上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5:原子世界探秘 单元测评题(含解析)

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名称 上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-5:原子世界探秘 单元测评题(含解析)
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资源类型 教案
版本资源 沪科版
科目 物理
更新时间 2020-07-29 23:03:40

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文档简介

原子世界探秘
1.一束复色光从玻璃界面MN射向空气时分成a、b、c三束光,如图所示,那么可以判定
A.在玻璃中a光束的速度最大
B.在玻璃中c光束的速度最大
C.若b光束照射光电管恰能发生光电效应,那么光束a 照射这个光电管也一定能发生光电效应
D.c光束的光子能量最小
2.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.67×10-27kg,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为
A.10-17J B.10-18J? C.10-21J D.10-24J?
3.关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是
A.在实验中观察到的现象是绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来方向前进,少数发生了较大偏转,极少数偏转超过90°,有的甚至被弹回接近180°;
B.使α粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子,当α粒子接近核时是核的推斥力使α粒子发生明显偏转,当α粒子接近电子时,是电子的吸引力使之发生明显偏转;
C.实验表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分;
D.实验表明原子中心的核带有原子的全部正电及几乎全部质量.
4.下列说法正确的是 (______)
A.太阳辐射的能量来自太阳内部的热核反应
B.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短
C.氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能减小电势能增加
D.将放射性元素掺杂到其它稳定元素中,并降低其温度,它的半衰期不发生改变
5.如图所示,一细束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光,取其中的a、b、c三种色光,并分别让这三种色光通过同一双缝干涉实验装置在光屏上产生干涉条纹,比较这三种色光的光子能量以及产生的干涉条纹间距大小,下面说法正确的是
A.a的光子能量最大
B.a的光子能量最小
C.a形成的干涉条纹间距最大
D.a形成的干涉条纹间距最小
6.A和B两种单色光均垂直照射到同一条直光纤的端面上,A光穿过光纤的时间比B光穿过光纤的时间长。现用A和B两种光照射同种金属,都能发生光电效应,则下列说法正确的是
A.光纤对B光的折射率大
B.A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大
C.A光在单位时间内打出的电子数一定比B的光的多
D.B光的波动性一定比A光显著
7.卢瑟福的原子核式结构学说初步建立了原子结构的正确图景,能解决的问题有(  )
A.解释α粒子散射现象
B.用α粒子散射数据估算原子核的大小
C.结合经典电磁理论解释原子的稳定性
D.结合经典电磁理论解释氢光谱
8.电子衍射实验证明电子具有波动性,这种波可称为
A.电磁波 B.几率波 C.德布罗意波 D.物质波
9.金属钠的逸出功为2.48eV,则下列各色光中,能使钠发生光电效应的有:
A.波长为6.5×10-7m的红光
B.频率为 5.5×1014Hz的红光
C.波长为 4.8×10-7m的蓝光
D.频率为 7.5×1014Hz的紫光。
10.a光经过某干涉仪形成的光的干涉图样如图甲所示,若只将a光换成b光照射同一干涉仪,形成的光的干涉图样如图乙所示.则下述正确的是(  )
A.a光光子的能量较大
B.在水中a光传播的速度较大
C.若用a光照射某金属时不能发生光电效应,则用b光照射该金属时也不能发生光电效应
D.若a光是氢原子从n=3的能级向n=2的能级跃迁时产生的,则b光可能是氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时产生的
11.已知基态氢原子能量E1=-13.6eV,欲使处于基态的氢原子激发,下列 措施可行的是
A.用12eV的光子照射
B.用12.09eV的光子照射
C.用15eV的光子照射
D.用12eV的电子碰撞
12.下列四幅图涉及到不同的物理知识,其中说法正确的是
A.图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人
B.图乙:波尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子辐射光子的频率是不连续的
C.图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型
D.图丁:根据电子束通过铝箔后的衍射图样,可以说明电子具有粒子性
13.一直以来人们都认为________是构成物质的最小粒子,直到1897年物理学家________发现了带________电的________,从此打破了原子不可再分的神话.
14.可见光中某绿光的光子能量是2.5eV,若用它照射逸出功是2.2eV的某种金属,产生光电子的最大初动能为________eV.如图所示为氢原子能级的示意图,若用该绿光照射处于n=2能级的氢原子,________(选填“能”或“不能”)使氢原子跃迁.
15.原子半径大小的数量级为________m. .原子核半径大小的数量级为________m.
