2021-2022学年高二下学期物理人教版（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（word版含答案）

原子结构和波粒二象性 单元测试
一、单项选择题（本题共13小题，每小题3分，共39分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）
1．实际物体是具有多重属性的，但是，当针对某种目的，从某种角度对某一物体进行研究时，有许多对研究问题没有直接关系的属性和作用却可以忽略不计。物理学上为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体就是理想模型。下列不属于理想模型的是（　　）
A．质点 B．元电荷 C．点电荷 D．黑体
2．如图所示是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图象，则下列说法错误的是（　　）
A．T1>T2
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关
C．普朗克提出的能量量子化理论很好的解释了黑体辐射的实验规律
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个小孔就成了一个黑体
3．爱因斯坦由于创造性地提出了光子说，成功解释了光电效应实验规律，从而获得1921年诺贝尔物理学奖．在探究光电效应实验规律的过程中，用三束光分别照射同一光电管得到三条光电流与电压之间的关系图线如图所示，则下列说法中正确的是（　　）
A．光电子的最大初动能
B．光电子的最大初动能
C．三种光的频率关系是
D．三种光的频率关系是
4．如图甲所示，分别用两种不同的金属材料作极进行光电效应的实验探究。当保持入射光不变时，光电子到达A极时其动能的最大值随极间所加电压变化的图像如图乙所示，结合图甲与图乙进行分析，下列说法中正确的是（　　）
A．图乙的斜率为
B．图乙的斜率为普朗克常量
C．图乙的纵轴截距为对应金属材料的逸出功
D．图乙的纵轴截距为光电子离开极时的最大初动能
5．硅光电池利用光电效应将光辐射的能量转化为电能，h为普朗克常量，c为真空中的光速，若有N个波长为λ0的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（　　）
A．h B．Nh C．Nhλ0 D．2Nhλ0
6．关于光电效应，下列说法正确的是（　　）
A．极限频率越大的金属材料逸出功越大
B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
C．从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小
D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多
7．光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。研究光电效应的实验装置如图所示，小韦同学在一次实验中，用某种频率的光照射光电管K，发现G表指针发生了偏转。下列说法正确的是（　　）
A．保持频率不变，减小入射光强度，可以使G表示数变为零
B．仅提高入射光频率，可以增大饱和光电流
C．光电子的最大初动能与入射光频率有关
D．增大入射光强度，产生的光电子的最大初动能一定越大
8．α粒子散射实验中，不考虑电子和α粒子的碰撞影响，是因为（　　）
A．α粒子与电子根本无相互作用
B．α粒子受电子作用的合力为零，是因为电子是均匀分布的
C．α粒子和电子碰撞损失能量极少，可忽略不计
D．电子很小，α粒子碰撞不到电子
9．如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况。下列说法中正确的是（　　）
A．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光
B．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数几乎一样多
C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似
D．卢瑟福通过该实验得到了原子的“枣糕模型”
10．有关教材中的四幅图片，下列说法不正确的是（　　）
A．三种射线中的a射线为射线（图中磁场方向为垂直纸面向里）
B．光电效应实验说明了光具有粒子性
C．电子束通过铝箔时的衍射图样证实了电子具有波动性
D．
粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围内
11．氢原子能级图如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．当氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时，辐射光子的能量为1.98eV
B．处于n=2能级的氢原子可以吸收2.54eV的能量向高能级跃迁
C．处于基态的氢原子，可吸收14eV的能量后发生电离
D．大量氢原子处于n=4能级向低能级跃迁时，辐射出3种不同频率的光子
12．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为，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 B．辐射光子的能量为
C．吸收光子的能量为 D．辐射光子的能量为
13．若一个波长在100nm（）附近的极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎，则能够电离一个分子的能量约为（普朗克常量取，真空光速）（　　）
A． B． C． D．
二、多项选择题（本题共3小题，每小题4分，12分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分．）
14．氢原子的能级图如图所示，原子从能级n=4向n=2跃迁所放出的光子能使某种金属材料发生光电效应，且光电子的最大初动能为0.3eV，已知普朗克常数h=6.63×10-34J·s，则以下说法中正确的是（　　）
A．该金属的逸出功为2.25eV
B．该金属的截止频率为5.43×1033Hz
C．氢原子从能级n=2向n=1跃迁所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为7.95eV
D．用动能为0.3eV的电子撞击能级n=2的氢原子，可以使其跃迁到能级n=3
15．如图所示是汤姆孙的气体放电管的示意图，下列说法中正确的是（　　）
A．若在D1、D2之间不加电场和磁场，则阴极射线应打到最右端的P1点
B．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向下偏转
C．若在D1、D2之间加上竖直向下的电场，则阴极射线应向上偏转
D．若在D1、D2之间加上垂直纸面向里的磁场，则阴极射线向上偏转
16．如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转。下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．电源正极可能与接线柱c连接
