专题26原子结构和波粒二象性-2024高考物理真题分类汇编（全国版 含解析）

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2024高考物理真题分项解析
专题26 原子结构和波粒二象性
2024高考题
1. （2024高考重庆卷）我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n = 3和n = 4能级向n = 2能级跃迁产生的谱线（如图），则（ ）
A. Hα的波长比Hβ的小
B. Hα的频率比Hβ的小
C. Hβ对应的光子能量为3.4eV
D. Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态
【答案】BD
【解析】
氢原子n = 3与n = 2的能级差小于n = 4与n = 2的能级差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，故A错误、B正确；
Hβ对应的光子能量为E = (－0.85)eV－(－3.40)eV = 2.55eV，故C错误；
氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E = (－3.40)eV－(－13.60)eV = 10.2eV
Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。
2. （2024年高考海南卷）利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关，用频率为的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是（　　）
A. 其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B. 改用比更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U
C. 其他条件不变，使开关接，电流表示数仍为零
D. 光电管阴极材料的截止频率
【答案】D
【解析】
当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程
故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；
若改用比更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U，故B错误；
其他条件不变时，使开关S接2，此时
可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；
根据爱因斯坦光电效应方程
其中
联立解得，光电管阴极材料的截止频率为
故D正确。
3. （2024年6月浙江省物理选考）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于n =3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为、、 的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h，光速为c。正确的是（　　）
A. 频率为的光，其动量为
B. 频率为和的两种光分别射入同一光电效应装量，均产生光电子，其最大初动能之差为
C. 频率为和的两种光分别射入双缝间距为d，双缝到屏的距离为L的干涉装置，产生的干涉条纹间距之差为。
D. 若原子n=3 跃迁至 n=4 能级，入射光的频率
【答案】B
【解析】
根据玻尔理论可知
则频率为的光其动量为，选项A错误；
B．频率为和的两种光分别射入同一光电效应装量，均产生光电子，其最大初动能分别为
最大初动能之差为
选项B正确；
C．频率为和的两种光分别射入双缝间距为d，双缝到屏的距离为L的干涉装置，根据条纹间距表达式
产生的干涉条纹间距之差为
选项C错误；
D．若原子n=3 跃迁至 n=4 能级，则
可得入射光的频率
选项D错误；
4 ．（2024高考北京卷）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能．设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期．取真空中光速，普朗克常量，下列说法正确的是（ ）
A．对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显
B．此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多
C．此阿秒光脉冲可以使能量为的基态氢原子电离
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
【参考答案】．C
【考查知识点】衍射、光子能量、电离
【名师解析】此阿秒光脉冲的波长为，由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时，衍射现象越明显知，波长为550nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，A错误；由知，阿秒光脉冲的光子能量大，故总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少，B错误；阿秒光
脉冲的光子能量最小值，故此阿秒光脉冲可以使能量为的基态氢原子电离，C正确；为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，D错误．
5. （2024高考江苏卷）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（　　）
A. λ1 B. λ2 C. λ3 D. λ4
【答案】C
【解析】
根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。故选C。
6. （2024年高考安徽卷）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（ ）
A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种
【参考答案】B
【名师解析】根据题述紫外光的光子能量大于3.11eV，只有从激发态跃迁到基态辐射的光才是紫外光，所以大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有2种，B正确。
7.（2024高考江西卷） 近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得
，C正确。
8. （2024高考江苏卷）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（　　）
A. λ1 B. λ2
C. λ3 D. λ4
【答案】C
【解析】
根据题述，当只有一种光子可使某金属发生光电效应，根据光电效应产生条件可知该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。故选C。
6. （2024高考湖南卷）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是（　　）
A. 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
B. 光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
C. 康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
D. 德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
【答案】B
【解析】
普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；
产生光电效应的条件是照射光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；
石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，导致光子动量变小，根据可知波长变长，故C错误；
德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，都具有波动性,故D错误。
9.（2024高考江西卷） 近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（ ）
A. B.
C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得
故选C。
10. （2024高考辽宁卷）X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（　　）
A. 该金属逸出功增大
B. X光的光子能量不变
C. 逸出的光电子最大初动能增大
D. 单位时间逸出的光电子数增多
【答案】BD
【解析】用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子。若增加此X光的强度，由于金属的逸出功是金属的本身特性，仅与金属自身有关，与照射光的强度无关，该金属逸出功不变，A错误；若增加此X光的强度，由于光子能量只与频率有关，所以X光的光子能量不变，B正确；根据爱因斯坦光电效应方程，
若增加此X光的强度，逸出的光电子最大初动能不变，C错误，若增加此X光的强度，入射到金属表面的光子数增大，单位时间内逸出的光电子增多，D正确。
11. （2024年1月浙江选考·11） 如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。己知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　）
A. M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B. 只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能
C. 电子从M到N过程中y方向位移大小最大为
D. M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
【参考答案】C
【名师解析】．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时
则到达N板时的动能为
与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误；
平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为
，
解得，选项C正确；
M、N间加反向电压电流表示数恰好零时，则
解得，选项D错误。
12. （2024年1月浙江选考·12）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　）
A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽
B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小
C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多
D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小
【参考答案】C
【名师解析】．根据巴耳末公式可知，光的波长较长。波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽，故A错误；
光的波长较长，根据
可知光的频率较小，则光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，光的侧移量小，故B错误；
光的频率较小，光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，光的光子数较多，真空中单位长度上光的平均光子数多，故C正确；若、光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的频率较小，光的光子能量较小，光的光子数较多，则光的饱和光电流大，光的饱和光电流小，故D错误。
13. （2024年1月浙江选考·14） 下列说法正确的是（　　）
A. 相同温度下，黑体吸收能力最强，但辐射能力最弱
B. 具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同
C. 电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量
D. 自然光经玻璃表面反射后，透过偏振片观察，转动偏振片时可观察到明暗变化
【参考答案】CD
【名师解析】
相同温度下，黑体吸收和辐射能力最强，故A错误；
根据德布罗意公式，物质波波长
具有相同动能的中子和电子，电子质量较小，德布罗意波长较长，故B错误；
电磁场是真实存在的物质，电磁波具有动量和能量，故C正确；
自然光在玻璃、水面等表面反射时，反射光可视为偏振光，透过偏振片观察，转动偏振片时能观察到明暗变化，故D正确。
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