第四章 原子结构和波粒二象性（Word版含答案）

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．可见光的波长的大致范围是400~760nm。表给出了几种金属发生光电效应的极限波长，下列说法正确的是（　　）
A．表中所列金属，钾的逸出功最大
B．只要光照时间足够长或强度足够大，所有波长的可见光都可以使钠发生光电效应
C．用波长760nm的光照射金属钠、钾，则钠逸出的光电子最大初动能较大
D．用波长400nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子最大初动能较大
2．下列说法正确的是（ ）
A．是α衰变
B．α粒子散射实验中，极少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据
C．核反应方程：中的X为质子
D．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，经过3.8天后就一定只剩下2个氡原子核
3．下列说法错误的是（　　）
A．密立根发现了电子
B．卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C．贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象
D．伦琴发现了X射线
4．下列各种物理现象中，与原子核内部变化有关的是（　　）
A．用紫外线照射锌板，锌板向外发射光电子的现象
B．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象
C．用α粒子轰击金箔后，极少数α粒子发生大角度偏转的现象
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时释放核能的现象
5．光电效应实验得出了很多重要的实验结论．下列对光电效应的说法中，正确的是
A．每种金属都存在一个极限频率，极限频率越大的金属材料的逸出功越大
B．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，从而从金属表面逸出
C．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应
D．发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能越大
6．关于原子或原子核的相关知识，下列说法中正确的是
A．α粒子散射现象说明原子核具有一定的结构
B．原子序数较小的元素都不能自发放出射线
C．原子发光现象没有涉及到原子核内部的变化
D．光电效应现象中逸出的电子是原子核内中子转变成质子时产生的
7．物理知识在科技上具有非常广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．根据卢瑟福原子核式结构学说，人类发现了核能
B．根据玻尔的原子模型理论，可以计算核反应中释放出的核能
C．根据爱因斯坦光电效应理论，人类对光能的利用催生了光伏产业的发展
D．根据贝克勒尔和居里夫妇对放射性的研究，人们发现所有的放射线都适用于治疗肿瘤
8．用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则（ ）
A．光电管阴极的逸出功为1.8eV
B．电键K断开后，没有电流流过电流表G
C．光电子的最大初动能为2.5eV
D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小
9．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是（　　）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动（已知）
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率ν的图像中，该直线的斜率为h
D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线：甲光、乙光、丙光，如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为
10．下列说法正确的是（　　）
A．微观粒子的能量变化是连续的
B．电磁波波长越长，其能量子越大
C．红光的能量子比绿光大
D．能量子与电磁波的频率成正比
二、多选题
11．以下说法正确的是
A．当氢原子从n=3的状态跃迁到n=1的状态时，要吸收光子
B．蓝光照射到某金属板表面时能够产生光电效应，则换用强度较低的紫光照射也可发生
C．原子序数大于83的原子核都具有放射性
D．核反应：中X为中子，a=3
12．图示为氢原子的能级图，现有大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，并辐射出光子，下列说法正确的是（　　）
A．该群氢原子向低能级跃迁时，最大可能辐射出6种不同频率的光
B．该群氢原子向低能级跃迁时，辐射出光子能量的最大值为0.85eV
C．该群氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光频率最高
D．若由n=3能级跃迁到n=2能级产生的光能使某种金属逸出光电子，则由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光也一定能使该种金属逸出光电子
E．若由n=4能级跃迁到n=2能级、由n=3能级跃迁到n=2能级和由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光的波长分别为，则
13．通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法正确的是（ ）
A．能量较大的光子其波动性越显著
B．速度相同的质子和电子相比，质子的波动性更为明显
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变长了
14．关于原子学物理知识，下列说法正确的是（　　）
A．升高放射性物质的温度，其半衰期不变
B．发生光电效应现象时，增大照射光的频率，同一金属的逸出功变大
C．经过7次衰变和5次衰变后变成
D．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子
15．如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知（　　）
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
三、解答题
16．已知氢原子基态的电子轨道半径r1＝0.53×10－10 m，基态的能级值为E1＝－13.6 eV.
