第四章 原子结构和波粒二象性 单元测试题1（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
单元测试题1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共48分）
1．下列说法中正确的是（　　）
A．光电效应是光子具有波动性的有力证据
B．康普顿效应是光子具有波动性的有力证据
C．电子、质子等实物粒子只有粒子性没有波动性
D．光子不仅具有能量还具有动量说明光子具有粒子性
2．由中国健康发展研究中心发布《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视患病率在逐年增加。课业负担重、沉迷电子产品已成为影响青少年视力的两大“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长。已知普朗克常量，光在真空中传播速度，则该激光中每个光子的能量为（　　）
A．
B．
C．
D．
3．以下现象能说明光具有粒子性的是（　　）
A．用紫外线照射锌板时有电子射出
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样
C．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色
D．泊松亮斑
4．关于物质波，下列说法正确的是（　　）
A．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D．如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍
5．如图所示给出了氢原子6种可能的跃迁，则它们发出的光（　　）
A．e比b的波长长
B．c的波长最长
C．d比f光子能量大
D．a的频率最低
6．下列关于光的本性说法正确的是（
）
A．在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越明显
B．频率越低的光粒子性越明显
C．大量光子往往表现波动性，少量光子往往表现粒子性
D．若让光子一个一个地通过狭缝，它们将严格按照相同的轨道做极有规律的匀速直线运动
7．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的一束光照射大量处于n=2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，一共能发出６种频率分别为、、、、和的光，且频率依次增大，则E等于（　　）
A．h（-）
B．h（+）
C．h
D．h
8．关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（
）
A．温度越高，物体辐射的电磁波越强
B．冷的物体只吸收电磁波
C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关
D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色
9．如图所示，水面下的光源S向水面A点发射一束光线，反射光线为c，折射光线分成a、b两束，则以下说法正确的是（　　）
A．由于色散现象，经水面反射的光线c也分为两束
B．水对光折射率小于水对光折射率；在水中a光的速度比b光的速度大
C．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
D．若保持入射点A位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察，a光先消失
E.用光照射某金属产生光电效应，则用光照射该金属一定能产生光电效应
10．白光照射三棱镜发生色散，光和光在光屏上的位置如图所示，则下列说法正确的是（　　）。
A．光的光照强度越强，照射金属时，逸出的光电子的最大初动能越大
B．用光照射某金属能发生光电效应，用光照射该金属时不一定能发生光电效应
C．用同一双缝干涉装置做实验，光产生的干涉条纹间距大于光的
D．光比光更容易发生全反射
11．已知氢原子的能级图如图所示，一群处于能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射如下图电路阴极的金属，只能测得1条电流随电压变化的图像如图所示。电子电荷量为，则下列说法正确的是（　　）
A．阴极金属的逸出功为
B．题述光电子能使处于能级的氢原子电离
C．若第三张图中饱和电流为，则内最少有个氢原子发生跃迁
D．当电压表示数为时，到达极的光电子的动能
12．氢原子能级图的一部分如图所示，a、b、c分别表示氢原子在不同能级间的三种跃迁途径，设在a、b、c三种跃迁过程中，放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和λa、λb、λc，则（　　）
A．λb=λa＋λc
B．
=＋
C．λb=λaλc
D．Eb=Ea＋Ec
第II卷（非选择题）
二、解答题（共52分）
13．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒内单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为，太阳帆面积为S，设太阳光垂直射到黑色的太阳帆上，飞船总质量为m，则飞船的加速度为多少？
14．图为通过某光电管的光电流与两极间电压的关系，当用光子能量为
4.5eV
的蓝光照射光电管的阴极
K
时，对应图线的与横轴交点
U1=-2.37V。（普朗克常量
h=6.63×10-34Js，电子电量
e=1.6×10-19C）（以下计算结果保留两位有效数字）
（1）求出阴极
K
发生光电效应的极限频率
（2）当用光子能量为
7.0eV
的紫外线持续照射光电管的阴极
K
时，测得饱和电流为
0.32μA，求阴极
K
单位时间发射的光电子数。
15．某光电管用金属钠作为阴极金属，已知金属钠的逸出功为2.29
eV，现用波长为300
nm的光照射金属钠表面，普朗克常量h＝6.63×10－34
J·s，真空中的光速c＝3.0×108m/s，电子电荷量e＝1.6×10－19
C，1
nm＝10－9
m，求：
（1）金属钠的截止频率；
（2）光电子的最大初动能；
（3）该光电管的遏止电压。(结果均保留两位有效数字)
16．光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面．前者表明光子具有能量,后者表明光子除了具有能量之外还具有动量．由狭义相对论可知,一定的质量m与一定的能量E相对应：E=m，其中c为真空中光速．
(1)已知某单色光的频率为v,波长为λ,该单色光光子的能量E=hv,其中h为普朗克常量．试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量×速度,推导该单色光光子的动量p=.
