3.5 微观世界的量子化 同步课时练 高中物理新教科版必修第三册（2022-2023学年）

/index3.5微观世界的量子化一、单选题（本大题共10小题，共40.0分）下列说法正确的是(????)A.光电效应现象表明，光具有波动性

B.粒子散射实验表明，原子中有一个很小的核

C.氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以放出各种不同频率的光子

D.一个质子和一个中子结合成氘核，氘核的质量等于质子与中子的质量和下列说法正确的是A.光电效应说明光子具有粒子性

B.德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越大

C.处于基态的氢原子可以吸收任意波长的光而受激辐射

D.原子核的结合能越大，原子核越稳定关于近代物理的知识，下列说法正确的是(????)A.查德威克发现质子的核反应方程为

B.衰变就是原子核内的一个质子转化为一个中子和电子，电子被释放出来

C.铀核裂变的一种核反应方程为

D.若氢原子从n=6的能级向n=1的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应下列说法中正确的是(????)A.黑体热辐射强度与波长有关，温度升高，各种波长的辐射都有增加，且辐射强度的极大值向波长较长的方向移动．普朗克在对黑体辐射的研究时，提出了光子的假说

B.

光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应则反映了光的波动性

C.

电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性

D.

光波是一种概率波，光的波动性是由于光子之间的相互作用引起的，这是光子自身的固有性质氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54eV的钨时，下列说法中正确的是：(

)A.氢原子能辐射4种不同频率的光子

B.氢原子辐射的光子有四种不能使钨发生光电效应

C.氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大

D.钨能吸收从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应

波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(A.光电效应现象揭示了光的波动性

B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性

C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等下列说法正确的是A.卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，揭示了原子核的组成

B.动能为10?eV的电子与能级值为–13.6?eV的基态氢原子碰撞，碰后氢原子可能处于第一激发态

C.能量为E的光子照射逸出功为W0的金属发生光电效应，逸出质量为m的光电子的最大动量为2m(E-W0)

D.质量为m半衰期为3.8天的氡，经过下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(????)A.有的光是波，有的光是粒子

B.光子与电子是同样的一种粒子

C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D.康普顿效应表明光具有波动性波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(????)A.光电效应现象揭示了光的波动性

B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性

C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D.动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等已知氢原子的基态能量为量En=E1n2，其中n=2，。若氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级放出光子的频率为，能使氢原子从基态电离的光子的最小频率为A.94v B. C.365v二、多选题（本大题共5小题，共20.0分）关于下列四幅图说法正确的是(????)A.甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，射线1为射线

B.乙图为光电效应实验，它说明了光具有粒子性

C.丙图为电子束通过铝箔时的衍射图样，它证实了电子具有波动性

D.丁图为粒子散射实验，发现少数粒子发生了较大偏转，说明了原子的质量绝大部分集中在很小空间范围下列说法正确的是(????)A.光和电子都具有波粒二象性

B.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关

C.比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定

D.大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子如图所示，四幅图涉及不同的物理知识，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之一

B.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

C.图丙：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子

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1927年，戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一、如图甲所示是该实验装置的简化图，如图乙所示为电子束的衍射图样，下列说法正确的是A.亮条纹是电子到达概率大的地方 B.该实验说明物质波理论是正确的

C.该实验再次说明光子具有波动性 D.该实验说明实物粒子具有波动性以下说法中正确的是：A.如甲图是风力发电的国际通用标志

B.如乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时吸收了一定频率的光子

C.如丙图是光电效应实验示意图，则此时验电器的金属杆上带的是正电荷

D.如丁图是电子束穿过铝箔后的衍射图样，该实验现象说明实物粒子也具有波动性三、实验题（本大题共1小题，共9.0分）(1)下列说法正确的是______．

A.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关

B.普朗克提出了物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性．

C.波尔理论的假设之一是原子能量的量子化

D.氢原子辐射出一个光子后能量减小，核外电子的运动加速度减小

(2)如图所示是研究光电效应规律的电路.图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极.现接通电源，用光子能量为10.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数______(选填“增大”、“不变”或“减小”)，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V；则光电管阴极材料的逸出功为______eV，现保持滑片P位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数______.(选填“为零”、或“不为零”)四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）如图所示为氢原子的能级图，现有大量氢原子处于第4能级．求：

