高中同步人教版选择性必修第三册第四章原子结构和波粒二象性（word版含答案）

2022版高中同步人教版选择性必修第三册 第四章　原子结构和波粒二象性
一、单选题
1．在图示的光电效应实验中，将滑动触头移到端。用单色光照射阴极时，电流计的指针不会发生偏转；将滑动触头移到端，用单色光照射阴极时，电流计的指针会发生偏转，则下列说法正确的是（　　）
A．光的强度一定小于光的强度
B．光的频率一定大于光的频率
C．用光照射阴极时将移到端，电流计的指针一定会发生偏转
D．用光照射阴极时将移到处，电流计的指针可能会发生偏转
2．下列说法正确的是（　　）
A．光电效应现象揭示了光具有波动性
B．是核聚变反应方程
C．是衰变方程
D．一群氢原子从的激发态跃迁时，最多能辐射出4种不同频率的光子
3．下列说法符合历史事实的是（　　）
A．普朗克指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短
B．爱因斯坦最早发现光电效应现象，并提出了光电效应方程
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，但并没有准确测出其电量
D．查德威克用α粒子轰击Be，发现了质子
4．下列说法正确的是（　　）
A．贝克勒尔通过实验最早发现了电子
B．若使放射性物质的温度升高，则其半衰期增大
C．核反应属于重核的裂变
D．核反应堆用过的废料清洁无污染，没有放射性
5．赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（　　）
A．玻尔 B．康普顿
C．爱因斯坦 D．德布罗意
6．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”
7．图甲所示为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则
A．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光，一定能使阴极K发生光电效应
B．改用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光，不能使阴极K发生光电效应
C．改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射，逸出光电子的最大初动能不变
D．入射光的强度增大，逸出光电子的最大初动能也增大
8．关于近代物理，下列说法正确的是（　　）
A．根据α粒子散射实验数据可以估算原子核的半径大小
B．光的波长越长，其粒子性越显著；波长越短，其波动性越显著
C．当入射光照射某金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比
D．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射因此肉眼看不到黑体
9．如图为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子（ ）
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的
B．从低能级向高能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长
D．从n=5能级跃迁到n=1能级比n=5能级跃迁到n=4能级辐射出电磁波的频率小
10．氢原子的能级图如图所示。已知某金属的逸出功为6.44eV，则下列说法正确的是（　　）
A．处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1eV的光子而被激发
B．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁
C．用一群氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光子照射该金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为6.31eV
D．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
二、多选题
11．如图所示，OBCD为半圆柱形玻璃的横截面，OD为水平直径，一束复合光从OD面沿AO方向从真空射入玻璃中，在玻璃中分为两束单色光a、b，其中a光沿OB方向从B点射出，b光沿OC方向射出，B点与C点等高。下列说法正确的是（　　）
A．a光光子的动量小于b光光子的动量
B．a、b单色光在玻璃中传播的时间相等
C．a、b单色光从玻璃出射时的光线是平行的
D．a、b单色光分别用同一实验装置做双缝干涉实验时，a光相邻亮条纹中心之间的距离较小
12．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）
A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的
B．光电效应实验说明了光具有粒子性
C．电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性
D．极少数粒子发生大角度偏转，说明原子的质量和正电荷绝大部分集中在很小空间
13．1905年，爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广，成功地解释了光电效应现象，提出了光子说。在给出与光电效应有关的四个图象中，下列说法正确的是（　　）
A．图1中，验电器指针发生了偏转，说明锌板带正电，验电器带负电
B．图2中，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
C．图3中，若e、v1、vc、U1已知，由图象可求得普朗克常量的表达式
D．图4中，由图象可知该金属的逸出功为E或hv0
14．下列说法正确的是
A．为了解释光电效应现象，爱因斯坦建立了光子说，指出在光电效应现象中，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系．
