第四章 原子结构和波粒二象性 素养检测（Word版含答案）

人教版选择性必修第三册 第四章 素养检测
一、单选题
1．氢原子的能级图如图所示，若大量氢原子处于n=4能级要向低能级跃迁，则下列说法正确的是（　　）
A．大量氢原子跃迁时可能发出3种不同频率的光
B．氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时，氢原子能量减小，电子动能减小
C．用能量为0.70eV和0.80eV的两种光子同时照射大量氢原子，有可能使处于n=4能级的氢原子电离
D．从n=4能级跃迁到n=2能级释放的光子照射逸出功为2.25eV的金属时，产生的光电子最大初动能是0.30eV
2．以下说法中正确的是（　　）
A．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定
B．实物粒子不具有波动性，因为实物粒子没有对应的波长
C．波长长的光波动性较强，大量光子容易显示粒子性
D．光波不是概率波，物质波是概率波
3．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量和所用材料的逸出功可表示为（　　）
A．　eb B．ek　－eb C．ek　eb D．ek　－
4．下列说法正确的是（ ）
A．光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱无关
B．卢瑟福发现了电子，在原子结构研究方面做出了卓越的贡献
C．大量处于n=3能级的氢原子在自发跃迁时，会发出3种不同频率的光
D．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，其核外电子动能越大
5．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。氢光谱线的波长可以用下面的巴耳末一里德伯公式来表示=R，n，k分别表示氢原子跃迁前后所处状态的量子数，k=1、2、3、…，对于每一个k，有n=k+1，k+2，k+3，…，R称为里德伯常量，是一个已知量。对于k=1的一系列谱线其波长处在紫外线区，称为赖曼系；k=2的一系列谱线其波长处在可见光区，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U1；当用巴耳末系波长最短的光照射时，遏止电压的大小为U2.已知电子电量的大小为e。则该种金属的逸出功等于（　　）
A．e（U1-3U2） B．（U1-3U2） C．e（U1-U2） D．（U1-U2）
6．秒是国际单位制中的时间单位，它等于133Cs原子基态的两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波周期的9192631770倍．据此可知，该两能级之间的能量差为（普朗克常量h=6. 63×10-34J·s) (　　)
A．7. 21×10-24eV B．6. 09×10-24eV
C．3. 81×10-5eV D．4. 50×10-5eV
7．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，用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极K。已知氢原子的部分能级图如图乙所示，阴极K为金属钨，其逸出功为4.54eV。下列说法中正确的是（　　）
A．这些氢原子最多发出6种不同频率的光
B．能使金属钨发生光电效应的光有4种
C．逸出光电子的最大初动能一定为9.06eV
D．若将滑动变阻器的滑片调到最左端，电路中的光电流一定变为0
8．利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（　　）
A．用紫外线照射，电流表不一定有电流通过
B．用红光照射，电流表一定无电流通过
C．用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过
D．用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变
9．以下说法不正确的是（ ）
A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构
B．原子的发射光谱和吸收光谱都是分立的线状谱
C．汤姆孙通过 对不同材料做阴极发出的射线研究，并研究光电效应等现象，说明电子是 原子的组成部分，是比原子更小的基本的物质单元
D．玻尔的原子理论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，该理论 能解释大多数原子光谱的实验规律
二、多选题
10．如图所示是研究光电效应的电路，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子．阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流．如果用单色光a照射阴极K，电流表的指针发生偏转；用单色光b照射光电管阴极K时，电流表的指针不发生偏转．下列说法正确的是 ．