(1)这些氢原子跃迁会产生多少种不同频率的光子；(2)这些不同频率的光子照到逸出功为2.25?eV的某种金属上，产生的光电子的最大初动能．

阅读如下资料并回答问题；

自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射。热辐射具有如下特点：辐射的能量中包含各种波长的电磁波；物体温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。

处于一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，则能量保持不变。若不考虑物体表面性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体。单位时间内从黑体表面单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0=σT4，其中常量。

在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体。

有关数据及数学公式：太阳半径Rs=696000km，太阳表面温度T=5770K，地球半径r=6371km。球面积，其中R为球半径。

(l)太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为范围内，求相应的频率范围。

(2)每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？

(3)已知太阳到地球的距离约，忽略太阳辐射能量在传播过程中的损失。地球表面受到来自太阳的辐射能量的总功率约为多少？

已知每秒从太阳射到地球的垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长均为，太阳向各方向的辐射是均匀的，日地间距离为，普朗克恒量，估算出太阳每秒钟辐射出的可见光子数是多少？

答案和解析1.【答案】B

【解析】A、光电效应现象表明，光具有粒子性，不是波动性，故A错误；

B、卢瑟福粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上，故B正确；

C、处于激发态的氢原子，从高能级向低能级跃迁时，能够向外释放特定频率的光子，能级差越大，释放光子的频率越大，故C错误；

D、该聚变反应的过程中向外释放能量，因而有质量亏损，反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和，故D错误；

故选：B。

本题考查光电效应的作用，理解原子的核式结构模型，掌握质量亏损与质能方程的内容，注意跃迁释放或吸引特定的能量。

2.【答案】A

【分析】

本题主要考查了比结合能、光电效应的解释、德布罗意波；只要能理解好相关的基础知识即可解答，对物理观念有较好的考查。

【解答】

A.光电效应说明光子具有粒子性，选项A正确；

B.德布罗意波的波长，所以微观粒子的动量越大，其对应的波长就越小，选项B错误；

C.处于基态的氢原子只能吸收光子能量等于能级差而受激辐射，选项C错误；

D.原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误。

3.【答案】D

【分析】

发现质子的是卢瑟福，原子核内的一个中子转化为一个质子和电子，这个电子以射线的形式释放出来，铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程，根据玻尔理论，判断氢原子从n=6的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光不能使该金属发生光电效应。

【解答】

A.发现质子的是卢瑟福，故A错误；

B.衰变实质是原子核内的一个中子转化为一个质子和电子，这个电子以射线的形式释放出来，故B错误；

C.铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程，故C错误；

D.根据玻尔理论可知，氢原子从n=6的能级向n=1的能级跃迁时辐射出的光的能量大于氢原子从n=6的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n=6的能级向n=1的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6的能级向n=2的能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故D正确。

故选D

4.【答案】C

【分析】

本题考查黑体热辐射理论、光电效应、波粒二象性、物质波等基础知识点，比较简单，关键熟悉教材，牢记这些基础知识点，并强化训练。

根据黑体热辐射的强度与波长的关系可得；光电效应和康普顿效应都反映了光的粒子性；光波是一种概率波，与光子之间的相互作用无关。

【解答】

A、根据黑体辐射的规律可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A错误；

B、光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，故B错误；

C、任何一个运动着的物体，小到电子质子大到行星太阳，都有一种波与之对应这种波称为物质波，故电子和其他微观粒子，都具有波粒二象性，故C正确；

D、波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故D错误。

故选C。

5.【答案】C

【分析】

依据数学组合公式；结合光电效应发生条件：入射光的频率不小于金属的极限频率；辐射能量后，电子向低能级跃迁，动能增大，电势能会减小。

解决本题的关键知道光子能量与能级差的关系，即Em-En=hv，以及知道光电效应产生的条件，并理解数学组合公式的应用。

【解答】

A.大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时，依据数学组合公式，C42=6，故A错误；

B.一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子种类数目为6种，对应的能量为：，，，，，，其中有3种大于4.54eV，则有3种不同频率的光能使金属发生光电效应，故B错误；

