山东省济南中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-5：波与粒子 单元测试题（含解析）

波与粒子
1．下列是四个著名近代物理实验，以下说法不正确的是
A．汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子
B．爱因斯坦用光子学说成功地解释了光电效应实验规律
C．卢瑟福猜想中子的存在，查德威克在实验的基础上进一步证实中子的存在
D．卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了氢原子能级结构模型
2．如图，在研究光电效应的实验中，保持P的位置不变，用单色光a照射阴极K，电流计G的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光b照射K，电流计的指针发生偏转，那么(　　)
A．增加a的强度一定能使电流计的指针发生偏转
B．用b照射时通过电流计的电流由d到c
C．只增加b的强度一定能使通过电流计的电流增大
D．a的波长一定小于b的波长
3．如图所示是研究光电效应现象装置，当用光子能量为2.82eV的光照射到光电管中的金属涂层时，电流表G的读数为0.2mA。移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于1V时，电流表读数为零。下列说法中不正确的是(　　)
A．光电子的最大初动能为1eV
B．光电管阴极的逸出功为1.82eV
C．开关K断开后，有电流流过电流表G
D．改用光子能量为0.85 eV的光照射，电流表G也有电流，但电流较小
4．在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即中微子+→+，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是（ ）
A．0和0 B．0和1 C．1和 0 D．1和1
5．频率为ν的光子，具有的能量为hν，动量为，将这个光子打在处于静止状态的电子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称为光子的散射，下列关于光子散射的说法正确的是(　　)
A．光子改变原来的运动方向，但传播速度大小不变
B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大
C．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长
D．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率大于入射光子的频率
6．下列说法中正确的是：（ ）
A．汤姆孙发现电子并提出原子的核式结构
B．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线.
C．光电效应实验中，光照时间越长光电流越大.
D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变.
7．下列说法正确的是：（ ）
A．用频率一定的光照射某金属发生光电效应时，入射光强度越大，逸出的光电子的最大初动能越大。
B．按照波尔理论，氢原子的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，原子的总能量减小。
C．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定
D．汤姆孙首先发现了电子，从而说明原子核内有复杂的结构。
8．关于近代物理的基本知识，下列说法错误的是(　　)
A．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
B．发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
C．氢原子由高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量
D．衰变成 要经过6次β衰变和8次α衰变
9．下列说法正确的是（　　）
A．汤姆孙发现了电子，并在此基础上提出了原子的核式结构模型
B．根据玻尔的原子模型，单个氢原子从量子数n=4的激发态跃迁到基态时最多可辐射6种不同频率的光子
C．光照射某种金属时，只要光的强度足够大，照射时间足够长，总能够发生光电效应
D． 是裂变反应，且x=3
10．关于原子和原子核结构以及波粒二象性，下列说法正确的是
A．根据玻尔理论可知，一群氢原子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射6种频率的光子
B．α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流
C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应
D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小
11．光电效应实验装置如图所示。用频率为ν的光源照射阴极K产生了光电效应，已知逸出功为W，普朗克常量为h，电子电量为e。调节变阻器滑动片，使光电流逐渐减小；当电流表示数恰好减小到零时，电压表的示数U可能是下列的
A．U= B．U= C．U= 2hν- W D．U=
12．12．关于科学家和他们的贡献,下列说法正确的是(　　)
A．德布罗意提出:实物粒子也具有波动性,而且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间,遵从关系ν=和λ=
B．卢瑟福认为,原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子镶嵌其中
C．按照爱因斯坦的理论,在光电效应中,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek
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,成功地解释了所有原子光谱的实验规律
13．下列说法中，正确的是
A．一个原子核在一次衰变过程中可同时放出α、β、γ三种射线
B．结合能是核子结合成原子核而释放的能量
C．铀的裂变反应方程中，X=3
D．若质子、电子具有相同的动能，则它们的物质波波长相等
14．14．下列说法正确的是（ ）
A．粒子散射实验揭示了原子的核式结构
B．元素的放射性与外界物理、化学变化和所处的环境有关
C．光电效应揭示了光具有波动性
D．原子核比结合能越大，则原子核越稳定
15．铝的逸出功是4.2 eV，现在将波长200 nm的光照射铝的表面．求：
(1)光电子的最大初动能；
(2)遏止电压；
(3)铝的极限频率．
16．已知小灯泡的功率，设小灯泡发光时向四周均匀辐射平均波长的光，求在距离灯泡处，每秒钟落在垂直于光线方向上面积为处的光子数是多少？（已知，计算结果保留两位有效数字）
17．氢原子的能级图如图所示．一群处于量子数n＝4的能态的氢原子，若向低能态跃迁，则：
(1)氢原子至多可发射几种频率的光子？
(2)氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？
(3)用(2)中的光子照射下表中几种金属．发生光电效应时，逸出的光电子的初动能最大值为多少电子伏？
18．已知金属铯的逸出功为1.9 eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大初动能为1.0 eV，求入射光的波长应为多少？(提示1eV= 1.6×10－19J. )
参考答案
1．D
【解析】J．J．汤姆孙发现不同物质发出的阴极射线的粒子比荷相同，这种粒子即电子，故A正确；爱因斯坦为了解释光电效应的实验规律提出了光子说，故B正确；卢瑟福猜想中子的存在，查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，故C正确；卢瑟福在α粒子散射实验中发现极少数粒子发生极大角度的偏转，从而提出了原子核式结构学说，故D错误．
