第四章 原子结构和波粒二象性-章节练习（Word版含答案）

第四章、原子结构和波粒二象性
一、选择题（共16题）
1．当用具有1.87 eV能量的光子照射n=3激发态的氢原子时，氢原子( )
A．不会吸收这个光子
B．吸收该光子后被电离，电离后的动能为0.36 eV
C．吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零
D．吸收该光子后不会被电离
2．某金属的逸出功为 3.0 eV，当具有 5.0 eV 能量的光子照射到该金属表面后，金属表面逸出的电子最大初动能为（　　）
A．2.0 eV B．3.0 eV C．5.0 eV D．8.0 eV
3．如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转，则以下说法正确的是（ ）
A．将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大
B．如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数
C．将光照强度增大时，电流表的示数减小
D．将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零
4．氢原子的能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884 nm，下列判断正确的是( )
A．一群氢原子从n＝4能级向n＝1能级跃迁时，最多产生4种谱线
B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884 nm
D．用氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应
5．下列各组物理现象能够说明光具有波粒二象性的是（　　）
A．光的干涉和光的衍射 B．光的全反射和光的色散
C．光的折射和光电效应 D．泊松亮斑和康普顿效应
6．我国初，高中学生及大学生近视眼率超过70%，现在医学上治疗近视眼时，用激光“焊接”视网膜，所用激光的波长，已知普朗克常量，光在真空中的传播速度，则该激光中每个光子的能量为（　　）
A． B． C． D．
7．关于光的波粒二象性下列说法中正确的是
A．光子说完全否定了波动说
B．光的波粒二象性是指光与经典的波与粒子很相似
C．光的波动说和光子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有不能解释的实验现象
D．光的波粒二象性是指光要么具有波动性要么具有粒子性，而不是同时具有波动性和粒子性
8．如图为玻尔解释氢原子光谱画出的氢原子能级图，一群处于n=4激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的是（　　）
A．这群氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子
B．核外电子的轨道半径减小、动能增大
C．由n=4能级跃迁到n=1能级时发出光子的波长最长
D．已知金属钾的逸出功为2.25eV，从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子可使金属钾发生光电效应
9．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用三束单色光照射，调节间的电压，得到光电流与电压的关系如图乙所示，由图可知（　　）
A．单色光和的频率相同，且光更弱些，光频率最大
B．单色光和的频率相同，且光更强些，光频率最大
C．单色光和的频率相同，且光更弱些，光频率最小
D．单色光和的频率不同，且光更强些，光频率最小
10．下列有关波粒二象性的说法中正确的是（　　）
A．爱因斯坦在研究黑体辐射时，提出了能量子的概念
B．德布罗意最先提出了物质波，认为实物粒子也具有波动性
C．康普顿效应表明光具有波动性，即光子不仅具有能量还具有动量
D．如果能发生光电效应，只增大入射光强度，选出的光电子最大初动能增加
11．某实验小组要测量金属铝的逸出功，经讨论设计出如图所示实验装置，实验方法是：把铝板平放在桌面上，刻度尺紧挨着铝板垂直桌面放置，灵敏度足够高的荧光板与铝板平行，并使整个装置处于垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中；让波长为λ的单色光持续照射铝板表面，将荧光板向下移动，发现荧光板与铝板距离为d时，荧光板上刚好出现辉光。已知普朗克常量为h，光在真空中传播速度为c，电子电量为e，质量为m。下列说法正确的是（　　）
A．金属铝的逸出功为
B．从铝板逸出的光电子最大初动能为
C．将荧光板继续向下移动，移动过程中荧光板上的辉光强度可能保持不变
D．将荧光板继续向下移动到某一位置，并增大入射光波长，板上的辉光强度一定增强
12．如图，为研究光电效应的装置，金属板K所用材料为铝，已知铝的逸出功4.2eV，以下分析正确的是
A．只要照射时间长一些，入射光光子能量小于4.2eV时，也能发生光电效应
B．若入射光光子能量大于逸出功，即使光的强度很弱，也能发生光电效应
C．发生光电效应时，遏止电压与入射光的频率成正比
D．研究饱和光电流和遏止电压时，电源的极性相同
13．2017年5月9日，第六届亚欧光电展在新疆国际会展中心举行．关于光电效应现象．以下说法正确的是( )
A．某金属产生光电效应，当照射光的颜色不变而增大光强时，光电子的最大初动能不变
B．紫外线照射某金属表面时发生了光电效应，则红外线也一定可以使该金属发生光电效应
C．在光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率无关
D．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
14．如图所示，a、b两束单色光射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后从玻璃砖的同一点射出，则（　　）
A．玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
B．a光光子的动量大于b光光子的动量
C．在玻璃中，a光的速度大于b光的速度
D．a、b光通过同一个双缝干涉装置，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
15．下列关于光谱和光谱分析的说法中正确的是（　　）
A．光谱包括发射光谱、连续谱、线状谱、原子光谱、吸收光谱五种光谱
B．往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱
C．利用太阳光谱可以分析太阳的化学组成
D．各种原子的发射光谱都是线状谱
16．如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中正确的是（　　）
A．a光的光子能量大于b光子能量
B．a光在三棱镜中传播的速度较大
C．让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
D．若a光能使某金属发生光电效应，则b光也一定可以使该金属发生光电效应
二、填空题
17．宏观物体的物质波波长非常小，极不易观察到它的________.