B．汤姆逊根据阴极射线在电场和在磁场中的偏转情况断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷
C．按照波尔理论，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，电子的动能减小，原子的能量也减小了
D．已知中子、质子和氘核的质量分别为 、、，则氘核的比结合能为（c表示真空中的光速）
E．放射性元素发生β衰变，新核的化学性质不变．
15．某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某一频率的光照射光电管的阴极时，会发生光电效应现象，电流计中有电流通过．闭合电键，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好为零，此时电压表的电压值称为反向截止电压．现用频率为的绿光照射阴极，测量到反向截止电压为，设电子电量为，普朗克常量为，则（ ）
A．逸出的光电子的最大初动能为
B．阴极的逸出功
C．如改用紫光照射，则光电子的最大初动能一定增大
D．如改用紫光照射，则阴极的逸出功一定增大
三、解答题
16．氦原子的一个核外电子被电离，形成类氢结构的氦离子．如图所示氦离子能级的示意图．求：
（1）大量处在n=4 能级的氦离子总共可释放几种频率的光子
（2）现有氦离子从n=4 能级跃迁到哪个能级辐射出的光子能量为10.2eV；
（3）用（2）问放出的光照射逸出功为2.29eV 的金属钠，光电子产生的最大初动能．
17．用波长为λ的光照射金属的表面，当遏止电压取某个值时，光电流便被截止；当光的波长改变为原波长的后，已查明使电流截止的遏止电压必须增大到原值的η倍，试计算原入射光的波长λ．(已知该金属的逸出功为W0)
18．氢原子处于基态时，原子的能量为E1=－13.6eV，当处于n=3的激发态时，能量为E3=－1.51eV，则（普朗克常量h=6.63×J·s）：
(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时，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电磁波照射原子？
(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态，则在跃迁过程中最多能释放出几种频率的光子？其中波长最长是多少？
19．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.4 eV的一束光照射阴极，发现电流表读数不为零。合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.50 V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.50 V时，电流表读数为零。求：
(1)电子的最大初动能为多少电子伏特；
(2)光电管阴极的逸出功为多少电子伏特。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【详解】
A．能否发生光电效应与光的强度无关，故A错误；
D．滑动触头移到端时，极的电势高于极的电势，用光照射时电流计的指针不会发生偏转，说明光不能使阴极发生光电效应，即光的频率低于阴极的极限频率，因此移到任何位置，电流计的指针均不会发生偏转，故D错误；
B．滑动触头移到端时，极的电势低于极的电势，用单色光照射阴极时电流计的指针会发生偏转，说明光照射时会产生光电效应，即光的频率高于极限频率，因此光的频率低于光的频率，故B错误；
C．滑动触头移到端时，加的是正向电压，用光照射阴极时电流计的指针一定会发生偏转，故C正确。
故选C。
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．光电效应现象揭示了光具有粒子性，故错误；
B．核反应是核聚变反应方程，故B正确；
C．是属于重核裂变，没有电子释放出来，不是衰变方程，故C错误；
D．一群氢原子从的激发态跃迁时，根据，最多能辐射出10种不同频率的光子，故D错误。
故选B。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，A错误；
B．赫兹最早发现光电效应现象，B错误；
C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，由密立根准确测出其电量，C正确；
D．查德威克用α粒子轰击Be，发现了中子，D错误。
故选C。
4．C
【解析】
【详解】
A．贝克勒尔通过实验最早发现放射性现象，汤姆逊最早发现了电子，选项A错误；
B．放射性物质的半衰期与外界条件无关，选项B错误；
C．核反应属于重核的裂变，选项C正确；
D．核反应堆用过的废料仍有放射性，有污染，选项D错误。
故选C。
5．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A错误；
B．康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B错误；
C．爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C正确；
D．德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D错误。
故选C。
6．C
【解析】
【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。
7．A
【解析】
【详解】
在跃迁的过程中释放或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，，此种光的频率大于金属的极限频率，故发生了光电效应.A、,同样光的频率大于金属的极限频率，故一定发生了光电效应，则A正确.B、，也能让金属发生光电效应，则B错误；C、由光电效应方程，入射光的频率变大，飞出的光电子的最大初动能也变大，故C错误；D、由知光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功决定，而与入射光的光强无关，则D错误；故选A.
【点睛】波尔的能级跃迁和光电效应规律的结合；掌握跃迁公式，光的频率，光电效应方程.
