占45%，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J?s。（结果保留2位有效数字）
(1)假如认为可见光的波长约为λ＝0.55μm，日地间的距离R＝1.5×1011m，估算太阳每秒辐射出的可见光子数为多少；
(2)若已知地球的半径R0＝6.4×106m，估算地球接收的太阳光的总功率。
参考答案
1．B
【详解】
一个光子与一个静止的电子碰撞，光子并没有被吸收，只是被电子反弹回来，则电子的动能会增加，则电子不可能仍然静止，光子的能量会减小，则光子的动量也变小，根据
可知光子的频率变小，介质对该光子的折射率变小，根据
可知，光子的速度变大。
故选B。
2．D
【详解】
A．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大，故A错误；
B．大量处于n=3激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出的光子的频率种类为
种
故B错误；
C．处于基态的氢原子跃迁到第一激发态需要吸收的能量为
跃迁到第二激发态需要吸收的能量为
故C错误；
D．由n=2能级向n=
1能级跃迁时会辐射10.2eV能量的光子，电场力做正功，氢原子中电子的动能增加，故D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．根据可知，极限频率越大的金属材料逸出功越大，A正确，不符合题意；
B．能否发生光电效应与光照射时间长短无关，B错误，符合题意；
C．根据
可知，入射光的频率越大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也越大，C正确，不符合题意；
D．若发生了光电效应且入射光的频率一定时，光强越强，单位时间内逸出的光电子数就越多，D正确，不符合题意。
故选B。
4．B
【详解】
A．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时，发出的光子能量
E=-1.51+3.40eV=1.89eV
故A错误。
B．n越大，半径越大，根据
可知核外电子运行速率越小，故B正确；
C．电子的轨道半径越小，氢原子能量越小，故C错误；
D．大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出种不同频率的光，故D错误。
故选B。
5．B
【详解】
A．红外线的频率比紫外线的频率小，所以A错误；
B．在同种介质中红外线的波长比紫外线的波长长，所以B正确；
C．红外线、紫外线都能发生干涉、多普勒现象，干涉、多普勒现象是波的特性，所以C错误；
D．若两种射线照射某金属都能发生光电效应，则紫外线照射时产生的光电子最大初动能大，所以D错误；
故选B。
6．D
【详解】
由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。
故选D。
7．C
【详解】
A．德布罗意指出所有运动物体都具有波动性，所以A正确，不符合题意；
B．康普顿效应表明光具有粒子性，指出光子还具有动量，所以B正确，不符合题意；
C．根据德布罗意波长公式
所以动能相同的一个质子和电子，质子的质量较大，则质子的德布罗意波长比电子短，所以C错误，符合题意；
D．由概率波的知识可知，因微观粒子落在哪个位置不能确定所以微观粒子没有确定的轨迹，所以D正确，不符合题意；
故选C。
8．BD
【详解】
A．根据玻尔理论可知，氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须严格等于能级差，故A错误；
B．基态氢原子电离时的电离能为13.6eV，故B正确；
C．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射
即有10种不同频率的光子，故C错误；
D．氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，辐射的光子的能量为
能量在可见光范围内，故D正确。
故选BD。
9．BC
【详解】
A．太阳光谱是吸收光谱，白炽灯光谱是连续谱，A错误；
B．煤气灯火焰中钠蒸气产生的光谱是线状谱，B正确；
C．进行光谱分析时，要利用原子的特征谱线即线状谱，不能用连续谱，C正确；
D．由于月亮自身不会发光，只是反射了太阳光，因此无法用光谱分析确定月亮的化学组成，D错误。
故选BC。
10．BD
【详解】
灵敏电流计中没有电流通过，有两种可能的情况，黄光的频率小于金属的极限频率时，金属不能产生光电效应；黄光照射发生了光电效应，但光电管上加的是反向电压，所有的光电子减速而不能到达A板。
A．光电管能否产生光电效应与入射光的强度没有关系，故增大黄光的强度不能产生光电效应，故A错误；
BC．若黄光的频率低于金属的极限频率，则不能发生光电效应灵敏电流计无电流，而紫光的频率高于黄光的频率，则有可能大于金属的极限频率，故可能发生光电效应，从而使得电流计中有电流通过，而用红光替代黄光，频率变低，更不可能发生光电效应，故B正确，C错误；
D．光电管加的是反向电压，可能是发生了光电效应，而光电子做减速运动不能到达阳极，电路中不能形成电流，故对调电源的正负极，变成正向电压就能有电流流过电流计，故D正确。
故选BD。
11．正
无
一定
一定
【详解】
(1)用紫外线灯照射锌板，发生光电效应，发出光电子，锌板和验电器带正电，使静电计指针回到零，再用相同光照强度的钠灯发出的黄光照射锌版，静电计指针无偏转，说明了黄色光不能使锌板发生光电效应，当改用强度更大的红外线灯照射锌板，红光的频率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，故静电计的指针无偏转。
(2)某金属在光的照射下，发生了光电效应，增大光的强度，单位时间内发出的光电子数目增加，那么电流表的示数一定增大．根据光电效应方程Ekm=hγ-W0，知最大初动能与入射光的频率有关．当改用紫光照射，由于紫光的频率大于绿光的频率，则光电子的最大初动能一定增大．
【点睛】
解决本题的关键知道光电效应的实质，即发生光电效应时有光电子从金属表面逸出，金属板在失去电子后带正电．
12．AD
9.758（）
【详解】
(1)[1]AB．电子从左边K极射出，向右运动，遏制电压让电子做负功，所以A极应当接电源的负极，B错误，A正确；
CD．对于遏制电压
对于不同材料，图像的斜率相同，钙的遏止电压与照射光的频率的关系图线应该是②，C错误，D正确；
故选AD。
(2)[2]
[3]
根据
代入数据，得
13．光子能量，光子数目n=，代入数据得n=5×1016
【详解】
每个光子的能量为
，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：
，联立且代入数据解得：．
14．
【详解】
每个光子的能量
发光体每秒钟发射的光子数
其中
可得每秒钟落在垂直于光线方向上面积为的曲面上的光子数
15．（1）
，；（2），
【详解】
（1）根据
电子绕核运动的环绕速度
根据
得
电子绕核运动形成的等效电流值I
（2）根据
赖曼系波长最短的光是氢原子由跃迁时发出的，则
赖曼系波长最短的光对应的频率
巴耳末系最大波长是跃迁时发出的
根据光电效应方程
由以上解得
16．(1)
5.0×1044个；(2)2×1014kW
【详解】
(1)根据题意有
P＝1.4kW＝1.4×103W
设地面上lm2的面积上每秒接受的可见光子数为n，则有
代入数据解得
n＝1.75×1021个/m2
设想一个以太阳为球心，以日地间距离R为半径的大球面包围着太阳，大球面接受的光子数即太阳辐射的全部光子数，则所求的可见光光子数为
N＝n×4πR2＝1.75×1021×4×3.14×（1.5×1011）2＝5.0×1044个
(2)地球背着阳光的半个球面没有接收到太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直，接收太阳光辐射且与太阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接受太阳光的总功率为
P地＝P?πR02＝1.4×3.14×（6.4×106）2＝2×1014kW