18．根据卢瑟福的原子___________________可知，____________是非常小的，其半径只有原子半径的十万分之一。
19．氢原子的能级图如图所示，若大量处于n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级发出的光照射某金属后，逸出光电子的最大初动能是0．05MeV，则该金属的逸出功为_____________；若大量处于n=3能级的氢原子跃迁到n=1能级发出的光照射该金属，逸出光电子的最大初动能是___________．
20．原来不带电的锌板与验电器相连，用紫外线照射锌板，验电器指针张开一个角度，如图所示。这时锌板带________，验电器指针带________（两空都填正电或负电）
综合题
21．几种金属的溢出功W0见下表：
用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4.0×10-7~7.6×10-7m，普朗克常数h=6.63×10-34J·s．
22．已知氢原子的基态能量为 13.6eV,核外电子的第一轨道半径为0.53×10 10m,电子质量me=9.1×10 31kg,电荷量为1.6×10 19C，求电子跃迁到第三轨道时，氢原子的能量、电子的动能和电子的电势能各多大
23．氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为 E1＝-54.4 eV，氦离子能级的示意图如图所示。普朗克常量 h=6.6×10-34J·s
(1)要使氦离子能从第二能级向第四能级跃迁，需要用频率多大的电磁波照射？
(2)已知钠的逸出功为 2.3eV，今用一群处于第三能级的氦离子发射的光照射钠，则光电子的最大初动能的最大值是多少 eV？
(3)若某次射出的具有动能为 1.2eV的光电子正对一个原来静止的电子运动，求此运动过程中两电子电势能增加的最大值（电子所受重力忽略不计）。
24．研究光电效应的规律实验的原理图如图（a）所示，按图（a）所示的电路将图（b）中实物连线．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
n=3能级的原子能量为-1.51eV，当用具有1.87eV能量的光子照射n=3激发态的氢原子时，由于光子能量大于1.51eV，所以氢原子被电离，电离后的电子动能
Ek=-1.51eV+1.87eV=0.36eV
故选B。
2．A
【详解】
根据爱因斯坦光电效应方程可知
可得
故选A。
3．D
【详解】
A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误；
B．如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表增大，故B错误；
C．只增加光照强度，从而增加了光子的个数，则产生的光电子数目增多，光电流增大，使通过电流表的电流增大，故C错误；
D．电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑片向右移动一些，若此时的电压仍小于反向截止电压，则电流表仍可能有示数，故D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A.一群处于n＝4能级上的氢原子向n＝1能级跃迁时最多产生＝6种谱线，故A错误；
B.从高能级向低能级跃迁时，氢原子一定向外放出能量，但原子核不向外放出能量，故B错误；
C.氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射的光子能量小于从n＝3能级跃迁到n＝2能
级辐射的光子能量，根据可知从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子波长小于1884 nm，故C错误；
D.氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子的能量值：
E12＝E2－E1＝－3.40 eV－(－13.60 eV)＝10.20 eV，
故用该光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应，故D正确。
故选：D
5．D
【详解】
A．干涉和衍射是波的特有现象，光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，故A错误；
B．光的全反射和光的色散都体现光的粒子性，故B错误；
C．光的折射和光电效应都体现光的粒子性，故C错误；
D．泊松亮斑是光的衍射现象即体现波动性，康普顿效应体现光的粒子性，故D正确。
故选D。
6．A
【详解】
根据公式
解得
故选A。
7．C
【详解】
光子说的确立，没有完全否定了波动说，使人们对光的本性认识更完善，光既有波动性，又有粒子性，光具有波粒二象性，故AD错误；光的波粒二象性，与宏观概念中的波相同又与微观概念中的粒子完全不相同，故B错误；波动说和粒子说都有其正确性，但又都是不完善的，都有其不能解释的实验现象，故C正确；故选C．
8．B
【详解】
A．根据可知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子，故A错误；
B．当原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，电势能减小，故B正确；
C．由n=4跃迁到n=1时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，波长最小，故C错误；
D．从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为
则不能使金属钾发生光电效应，故D错误。
故选B。
9．B
【详解】
a、c两光照射后遏止电压相同，根据
可知产生的光电子最大初动能相等，可知a、c两光的频率相等，光子能量相等，由于a光的饱和电流较大，则a光的强度较大，单色光b照射后遏止电压较大，根据
