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．电子的发现，证实了（ ）
A．原子是可分的 B．原子核是可分的
C．质子的存在 D．中子的存在
2．下列观点不属于原子核式结构理论的有（ ）
A．原子的正电荷均匀分布在整个原子中
B．原子的中心有原子核，包括带正电的质子和不带电的中子
C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
D．带负电的电子在核外绕着核在不同轨道上旋转
3．原子的认识经历了漫长的过程，下列说法正确的是
A．汤姆孙发现阴极射线射出的粒子流是电子，并且求出了电子的荷质比
B．为了解释原子中正负电荷分布问题，勒纳德提出了“枣糕模型”
C．盖革和马斯顿通过粒子的散射实验提出了原子的核式结构
D．玻尔首次将量子化引入到原子领域，其提出的原子结构假说适用于所有原子
4．关于原子结构，下列说法错误的是（ ）
A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷
B．卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动
C．各种原子的发射光谱都是连续谱
D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念提出了玻尔的原子模型
5．如图所示是氢原子的能级图，现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中只有一种能使某金属产生光电效应。以下判断不正确的是（　　）
A．该光子一定是氢原子从激发态n=3跃迁到基态时辐射的光子
B．该光子可能是氢原子从激发态n=2跃迁到基态时辐射的光子
C．若氢原子从激发态n=4跃迁到基态，辐射出的光子一定能使该金属产生光电效应
D．若大量氢原子从激发态n=4跃迁到低能级，则会有2种光子使该金属产生光电效应
6．氢原子的核外电子，在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中
A．辐射光子，获得能量 B．辐射光子，放出能量
C．吸收光子，放出能量 D．吸收光子，获得能量
7．用红光光照射某种金属表面，发生光电效应，若减弱该束红光的光强后，再次照射该金属表面，则
A．不能发生光电效应 B．光电流强度不变
C．光电子的最大初动能不变 D．经长时间照射后才能发生光电效应
8．利用光谱分析的方法能够鉴别物质和确定物质的组成成分，关于光谱分析，下列说法中正确的是(　　)
A．利用高温物体的连续谱就可以鉴别其组成成分
B．利用物质的线状谱就可以鉴别其组成成分
C．高温物体发出的光通过某物质后的光谱上的暗线反映了高温物体的组成成分
D．我们观察月亮射来的光的光谱，可以确定月亮的化学组成
9．用如图甲所示的装置研究光电效应现象.闭合电键S，用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a，0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是（　　）
A．普朗克常量为
B．断开电键S后，电流表G的示数不为零
C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大
D．提高照射光频率，光电子的最大初动能保持不变
10．用同一光管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图，则这两种光下列说法正确的是（　　）
A．两种光在同一种介质中传播时，b的速度大
B．两种光从玻璃射向真空时，a光的临界角小
C．用同一种装置做双缝干涉实验，b光相邻的亮条纹宽
D．如两光都是氢原子产生，则a对应的能级差小
11．用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J，已知普朗克常量为6. 63×10-34J.s，真空中的光速为3×108m/s，能使锌产生光电效应单色光的最低频率（ ）
A．1×1014Hz
B．8×1015Hz
C．.2×1015Hz
D．8×1014Hz
12．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．
13．以下有关物理学史的说法正确的有（ ）
A．爱因斯坦首先发现了光电效应，并做出了解释．
B．法拉第第一个提出了场的概念，并用电场线来描述场的强弱和方向
C．玻尔提出的原子理论认为原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量．
D．根据玻尔理论，一个处于n=4能级的氢原子回到n=1的状态过程中，最多可放出6种频率不同的光子．
14．1931年中国留美学生叶企孙利用X射线测算出普朗克常量的值，这一结果随后在科学界延用16年之久。利用光电效应也可以测定普朗克常量，图甲为光电效应实验原理图，实验中可调节光电管两端的反向电压U使电流表示数恰好为零。通过改变入射光的频率v重复上述操作，获取若干对v、U数据，依数据作U-v图像如图乙所示，已知电子电量为e。则下列说法正确的是（　　）
A．普朗克常量可表示为 B．普朗克常量可表示为
C．阴极K的逸出功为 D．阴极K的逸出功为
15．在图甲所示的装置中，K为一金属板，A为金属电极，都密封在真空玻璃管中，B为由石英片封盖的窗口，单色光可通过石英片照射到金属板K上，E为输出电压可调的直流电源，其负极与电极A相连，是电流表，实验发现，当用某种频率的单色光照射到K时，K会发出电子（光电效应），这时，即使A、K之间的电压等于零，回路中也有电流。当A的电势低于K时，而且当A比K的电势低到某一值Uc时，电流消失，Uc称为遏止电压，当改变照射光的频率ν后，遏止电压Uc也将随之改变，其关系如图乙所示，如果某次实验我们测出了画出这条图线所需的一系列数据，又知道电子的电荷量，则（　　）