A．a光的波长一定小于b光的波长
B．只增加a光的强度可能使通过电流表的电流增大
C．只增加a光的强度可使逸出的电子最大初动能变大
D．阴极材料的逸出功与入射光的频率有关
E．用单色光a照射阴极K，当电源的正负极对调时，电流表的读数可能减为零
11．下列关于近代物理知识说法，你认为正确的是（ ）
A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构
B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长
D．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，原子总能量增加
12．氢原子的部分能级如图所示，大量处于n=2激发态的氢原子从一束单一频率的光中吸收了能量后，跃迁到某较高激发态，再向低能级跃迁时，可以发出6种不同频率的光子(频率从高到低依次为：γ1、γ2、γ3、γ4、γ5、γ6)，则下列说法正确的是
A．入射光的频率为(γ5＋γ6)
B．发出的6种光子，在真空中衍射本领最大的是γ1
C．γ3光子照射逸出功为3.34ev的锌板产生的光电子的最大初动能为6.86ev
D．发出的6种光子在水中传播时，速度最大的是γ1
13．下列说法中正确的是
A．无论是机械波还是光波，在不同介质中传播时波长保持不变
B．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型，并估算出原子核的大小
C．在LC振荡电路中，电容器刚放电时，电容器极板上的电荷量最多，回路电流最小
D．设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE=(m3–m1–m2)c2
14．如图所示为氢原子能级的示意图，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。关于这些光下列说法正确的是（　　）
A．最容易使金属发生光电效应的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的
B．频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
D．用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34eV的金属铀，能发生光电效应
15．以下说法正确的是_________
A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律
B．据玻尔理论，氢原子辐射出一个光子后，氢原子电势能减小，核外电子运动的加速度增大
C．卢瑟福做了a粒子散射实验并提出了原子核式结构模型
D．把放射性元素同其他稳定元素结合成化合物，放射性元素的半衰期将变短
E．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
三、解答题
16．如图所示，两块相同的金属板正对着水平放置，板间距离为d．当两板间加电压U时，一个质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，以水平速度v0从A点射入电场，经过一段时间后从B点射出电场，A、B间的水平距离为L，不计重力影响．求：
(1)带电粒子从A点运动到B点经历的时间；
(2)带电粒子经过B点时速度的大小；
(3)A、B间的电势差．
17．波长为λ＝0.17μm的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子，光电子在磁感强度为B的匀强磁场中，做最大半径为r的匀速圆周运动时，已知r·B=5.6×10-6T·m，光电子质量m=9.1×10-31Kg，电量e =1.6×10-19C，普朗克恒量h＝6.63×10-34J·s．求
（1）每个光电子的最大初动能（结果保留三位有效数字）；
（2）金属筒的逸出功（结果保留三位有效数字）．
18．卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验，并提出了原子核式结构模型．在卢瑟福核式结构模型的基础上，玻尔引入定态假设和量子化条件提出了氢原子的玻尔模型．
根据玻尔模型，可假设静止的基态氢原子的轨迹半径为r、电子的质量为m、电子的电荷量为e，静电力常量为k，普朗克常数为h；根据玻尔理论可知电子绕原子核仅在库仑力的作用下做匀速圆周运动（提示：氢原子的能量为电子绕核运动的动能和系统电势能之和．理论证明，系统的电势能与电子绕核运动的轨道半径r存在关系：）．求：
（1）氢原子处于基态时，电子绕核运动形成的等效电流I；
（2）已知氢原子处于第一激发态时，电子绕核运动的轨迹半径为4r；求氢原子第一激发态与基态能量差及氢原子从第一激发态跃迁至基态时释放的光子的频率v．
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．大量的氢原子处于的激发态，可能发出光子频率的种数