可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大，根据光电效应方程
得，b光的频率大于a光的频率，故ACD错误，B正确；
故选B。
10．B
【详解】
A．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A错误；
B．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性；故B正确；
C．康普顿效应说明光具有粒子性，说明光具有能量，还具有动量，故C错误；
D．根据光电效应方程
知，光电子的最大初动能和入射光强度无关，故D错误。
故选B。
11．A
【详解】
AB．从铝板中逸出的光电子具有最大初动能的电子在磁场中做圆周运动的直径为d，则由
解得最大初动能
金属铝的逸出功为
选项A正确，B错误；
C．将荧光板继续向下移动，则达到荧光板的光电子会增加，则移动过程中荧光板上的辉光强度要增加，选项C错误；
D．增大入射光波长，则光电子最大初动能减小，则光子在磁场中运动的最大半径减小，则达到板上的电子数减小，则板上的辉光强度不一定增强，选项D错误。
故选A。
12．B
【详解】
AB．能否发生光电效应不取决于光的强度，而取决于光的频率，若入射光光子能量大于逸出功则能发生光电效应，若小于则不能。发生光电效应后，光强的大小影响光电流的大小，选项A错误，选项B正确；
C．由光电效应方程的遏止电压与入射光的频率为一次函数关系，不是成正比，选项C错误；
D．研究饱和光电流时A板为收集电子的板，光电管中的电场方向为板，研究遏制电压时电场阻碍电子运动，光电管中的电场方向为板即研究饱和光电流和遏止电压时，电源的极性相反，选项D错误。
故选B。
13．A
【详解】
根据光电效应方程Ekm=hv-W0，当照射光的颜色不变而增大光强时，光电子的最大初动能不变．故A正确．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，紫外线的频率大于红外线的频率，所以紫外线照射某金属表面时发生了光电效应，则红外线不一定可以使该金属发生光电效应．故B错误．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．故C错误．根据光电效应的本质可知，光电效应是原子的核外电子吸收光子，成为自由电子的现象．故D错误．故选A．
14．ABD
【详解】
A． a光的入射角大于b 光的入射角，两束光折射角相等。根据折射定律可知，玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率。故A正确；
B．由于折射率越大，光的频率越大，所以a光的频率大于b光的频率。根据可知，a光光子的动量大于b光光子的动量。故B正确；
C．根据可知，在玻璃中，a光的速度小于b光的速度。故C错误；
D．因为a光的频率大于b光的频率，所以a光的波长小于b光的波长。根据可知，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距。故D正确。
故选ABD。
15．BD
【详解】
AD．光谱包括发射光谱和吸收光谱两种，其中发射光谱分为连续谱和线状谱，线状谱和吸收光谱都能体现不同原子的特征，称为原子光谱，各种原子的发射光谱都是线状谱，A错误，D正确；
B．往酒精灯的火焰上撒精盐，可以用分光镜观察到钠的线状谱，B正确；
C．太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线，是太阳光经过太阳大气层时某些特定频率的光被吸收后而产生的，说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素，但是不能分析太阳的化学组成，C错误。
故选BD。
16．AC
【详解】
A．有图可知，a光的偏转角大，b光的偏转角小，所以a光的折射率大，b光的折射率小，所以a光的频率大，根据
a光的光子能量大于b光子能量，A正确；
B．由光在介质中传播速度的公式
所以a光的折射率大，b光的折射率小，a光在三棱镜中传播的速度较小，B错误；
C．a光的折射率大，b光的折射率小，a光的频率大，所以a光的波长较b光短，根据
a光的条纹间距小于b光的条纹间距，C正确；
D．a光的折射率大，b光的折射率小，a光的频率大，a光能使某金属发生光电效应，a光频率大于金属的极限频率，但是b光频率不一定大于金属的极限频率，b光不一定使该金属发生光电效应，D错误。
故选AC。
17．波动性
【详解】
宏观物体的动量很大，根据可知，宏观物体的物质波波长非常小，而波长越小，越不容易观察到它的波动性．
18． 核式结构模型 原子核
【详解】
根据卢瑟福的原子核式结构模型可知，原子核是非常小的，其半径只有原子半径的十万分之一。
19． 2.50 9.95
【详解】
试题分析：根据题意可得，解得，若大量处于n=3能级的氢原子跃迁到n=1能级发出的光照射该金属，，解得
20． 正电 正电
【详解】
用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板通过导线连接，所以也带正电。
21．纳、钾、铷
【详解】
光子的能量E=
取λ=4.0×10–7m，则
根据E>W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．
22．氢原子的能量为 1.51eV，电子的动能为1.51eV，电子的电势能为 3.02eV.
【详解】
电子跃迁到第三轨道时,氢原子的能量为：，
第三轨道的半径为：，
根据得电子的动能为：
则电子的电势能为：
23．（1）；（2）46.1eV；（3）0.6eV
【详解】
（1）由n=2到n=4
hv=E4-E2=10.2eV
则
（2）根据光电效应方程
Ek=hv-W0
最大光子能量
hvm=E3-E1=48.4eV
解得最大初动能Ekm=46.1eV
（3）速度相等时，两电子距离最近，电势能最大，根据动量守恒有
mv=2mv′
根据能量守恒有
解得EP=0.6eV
24．见解析
【解析】
试题分析: 实物图连线．
答案第1页，共2页