A．可求得能发生光电效应的入射光的最大波长 B．可求得电子的质量
C．不能求普朗克常量 D．可求得该金属的逸出功
二、填空题
16．人们通过光的干涉或衍射现象认识到光具有________性；又通过________现象认识到光具有粒子性，总之，目前人们认为光具有波粒二象性．
17．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长______的方向移动。
18．如图为氢原子的能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出_____种频率不同的光子．若用其中频率最大的光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，则加在该光电管上的遏止电压为______V．
19．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10﹣34J s。
(1)图甲中电极A为光电管的_____（填“阴极”或“阳极”）；
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc=_____Hz，逸出功W0=_____J。
三、综合题
20．如果你拍一张照片时用的快门速度是如此之快，使得只有20个光子进入镜头，那么你在照片上会看到什么？
21．具有波长λ＝0.071nm的伦琴射线使金箔发射光电子，发生光电效应。光电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知r·B＝1.88×10-4T·m。电子的质量m＝9.1×10-31kg，试求：
(1)光电子的最大初动能。
(2)金属的逸出功。
(3)该电子的物质波的波长。
22．1909～1911年英籍物理学家卢瑟福指导其学生做了用粒子袭击金箔的实验，他发现绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子却发生了较大角度的偏转，极少数粒子偏转角度超过了90°，有的甚至被弹回，这就是粒子散射实验，为了解释这个结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，请你利用粒子散射实验结果估算金原子核的大小（保留一位有效数字）.（下列公式或数据为已知：点电荷的电势，，金原子序数为79，粒子质量，粒子速度，电子电荷量）.
23．强激光的出现丰富了人们对光电效应的认识．用强激光照射金属时，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应．如图所示，用频率为υ的强激光照射光电管阴极K，假设电子在极短时间内吸收两个光子形成光电效应，(已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e)．求：
①光电子的最大初动能；
②当光电管两极间反向电压增加到多大时，光电流恰好为零．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
电子的发现，证实了原子具有复杂的结构，即原子是可分的，选项A正确，故选A.
2．A
【详解】
当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小．只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，因此为了解释α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，电子在核外绕原子核旋转．故BCD正确，不符合题意，A错误，符合题意．
故选A．
3．A
【详解】
汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成该粒子为电子，并测出了该粒子的比荷，故A正确；汤姆生发现了原子内有带负电的电子，提出了枣糕模型，故B错误；卢瑟福通过粒子的散射实验提出了原子的核式结构模型，故C错误；玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征，但不能够解释所有原子光谱的特征，故D错误．所以A正确，BCD错误．
4．C
【详解】
A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷，选项A正确；
B．卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动，选项B正确；
C．各种原子的发射光谱都是线状谱，选项C错误；
D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念提出了玻尔的原子模型，选项D正确。
此题选择错误的选项，故选C。
5．B
【详解】
AB．大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁，所辐射的光子中，只有一种能使某金属产生光电效应，知频率最大的光子，即从n=3跃迁到n=1辐射的光子能使金属发生光电效应，故A正确，不符合题意，B错误，符合题意；
C．因为n=4跃迁到n=1辐射的光子能量大于n=3跃迁到n=1辐射的光子能量，所以一定能使金属发生光电效应，故C正确，不符合题意；
D．n=4跃迁到低能级辐射的光子中，从n=4到基态，从n=3到基态辐射的光子使该金属发生光电效应，故D正确，不符合题意。
故选B。
6．B
【详解】
氢原子的核外电子，在由离核较远的可能轨道跃迁到离核较近的可能轨道的过程中，能级减小，放出能量，向外辐射光子．故B正确．
