第4章 原子结构和波粒二象性 达标检测（word版含答案）

人教版选择性必修3物理 第4章 原子结构和波粒二象性 达标检测
一、单项选择题（共5小题；共20分）
1. 对于原子中正、负电荷如何分布的问题，科学家们提出了许多模型。其中较有影响的“西瓜模型”，或“枣糕模型”能够解释一些实验现象，这个模型是下列哪位科学家提出的
A. 密立根 B. 汤姆孙 C. 玻尔 D. 卢瑟福
2. 下列事例中能说明原子具有核式结构的是
A. 光电效应现象的发现
B. 汤姆孙研究阴极射线时发现了电子
C. 卢瑟福的 粒子散射实验发现有少数 粒子发生大角度偏转
D. 康普顿效应
3. 射线是一种高频电磁波，若 射线在真空中的波长为 ，以 表示普朗克常量， 表示真空中的光速，以 和 分别表示 射线每个光子的能量和动量，则
A. ， B. ，，
C. ， D. ，
4. 当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时
A. 锌板带负电 B. 有电子从锌板逸出
C. 有正离子从锌板逸出 D. 锌板会吸附空气中的正离子
5. 【 海淀一模 】用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。电流计 测得的光电流 随光电管两端电压 的变化如图乙所示，则
A. 通过电流计 的电流方向由 到
B. 电压 增大，光电流 一定增大
C. 用同频率的光照射 极，光电子的最大初动能与光的强弱无关
D. 光电管两端电压 为零时一定不发生光电效应
二、双项选择题（共1小题；共4分）
6. 光子的发射和吸收过程是
A. 原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差
B. 原子不能从低能级向高能级跃迁
C. 原子吸收光子后从低能级向高能级跃迁，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级
D. 原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量等于始、末两个能级的能量差
三、多项选择题（共2小题；共8分）
7. 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是
A. 用 的光子照射 B. 用 的光子照射
C. 用 的光子照射 D. 用 的光子照
8. “通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克 赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图 所示，灯丝 发射出初速度不计的电子， 与栅极 间的电场使电子加速， 间加有 电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达 极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸气后，发现 间电压 每升高 时，电流表的示数 就会显著下降，如图 所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。下列说法正确的是
A. 汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是
B. 间电压低于 时，电流随电压增大而上升，是因为电子能量越高，越容易克服反向电压到达 极
C. 间电压在 时，出现电流随电压增大而上升的一段图线，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子个数增加
D. 即使 间电压高于 ，电子也存在始终不与汞原子发生碰撞的可能性
四、填空题（共1小题；共4分）
9. 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：。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 （基态能量为 ）。
五、解答题（共4小题；共52分）
10. 某同学采用如图所示的实验电路研究光电效应，用其单色光照射光电管的阴极 时，会发生光电效应现象。闭合开关 ，在阳极 和阴极 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压的示数 称为反向遏止电压。根据反向遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能。现分别用频率为 和 的单色光照射阴极，测量到反向遏止电压分别为 和 ，设电子的比荷为 ，求：
（1）阴极 所用金属的极限频率；
（2）用题目中所给条件表示普朗克常量 。