(1)有一群氢原子处于量子数n＝3的激发态，画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线．
(2)计算这几条光谱线中最长的波长．
17．一光电管的阴极用极限波长λ0=5000×10-8m的钠制成，用波长λ=3000×10-8 m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，光电流的饱和值I=0.56μA．
(1) 求每秒内由K极发射的电子数；
(2) 已知爱因斯坦的光电方程为：EKm=hc()，求电子到达A极时的最大动能；
(3) 如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多大？
(普朗克常量h=6.63×10-34J﹒s，电子电量e=1.60×10-19C，真空中的光速c=3.00×108m/s)
18．［选修模块3-5］已知氢原子的基态能量为E1（E1<0），量子数为n的激发态的能量为．现有一群氢原子处于n=3的能级，在向低能级跃迁过程中，其中从n=2能级向n=1能级跃迁辐射出的光照射某金属的表面恰能发生光电效应，求：
①该金属的极限频率；
②能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能．
19．下表是按照密立根的方法研究光电效应实验时得到的某金属的遏止电压与照射光频率的几组数据，并由此绘制图像如图甲所示（已知）。
（1）求这种金属的截止频率；
（2）求普朗克常量；
（3）如图乙，在给定的坐标系中完成光电子最大初动能与照射光频率之间的关系图像。
0.541 0.637 0.714 0.809 0.878
5.644 5.888 6.098 6.303 6.501
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．由逸出功与极限频率（极限波长）的关系
可得表中所列金属，钾的逸出功最小，A错误；
B．金属发生光电效应与光照时间和光照强度无关，只与极限频率（极限波长）有关。当波长小于542nm的可见光照射时，才可以使钠发生光电效应，B错误；
C．用波长760nm的光照射金属钠、钾，不发生光电效应， C错误；
D．用波长400nm的光照射金属钠、钾，则钾逸出的光电子最大初动能较大，D正确。
故选D。
2．B
【解析】
【详解】
A．是聚变方程，故A错误；
B．卢瑟福提出的核式结构模型的依据就是α粒子散射实验的现象中极少数α粒子发生了较大偏转，故B正确；
C．由核反应方程质量数守恒和电荷数守恒，可得X为中子，故C错误；
D．半衰期是对大量样本的统计规律，对4个氡原子核不适用，故D错误。
故选B。
3．A
【解析】
【分析】
【详解】
A．密立根通过油滴实验测出了电子的电量，汤姆孙发现了电子，故A错误；
B． 卢瑟福根据粒子散色实验提出了原子的核式结构模型，故B正确；
C． 贝可勒尔发现了铀和含铀矿物的天然放射现象，故C正确；
D．伦琴发现了X 射线，故D正确。
本题选错误的，故选 A。
4．D
【解析】
【详解】
A．光电效应是原子核外层电子脱离原子核的束缚而逸出，没有涉及到原子核的变化，故A错误；
B．原子发光是原子跃迁形成的，即电子从高能级向低能级跃迁，释放的能量以光子形式辐射出去，没有涉及到原子核的变化，故B错误；
C．α粒子散射实验表明了原子内部有一个很小的核，并没有涉及到核内部的变化，故C错误；
D．比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时原子核发生变化，即原子核内部变化，故D正确。
故选D。
5．A
【解析】
【详解】
每种金属都存在一个极限频率，极限频率越大的金属材料的逸出功越大，选项A正确；金属内的每个电子只能吸收一个光子，当电子的能量大于金属的逸出功时从金属表面逸出，选项B错误；如果入射光的频率小于金属的极限频率，即使光照射的时间足够长，也不能使金属产生光电效应，选项C错误；发生光电效应时，入射光频率越大，光电子的最大初动能越大，选项D错误；故选A.
6．C
【解析】
【详解】
A. α粒子散射现象说明原子的核式结构模型，不能得出原子核内部具有复杂结构，故A错误；
B. 原子序数大于或等于83的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于83的元素，有的也能自发地放出射线，故B错误；
C. 原子发光现象是原子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子，没有涉及到原子核内部的变化，故C正确；
D. 光电效应现象中逸出的电子是核外电子吸收光子能量后获得足够的能量摆脱原子核的束缚而溢出，故D错误．
故选C.