(2)光照射到物体表面时，如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示．
一台发光功率为的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S.如图所示，真空中，有一被固定的“∞”字形装置，其中左边是圆形黑色的大纸片，右边是与左边大小、质量均相同的圆形白色大纸片．
①当该激光束垂直照射到黑色纸片中心上,假设光全部被黑纸片吸收,试写出该激光在黑色纸片的表面产生的光压的表达式．
②当该激光束垂直坪射到白色纸片中心上,假设其中被白纸反射的光占入射光的比例为η,其余的入射光被白纸片吸收,试写出该激光在白色纸片的光压的表达式．
参考答案
1．D
【详解】
AB．光电效应及康普顿效应是光子具有粒子性的有力证据，AB错误；
C．电子、质子等实物粒子不仅具有粒子性也具有波动性，即波粒二象性，C错误；
D．光子不仅具有能量还具有动量，可表示为
说明光子具有粒子性，D正确。
故选D。
2．A
【详解】
由
代入数据可得每个光子的能量
故选A。
3．A
【详解】
A．用紫外线照射锌板时有电子射出，这是光电效应现象，说明光的粒子性，选项A正确；
B．白光照射肥皂膜呈现彩色图样，这是薄膜干涉现象，说明光的波动性，选项B错误；
C．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色，这是光的干涉现象，说明光的波动性，选项C错误；
D．泊松亮斑，这是光的衍射现象，说明光的波动性，选项D错误；
故选A。
4．A
【详解】
A．由
可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子质量小，动量小，波长长，故A正确；
B．电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系
可知，电子的动量小，波长长，故B错误；
C．动量相等的电子和中子，其波长相等，故C错误；
D．如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的动量也是乙电子的3倍，则甲电子的波长应是乙电子的，故D错误。
故选A。
5．D
【详解】
BD．玻尔原子结构模型第三条：原子在两个定态之间跃迁时，将辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量为
又依据能级公式
波长公式
得到：a的能量最小，a的频率最低。c的能量最大，c的频率最高，波长最短。故B错误D正确；
AC．同理确定，e比b光子能量大，波长短。d比f光子能量小。故AC错误。
故选D。
6．C
【详解】
A．光虽然具有波粒二象性，但是，在具体情况下，有时波动性明显，有时粒子性明显，这是微观粒子的特征要想观察到明显的衍射现象满足的条件是：障碍物或孔的尺寸与光的波长差不多或比光的波长小很多，所以频率越高的光，波长越小，衍射现象越不明显，A错误；
B．频率越低波长越长，波动性越显著，粒子性越不显著，B错误；
C．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，C正确；
D．如果让光子一个一个地通过狭缝，体现光的粒子性，他们将没有规律的打到光屏上，D错误。
故选C。
7．C
【详解】
子吸收能量后从能级跃迁到较高n能级，然后从n能级向较低能级跃迁。若从n能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态能级，则辐射的能量最大，否则跃迁到其它较低的激发态时子仍不稳定，将继续向基态和更低的激发态跃迁，即1、2、任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光，故总共可以产生的辐射光子的种类为
解得
即子吸收能量后先从能级跃迁到能级，然后从能级向低能级跃迁；辐射光子的按能量从小到大的顺序排列为4能级到3能级，能级3到能级2，能级4到能级2，能级2到能级1，能级3到能级1，能级4到能级，所以能量E与相等。
故选C。
【点睛】
本题需要同学们理解μ子吸收能量后从较低能级跃迁到较高能级，而较高能级不稳定会自发的向较低能级跃迁，只有跃迁到基态后才能稳定，故辐射光子的种类为，这是高考的重点，我们一定要熟练掌握。
8．AD
【详解】
