人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第4章 章末检测(四)学案

章末检测(四)
(时间：90分钟　满分：100分)
一、选择题(本大题共12个小题，每小题6分，共72分。其中1～8题为单项选择题，9～12题为多项选择题)
1.关于物质波，下列说法正确的是(　　)
A.速度相等的电子和质子，电子的波长长
B.动能相等的电子和质子，电子的波长短
C.动量相等的电子和中子，中子的波长短
D.若甲电子速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍
解析　由λ＝可知，动量大的波长短。电子的质量小于质子的质量，电子与质子的速度相等时，电子动量小，故波长长，A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝可知，电子的动量小，由λ＝，可知电子的波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的3倍，甲的动量也是乙的3倍，则甲的波长应是乙的，D错误。
答案　A
2.下列说法正确的是(　　)
A.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射
B.康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C.任一运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波
D.德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
解析　入射光的频率大于金属的极限频率时，才能产生光电效应，红光的频率小于紫光的频率，故紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时不一定有电子向外发射，故A错误；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故B错误；德布罗意指出任何运动的物体都对应一个物质波，故C正确；微观粒子的德布罗意波长为λ＝，其中p为微观粒子的动量，故动量越大，则对应的波长就越短，故D错误。
答案　C
3.利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流计中有电流通过，则(　　)
A.用紫外光照射K，电流计中不一定有电流通过
B.用红外光照射K，电流计中一定无电流通过
C.用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片移到A端，电流计中一定无电流通过
D.用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片向B端滑动时，电流计示数可能不变
解析　可见光照射阴极，可以发生光电效应，用紫外光照射，因为紫外光的频率大于可见光的频率，所以一定能发生光电效应，A错误；因不知阴极K的极限频率和红外光的频率大小关系，所以用红外光照射时不能确定是否发生光电效应，B错误；用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片移到A端，光电管两端的电压为零，但光电子有初动能，故电流计中仍有电流通过，C错误；用频率为ν的可见光照射K，滑动变阻器的滑片向B端滑动前，可能光电流已达到饱和，所以滑动变阻器的滑片向B端滑动时，电流计示数可能不变，D正确。
答案　D
4.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是(　　)
A.光的折射现象、偏振现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、色散现象
D.光电效应现象、康普顿效应
解析　干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象、康普顿效应是光的粒子性的表现，A、B、C错误，D正确。
答案　D
5.有关氢原子光谱的说法不正确的是(　　)
A.氢原子的发射光谱是连续谱
B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光子
C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D.巴耳末公式反映了氢原子辐射光子频率的分立特性
解析　由于氢原子发射的光子的能量E＝Em－En，所以发射的光子的能量值E是不连续的，只能是一些特定频率的谱线，故A错误，B正确；由于氢原子的轨道是不连续的，故氢原子的能级是不连续的，即是分立的，故C正确；由于氢原子跃迁时吸收或发射的光子的能量是两个能级的能量差，所以氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量差有关，巴耳末公式反映了氢原子辐射光子频率的分立特性，故D正确。
答案　A
6.卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子的核式结构模型，实验装置如图所示，所有带电粒子打到荧光屏上都会产生光斑。为验证α粒子散射实验结论，现在1、2、3、4四处放置带有荧光屏的显微镜。则这四处位置在一段时间内统计的闪烁次数符合实验事实的是(　　)
A.2、10、625、1 205 B.1 202、1 305、723、203
C.1 305、25、7、1 D.1 202、1 010、723、203
解析　根据α粒子散射实验的统计结果可知，大多数粒子能按原来方向前进，少数粒子方向发生了偏移，极少数粒子偏转超过90°，个别粒子被反向弹回。所以在相等时间内，1处闪烁次数最多，2、3、4处越来越少，并且数据相差比较大，故选项C正确，A、B、D错误。
答案　C
7.许多物质在紫外线照射下能发出荧光，紫外线照射时，这些物质的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2，则下列说法正确的是(　　)
A.两次跃迁均向高能级跃迁，且ΔE1>ΔE2
B.两次跃迁均向低能级跃迁，且ΔE1<ΔE2
C.先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且ΔE1>ΔE2
D.先向低能级跃迁，再向高能级跃迁，且ΔE1<ΔE2
解析　第一次跃迁是吸收紫外线光子，第二次跃迁是放出可见光光子，由于hν1>hν2，故ΔE1>ΔE2，选项C正确。
答案　C
8.利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝，其中n＝2，3，4，…。1885年，巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写做＝R∞，n＝3，4，5，…。式中R∞叫做里德伯常量，这个公式称为巴耳末公式。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则里德伯常量R∞可以表示为(　　)
A.－ B.
C.－ D.