7．C
【解析】
【详解】
A．对放射现象的研究中，人类发现了核能。故A错误；
B．根据爱因斯坦的质能方程，可以计算出核反应中释放的核能。故B错误；
C．根据爱因斯坦光电效应理论，人类对光能的利用催生了光伏产业的发展。故C正确；
D．伽马射线对人体有很大伤害，可以使细胞坏死，所以不是所有的射线都适合治疗肿瘤。故D错误。
故选C。
8．A
【解析】
【详解】
AC.由于光子的能量为2.5eV，当加反向电压为0.7V时，电流表的读数为0，即遏止电压，反向电压对光子的功等于光子的最大初动能，即
根据光电效应方程，有
在本题中将各参数代入后得
可得逸出功
故A正确，C错误；
B. 电键K断开后，光电效应还在发生，所以电路中还有电流，故B错误；
D. 当入射光的能量小于时不发生光电效应，所以改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G没有电流流过，故D错误。
故选A。
9．D
【解析】
【详解】
A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故A错误；
B．根据光电效应方程
可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；
C．根据光电效应有
根据能量守恒定律得
联立得
即
可知，该直线的斜率为，故C错误；
D．根据
入射光的频率越高，对应的遏止电压越大。由图可知，甲光和乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，丙光的遏止电压最大，所以丙光的频率最大，故D正确。
故选D。
10．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．微观粒子的能量变化是跳跃的，不连续的，故A错误；
BD．根据
可知，能量子与电磁波的频率成正比，与波长成反比，故B错误，D正确；
C．红光的频率比绿光的频率小，所以能量子比绿光的小，故C错误。
故选D。
11．BD
【解析】
【详解】
试题分析：氢原子从n=3的状态跃迁到n=1的状态时，要辐射能量，A错；紫光的频率比蓝光大，因此蓝光照射到某金属板表面时能够产生光电效应，紫光也可以，B对；原子序数大于83的原子核都具有放射性，C对，根据核电荷数和质量数守恒可得D正确，所以本题选择BD．
考点：氢原子光谱 光电效应 核反应方程
12．ACD
【解析】
【详解】
A．根据
知，这些氢原子可能辐射出6种不同频率的光子，故A正确；
BC．氢原子由n=4向n=1能级跃迁时辐射的光子能量最大，频率最大，最大能量值为
13.6eV－0.85eV=12.75eV
故B错误，C正确；
D．若由n=3能级跃迁到n=2能级产生的光能使某种金属逸出光电子，而由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光的能量大于由n=3能级跃迁到n=2能级产生的光的能量，因此一定能使该种金属逸出光电子，故D正确；
E．由n=4能级跃迁到n=2能级，由n=3能级跃迁到n=2能级和由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光的波长分别为λ1、λ2、λ3，则有
可得
故E错误。
故选ACD。
【点睛】
解决本题的关键知道光电效应的条件，以及知道能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差，掌握辐射光子的种类计算方法。
13．CD
【解析】
【分析】
【详解】
A．由
可知，能量较大的光子其频率较高，波长较短，波动性较不显著，A错误；
B．由
可知，速度相同的质子和电子相比，质子的动量较大，波长较短，波动性较不明显，B错误；
C．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，C正确；
D．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，动量减小，由B的解析可知，光子的波长变长，D正确。
故选CD。
14．AD
【解析】
【详解】
A．半衰期仅仅与放射性元素本身有关，与外界的因素无关，温度升高时，其半衰期不变，故A正确；
B．金属的逸出功与照射光的频率无关，与金属的种类有关，故B错误；
C．每次衰变核电荷数减少2，质量数减少4，每次衰变核电荷数增加1，质量数不变；故变成经过7次衰变，经过4次衰变，故C错误；
D．根据波尔的理论，氢原子向低能级跃迁时只辐射符合两能级能量差的光子，故D正确；
故选AD。
15．ABD
【解析】
【详解】
A．根据光电效应方程Ekm=hv-W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于E，故A正确；
B．当最大初动能为零时，入射光的能量等于逸出功，即等于hv0，故B正确；
C．入射光的频率ν0时，等于极限频率，恰能发生光电效应，最大初动能为零．故C错误；
D．根据光电效应方程可知，入射光的频率变为原来的2倍，由于逸出功不变，最大初动能为E，故D正确．
故选ABD．
16．（1） （2）6.58×10－7m
【解析】
【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．如图所示：
（3）从n=3向n=2跃迁，发出的光子频率最小，波长最长，故：
解得：
17．(1) 3.5×1012 (2) 6.01×10-19J (3) 最大动能不变
【解析】
【详解】
试题分析：根据饱和电流的大小，结合求出每秒内由K极发射的光电子数目．根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，结合动能定理求出电子到达A极时的最大动能；入射光的强度影响单位时间内发出光电子的数目，不影响光电子的最大初动能．
（1）每秒钟内由K极发射的光电子数：，代入数据解得：
（2）阴极K金属的逸出功：
根据动能定理：
代入数据解得：
（3）入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，光电管阳极A和阴极K之间的电势差不变，则到达A 极时最大动能不变，仍为6.0×10-19J.
点睛：本题主要考查了光电效应，决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道光的强度影响单位时间内发出光电子的数目．
18．①②
【解析】
【详解】
①因，所以
②氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁辐射出的光子能量最大，此时从金属表面逸出的光电子的最大初动能为Ekm

=
19．（1）；（2）；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
解：（1）由题图甲可知，金属的截止频率。
（2）在图像中取点，设普朗克常量为，由动能定理和光电效应方程可得
则
解得
（3）由于，联立（1）（2）中的数据可画出关系图像如图所示，
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