C.氢原子辐射一个光子后，则轨道半径减小，由库仑引力提供向心力，ke2r2=mv2r可知，氢原子的核外电子的速率增大，故C正确；

D.用n=4能级跃迁到n=2能级辐射出光的能量为2.55eV6.【答案】B

【分析】

普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念；光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义；光电效应现象揭示了光的粒子性；相邻原子之间的距离大致与中子的德布罗意波长相同故能发生明显的衍射现象；德布罗意波长为，p是动量，h是普朗克常量。

本题主要考查德布罗意波和黑体辐射理论，在考纲中属于基本要求。明确各种物理现象的实质和原理才能顺利解决此类题目，故平时学习时要“知其然，更要知其所以然”。

【解答】

A、光电效应无法用波动性解释，爱因斯坦引入了光量子，成功解释了光电效应，因此光电效应现象揭示了光的粒子性，故A错误；

B、衍射和干涉是波特有的现象，热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，故B正确；

C、黑体辐射的实验规律无法用光的波动性解释，为了解释黑体辐射规律，普朗克建立了量子理论，成功解释了黑体辐射的实验规律，故C错误；

D、根据p=2mEk，因为质子质量大于电子质量，质子动量大于电子的动量，由知质子的德布罗意波长比电子的小，故D错误。

故选：B。7.【答案】C

【分析】

卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出原子核式结构学说；根据氢原子能级跃迁规律分析；根据爱因斯坦光电效应方程及动量与动能的关系分析；根据半衰期的含义求解。

本题考查了原子与原子核的相关内容，要知道原子核式结构模型、能级跃迁的规律、半衰期、爱因斯光电效应方程等，要求学生加强对基础知识的识记与理解。

【解答】

A.卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出原子核式结构学说，故A错误；

B.据E1=-13.6eV及氢原子能级公式En=E1n2可得E2=-3.4eV，氢原子从基态跃迁至第一激发态需要的能量为E2-E1=10.2eV大于10eV，故B错误；

C.据爱因斯坦光电效应方程得Ekm=E-W0，据动量与动能的关系式p=2mEk得pm=8.【答案】C

【分析】

一切光都具有波粒二象性；电子是实物粒子，光子不是实物粒子；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著；康普顿效应表明光具有粒子性。

本题考查光的波粒二象性，要求学生识记光子的波粒二象性以及相关实验，考查内容较为基础。

【解答】

A、一切光都具有波粒二象性，光的有些现象(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些现象(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，故A错误；

B.电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，故B错误；

C.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，故C正确；

D.康普顿效应表明光具有粒子性，故D错误。

故选：C。

9.【答案】B

【分析】光子既有波动性又有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义；光电效应现象揭示了光的粒子性；相邻原子之间的距离大致与中子的德布罗意波长相同故能发生明显的衍射现象；普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念；康普顿效应表明光子有动量，揭示了光的粒子性的一面。本题主要考查德布罗意波和黑体辐射理论，明确各种物理现象的实质和原理才能顺利解决此类题目。【解答】A.光电效应说明光的粒子性，故A错误；B.热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，故B正确；C.黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，故C错误；D.根据的德布罗意波长公式λ=hp，p2故选B。10.【答案】C

【分析】

先由已知求出氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级放出光子的频率与基态能级的关系，要使氢原子电离，入射光子的能量应该满足E?0-E1，据此分析即可。