解析　根据玻尔理论，原子从能级n跃迁到能级2，有：En－E2＝，将En＝代入可得－＝，变换为＝－，对比巴耳末公式＝R∞，可知里德伯常量R∞可以表示为－，选项C正确。
答案　C
9.已知氢原子的基态能量为E1，n＝2、3能级所对应的能量分别为E2和E3，大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，依据玻尔理论，下列说法正确的是(　　)
A.产生的光子的最大频率为
B.当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，对应的电子的轨道半径变小，能量也变小
C.若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，发出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时发出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2
D.若要使处于能级n＝3的氢原子电离，可以采用两种方法：一是用能量为－E3的电子撞击氢原子，二是用能量为－E3的光子照射氢原子
解析　大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子，产生光子的最大频率为，选项A错误；当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，释放光子，能量减小，电子轨道半径变小，选项B正确；若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时发出的光子恰好能使某金属发生光电效应，由光电效应方程可知，该金属的逸出功恰好等于E2－E1，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时发出的光子照射该金属时，逸出光电子的最大初动能为(E3－E1)－(E2－E1)＝E3－E2，选项C正确；电子是有质量的，撞击氢原子是发生碰撞，由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把一E3的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收，使氢原子电离，选项D错误。
答案　BC
10.如图所示的氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62～3.11 eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，则(　　)
A.一定有4.73 eV>E>1.62 eV
B.E的值可能使处于基态的氢原子电离
C.E一定大于2.86 eV
D.E的值可能使基态氢原子产生可见光
解析　红外线光子能量小于可见光光子能量，由实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，说明处于n＝2能级的氢原子受激发后至少跃迁到n＝5能级，所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝2.86 eV，所以选项A、C错误；因为E可以为大于或等于2.86 eV的任意值 ，则选项B、D正确。
答案　BD
11.下列有关黑体辐射和光电效应的说法正确的是(　　)
A.在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射强度都增加，辐射强度极大值向频率较低的方向移动
B.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说
C.用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，现把这束绿光遮住一半，仍然可产生光电效应
D.在光电效应中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大
解析　在黑体辐射中，随着温度的升高，各种频率的辐射强度都增加，辐射强度极大值向频率较高的方向移动，故A项错误；普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，故B项正确；用一束绿光照射某金属，能产生光电效应，把这束绿光遮住一半，光的频率不变，仍然大于极限频率，仍可产生光电效应，故C项正确；在光电效应中，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，与光照无关，故D项错误。
答案　BC
12.图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压与光电流的关系图像，下列说法正确的是(　　)
A.由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
B.由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定
C.只要增大光电管两端电压，光电流就会一直增大
D.不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应
解析　由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压只与入射光的频率有关，故B正确；增大光电管两端电压，当电压增大到一定值，光电流达到饱和，不能再增大，故C错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，故D错误。
答案　AB
二、非选择题(本题共3小题，共28分)
13.(9分)人眼对绿光最为敏感，如果每秒有N个波长为λ的绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉，现有一个光源以功率P均匀地向各个方向发射波长为λ的绿光，设瞳孔在暗处的直径为D，且不计空气对光的吸收，那么眼睛最远在多大距离能够看到这个光源？(普朗克常量用h表示，真空中光速用c表示)
解析　设瞳孔与光源相距为r，在t＝1 s内，瞳孔处单位面积上的能量为E0＝，瞳孔在1 s内接收到的能量为E＝E0·π，若此时刚好可以看到，则有E＝Nh，由以上式子联立可得，r＝。
答案　
14.(9分)如图所示为氢原子能级示意图，现有动能为E0(eV)的某个粒子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动，并发生碰撞。已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等。碰撞后氢原子受激跃迁到n＝5的能级。(粒子的质量m与氢原子的质量mH之比为k)
(1)求碰前氢原子的动能；
(2)若有一群氢原子处在n＝5的能级，会辐射出几种频率的光？
(3)在(2)条件下辐射出的光子中，频率最高的光子的能量有多大？
解析　(1)设v和vH分别表示粒子和氢原子碰撞前的速率，碰撞的过程中动量守恒，可得
mv－mHvH＝0
又E0＝mv2
EH＝mHv
k＝
联立解得EH＝kE0
(2)辐射出光子的频率种类数为N＝C＝10
(3)频率最高的光子的能量
ΔE＝E5－E1＝－0.54 eV－(－13.6) eV＝13.06 eV
答案　(1)kE0　(2)10　(3)13.06 eV
15.(10分)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Uc与照射光频率ν的几组数据，并由此绘制Uc－ν图像如图甲所示(已知e＝1.6×10－19 C)。求：
Uc/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878
ν/(1014 Hz) 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501
(1)这种金属的截止频率；
(2)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Ek与照射光频率ν之间的关系图像。
解析　(1)由题图甲可知，金属的截止频率νc＝4.25×1014 Hz。
(2)在图像中取(5.50×1014 Hz，0.50 V)点，设普朗克常量为h，由动能定理和光电效应方程可得－eUc＝0－Ek，Ek＝hν－hνc，则Uc＝ν－νc，
解得h＝6.4×10－34 J·s。
(3)由于Ek＝hν－hνc，联立(1)(2)中的数据可画出
Ek－ν关系图像如图所示。
答案　(1)4.25×1014 Hz　(2)6.4×10－34 J·s　(3)如图所示