第4章 原子结构和波粒二象性 素养检测 速度（word版含答案）

人教版高中物理选修三 第4章 原子结构和波粒二象性 素养检测 速度
一、单项选择题（共9小题；共36分）
1. 在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是
A. 光电效应是瞬时发生的
B. 所有金属都存在极限频率
C. 光电流随着入射光增强而变大
D. 入射光频率越大，光电子最大初动能越大
2. 下列说法中正确的是
A. 光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B. 光的频率越高，波长越长
C. 光的波长越长，光子的能量越大
D. 光在真空中的传播速度不一定为
3. 关于物理学史，下列说法错误的是
A. 伽利略对自由落体运动的研究，运用了逻辑推想、猜想、假说和科学实验相结合的方法
B. 法拉第提出了“电场”和“磁场”的概念，并引入电场线和磁感线
C. 牛顿因为发现了万有引力定律，被称为是第一个“称量地球质量”的人
D. 玻尔在普朗克“黑体辐射”和爱因斯坦“光子说”的启发下，提出了自己的原子结构假说
4. 如图所示是玻尔理论中氢原子的能级图，现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子，受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为
A. B. C. D.
5. 用波长为 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为 。已知普朗克常量为 ，真空中的光速为 ，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为
A. B. C. D.
6. 氢原子部分能级的示意图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示。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 条，其颜色分别为
A. 红、蓝 靛 B. 黄、绿 C. 红、紫 D. 蓝 靛、紫
7. 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能 与入射光频率 的关系如图所示，其中 为极限频率.从图中可以确定的是
A. 逸出功与 有关
B. 与入射光强度成正比
C. 当 时，会逸出光电子
D. 图中直线的斜率与普朗克常量有关
8. 用频率为 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 、 、 的三条谱线，且 ，则
A. B.
C. D.
9. 图甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱。已知谱线 是氢原子从 的能级跃迁到 的能级时的辐射光，则谱线 是氢原子
A. 从 的能级跃迁到 的能级时的辐射光
B. 从 的能级跃迁到 的能级时的辐射光
C. 从 的能级跃迁到 的能级时的辐射光
D. 从 的能级跃迁到 的能级时的辐射光
二、双项选择题（共3小题；共12分）
10. 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 ，则
A. 当用频率为 的单色光照射该金属时，一定能产生光电子
B. 当用频率为 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为
C. 当照射光的频率 大于 时，若 增大，则逸出功增大
D. 当照射光的频率 大于 时，若 增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
11. 已知能使某金属产生光电效应的截止频率为 则 。
A. 当用频率为 的色光照射该金属时，一定能产生光电子
B. 当用频率为 的色光照射该金属时，产生的光电子的最大初动能为
C. 当照射光的频率 大于 时，若 增大一 倍，则逸出功也增大一倍
D. 当照射光的频率 大于 时，若 增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
12. 如图为氢原子能级图。下列说法正确的是
A. 一个处于 能级的氢原子，可以吸收一个能量为 的光子
B. 一个处于 能级的氢原子，可以吸收一个能量为 的光子
C. 大量处于 能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出 种频率的光子
D. 用能量为 和 的两种光子同时照射大量氢原子，有可能使处于基态的氢原子电离
三、多项选择题（共3小题；共12分）
13. 下列对原子结构的认识，正确的是
A. 原子中绝大部分是空的，原子核很小
B. 电子在核外旋转，库仑力提供向心力
C. 原子的全部正电荷都集中在原子核上
D. 原子核的直径大约是
14. 对光电效应的研究可知，下述结论正确的是
A. 光具有粒子特征
B. 某种色光照射金属表面时，有电子逸出，表明光子的能量大于等于电子的逸出功
C. 某种色光照射金属表面时，电子逸出后，电子获得的动能等于光子的能量
D. 某种色光照射到金属表面时，没有电子逸出，光子的能量也可能被电子吸收
15. 德国物理学家弗兰克林和赫兹进行过气体原子激发的实验研究。如图 所示，他们在一只阴极射线管中充了要考察的汞蒸气。阴极发射出的电子受阴极 和栅极 之间的电压 加速，电子到达栅极 时，电场做功 。此后电子通过栅极 和阳极 之间的减速电压 。通过阳极的电流如图 所示，随着加速电压增大，阳极电流在短时间内也增大，但是到达一个特定的电压值 后，观察到电流突然减小。在这个电压值上，电子的能量刚好能够激发和它们碰撞的原子。参加碰撞的电子交出其能量，速度减小，因此到达不了阳极，阳极电流减小。 即为基态气体原子的激发能。得到汞原子的各条能级比基态高以下能量值： ， ， ， 。若一个能量为 电子进入汞蒸气后测量它的能量可能是