8．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据α粒子散射实验数据可以估算原子核的半径大小，A正确；
B．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著，B错误；
C．当入射光照射某金属发生光电效应时，根据
光电子的最大初动能与入射光子的频率成线性关系，不是成正比，C错误；
D．黑体对于外界过来的电磁波只吸收而不反射，但黑体辐射光，肉眼能看到黑体，D错误。
故选A。
9．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，A错误；
B．由低能级向高能级跃迁，氢原子吸收能量，不是原子核辐射能量，B错误；
C．从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子能量小，根据
则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长，C正确；
D．从n=5能级跃迁到n=1能级比从n=5能级跃迁到n=4能级辐射出光子能量大，根据
则辐射的光子频率大，D错误。
故选C。
10．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．处于基态的氢原子若吸收能量为12.1eV的光子，氢原子的能量变成
氢原子不存在-1.5eV的能级，所以可知处于基态的氢原子不能吸收能量为12.1eV的光子而被激发，故A错误；
B．用能量为12.5eV的电子轰击处于基态的氢原子，由于
E2-E1=-3.4-(-13.6)=10.2eV
可知氢原子可以吸收电子的一部分能量发生能级跃迁，故B错误；
C．用n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光子照射金属，光子的能量：
E=E4-E1=-0.85-(-13.6)=12.75eV
从金属表面逸出的光电子最大初动能为：
Ekm=E-W=12.75-6.44=6.31eV
故C正确；
D．一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生：种谱线，故D错误．
故选C。
11．BD
【解析】
【详解】
A．由光路图可知，玻璃对a光的偏折作用大于对b光的偏折作用，故na>nb，νa>νb，光子动量
故pa>pb，故A错误；
B．单色光在入射的过程中，设入射角为α，折射角为β，根据折射定律
单色光在玻璃中传播的速度
知单色光在玻璃中传播的时间
所以a、b两种单色光在玻璃中传播的时间相等，故B正确；
C．若OD、BC是平行玻璃砖的上下表面，则出射光线是平行的，此题中出射点B、C处的界面不是水平的，故出射方向不平行，故C错误；
D．由于λa<λb，结合双缝干涉条纹间距公式
可知，Δxa<Δxb，故D正确。
故选BD。
12．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是量子化的，只能是某些特定值，选项A错误；
B．光电效应实验说明了光具有粒子性，选项B正确；
C．衍射是波的特性，电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性，选项C正确；
D．极少数粒子发生大角度偏转，说明原子的质量和正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，选项D正确。
故选BCD。
13．CD
【解析】
【详解】
A．当紫外线照射锌板时，发现验电器指针发生了偏转，仅仅能说明验电器带电；发生光电效应后锌板带正电，所以验电器也带正电，故A错误；
B．从光电流与电压的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关，不能说明遏止电压和光的强度有关，故B错误；
C．根据
Ekm=hv-W0=eUc
解得
图线的斜率
则
故C正确；
D．根据光电效应方程
Ek=hv-W0
当v=0时
Ek=-W0
由图象知纵轴截距-E，所以
W0=E
即该金属的逸出功E；图线与v轴交点的横坐标是v0，该金属的逸出功hv0，故D正确。
故选CD。
14．ABD
【解析】
【详解】
为了解释光电效应现象，爱因斯坦建立了光子说，根据可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，A正确；汤姆逊根据阴极射线在电场和在磁场中的偏转情况断定，阴极射线的本质是带负电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，B正确；按照波尔理论的跃迁假说是原子从一种能级向另一种能级跃迁时，会吸收（或辐射）一定频率的光子；氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子吸收光子，原子的总能量增大，根据知，动能减小，故C错误；原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，故氘核的比结合能为，D正确；原子核发生衰变后，新核的核电荷数发生了变化，故新核（新的物质）的化学性质理应发生改变，E错误．
15．ABC
【解析】
【详解】
A、由于反向截止电压为，电子逸出后，根据动能定理可得，即逸出的电子的最大初动能为，故A正确；
B、根据公式.可得，阴极K的逸出功，由于，则逸出功，故B正确；
C、由于紫光的频率大于绿光的频率，逸出功不变，根据公式可得改用紫光照射，光电子的最大初动能一定增加，故C正确；
D、由于金属的逸出功由金属本身决定，与照射光的频率无关，所以改用紫光照射，则阴极K的逸出功不变，故D错误．
16．（1）6种 （2）n= 2 （3） 7.91eV
【解析】
【详解】
（1）依题意：有种
（2）据
E4=-3.4eV
解得
En=-13.6eV
即
n= 2
（3）
Ekm=E-W0= 7.91eV
点睛：一群处于量子数为n的激发态的氢原子向外辐射的光子频率种数为；一个处于量子数为n的激发态的氢原子向外辐射的光子频率种数最多为n-1．
17．
【解析】
【详解】
由题意，结合光电效应方程，及γ＝，当用波长为λ的光照射金属的表面，则有：
h W0＝eU0
当光的波长改为原波长的1/n后，则有：h W0＝e ηU0；
解得：λ= ；
18．(1)1.03×10－7m；(2) 3.28×1015Hz；(3)3，6.58×10－7m
【解析】
【详解】
(1)根据玻尔理论
E3－E1=h
向外辐射的光子的波长
λ=m≈1.03×10－7m
(2)要使处于基态的氢原子电离，入射光子须满足
h≥0－E1
解得
≥Hz≈3.28×1015Hz。
(3)当大量氢原子处于n=3能级时，最多能释放出的光子频率种类为
N==3种
由于
E2===－3.4eV
氢原子由n=3能级向n=2能级跃迁时放出的光子波长最长，设为λ ，则
所以其中波长最长是
m≈6.58×10－7m
19．(1)0.5eV；(2)1.9 eV
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由题意可知，截止电压为0.5V，则
则电子的最大初动能为0.5eV；
(2)根据光电效应方程
光电管阴极的逸出功为
答案第1页，共2页
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