16.根据波尔理论,氢原子处于激发态的能量与轨道量子数n的关系为(E1表示处于基态原子的能量,具体值未知).一群处于n=4能级的该原子,向低能级跃迁时发出几种光,其中只有两种频率的光能使某种金属发生光电效应,这两种光的频率中较低的为.已知普朗克常量为h,真空中的光速为c,电子质量为m,不考虑相对论效应.求:
(1)频率为的光子的动量大小;
(2)该原子处于基态的原子能量E1(用已知物理量符号表示);
(3)若频率为的光子与静止电子发生正碰,碰后电子获得的速度为v,碰后光子速度方向没有改变,求碰后光子的动量.
17.1951年,物理学家发现了“电子偶数”,所谓“电子偶数”,就是由一个负电子和一个正电子绕它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统.已知正、负电子的质量均为me,普朗克常数为h,静电力常量为k.
(1)若正、负电子是由一个光子和核场相互作用产生的,且相互作用过程中核场不提供能量,则此光子的频率必须大于某个临界值,此临界值为多大?
(2)假设“电子偶数”中正、负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径r、运动速度v及电子的质量满足量子化理论:2mevnrn=,n=1,2…,“电子偶数”的能量为正负电子运动的动能和系统的电势能之和,已知两正负电子相距为L时的电势能为.试求n=1时“电子偶数”的能量.
(3)“电子偶数”由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大?
参考答案
1.A
【解析】
【详解】
由图看出三束光的入射角i相同,a光的折射角r最小,根据折射定律得知,a光的折射率最小,由分析得知,在玻璃中a光的速度最大,A正确B错误;折射率越大,光的频率越大,故a光的频率小于b光的频率,c光的频率最大,若b光照射光电管恰能发生光电效应,a光照射这个光电管不一定能发生光电效应,C错误;光子的能量,光子的能量与光子的频率成正比,所以a光束的光子能量最小,c光束的光子能量最大,D错误.
【点睛】
本题关键要掌握光的频率、波长、波速等与折射率的关系.光子的能量、光电效应产生的条件都光的频率有关:折射率越大,光的频率越大,波长越小,能量越大.
2.C
【解析】
【详解】
由德布罗意波公式得,而,则,所以,因此热中子的动能的数量级10-21J,C正确.
3.ACD
【解析】
考点:粒子散射实验.
专题:原子的核式结构及其组成.
分析:明确α粒子散射实验现象以及造成这种现象的原因,正确利用机械能守恒条件判断机械能是否守恒.
解答:解:α粒子散射实验的内容是:绝大多数α粒子几乎不发生偏转;少数α粒子发生了较大的角度偏转;极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来),故A正确;
造成α粒子散射角度大的原因是受到的原子核的斥力比较大,故B错误;
绝大多数α粒子几乎不发生偏转;少数α粒子发生了较大的角度偏转;表明原子中心有一个极小的核,它占有原子体积的极小部分,故C正确D错误
故选AC.
点评:对于α粒子散射实验要明确其实验现象和结论,了解该实验的历史背景和历史作用.
4.AD
【解析】
试题分析:卢瑟福的a粒子散射实验表明原子具有核式结构,太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应,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,半衰期由原子核本身决定.
太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应,又称热核反应,故A正确;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,故B错误;核外电子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,同时电子的动能增加,电势能减小,故C错误;将放射性元素掺杂到其它稳定元素中,它的半衰期不发生改变,故D正确.
5.BC
【解析】
【分析】
根据光的偏折程度比较出三种色光的折射率大小,从而得出频率、波长大小,根据双缝干涉条纹的间距公式比较条纹间距的大小.
【详解】
c光的偏折程度最大,则c光的折射率最大,则频率最大,根据,知c光的光子能量最大,a光的光子能量最小,A错误B正确;a光的频率最小,则a光的波长最长,根据知,a光形成的干涉条纹间距最大,C正确D错误.
【点睛】
解决本题的突破口在于通过光的偏折程度比较出光的折射率大小,知道折射率、频率、波长等大小的关系:折射率越大,光的频率越大,波长越小.
6.BD
【解析】
【分析】
根据,及可知,AB光穿过光纤的时间的不同,可确定AB光的折射率的大小,以及波长长短,再根据光电效应,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,即可求解.
【详解】
A光穿过光纤的时间比B光穿过的时间长,则A光穿过光纤的速度比B光的速度小,根据可知A光的折射率大于B光折射率,A错误;A的折射率大于B光,因此A光的频率大于B光,当发生光电效应时,由于光电子的最大初动能由频率决定,因此A光打出的光电子的最大初动能一定比B光的大,B正确;在光电效应中,单位时间内打出电子数目与光子数目的多少有关,而光越强,则光子数目越多,由于不知两种光的强度,因此在单位时间内打出的电子数无法比较,C错误;根据可知,当速度一定时,波长与频率成反比,由于A光的频率大于B光,所以A光的波长小于B光,则B光的波动性一定比A光显著,D正确.