11. 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，称为氢光谱，氢光谱的波长 可以用下面的巴耳末 里德伯公式表示：， 、 分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，，对每一个 ，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及紫外线区，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，当用赖曼系波长最长的光照射时，遏止电压的大小为 ，当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为 ，已知电子的电荷量为 ，真空中的光速为 ，试求普朗克常量和该种金属的逸出功。
12. 玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示。当氢原子从 的能级跃迁到 的能级时，辐射出某种频率的光子，用该频率的光照射逸出功为 的钾表面。已知电子电荷量 ，普朗克常量 。求：（保留两位有效数字）
（1）辐射出光子的频率；
（2）辐射出光子的动量；
（3）钾表面逸出的光电子的最大初动能。
13. 群氢原子处于量子数 能级状态，氢原子的能级的示意图如图所示，则：
（1）氢原子可能发射几种频率的光子
（2）氢原子由量子数 的能级跃迁到 的能级时辐射光子的能量是多少电子伏
（3）用（2）中的光子照射下表中几种金属，哪些金属能发生光电效应 发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多大
答案
第一部分
1. B
【解析】密立根最著名的实验成就是利用在电场和重力场中的带电油滴精确地测定了基本电荷；
汤姆孙发现了电子，通过对阴极射线的研究测出电子的电荷量与质量的比值，提出了原子结构的枣糕模型，它是建立原子结构模型的开端；
玻尔通过引入量子化条件，提出了玻尔模型来解释氢原子光谱；
卢瑟福根据 粒子散射实验提出了原子的核式结构。所以，选项 B 正确。
2. C
【解析】光电效应现象和康普顿效应的发现都说明光的粒子性，选项A、D错误；
汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，说明原子还可以再分，选项B错误；
卢瑟福的 粒子散射实验发现有少数 粒子发生大角度偏转，从而说明了原子具有核式结构，选项C正确。
3. D
【解析】光子的能量 ，动量 ，故D正确。
4. B
5. C
第二部分
6. C， D
【解析】解决此题要注意以下两个问题：一、原子的跃迁条件；二、关系式 。由玻尔理论知，原子处于激发态不稳定，可自发地向低能级跃迁，以光子的形式放出能量。光子的吸收是放出光子的逆过程，原子在吸收光子后，会从较低能级向较高能级跃迁，但不管是吸收光子还是放出光子，光子的能量总等于两能级之差，即 。
第三部分
7. A， C， D
8. A， B， D
【解析】因为 间电压 每升高 时，电流表的示数 就会显著下降，这说明电子经过加速后获得的动能正好达到汞原子跃迁的最低能量，也就是从基态跃迁到第一激发态所吸收的能量，A选项正确。当 间的电压低于 时，电子在 间被加速而获得的能量低于 。电子与汞原子碰撞时，不能使汞原子跃迁到激发态。同时电子不会因为碰撞而损失能量，电子能量越高越容易克服 间的反向电压抵达 极，因此电流随着 间电压的升高也越来越大，B选项正确。当 间电压在 时，电流随电压增大而上升，是因为电子在 空间与汞原子碰撞而转移掉 的能量后，还留有足够的能量，又能克服反向电压从 极到达 极，电流又上升了，C选项错误。因为原子不是实心体，所以当电子进入汞原子内部时，即使 间电压高于 ，电子也存在着始终不与汞原子发生碰撞的可能性，D选项正确。
第四部分
9. ；
【解析】根据向低能级跃迁时，可以发出 种不同频率的光子，
跃迁发生前这些原子分布在 个激发态能级上．
处于基态氢原子能量为 ，
最高能级的能量值是 。
故答案为：；
第五部分
10. （1）
【解析】由光电效应方程可得：
又 。
极限频率：。
（2）
【解析】由以上各式联立可求得：
。
11. ；
【解析】由巴耳末 里德伯公式 可知，赖曼系波长最长的光是氢原子由 能级跃迁到 能级时发出的，其波长的倒数为 ，对应的光子能量 ，式中 为普朗克常量。巴耳末系波长最短的光是氢原子由 跃迁到 能级时发出的，其波长的倒数为 ，对应的光子能量 。
用 表示该金属的逸出功， 和 分别为用题中所述的两种光照射该金属时逸出的光电子的最大初动能，由爱因斯坦光电效应方程得 ，，联立解得 ，。
12. （1）
【解析】氢原子从 的能级跃迁到 的能级时，释放出光子的能量为
由 ，解得光子的频率 ；
（2）
【解析】由 ，得
（3）
【解析】用此光照射逸出功为 的钾时，根据光电效应方程
解得产生光电子的最大初动能为
。
13. （1）
【解析】因为 ，知氢原子可能发射 种频率的光子
（2）
【解析】氢原子由量子数 的能级跃迁到 的能级时辐射光子的能量等于两能级间的能级差，即 。
（3） 铯；
【解析】 只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属才能发生光电效应，根据光电效应方程得，。
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