C．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
D．若增加b光的强度，则灵敏电流计G的指针会发生偏转
E．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由e→G→f
三、填空题
17．（4分）美国物理学家密立根通过测量电子的最大初动能与入射光频率，由此算出普朗克常量，以检验爱因斯坦方程式的正确性。如图所示是根据某次实验作出的图象，a、已知，根据图象求得普朗克常量______，该金属的逸出功______。
18．（6分）如图所示为汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在 K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D 间不加电压时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示电压时，光屏上P 点出现亮点。
（1）要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源 ____（填“正极”或“负极”）；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，可以在C、D 间加垂直纸面______（填“向里”或“向外”）的匀强磁场；
（2）汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是______的（填“相同”或“不同”）。
19．（4分）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He＋）的能级图如图所示。电子处在n＝3轨道上比处在n＝5轨道上离氦核的距离____（选填“近”或“远”）。当He＋处在n＝4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______ eV。
四、解答题
20．（10分）根据氢原子的能级示意图，一群氢原子处于的激发态。
（1）在向较低能级跃迁的过程中向外发出的光子有几种？能量多大？
（2）哪些能使逸出功为2.29eV的金属钠发生光电效应？逸出的光电子最大初动能为多大？
21．（12分）利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射频率v之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为，求：
（1）普朗克常量h；
（2）该金属的逸出功W0；
（3）若电流表的示数为10 ，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为多少？
22．（13分）19世纪后期，对阴极射线的本质的认识有两种观点。一种观点认为阴极射线是电磁辐射，另一种观点认为阴极射线是带电粒子。1897年，汤姆孙判断出该射线的电性，并求出了这种粒子的比荷，为确定阴极射线的本质做出了重要贡献。假设你是当年“阴极射线是带电粒子”观点的支持者，请回答下列问题：
（1）如图所示的真空玻璃管内，阴极发出的粒子经加速后形成一束很细的射线，以平行于金属板、的速度沿板间轴线进入、间的区域，若两极板、间无电压、粒子将打在荧光屏上点。如何判断射线粒子的电性？
（2）已知、间的距离为，在、间施加电压，使极板的电势高于极板，同时在极板间施加一个磁感应强度大小为的匀强磁场，可以保持射线依然打到点。求该匀强磁场的方向和此时射线粒子的速度的大小。
（3）撤去（2）中的磁场，、间的电压仍为，射线打在屏上点。已知极板的长度为，极板区的中点到荧光屏中点的距离为，到的距离为。试求射线粒子的比荷。
试卷第页，共页
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参考答案：
1．B
【详解】
物理学上为了便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体就是理想模型，如质点、点电荷、黑体，但是元电荷是一种电荷单位，所以B错误，符合题意；ACD正确，不符合题意；
故选B。
2．B
【详解】
A．由图可知，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，所以T1>T2，故A正确，不符合题意；
B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关外，与黑体的材料及表面状况无关，故B错误，符合题意；
C．普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，很好的解释了黑体辐射的实验规律,故C正确，不符合题意；
D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，这个小孔就可以近似为一个绝对黑体，故D正确。
故选B。
3．A
【详解】
AB．根据
甲丙的截止电压相等且小于乙的截止电压，则光电子的最大初动能
选项A正确，B错误；
CD．根据
三种光的频率关系是
选项CD错误。
故选A。
4．D
【详解】
AB．图中光电管中电场为加速电场，设电子离开K极时的最大初动能为，电子到达A极板的最大动能为，由动能定理可得
解得
所以斜率为e，AB错误；
CD．截距为光电子离开极时的最大初动能，C错误，D正确。
故选D。
5．B
【详解】
N个波长为λ0的光子打在光电池极板的总能量
故选B。
6．A
【详解】
A．逸出功与极限频率满足关系为
W0＝hυ0
所以极限频率越大的金属材料逸出功越大，故A正确；
B．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的照射时间无关，故B错误；
C．根据光电效应方程
Ekm＝hυ﹣W0
可知从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，说明照射光的频率越大，而金属的逸出功由金属材料本身决定，是固定不变的，故C错误；
D．入射光的光强一定时，频率越高，光子的能量越大，入射光中的光子的数目越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故D错误。
故选A。
7．C
【详解】
A．光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，与入射光的强度无关，保持频率不变，减小入射光强度，不能使G表示数变为零，故A错误；
B．仅提高入射光频率，在入射光强度不变的情况下不能增大饱和光电流，故B错误；
CD．由光电效应方程Ekm=hυ－W可知，光电子的最大初动能与入射光频率有关，与入射光强度无关，增大入射光强度，产生的光电子的最大初动能不变，故C正确，D错误。
故选C。
8．C
【详解】
α粒子与电子之间存在着相互作用力，这个作用力是库仑引力，但由于电子质量很小，只有α粒子质量的，碰撞时对α粒子的运动影响极小，几乎不改变运动方向，就像一颗子弹撞上一颗尘埃一样，故C正确，ABD错误。
故选C。
9．C
【详解】