AB．一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A正确，B错误；
C．对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关，C错误；
D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确。
故选AD。
9．BCE
【详解】
A．色散现象是折射，c光线是反射，A错误；
B．由光的可逆性和折射定律得，折射角相同，b得入射角大，则有
可得
，根据
可得>，B正确；
C．a光的折射率大，则频率大，波长小，根据
故a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距，C正确；
D．根据
可知b光的折射率小则临界角大，故b光先消失，D错误；
E．的频率大于极限频率，的频率大于a的频率，b光一定产生光电效应，E正确。
故选BCE。
10．CD
【详解】
A．光电子的最大初动能与光的频率有关，与光照强度无关，故A错误；
B．根据光的色散实验及折射定律可知，光的折射率小于光的，则光的频率小于光的，当入射光频率高于金属的极限频率时，能发生光电效应，用光照射某金属时能发生光电效应，则用光照射该金属时也一定能发生光电效应，故B错误；
C．光的波长大于光的，用同一双缝干涉装置做实验时，光的干涉条纹间距大于光的，故C正确；
D．光的折射率比光的小，则光的临界角大于光的，光更容易发生全反射，故D正确。
故选CD。
11．BD
【详解】
A．一群处于能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出3种不同频率的光，只能测得1条电流随电压变化的图像，说明只有一种频率的光产生光电效应，可判定题中第三张图对应的光只能是氢原子由第3能级向基态跃迁发出的，对应光子的能量
当该装置所加的电压为反向电压，且电压是时，电流表示数为0，因此光电子的最大初动能为，根据光电效应原理可知阴极金属的逸出功为
A错误；
B．光电子的最大初动能为
能使能级的氢原子电离，B正确；
C．由电流的定义有
可知当饱和电流为时，每秒钟有个光电子到达极板，又光电子数与光子数相等，则内最少有个氢原子从能级跃迁到基态，C错误；
D．当电压表示数为，且有光电子到达极时，说明此时、极板间所加电压为正向电压，则到达板的光电子的动能一定大于等于，D正确。
故选BD。
12．BD
【详解】
D．Ea=E3?E2，Eb=E3?E1，Ec=E2?E1，所以Eb=Ea+Ec，D正确;
ABC．由得，，，取倒数后得到，B正确AC错误。
故选BD。
13．
【详解】
光子垂直射到黑色的太阳帆上，动量变化量为P，设光对太阳帆的压力为F，单位时间打到太阳帆上的光子数为N，则
由动量定理有
所以
而光子动量
所以
由牛顿第二定律可得飞船加速度
14．（1）5.1×1014Hz；（2）
n=2.0×1012个
【详解】
（1）由图中信息得
又根据光电效应方程
Ek=hν-W0
联立得
ν=5.1×1014Hz
（2）根据
，
得
n=2.0×1012个
15．（1）5.5×1014
Hz；（2）3.0×10－19
J；（3）1.9
V
【详解】
（1）根据逸出功
W0＝hν0
得截止频率
ν0＝
Hz＝5.5×1014
Hz
（2）根据光电效应方程
Ek＝hν－W0＝－W0＝3.0×10－19
J
（3）光电子动能减小到0时，反向电压即遏止电压，根据动能定理
eU＝Ek
代入数据得
U＝1.9
V
16．(1)见解析；(2)==
【分析】
（1）根据能量与质量的关系，结合光子能量与频率的关系以及动量的表达式推导单色光光子的动量．
（2）根据一小段时间△t内激光器发射的光子数，结合动量定理求出其在物体表面引起的光压的表达式．
【详解】
（1）光子的能量为?E=mc2
根据光子说有
E=hν=
光子的动量?p=mc可得?．
（2）①一小段时间△t内激光器发射的光子数?
光照射物体表面，由动量定理得-F△t=0-np
产生的光压?I1=
解得?
②假设其中被白纸反射的光占入射光的比例为η，这些光对物体产生的压力为F1，（1-η）被黑纸片吸收，对物体产生的压力为F2．
根据动量定理得
-F1△t=0-（1-η）np
-F2△t=-ηnp-ηnp
产生的光压?
联立解得
【点睛】
本题要抓住光子的能量与动量区别与联系，掌握动量定理的应用，注意建立正确的模型是解题的关键．