本题的关键是掌握氢原子能级跃迁时，吸收或辐射的能量与能级间的关系。

【解答】

由已知可得，要使氢原子电离，应该有E?0-E1，也即hνmin=-E1，联立有，故C正确，11.【答案】BCD

【解析】射源射出的三种射线在磁场中运动轨迹不同，根据左手定则判断出射线带正电，射线带负电，射线不带电，那么射线1为射线，故A错误；

B、光电效应实验表明光具有粒子性，故B正确；

C、根据电子束通过铝箔后的衍射图样，因为衍射是波所特有的现象，说明电子具有波动性，故C正确；

D、粒子散射实验发现少数粒子发生了较大偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，故D正确。

故选：BCD。

放射源射出的三种射线在磁场中运动轨迹不同，根据左手定则，判断出粒子的电性；卢瑟福通过分析a粒子散射实验结果，得出原子核式结构模型．根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性；光电效应实验表明光具有粒子性。

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。熟练掌握物理规律的来龙去脉是掌握此类知识的前提。

12.【答案】AC

【分析】

光和电子都具有波粒二象性；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的；原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，根据数学组合公式Cn2求频率。

本考查了半衰期及衰变、比结合能及原子的能级及跃迁，要注意正确理解相关物理规律。

【解答】

A、光子具有波粒二象性，电子同样也具有波粒二象性，则A正确；

B、放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态无关，故B错误；

C、比结合能越大，原子中核子结合的越牢固，原子核越稳定，则C正确；

D、大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生C42=6种不同频率的光子，故D错误。

13.【答案】AB

【分析】每种原子都有自己的特征谱线，故光谱分析可鉴别物质；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；卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型；根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性。

该题考查了物理常识，熟练掌握物理规律的来龙去脉是掌握此类知识的前提。

【解答】A.图甲为黑体辐射的实验规律，为了解释这一实验规律，提出了能量子概念，A正确;

B.图乙为氢原子的能级图，氢原子在不同能级间跃迁时辐射或吸收一定频率的光子，B正确;

C.图丙是粒子散射实验结果，证明了原子的核式结构，C错误;

D.图丁是电子束通过铝箔后的衍射图样，说明了电子的波动性，D错误。

14.【答案】ABD

【分析】电子是实物粒子，而衍射现象是波的特性，电子的衍射实验说明物质具有波动性，亮条纹是粒子到达的概率大，暗条纹是粒子到达的概率小，从而即可求解。

考查衍射现象的作用，理解电子是实物粒子，掌握电子衍射的意义，注意光的波动性与粒子的波动性的区别。【解答】A.由题意可知，亮条纹是电子到达概率大的地方，暗条纹是粒子到达的概率小，故A正确；

BCD.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，不能说明光子的波动性，故BD正确，C错误。

故选ABD。

15.【答案】CD

【分析】

放射源放出一束射线轰击金箔，运用显微镜前荧光屏去观察射线的位置，了解粒子散射实验的实验现象即可正确解答；氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，能级减小，要释放一定频率的光子；当光子的频率大于极限频率时，发生光电效应，金属板将带正电；衍射是波特有的性质。

【解答】

A.图甲是核辐射的标志，故A错误；

B.图乙是氢原子的能级示意图，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时，能级减小，要释放一定频率的光子，故B错误；

C.当光照射锌板时，金属板失去电子，将带正电，所以与之相连的验电器的指针将发生偏转，此时验电器的金属杆带的是正电荷，故C正确；

D.图丁是电子束穿过铝箔后的衍射图样，由于衍射是波特有的性质，所以该实验现象说明实物粒子也具有波动性，故D正确。

故选CD。

16.【答案】AC

减小

4.5

为零

【解析】(1)A、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；

B、德布罗意提出了物质波的概念，认为一切物体都具有波粒二象性．故B错误；

C、波尔理论的假设之一是原子能量的量子化，故C正确；

D、氢原子辐射出一个光子后能量减小，轨道半径减小，核外电子的运动加速度增大，故D错误。

故选：AC．

(2)当滑片滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，说明A和K间的电压为反向电压，

若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，A和K间的反向电压增加，电流计的读数减小。

当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0V，说明反向遏止电压为6V.即最大初动能EK=eUc=6.0eV，

根据光电效应方程EKm=hγ-W0得6.0ev=1