2．C
【解析】
【详解】
A．用单色光a照射阴极K，电流计g的指针不发生偏转,说明a的频率低于阴极k的截止频率，增加a的强度也无法使电流计的指针发生偏转，A错误；
B．电子运动方向从d到c，电流方向从c到d，B错误；
C．只增加b的强度可以使光电流强度增大，使通过电流计的电流增大，C正确；
D．b能使阴极k发生光电效应，b的频率高于a的频率，b的波长一定小于a的波长，D错误；
3．D
【解析】该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于1V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为1eV，根据光电效应方程EKm=hγ-W0，W0=1.82eV．故AB正确．电键S断开后，用光子能量为2.82eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表．故C正确．改用能量为0.85eV的光子照射，0.85eV小于1.82eV，则不能发生光电效应，电流表无电流，故D错误；此题选择错误的选项，故选D．
点睛：解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及光电效应方程EKm=hγ-W0．知道光电子的遏制电压由最大初动能决定．
4．A
【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒，知中微子的质量数和电荷数为0和0．故A正确，BCD错误．故选A．
5．A
【解析】光子与电子碰撞后，光子方向改变，但是速度大小不变，故A正确；光子与电子碰撞将部分能量转移给电子，能量E减小，根据E=hv，则频率减小，故B错误；由于受到电子碰撞，能量减小，则频率减小，根据，知，散射后光子的波长大于入射光子的波长，散射后光子频率小于入射光子的频率，故CD错误。所以A正确，BCD错误。
6．B
【解析】A、汤姆孙发现了电子，卢瑟福提出了原子的核式结构，A错误；
B、放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线，B正确；
C、光电效应实验中，光电流的大小与光的强度成正比，与光照时间无关，C正确；
D、太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，D错误。
故选B。
7．C
【解析】用频率一定的光照射某金属发生光电效应时，入射光强度越大，单位时间逸出的光电子的数目越多，选项A错误； 按照波尔理论，氢原子的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，原子的总能量增加，选项B错误； 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，选项C正确； 汤姆孙首先发现了电子，从而说明原子内有复杂的结构，选项D错误；故选C.
8．C
【解析】玻尔将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，选项A正确；发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项B正确；能级跃迁是核外电子在不同能级间的跃迁，是氢原子向外辐射能量，不是氢原子核辐射能量，选项C错误；根据质量数和电荷数守恒知，铀核衰变为铅核要经过8次α衰变和6次β衰变，选项D正确；此题选择错误的选项，故选C.
9．D
【解析】汤姆孙发现了电子，并在此基础上提出了原子的枣糕式结构模型，选项A错误； 根据玻尔的原子模型，单个氢原子从量子数n=4的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子，选项B错误； 光照射某种金属时，只要光的频率足够大，就能够发生光电效应，与光的强度和照射的时间无关，选项C错误；根据质量数和电荷数守恒可知，D中所示的反应中x=3，选项D正确；故选D.
10．A
【解析】根据可知一群氢原子从n=4能级向低能级跃迁最多可辐射种频率的光子，A正确； 射线和射线分别是带正电的氦核流和带负电的电子流，而射线不带电，B错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，C错误；根据光电效应发生的条件可知，一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，与光的强度无关，D错误．
11．A
【解析】根据光电效应方程可知光电子的最大初动能为：Ek=hv-W0
根据动能定理可得电压表示数至少为：eUc=Ek=hv-W0??
解得： ，故A正确，BCD错误；故选A。
12．AC
【解析】德布罗意提出:实物粒子也具有波动性,而且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间,遵从关系ν=和λ=，选项A正确；汤姆孙认为,原子是一个球体,正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内,电子像糟糕一样镶嵌其中，选项B错误； 按照爱因斯坦的理论,在光电效应中,金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek，选项C正确； 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,成功地解释了氢原子光谱的实验规律，但不能解释其它原子光谱的实验规律，选项D错误；故选AC.
13．BC
【解析】一个原子核在一次衰变中（即只是α衰变或β衰变）不可能同时放出α、β、γ三种射线，A错误；结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量．自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，B正确；根据质量数和电荷数守恒可知X=3，C正确；根据德布罗意波长公式，质子、电子具有相同动能，由于质量不等，则物质波波长不等，故D错误．
14．AD
【解析】粒子散射实验揭示了原子的核式结构，选项A正确； 元素的放射性与外界物理、化学变化和所处的环境无关，选项B错误；光电效应揭示了光具有粒子性，选项C错误；原子核比结合能越大，则原子核越稳定，选项D正确；故选AD.
15．(1)2.02 eV　(2)2.02 V　(3)1.01×1015Hz
【解析】
【分析】
【详解】
(1)由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可得：
Ek＝h－W0＝3.23×10－19J＝2.02 eV．
(2)由eUc＝Ek，可得遏止电压．
(3)由W0＝hν0得极限频率：．
16．个
【解析】
每个光子
每秒发射光子数个

解得：个
17．(1) 6种 (2) 2.55 eV (3) 铯0.65 eV
【解析】
试题分析：根据数学组合公式求出氢原子可能发射的光子频率种数．能级间跃迁辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差．根据光电效应的条件判断能否发生光电效应，通过光电效应方程求出光电子的最大初动能．
（1）因为，知氢原子可能发射6种频率的光子．
（2）氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量等于两能级间的能级差，即E=E4－E2=－0.85+3.40eV=2.55eV．
（3）E只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属才能发生光电效应．
根据光电效应方程得，
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，以及掌握光电效应的条件和光电效应方程．
18．
【解析】
【分析】
【详解】
由公式知入射光的频率
波长
．
点睛：求解本题的根据是知道光电效应方程，还有就是要把电子伏特化为焦耳，计算要细心．