解决本题的关键知道从高能级向低能级跃迁，辐射光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子．
7．C
【详解】
A．能否发生光电效应与光照强度无关，A错误；
B．光照强度减弱，单位时间内照射到金属表面的光子数目减小，因此单位时间内产生的光电子数目减小，光电流强度减小，B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应方程：
可知，光的频率不变，最大初动能不变，C正确；
D．能否发生光电效应与光照强度无关，红光光照射某种金属表面，发生光电效应，若减弱该束红光的光强后，仍然是瞬时就能发生光电效应，D错误。
故选C。
8．B
【详解】
AB．每种元素都有自己的特征谱线，光谱分析的基本原理是每种元素都有自己的特征谱线．明线光谱和吸收光谱都是元素的特征光谱，光谱分析时，既可用明线光谱也可用吸收光谱，但不能用连续光谱．故A错误，B正确；
C．高温物体发出的光通过低温物质后的光谱上的暗线是吸收谱，吸收谱反映了低温物体的组成成分．故C错误．
D．月亮是反射太阳光，月球没有大气层，故观察月亮光谱，不可以确定月亮的化学组成，只能反映太阳的化学组成，故D错误．
9．B
【详解】
A．由爱因斯坦的光电效应方程有
由图像可得
所以A错误；
B．用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应，有光电子飞出，则断开电键S后，回路中有电流，所以电流表G的示数不为零，则B正确；
C．由爱因斯坦的光电效应方程有
可知，光电子的最大初动能与照射光的强度无关，所以C错误；
D．提高照射光频率，光电子的最大初动能增大，所以D错误；
故选B。
10．D
【详解】
A．根据光电效应方程和最大动能与遏止电压的关系，则有
知b光的遏止电压大，则b光的频率大，折射率大，根据
知b光在介质中传播的速度小，故A错误；
B．a光的折射率小，根据
知a光发生全反射的临界角大，故B错误；
C．根据
知，a光的频率小，则波长长，可知分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大，故C错误；
D．a光的频率小，根据
知a光的光子能量小，产生a光的能级差小，故D正确。
故选D。
11．D
【详解】
根据光电效应方程
逸出功
，
可知
代入数据可知：
故D正确，ABC错误
12．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。
13．BC
【详解】
赫兹发现了光电效应现象，爱因斯坦成功解释了光电效应现象，故A错误；法拉第第一个提出了场的概念，并用电场线来描述场的强弱和方向，故B正确；玻尔提出的原子理论认为原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量，故C正确；根据玻尔理论，一个处于n=4能级的氢原子回到n=1的状态过程中，最多可放出3种频率不同的光子，故D错误．所以BC正确，AD错误．
14．BC
【详解】
AB．根据光电效应方程可得
即
由图像可知
解得
选项A错误，B正确；
CD．阴极K的逸出功为
或者由于
则阴极K的逸出功为
选项C正确，D错误。
故选BC。
15．AD
【详解】
根据光电效应方程得
又
联立两式得
根据图线的斜率可以求得普朗克常量。当遏止电压等于零，则最大初动能为零，此时入射光的频率等于金属的极限频率，要发生光电效应，入射光的频率要大于等于金属的极限频率，故可求得能发生光电效应的入射光的最大波长；可通过横轴截距可求出金属的极限频率，根据求出逸出功的大小。关于电子的质量无法求出。故AD正确，BC错误。
故选AD。
16． 波动； 光电效应；
【详解】
人们通过光的干涉或衍射现象认识到光具有波动性；又通过光电效应现象认识到光具有粒子性，总之目前人们认为光具有波粒二象性。
17．较短
18． 6 10
【详解】
大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出种频率不同的光子．若用其中频率最大的光子的能量E=（-0.85）-（-13.6）=12.75eV，光照射到逸出功为2.75eV的光电管上，最大初动能为12.75-2.75=10eV，根据Ekm=eU，可知加在该光电管上的遏止电压为10V．
19． 阳极 5.15×1014 3.41×10﹣19
【详解】
(1)电子从金属板上射出后被电场加速，由此可知A板为正极即为阳极，故A错误；
(2)由
Ekm=hv﹣W0
eUC=EKm
得
eUC=hv﹣W0
因此当遏制电压为零时
hvc=W0
根据图象可知，铷的截止频率
νC=5.15×1014Hz
根据
hvc=W0
则可求出该金属的逸出功大小
W0=6.63×10﹣34×5.15×1014=3.41×10﹣19J
20．随机分布的20个光点
【详解】
少量的光子粒子性比较明显，而大量光子的波动性比较明显，所以只有20个光子进入镜头，那么在照片上看到的是随机分布的20个光点。
21．(1) 4.96×10-16J；(2) 2.3×10-15J；(3) 2.2×10-11m
【详解】
(1)电子在磁场中半径最大时对应的初动能最大。洛伦兹力提供向心力，则有
解得
代入数据解得
Ekm=4.96×10-16J
(2)由爱因斯坦的光电效应方程可得

故
带入数据解得
W＝2.3×10﹣15J
(3)由物质波波长公式可得
电子的动量
p＝mv
解得
λ′＝2.2×10﹣11m
22．
【详解】
当粒子的速度减为0时，粒子与金原子核间的距离最小，约等于金原子核的半径，此过程中粒子的动能转化为电势能，由：，
得：
，
代入数据得：
.
23．①2hυ－W0；②
【详解】
①根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为：Ek＝2hυ－W0
②根据动能定理有：eUC＝Ek，解得：UC＝
答案第1页，共2页