种
故A错误；
B．氢原子由能级跃迁到能级时，放出能量，故氢原子能量减小，同时电子向原子核靠近，库仑力做正功，故电子动能增加，故B错误；
C．由于能级的氢原子的能量为－0.85eV，要出现电离，则光子的能量至少为0.85eV，因此0.70eV和0.8eV不可能使处于能级的氢原子出现电离现象，故C错误；
D．能级跃迁到能级辐射出的光子能量最大为
所以根据可得光电子获得的最大动能为
故D正确；
故选D。
2．A
【解析】
【详解】
A．光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），可以用波动的规律来描述，所以光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，故A正确；
B．实物粒子具有波动性，只是不明显，故B错误；
C．波长长的光，波动性特征显著，大量光子容易显示波动性，故C错误；
D．物质波是概率波，光波也是概率波，故D错误。
故选A。
3．B
【解析】
【详解】
光电效应中，入射光子能量hν，克服逸出功W0后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压
eU=hν－W0
整理得
斜率即，所以普朗克常量h=ek，截距为b，即
eb=－W0
所以逸出功
W0=－eb
故选B。
4．C
【解析】
【详解】
A. 光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱有关，饱和光电流的大小只与入射光的强度成正比，故A错误；
B、汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，故B错误；
C、大量处于n=3能级的氢原子在自发跃迁时，会发出种不同频率的光，故C正确；
D、.由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，量子数越大，离原子核越远，据可知速度越小，核外电子动能越小，故D错误；
故选C．
5．B
【解析】
【详解】
赖曼线系中波长最长的光是氢原子由n = 2向k = 1跃迁发出的，设波长为，则有
其光子能量为
巴耳末线系中波长最短的光是氢原子由向k =2跃迁发出的，设波长为，则有
其光子能量为
设金属的逸出功为W，两种光子照射金属发出的两种光电子的最大处动能分别为、，由光电效应方程得：
联立解得
故B正确，ACD错误。
故选B。
6．C
【解析】
【详解】
设133Cs原子在两个超精细能级之间跃迁时所辐射的电磁波的周期为T0，由题意知：s，故该电磁波的频率为，则两能级之间的能量差E=hv=6.63×10-34×9192631770 J=6.09×10-24J=3.81×10-5eV.，选项B正确．
7．A
【解析】
【详解】
A．这些氢原子最多发出种不同频率的光，A正确；
B．根据光电效应方程可知能使金属钨发生光电效应的光有3种，对应跃迁的能级为，，，B错误；
C．从跃迁产生的光子能量最大，即
则逸出光电子的最大初动能为
C错误；
D．滑动变阻器调到最左端，光电管两端电压为零，但是光电子发生了光电效应，有速度，能够到达A极板，电流都不可能为0，D错误。
故选A。
8．D
【解析】
【详解】
A．可见光照射阴极，可以发生光电效应，用紫外光照射，因为紫外光的频率大于可见光的频率，所以一定能发生光电效应，所加的电压是正向电压，则一定有电流通过，A错误；
B．红光的频率在可见光中最低，不一定能发生光电效应，不一定有电流通过，B错误；
C．用频率为的可见光照射K，变阻器的滑片移到A端，两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流表中仍由电流通过，C错误；
D．用频率为的可见光照射K，滑动变阻器的滑片向B端滑动时，可能电流已达到饱和光电流，所以电流表示数可能增大，可能不变，D正确。
故选D。
9．D
【解析】
【详解】
A、卢瑟福根据α粒子散射实验的结果，否定了汤姆生的枣糕模型，提出了原子的核式结构模型，故A正确；
B、原子光谱，是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列波长的光所组成的光谱．原子吸收光源中部分波长的光形成吸收光谱，为暗淡条纹；发射光子时则形成发射光谱，为明亮彩色条纹．两种光谱都是线状谱，且吸收光谱条纹可与发射光谱一一对应．每一种原子的光谱都不同，称为特征光谱．故B正确；
C、汤姆孙通过对不同材料的阴极发出的射线的研究，并研究了光电效应等现象，说明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元，并提出了原子的枣糕模型，故C正确；
D、玻尔的原子理论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，该理论只能解释氢原子光谱的实验规律，故D错误；
本题选不正确的，故选D．
10．ABE
【解析】
【详解】