AB．在B位置进行观察时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，而在A位置时进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，AB错误；
C．选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；
D．卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型，D错误。
故选C。
10．A
【详解】
A．根据左手定则可得，a射线为带正电的粒子，为射线，A错误；
B．光电效应实验说明了光是一份一份的，具有粒子性，B正确；
C．电子束通过铝箔时的衍射图样说明电子也具有波动性，C正确；
D．粒子散射实验，能观察到绝大多数粒子沿着原来的方向前进，只有少数粒子发生大角度偏转，说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围内，称为 原子核，D正确。
故不正确的选A。
11．C
【详解】
A．根据辐射（吸收）的光子能量等于两能级间的能级差，可知
因此氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级时，需要吸收的光子能量必须等于1.89eV，A错误；
B．处于n=2能级的氢原子若吸收2.54eV的能量，吸收后能量为0.86eV，不存在此能级，B错误；
C．使处于基态的氢原子发生电离，入射光子的能量应大于或等于13.6eV，C正确；
D．大量n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放不同频率的光子数为
D错误。
故选C。
12．D
【详解】
氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n
而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高
而紫光的频率大于红光的频率，所以，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为。
故选D。
13．B
【详解】
能够电离一个分子的能量为
故选B。
14．AC
【详解】
AB．原子从能级n=4向n=2跃迁所放出的光子能量为
E=(-0.85eV)-(-3.4eV)=2.55eV
根据
该金属的逸出功为
截止频率
选项A正确，B错误；
C．氢原子从能级n=2向n=1跃迁所放出的光子能量为
E′=(-3.4eV)-(-13.6eV)=10.2eV
所放出的光子照射该金属，产生的光电子的最大初动能为
Ekm=E′-W=7.95eV
选项C正确；
D．因n=2与n=3的能级差为1.89eV，则用动能为0.3eV的电子撞击能级n=2的氢原子，不可以使其跃迁到能级n=3，选项D错误。
故选AC。
15．AC
【详解】
BC．实验证明，阴极射线是电子，它在电场中偏转时应偏向带正电的极板一侧，可知选项C正确，选项B的说法错误；
D．加上垂直纸面向里的磁场时，电子在磁场中受洛伦兹力作用，要向下偏转，因而选项D错误；
A．当不加电场和磁场时，电子所受的重力可以忽略不计，因而不发生偏转，选项A的说法正确。
故选AC。
16．ABE
【详解】
AB．由于电源的接法不知道，所以有两种情况：①c接负极，d接正极：用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光频率大于金属的极限频率。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，知b光的频率小于金属的极限频率，所以a光的频率一定大于b光的频率。②c接正极，d接负极：用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，知a光产生的光电子能到达负极d端。用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，有两种可能的情况，情况一：b光不能产生光电子，情况二：b光产生的光电子不能到达负极d端，所以a光产生的光电子的最大初动能大，所以a光的频率一定大于b光的频率，AB正确。
C．由以上的分析可知，不能判断出用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应，C错误。
D．若增加b光的强度，并不改变b光产生的光电子的最大初动能，灵敏电流计G的指针不偏转，D错误。
D．电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由e→G→f，E正确。
故选ABE。
17． a
【详解】
由爱因斯坦光电效应方程得
Ek = hv - W0
则Ek—v图像的斜率为普朗克常量，则
h =
由爱因斯坦光电效应方程得
Ek = hv - W0
代入点（0，- a）得
W0 = a
负极 向外 相同
【详解】
(1) 要使K 、A 之间有阴极射线射出，则 K 应接高压电源负极；要使光屏上P 处的亮点再回到O点，则洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D 间加垂直纸面向外的匀强磁场；
(2)汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的。
19． 近 51
【详解】
根据玻尔原子理论，能级越高的电子离核距离越远，故电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氢核的距离近。
当He＋处在n＝4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为
20．（1）3种；见解析；（2）见解析
【详解】
（1）由题意可知，处于激发态的原子跃迁回基态，一共可发出3种光子，其中到释放光子能量
到释放光子能量
到释放光子能量
（2）到释放的光子和到释放的光子能使金属钠发生光电效应。
根据光电效应方程
到释放的光子产生的光电子最大初动能
到释放的光子产生的光电子最大初动能
21．（1）；（2）；（3）6.25×1013个。
【详解】
（1）由爱因斯坦光电效应方程可知
知题图乙图线的斜率
则普朗克常量
（2）该金属的逸出功为
（3）每秒内发出的光电子的电荷量为
而
故每秒内至少发出个光电子。
22．（1）见解析；（2）垂直纸面向外，；（3）
【详解】
（1）装置中形成的电场方向由正极指向负极，根据射线粒子从电场的负极向正极加速的特点，即可判断射线粒子带负电。
（2）极板的电势高于极板，形成的电场方向竖直向上，当粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，粒子做匀速直线运动，射线依然射到点，由左手定则可知，磁场方向应垂直纸面向外，设粒子的速度为，则
解得
（3）射线粒的极板区域所需的时间
当，两极板之间电压仍为时，作用于粒的静电力的大小为，有
因粒子在垂直于极板方向的初速度为0，因而在时间内垂直于极板方向的位移大小为
粒子离开极板区域时，沿垂直于极板方向的末速度大小为
粒子离开极板区域后，到达荧光屏上点所需时间
在时间内，粒子做匀速直线运动，在垂直于极板方向的位移
到的距离等于粒子在垂直于极板方向的总位移，即
由以上各式得该粒子的比荷为
代入
解得
试卷第页，共页
试卷第1页，共1页