第四章原子结构和波粒二象性 单元测试（word版含答案）

第四章原子结构和波粒二象性
一、选择题（共15题）
1．关于黑体辐射的实验规律叙述正确的有（　　）
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动
C．黑体辐射的强度与波长无关
D．黑体辐射无任何实验规律
2．如图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是 ( )
A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B．由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小
C．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
D．由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象
3．关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是（　　）
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B．在光电效应实验中，光照时间越长光电流越大
C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
4．下列关于光的本性的说法中正确的是（ ）．A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，综合他们的说法圆满地说明了光的本性
B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性
D．频率低、波长长的光，粒子性特征显著；频率高、波长短的光，波动性特征显著
5．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示．下列说法中正确的是（　　）
A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型
C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型
D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型
6．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，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。而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，那么（　　）
A．a光的波长一定大于b光的波长
B．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c
D．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
7．下列关于概率波的说法中，正确的是（ ）
A．概率波就是机械波
B．物质波是一种概率波
C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象
D．在光的双缝干涉实验中，若粒子每次都是一个一个地通过，能确定粒子会通过哪一个缝
8．下列对图中的甲、乙、丙、丁四个图像叙述正确的是（　　）
A．图甲是流过导体某个横截面的电量随时间变化的图像，则电流在均匀增大
B．图乙是某物体的位移随时间变化的图像，则该物体受不为零的恒定合力作用
C．图丙是光电子最大初动能随入射光频率变化的图像，则与虚线对应金属的逸出功比实线的大
D．图丁是某物体的速度随时间变化的图像，则该物体所受的合力随时间减小
9．电荷之间的引力会产生势能。取两电荷相距无穷远时的引力势能为零，一个类氢原子核带电荷为+q，核外电子带电量大小为e，其引力势能，式中k为静电力常量，r为电子绕原子核圆周运动的半径（此处我们认为核外只有一个电子做圆周运动）。根据玻尔理论，原子向外辐射光子后，电子的轨道半径从减小到，普朗克常量为h，那么，该原子释放的光子的频率为（　　）
A． B．
C． D．
10．光电管是把光信号转变为电信号的仪器，今用频率为的光照射光电管，发射光电子的最大初动能为E。若改用频率为的光照射该光电管，发射光电子的最大初动能是（是普朗克常量）（　　）
A． B． C． D．
11．光电子飞出金属表面的动能大小取决于（　　）
A．入射光的频率 B．入射光的强度
C．金属板的表面积 D．入射光与金属板之间的夹角
12．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时（　　）
A．一共能辐射6种频率的光子
B．能辐射出3种能量大于10.2eV的光子
C．能辐射出3种能量大于12.09eV的光子
D．能辐射出能量小于0.31eV的光子
13．下列叙述不正确的是（　　）
A．光电效应揭示了光具有粒子性，光的波长越短，其粒子性越显著
B．普朗克为了解释黑体辐射现象提出了能量量子化理论并解释了光电效应
C．遏止电压与光电子的最大初动能成正比
D．速度相等的电子和质子，电子的动量小，电子的物质波波长小
E．康普顿效应揭示了光具有波动性
14．氢原子能级示意图如图所示，已知大量处于能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光，用这些光照射逸出功为1.90eV的金属铯。下列说法正确的是（　　）
A．能级氢原子受到照射后跃迁到能级
B．能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种
C．氢原子向低能级跃迁后核外电子的动能减小
D．氢原子由能级跃迁到能级产生的光的波长最大
15．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为的光照射到光电管上时，电流表G的读数为。移动变阻器的触点，当电压表的示数大于或等于时，电流表读数为，则（　　）
A．光电管阴极的逸出功为
B．电键S断开后，电流表G示数不为
C．光电子的最大初动能为
D．改用能量为的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
二、填空题
16．如图所示，图甲、图乙是物理史上两个著名实验的示意图，通过这两个实验人们又对光的本性有了比较全面的认识：
(1)图甲是英国物理学家托马斯·杨做的_________实验的示意图，该实验是光的波动说的有力证据。
(2)图乙是光电效应实验的示意图，该实验是光的_________说的有力证据。
17．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最大( )