A. B. C. D.
四、解答题（共3小题；共39分）
16. 美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成为爱因斯坦光电效应方程在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是测量金属的遏止电压 ，入射光频率 ，并与普朗克根据黑体辐射得出的普朗克常量 相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。如图所示 图象，电子的电荷量 。
（1）写出爱因斯坦光电效应方程（已知，光电子最大初动能 ，金属逸出功 ，普朗克常量 ，入射光频率 ）；
（2）由图象可知这种金属的截止频率 ；
（3）设图象的斜率为 ，电子的电荷量 。
① 写出普朗克常量 的表达式；
② 并根据图象数据求普朗克常量 。（结果保留两位有效数字）
17. 如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长 的绿光照射阴极 ，实验测得流过光电管的电流 与 之间电势差 满足如图乙所示规律，取 ，电子电量 ，求：
（1）光电子飞出阴极 时的最大动能 ；
（2）该阴极材料的极限频率 。
18. 氢原子处于基态时，原子的能量为 。求：
（1）当氢原子从 能级跃迁到 能级时，向外辐射的光子的波长是多少
（2）若要使处于基态的氢原子电离，至少要用多大频率的光子照射氢原子
（3）一群氢原子在 能级时可放出几种不同能量的光子 画出能级图，并标出这些光谱线。
答案
第一部分
1. C
【解析】光电效应说明光具有粒子性，与光的彼动性不矛盾的只有选项 C，本题选 C。
2. A
【解析】干涉和衍射现象是波的特性，说明光具有波动性，A对；
光的频率越高，波长越短，光子能量越大，故B、C错；
光在真空中的速度为 ，故D错。
3. C
4. B
【解析】受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光，说明激发的氢原子处于第 能级，则照射氢原子的单色光的光子能量为 ，故B正确。
5. B
6. A
7. D
【解析】金属的逸出功由金属本身决定，与入射光的频率无关，A错；
由 可知， 与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，B错；
当入射光的频率小于极限频率时不会发生光电效应，不会逸出光电子，C错；
由 可知图线的斜率与普朗克常量有关，D对.
8. B
9. B
【解析】谱线 是氢原子从 的能级跃迁到 的能级时的辐射光，波长大于谱线 ，所以 光的光子频率小于 光的光子频率。所以 光的光子能量大于 和 间的能级差。 跃迁到 ， 跃迁到 的能级差小于 和 的能级差。 和 间的能级差大于 和 间的能级差。故A、C错误，B正确。
从 的能级跃迁到 的能级时需吸收光子能量。故D错误。
第二部分
10. A， B
【解析】入射光的频率大于金属的极限频率，照射该金属时一定能发生光电效应，A正确；
金属的逸出功为 ，又根据爱因斯坦光电效应方程 ，当入射光的频率为 时，其光电子的最大初动能为 ，所以B正确；
若当入射光的频率由 增大一倍变为 时，其光电子的最大初动能为 ，显然不是随着增大一倍，D错误；
逸出功是金属本身对金属内电子的一种束缚本领的体现，与入射光的频率无关，C错误.综上所述A、B正确。
11. A， B
12. B， C
【解析】根据 ，可知， 不在 范围内，故A错误；
能级的氢原子，，若吸收能量为 的光子，出现电离现象，故B正确；
根据 知，这些 能级的氢原子可以辐射出三种不同频率的光子，故C正确；
由氢原子的能级，基态的氢原子为能级为 ，要出现电离，则光子的能量即为 ，因此 和 的两种光子不可能出现电离现象，故D错误。
第三部分
13. A， B， C
【解析】原子是由位于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成的，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，由此可判定 B、C 正确；
原子核直径数量级为 ，而原子直径的数量级为 ，故 A 正确，D 错误。
14. A， B， D
15. A， C， D
第四部分
16. （1）
【解析】设金属的逸出功为 ，那么光电效应方程为 ；
（2）
【解析】由图象可知，当 时，可得 ，此时读图可知，解得 ，即金属的截止频率约为 ；
（3） ①
【解析】由光电效应方程 ，可得：，则有：；
②
【解析】。
17. （1）
【解析】根据动能定理：
所以：。
（2）
【解析】由光电方程：
代入数据：
极限频率 。
18. （1）
【解析】由公式 ，而 可得
辐射光子能量
而
则 .
（2）
【解析】由于 ，电子电离后 ，则入射光子能量
由 得 .
（3） 种光谱线如图所示
【解析】处于 的能量状态的原子向低能级跃迁放出不同能量的光子，种数为 种。
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