试题分析：由题可知，a光子的能量大于b光子的能量，根据光子能量可知a光子频率高于b光子频率，再根据可知a光的波长小于b光的波长，A正确；增加a光的强度就会使单位时间内到达K板光子数量增多，从而逸出的电子的数量增多，光电流变大，因此B正确；根据光电效应方程：，对于某种金属，逸出功为定值，若只增加a光的强度，不改变入射光的频率，出射电子的最大初动能不变，C错误；阴极材料的逸出功只与材料本身有关与入射光频率特色关，D错误；用单色光a照射阴极K，若电源的正负极对调时，在电场力的作用下，可能会使得一部分出射的电子无法打到A板上，从而电流表示数减小，E正确．
考点：光电效应
11．CD
【解析】
【详解】
汤姆生提出枣糕式原子模型，A错；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应，B错；
12．AC
【解析】
【详解】
A项：可以发出6种不同频率的光子，说明氢原子吸收光子后处在n=4能级，从n=2到n=4吸收光的频率应为，故A正确；
B项：在真空中衍射本领最大即波长最长，对应的频率最小，所以应为，故B错误；
C项：为氢原子从n=2跃迁到n=1放出的光子，放出的光子能量为10.2eV，根据爱因斯坦光电效应方程，即，故C正确；
D项：光的传播速度相同，故D错误．
点晴：根据向低能级跃迁时，可以发出6种不同频率的光子，求出原子吸收光子后跃迁的最高能级，能级差最小的放出的光子能量最小．
13．BC
【解析】
【详解】
无论是机械波还是光波，在不同介质中传播时频率保持不变，波速发生变化，则波长要变化，选项A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出原子的核式结构模型，并估算出原子核的大小，选项B正确；在LC振荡电路中，电容器刚放电时，电容器极板上的电荷量最多，回路电流最小，选项C正确；设质子、中子、α粒子的质量分别为m1、m2、m3，那么质子和中子结合成一个α粒子，所释放的核能为ΔE＝(m1+m2－m3)c2，选项D错误；故选BC.
14．AD
【解析】
【详解】
A. 由于n=4到n=1的能级差最大，辐射的光子的频率最大，则最容易使金属发生光电效应的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的，选项A正确；
B. 由于n=4到n=3的能级差最小，辐射的光子的频率最小，选项B错误；
C. 这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光，选项C错误；
D. 用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光的能量为(-3.4eV)-(-13.6eV)=10.2eV>6.34eV，则照射逸出功为6.34eV的金属铀，能发生光电效应，选项D正确。
故选AD。
15．BCE
【解析】
【详解】
A．原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量数守恒的规律，A错误；
B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，从高能级跃迁低能级，轨道半径减小，原子能量减小，根据知，加速度增大，由于库仑引力做正功，电势能减小，B正确；
C．卢瑟福做了a粒子散射实验并提出了原子核式结构模型，C正确；
D．放射性元素的半衰期与外界因素无关，只和本身的性质有关，D错误；
E．据光电效应方程可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，E正确。
故选BCE。
16．(1)　(2) 　(3)
【解析】
【详解】
（1）带电粒子在水平方向做匀速直线运动，从A点到B点经历时间
．
（2）带电粒子在竖直方向做匀加速直线运动，板间场强大小
，
加速度大小
经过B点时粒子沿竖直方向的速度大小
带电粒子在B点速度的大小
．
（3）粒子从A点运动到B点过程中，据动能定理得
A、B间的电势差
．
17．（1）4．41×10-19J
（2）7．29×10-19J
【解析】
【详解】
（1）电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，有
解得：，电子的最大初动能为：
联立并代入数据可得：EK=4.41×10-19 J
（2）入射光子的能量为：
根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为：W0=hv-Ek=1.17×10-18J-4.41×10-19J=7.29×10-19 J
18．(1)；(2) ，
【解析】
【详解】
（1）电子绕核运动的周期
所以电流
（2）基态氢原子的能量
对处于第一激发态的氢原子
所以
则
故光子的频率
【点睛】
本题是重温玻尔的假说，把经典电磁理论与玻尔的假说结合起来，实际是对经典理论的一个进一步证明，涉及向心力、牛顿第二定律、运动学公式等．
答案第1页，共2页
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