18．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管，用绿光照射阴极K，实验测得流过电流表G的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，结合图象，每秒钟阴极发射的光电子数N＝________个；光电子飞出阴极K时的最大动能为________eV。
19．如图所示，这是工业生产中大部分光电控制设备用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成。
(1)示意图中，a端应是电源_______极；
(2)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则_______说法正确。
A．增大绿光照射强度，光电子的最大初动能增大
B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大
三、综合题
20．氢4是氢的一种同位素，在实验室里，用氘核轰击静止的氚核生成氢4的原子核。已知的质量分别为，速度大小分别为，方向相同：
(1)请写出合成的核反应方程式，并求出反应后生成的另一粒子的动量大小；
(2)氘原子的能级与氢原子类似，已知其基态的能量为，量子数为n的激发态能量，普朗克常量为h。则氚原子从跃迁到的过程中，辐射光子的频率v为多少？
21．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每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m。
(1)求飞船加速度的表达式（光子动量p=）；
(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？
22．已知氢原子的基态电子轨道半径为r1，量子数为n的能级值为En＝，（静电力常量k＝9×109 N·m2/C2，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中光速c＝3.00×108 m/s）求：
（1）有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线；
（2）计算（1）中各光谱线中的最短波长（结果保留一位有效数字）；
（3）求电子在基态轨道上运动的动能（结果用k、r1、e表示）．
23．已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.528×10－10m，量子数为n的能级值为eV。（静电力常量k=9×109N·m2/C2，电子电荷量e=1.6×10－19C，普朗克常量h=6.63×10－34J·s，真空中光速c=3.00×108m/s，所有计算结果均保留三位有效数字）
(1)求电子在基态轨道上运动的动能；
(2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态，在能级图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几种光谱线；
(3)计算问(2)中的这几种光谱线中波长最短的波长。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
黑体辐射规律为随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，同时辐射的极大值随温度的升高向波长较短的方向移动（紫移）。
故选A。
2．C
【详解】
A．根据，所以这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光．故A错误；
B．由图可知当核外电子从n=4能级跃迁到n=3能级时，能级差最小，所以放出光子的能量最小，频率最小，故B错误；
C．n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量E=13.6-3.40eV=10.2eV，大于逸出功，能发生光电效应，故C正确．
D．由n=4能级跃迁到n=1能级过程中释放的光的能量最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项D错误；
故选C.
3．D
【详解】
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，不可以叫光子，选项A错误；
B．在光电效应实验中，光电流的大小与光照时间无关，选项B错误；
C．根据
则对于同种金属而言，遏止电压随入射光的频率增加而增大，选项C错误；
D．石基对Ｘ射线散射时，部分Ｘ射线的散射光波长会变长，频率变小，这个现象称为康普顿效应，选项D正确。
故选D。
4．C
【详解】
A．牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，是宏观意义的粒子，而不是微观概念上的粒子，实际上是不科学的。惠更斯提出了“波动说”，光既具有粒子性，又具有波动性，即具有波粒二象性，才能圆满说明光的本性。故A错误。
B．光具有波粒二象性，但不能把光看成宏观概念上的波。光的粒子性要求把光看成微观概念上的粒子。故B错误。
C．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。故C正确。
D．频率低、波长长的光，波动性特征显著；频率高、波长短的光，粒子性特征显著。故D错误。
故选C。
5．B
【详解】
卢瑟福通过粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故B正确，A、C、D错误。
故选B。
6．D
【详解】
A．用一定频率的a单色光照射光电管时，电流计指针会发生偏转，知νa>νb，a光的波长小于b光的波长，A错误；
B．发生光电效应的条件：ν>ν0，增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转，B错误；
C．发生光电效应时，电子从光电管左端运动到右端，而电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流计G的电流方向是c流向d，C错误；
D．增加a光的强度可使光子数增多，因此溢出的光电子数目增加，通过电流计G的电流增大，D正确。
故选D。
7．B
【详解】
A．概率波具有波粒二象性，因此概率波不是机械波，选项A错误；
B．对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波，B正确；
C．概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象，但它们的本质不一样，C错误；
D．在光的双缝干涉实验中，若只有一个粒子，则它从两个缝穿过的概率是一样的，D错误．
故选B.
