第四章 原子结构和波粒二象性 综合拔高练

2022版高中同步人教版选择性必修第三册 第四章 第1~5节综合拔高练
一、单选题
1．下列说法错误的是（ ）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
C．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
2．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G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示，则（　　）
A．电压U增大，光电流I一定增大
B．通过电流计G的电流方向由c到d
C．用同频率的光照射K极，光电子的最大初动能与光的强弱有关
D．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应
3．影响黑体辐射强度的因素是（　　）
A．只有温度 B．只有波长
C．与波长和温度都有关 D．与波长和温度都无关
4．频率为的光射到某种光电材料表面，所产生的光电子在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的最大半径为r，则该光电材料的逸出功为(设电子的质量为m，带电量为e，普朗克常量为h)
A． B． C． D．
5．1909年，英籍物理学家卢瑟福和他的学生盖革·马斯顿一起进行了著名的“α粒子散射实验”，实验中大量的粒子穿过金属箔前后的运动情形如图所示，下列关于该实验的描述正确的是（　　）
A．“α粒子散射实验”现象中观察到绝大多数粒子发生了大角度偏转
B．“α粒子散射实验”现象能够说明原子中带正电的物质占据的空间很小
C．根据α粒子散射实验不可以估算原子核的大小
D．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性
6．下列说法正确的是（　　）
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度太小
C．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子总能量增加
7．下列说法中正确的是（　　）
A．爱因斯坦发现了光电效应现象，并提出了光子说来解释光电效应的规律
B．大量光子往往显示出光的粒子性
C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，所以光子散射后波长变长
D．物质波是一种概率波，在微观物理学中可以用“轨迹”来描述粒子的运动
8．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，那么对氢原于在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是（　　）
A．普朗克第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光
C．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原于跃迁到激发态
D．氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象
9．氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(　　)
A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm
B．氢原子从n＝4跃迁到n＝3的能级辐射光的波长小于656 nm
C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D．用波长为633 nm的光照射，能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级
10．下列说法不正确的是（　　）
A．黑体辐射中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加
B．在光电效应的实验中，遏止电压与入射光的强弱无关
C．各种原子的发射光谱都是线状谱，且它们的线状谱各不相同
D．在核聚变和核裂变反应中都能释放能量是因为新核的结合能更大
11．在杨氏双缝干涉实验中，如果（　　）
A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间的条纹
B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间的条纹
C．若仅将入射光由红光改为紫光，则条纹间距一定变大
D．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
12．如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是（　　）
A．在真空中光束b的波长小于光束c的波长
B．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度
C．玻璃砖对光束b的折射率小于对光束c的折射率
D．b、c两束单色光由玻璃射入空气时b光束发生全反射的临界角更大
二、多选题
13．下列说法中正确的是（ ）
A．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
B．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ 光子的能量
C．卢瑟福通过 α 粒子散射实验，提出原子的核式结构模型
D．一个处于 n=4 激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生 3 种不同频率的光子
三、填空题
14．氢原子的能级如图所示，当氢原子从n＝4能级向n＝2能级跃迁时，辐射的光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则该金属的逸出功为________eV．现有一群处于n＝4的能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射出_________种不同频率的光子．
四、实验题
15．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、放电器、电磁继电器等几部分组成。其原理是：当光照射光电管时电路中产生光电流，经放大器放大的电流产生的磁场使铁芯M被磁化，将衔铁N吸住。当光照消失时，电路中电流消失，衔铁N自动离开M。
(1)示意图中，为了尽可能增大光电流，a端应是电源的______极（填“正”或“负”）。
(2)当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是_____。
A．增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大
B．增大绿光照射强度，电路中光电流增大
C．仅改用同等强度的紫光照射，光电子的最大初动能不变
D．仅改用同等强度的紫光照射，光电子的最大初动能变大
(3)已知用光照强度为Ja的a光和光照强度为Jb的b光照射该光电管，分别产生的光电流I随电源电压U的关系如图中曲线所示（其中电源按(1)问连接时电压为正），且在电源电压和入射光频率确定时，光电流与光照强度成正比。则a光的频率______b光的频率（填“大于”“小于”“等于”或“无法比较”）。实验发现，用光照强度为Ja的a光照射该光电管时，电压须大于+0.2V，继电器才能将衔铁吸附。若用光照强度为Jb的b光照射该光电管，调整电源电压，当继电器刚好不能将衔铁吸附时，电源电压为_____V（需指出正负）；若将电源电压调整为+1.6V，用a光照射该光电管，能使继电器将衔铁吸附的最小光强为______Ja（结果保留两位有效数字）。
五、解答题
16．可见光波长的大致范围是。、电磁辐射的能量子的值是多少？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程，故A不符合题意；波尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故B不符合题意；德布罗意指出微观粒子的动量越小，其对应的波长就越长，故C符合题意；卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故D不符合题意。
故选C.