7.AB
【解析】
【分析】
【详解】
A. 按照卢瑟福的原子核式结构学说,原子核很小,绝大多数α粒子穿过金箔后几乎沿原方向前进,少数发生较大偏转,故A正确;
B. 影响α粒子运动的主要是带正电的原子核.而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远,受到的库仑斥力很小,运动方向几乎没有改变,只有极少数α粒子可能与核十分接近,受到较大的库仑斥力,才会发生大角度的偏转,根据α粒子散射实验,可以估算出原子核的直径约为10?15米?10?14米,故B正确;
C. 卢瑟福的模型在经典电磁理论下完全是不稳定的,电子绕核运转会辐射电磁波损失能量,故C错误;
D. 经典理论中能量是连续变化的,如此说来原子光谱就应该是连续谱,但是事实上原子光谱是线状谱,故D错误;
故选AB
8.BCD
【解析】
【详解】
电子是实物粒子,能发生衍射现象,该实验说明物质波理论是正确的,这种波称为物质波,或德布罗意波、概率波(几率波),BCD正确.
9.CD
【解析】
【详解】
根据题意可知,根据可知钠发生光电效应的极限频率为,波长为6.5×10-7m的红光的频率为,波长为4.8×10-7m的蓝光的频率为,只有频率大于极限频率的光才能使得钠发生光电效应,CD正确.
10.BD
【解析】
【分析】
【详解】
A.由△x=得,a光的间距大于b光,所以a光的波长大于b光的波长,根据c=λf知,a光的频率小于b光的频率.根据E=hγ,知b光的光子能量大.故A错误;
B.a光的频率小,在水中折射率小,根据v=c/n得,则a光在水中的传播速度大.故B正确;
C.由于a光的频率小,能量小,a光照射某金属时不能发生光电效应,则用b光照射该金属时有可能发生光电效应,故C错误;
D.由于a光的频率小,能量小,b光能量大,故D正确.
故选BD.
11.BCD
【解析】
因为-13.6+12eV=-1.6eV,不能被吸收.故A错误.用12.09eV的光子照射,即-13.6+12.09eV=-1.51eV,跃迁到第三能级.故B正确.用15eV的光子照射,即-13.6+15eV>0,氢原子被电离.故C正确.用12eV的动能的电子碰撞,可能吸收10.2eV能量,故D正确;故选BCD.
点睛:解决本题的关键知道吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差或者被电离,才能被吸收.而电子的能量必须大于能级差.
12.ABC
【解析】
【详解】
图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人,故A正确;图乙:玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的,故B正确;图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,故C正确;图丁:戴维孙和G?P?汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了上图的衍射图样,从而证实电子具有波动性,故D错误。
故选ABC.
【点睛】
弄清楚每个图象的作用及代表的物理知识,熟练掌握物理规律的来龙去脉是掌握此类知识的前提.这一类的知识点要靠平时的积累.
13.原子; 汤姆孙; 负; 电子
【解析】
【详解】
一直以来人们都认为原子是构成物质的最小粒子,直到1897年物理学家汤姆孙发现了带负电的电子,从此打破了原子不可再分的神话.
14.0.3 不能
【解析】
用能量为2.5eV的光子照到逸出功是2.2eV的某种金属,根据光电效应方程,产生光电子的最大初动能为;
绿光的光子能量2.5eV不等于处于n=2能级的氢原子与任一能级间的能量差,故不能使氢原子跃迁.
15.10-10 10-15
【解析】
【详解】
原子半径大小的数量级10-10m,原子核半径大小的数量级为10-15m.
16.(1)(2)(3).
【解析】
【详解】
(1)由,,可得:
(2)从n=4能级向低能级跃迁时发出6种频率的光,其中最大的两种频率分别是从n=4能级跃迁到n=1能级、从n=3能级跃迁到n=1能级,较低的为从n=3能级跃迁到n=1能级过程发出的光.,
解得:,
(3)由动量守恒:,
解得:
17.(1) (2) (3)
【解析】
【详解】
(1)设光子频率的临界值为ν0,则由能量定恒可得hv0=2mec2,可得:
(2)由于正、负电子质量相等,故两电子的轨道半径相等,设为rn,则正、负电子间距为2rn,速度均为vn,则由牛顿第二定律可得
依题意,有
而电子偶数能量 
联立得:,n=1,2
当n=1时,
(3)由上式可得电子偶数处于第一激发态时的能量为,即与相同.设电子偶数从第一激发态跃迁到基态时发出光子的波长为λ,则
由以上各式可解得