8．D
【详解】
A.根据电量时间关系可知图像的斜率是电流，故电流保持不变，故A错误；
B.根据位移随时间变化关系可知图像的斜率是速度，故速度保持不变，加速度为零，合外力为零，故B错误；
C.根据光电效应方程
可知当最大初动能为零时实线的频率更大，故与实线对应金属的逸出功比虚线的大，故C错误；
D.根据速度随时间变化关系可知图像得斜率是加速度，随着时间的增大加速度减小，故物体所受的合力随时间减小，故D正确。
故选D。
9．B
【详解】
电子在r轨道上圆周运动时，静电引力提供向心力
所以电子的动能为
所以原子和电子的总能为
再由能量关系得
即
故选B。
10．B
【详解】
ABCD．设光电管的逸出功为，根据爱因斯坦光电效应方程得
，
解方程组得
ACD错误B正确。
故选B。
11．A
【详解】
根据光电效应方程
知，增大入射光频率，最大初动能变大，与强度、金属板表面积和夹角无关，故光电子飞出金属表面的动能大小取决于入射光的频率，故BCD错误，A正确。
故选A。
12．B
【详解】
A．激发态的氢原子向低能级跃迁时，能辐射种频率的光子，当时，一共能辐射10种频率的光子，A错误；
BCD．辐射的光子的能量等于两能级能量之差，即
从依次向跃迁的能量分别为：，，，；
从依次向跃迁的能量分别为：，，；
从依次向跃迁的能量分别为：，；
从向跃迁的能量为：；
所以B正确，CD错误；
故选B．
13．BDE
【详解】
A．光具有波粒二象性，光的波长越短，其粒子性越显著，光电效应体现了光的粒子性，A正确，不符合题意；
B．普朗克为了解释黑体辐射现象提出了能量量子化理论，爱因斯坦解释了光电效应，B错误，符合题意；
C．当初动能最大的光电子刚好到达阴极时，有，所以遏止电压与光电子的最大初动能成正比，C正确，不符合题意；
D．根据，，速度相等的电子和质子，电子的质量小，所以电子的动量小，电子的物质波波长大，D错误，符合题意；
E．康普顿效应揭示了光具有粒子性，E错误，符合题意。
故选BDE。
14．AB
【详解】
A．受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光，说明氢原子是从向低能级跃迁的，所以能级氢原子受到照射后跃迁到能级。A正确；
B．从向低能级跃迁辐射的光子中，从4到3和3到2跃迁时辐射的光子能量低于金属铯的逸出功，其他四种均大于金属铯的逸出功，B正确；
C．氢原子向低能级跃迁后核外电子在较低的轨道运动，库仑力做正功，电子的动能增大。C错误；
D．根据光子能量方程得
辐射的光子能量越小，波长越长，所以从4到3跃迁，辐射的光子波长最长。D错误。
故选AB。
15．ABC
【详解】
AC．根据动能定理
可得光电子的最大初等能
根据光电效应方程
光电管阴极的逸出功为
AC正确；
B．电键S断开后，仍然能发生光电效应，并且没有反向电压加在光电管上，因此电流表G示数不为，B正确；
D．由于的光子小于逸出功，因此不能产生光电效应，电流表G中没有电流，D错误。
故选ABC。
16． 双缝干涉 粒子
【详解】
（1）英国物理学家托马斯·杨做的双缝干涉实验，干涉现象说明光具有波动性。
（2）光电效应实验说明光具有粒子性。
17．正确
【详解】
常温下的物体发射的波都是红外光波，金属加热到一定温度，发射的电磁波波长就会到达可见光的波长，我们就可以看到了，当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最大，故此说正确。
18． 5×1012 0.5
【详解】
每秒发射光电子个数
能量守恒
19． 正 B
【详解】
(1)K极发射的光电子向左运动，由此可知电路电流沿顺时针方向，在电源外部，电流由正极流向负极，因此a端是电源的正极。
(2)根据光电效应规律可知，增大光照强度时，光电子的最大初动能不变，但光电流增大，B正确。
20．(1) ； (2)
【详解】
(1)由质量数守恒与核电荷数守恒可知，核反应方程式为
核反应过程动量守恒，取的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得
解得另一粒子的动量大小为
(2)由波尔原子理论可知，氘原子跃迁过程中有
解得光子的频率
21．(1)；(2)
【详解】
(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p，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
N=nS
由动量定理有
FΔt=NΔt·2p
所以
F=N·2p
而光子动量，所以
F=
由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为
a==
(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射（被太阳帆吸收），光子动量变化量为p，故太阳帆上受到的光压力为
F′=
飞船的加速度
a′=
22．（1）如图 ；（2）1×10－7m；（3）
【详解】
（1）当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到3条光谱线．能级图如图；
（2）与波长最短的一条光谱线对应的能级差为E3-E1．
（3）设电子的质量为m，电子在基态轨道上的速率为v1，根据牛顿第二定律和库仑定律有：
则
23．（1）；（2）见解析；（3）
【详解】
(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力提供向心力，则
又知，故电子在基态轨道的动能为
(2)当n=1时，能级值为
当n=2时，能级值为
当n=3时，能级值为
能发生的能级跃迁分别为3→2，2→1，3→1，所以能发出的谱线共3种，能级图如图
(3)由E3向E1跃迁时发出的光子能量最大，频率最高，波长最短，由hν=E3－E1和
则有
答案第1页，共2页