2．B
【解析】
【详解】
A．由图可知，该电压是正向电压，电子受到的电场力也增加，达到阳极的光电子数目增加，光电流增加；但当光电流达到饱和值时，它的大小就与电压的增加无关，故A错误；
B．由图甲可以看出，发生光电效应的光电流方向从阳极A运动到阴极K，因此通过电流计G的电流方向由c到d，故B正确；
C．根据爱因斯坦光电方程
可知，光电子的最大初动能只与光的频率有关，与光的强弱无关，故C错误；
D．光电管两端电压U为零时，只要光的频率大于金属的极限频率，就有光电子从金属表面逸出，就能发生光电效应，故D错误。
故选B。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
黑体辐射与波长和温度都有关系，故C正确，ABD错误。
故选C。
4．A
【解析】
【详解】
根据光电效应方程得，EKm=hν-W．根据洛伦兹力提供向心力，有：evB＝，则v＝，最大初动能EKm＝mv2＝．则金属的逸出功：W= hν-EKm=，故A正确， BCD错误．故选A．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应方程EKm=hν-W并理解其意义，以及掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式．
5．B
【解析】
【详解】
A．“α粒子散射实验”现象中观察到绝大多数粒子基本上仍沿原来的方向前进，有少数α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，故A错误；
B．“α粒子散射实验”现象能够说明原子中带正电的物质占据的空间很小，这样才会使α粒子在经过时受到很强的斥力，才可能使α粒子发生大角度的偏转，故B正确；
C．原子核的半径是无法直接测量的，一般通过其他粒子与核的相互作用来确定，α粒子散射是估计核半径的最简单的方法，故C错误；
D．该实验否定了汤姆孙原子模型的正确性，故D错误。
故选B。
6．D
【解析】
【详解】
A．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，选项A错误；
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太小，选项B错误；
C．汤姆孙发现电子，表明原子可以再分，卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构，选项C错误；
D．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能级要升高，即原子总能量增加，选项D正确。
故选D。
7．C
【解析】
【详解】
赫兹发现的光电效应现象，爱因斯坦运用光子说解释光电效应的规律，故A错误．大量光子往往显示光的波动性，故B错误．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，动量减小，根据，知，光子散射后波长变长，故C正确．物质波是一种概率波，没有确定的位置，在微观物理学中不可以用“轨迹”来描述粒子的运动，故D错误．故选C．
【点睛】
光电效应现象不是爱因斯坦发现的，爱因斯坦运用光子说解释了光电效应规律；大量光子显示波动性；根据光子动量的变化，结合德布罗意波长公式分析光子散射后波长的变化；物质波是一种概率波，没有确定的位置．
8．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．波尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故A错误；
B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，根据可知，能放出3种不同频率的光，故B正确；
C．用能量为10.3eV的光子照射，小于12.09eV，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，要正好等于12.09eV才能跃迁，故C错误；
D．氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的能量可能大于锌的逸出功，则照射金属锌板可能产生光电效应现象，故D错误。
故选B。
9．C
【解析】
【详解】
氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时的能级差大于氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级差，则辐射光子的频率大于从n＝3跃迁到n＝2辐射光的频率，则波长小于656 nm，选项A错误；同理，氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时的能级差大于氢原子从n＝4跃迁到n＝3的能级差，则辐射光子的频率大于从n＝4跃迁到n＝3辐射光的频率，则氢原子从n＝4跃迁到n＝3的能级辐射光的波长大于656 nm，选项B错误；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，选项C正确；氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级，只能吸收波长为656 nm的光子，不能吸收波长为633 nm的光子，选项D错误．
10．D
【解析】
【详解】
A．在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动，故A不符合题意；
B．根据光电效应方程
eU0=Ekm=hv-W0
可知在光电效应中，入射光的频率越大，则遏止电压越大，因此遏止电压的大小与入射光的强弱无关，故B不符合题意；
C．原子的发射光谱是线状谱，说明原子只能发出几种特定频率的光，故C不符合题意；
D．在核聚变和核裂变反应中都能释放能量是因为新核的比结合能大于原来重核的比结合能，故D符合题意。
故选D。
11．B
【解析】
【详解】
A．用白光做杨氏双缝干涉实验，屏上将呈现彩色条纹，选项A错误；
B．用红光作为光源，屏上将呈现红色亮条纹与暗条纹（即黑条纹）相间，选项B正确；
C．若仅将入射光由红光改为紫光，则λ变小，根据，则Δx变小，选项C错误；
D．红光和紫光频率不同，不能产生干涉条纹，选项D错误。
故选B。
12．A
【解析】
【详解】
C．由图可知，玻璃砖对光束b的折射程度较大，则
玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率，故A错误；
B．根据
可知在玻璃砖中光束b的传播速度小于光束c的传播速度，故B错误；
A．折射率越大，则光的频率越大，根据
可知在真空中光束b的波长小于光束c的波长，故A正确；
D．根据
可知b、c两束单色光由玻璃射入空气时b光束发生全反射的临界角更小，故D错误。
故选A。
13．ACD
【解析】
【详解】
A．黑体辐射规律可知：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；
B．工业和医疗中经常使用激光，但其光子的能量仍小于γ光子的能量，故B错误；
C．卢瑟福提出了原子的核式结构模型，并能很好解释了氢原子光谱的不连续性，这是电磁理论所不能解决的问题．故C正确；
D．一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光子，即从4到3，3到2，2到1这三种跃迁产生的光子，故D正确；
14． 2.55eV 6种
【解析】
【详解】
原子从高能级向低能级跃迁时，向外辐射光子．这种光子照射在某金属上，刚好能发生光电效应，则：W=E4-E2=-0.85-（-3.4）eV=2.55eV．
氢原子跃迁的最高能级为n=4能级，根据知，处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁，氢原子发射出六种不同波长的光．
15． 正 BD 小于 -0.4 0.78
【解析】
【详解】
(1)[1]电路中要产生电流，则a端接电源的正极，阴极K发射电子，电路中产生电流，经放大器放大后的电流使电磁铁M被磁化，将衔铁N吸住；无光照射光电管时，电路中无电流，N自动离开M。
(2)[2]AB．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，故A错误，B正确；
CD．根据光电效应方程
可知，因为紫光的频率大于绿光的频率，光电子的最大初动能增加，故C错误，D正确。
故选BD。
(3)[3][4][5]根据光电效应方程
由于b光的图象与横轴交点在a光的图象与横轴交点的左侧，可知a光的反向遏止电压小于b光的反向遏止电压，根据方程得出a光的频率小于b光的频率；
由题干图像可知，用a光照射该光电管，且电源电压为+0.2V时，得到此时的光电流，如果使用b光照射该光电管，要得到相同的光电流，此时电源电压为；
根据光电效应规律，当入射光频率一定时，光电流强度与光强成正比。根据题意得，若用光照强度为Ja的a光照射该光电管时，电压等于+0.2V，继电器刚好不能将衔铁吸附时，此时的光电流占11个小格，当电源电压调整为+1.6V，此时的光电流占14个小格，要使继电器刚好不能将衔铁吸附时，就要降低光强使光电流恢复到11个小格，故
根据光电流与光强成正比，故
解得
16．，
【解析】
【详解】
由能量子计算可得，400nm电磁辐射的能量子为
760nm电磁辐射的能量子为
答案第1页，共2页
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