第四章原子结构和波粒二象性 检测题-2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册（含解析）

原子结构和波粒二象性检测题注意事项：1．答卷前，考生务必将自己的姓名、考生号等填写在答题卡和试卷指定位置。2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。第I卷（选择题）一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求1．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法中正确的是（）A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用B．α粒子的动能不断减小C．α粒子和金原子的电势能不断增加D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果2．四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是（）A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符3．复色光经玻璃三棱镜折射后的光路如图所示。下列说法中正确的是（）A．入射光束绕入射点顺时针旋转时，a光将先发生全反射B．同种介质中，b光的传播速度大于a光C．用同一双缝干涉装置进行实验，a光的相邻条纹间距比b光的大D．b光光子能量小于a光光子能量4．如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109Hz，时间单位“秒”是根据该辐射光子的频率定义的。可见光波长范围为400nm～700nm。则（）A．秒是国际单位制中的导出单位B．该跃迁辐射出的是γ射线C．铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于9.2×109HzD．用频率为9.2×109Hz的光照射锌板，能发生光电效应5．卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动的点电荷。如图所示，某次实验中，高速运动的粒子被位于O点的金原子核散射，实线表示粒子运动的轨迹，M和N为轨迹上的两点，N点比M点离核远，则（）A．粒子在M点的加速度比在N点的小B．粒子在M点的速度比在N点的小C．粒子在M点的电势能比在N点的小D．粒子从M点运动到N点，电场力对它做的总功为负功6．关于下列几幅图说法正确的是（）A．甲图为光电效应实验电路图，当电键断开时，电流表示数一定为零B．乙图为光电效应光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系，用不同金属做实验图像斜率不同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，说明了原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，此方法不能估算核半径7．如图所示为氢原子能级示意图。已知可见光的光子能量范围为1.64eV~3.11eV，现有大量处于能级的氢原子，下列说法正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射2种频率的光子B．从能级跃迁到能级需要吸收能量C．从能级跃迁到能级辐射的光为可见光D．电离能级的氢原子至少需要吸收13.6eV的能量8．科学探究小组使用如图甲所示的电路图研究光电效应，图乙为光电管发生光电效应时遏止电压与入射光频率的关系图像，已知光电子的电荷为。下列说法正确的是（）A．单刀双掷开关空掷时，即使能发生光电效应，电流传感器的示数仍然为零B．为得到图乙的图像，单刀双掷开关应掷于1处C．光电管中金属材料的逸出功为D．普朗克常量二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则（）A．6种光子中波长最长的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的B．6种光子中有3种属于巴耳末系C．使n＝4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量D．在6种光子中，从n＝4能级跃迁到n＝1能级释放的光子康普顿效应最明显10．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（）A．光电管阴极K金属材料的逸出功为7.0eVB．这些氢原子跃迁时共发出3种频率的光C．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源左侧为正极D．氢原子跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象11．如图所示，两个电源的电动势均为E，内阻不计。K是光电管的阴极，A是光电管的阳极，它们都是半径为r圆形金属板。两圆心间距离为l，两圆心连线与两板垂直，当两板间存在电压时，板间的电场可视为匀强电场（不计边缘效应）。R为滑动变阻器，长度。电压表V（0刻度在表盘中间）和灵敏电流计G均为理想表。频率为的细激光束照射到K的中心O上，使阴极发射光电子。合上开关S，当滑动变阻器的滑动触头P从c向左滑动到达b处时，灵敏电流计G读数刚好为0；当滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大而灵敏电流计G的读数保持不变。不计光电子之间的相互作用和重力。普朗克常量为h、电子带电量为-e（e为元电荷），电子质量为m，下列说法正确的是（）A．光电子的最大初动能为B．阴极K的金属材料的逸出功为C．阳极A的半径不小于D．换用光强更大的同种激光照射阴极K，滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大、灵敏电流计G的读数也增大12．在光电效应实验中，小明同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（）A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止电压大于丙光的截止电压D．甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能第II卷（非选择题）三、实验题13．（6分）光电效应实验的装置如图所示，现用发出紫外线的弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度。（1）锌板带的是______电荷，请解释锌板带电的原因；______（2）将带负电的金属小球与锌板接触，验电器指针偏角会发生什么变化？______（3）使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯或强度更大的红外线灯照射锌板，观察到的实验现象是怎样的？______14．（8分）如图甲所示是研究光电效应的实验装置，当频率为的紫外线照射到K上，电流表中有电流流过，试回答下列问题：（1）如果将滑动变阻器的滑动端从左向右移动，通过电流表的电流将会________（选填“增大”、“减小”、“不变”）（2）美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。如图乙所示是根据某次实验作出的Uc-图象，电子的电荷量，根据图象可知，这种金属的截止频率=___________，普朗克常量h=_________。四、解答题15．（8分）处于邀发态的氢原子可以向低能级跃迁，发出光子；处于基态的氢原子可以吸收光子的能量，发生能级跃迁。已知基态的氢原子能量为，普朗克常量为h，光在真空中速度为c，电子的质量为m，氢原子的能级公式。（1）一群处于能级的氢原子发出的光子，能使逸出功为的某金属发生光电效应，求光电子的最大初动能；（2）用波长为的光子照射基态氢原子，可以使其电离，求电子电离后的德布罗意波的波长。16．（8分）当波长的紫外线照射到金属上时，逸出的光电子最大初动能。已知普朗克常量，光在真空中的传播速度。求：（1）紫外线的频率；（2）金属的逸出功。17．（14分）已知氢原子的能级公式为，其中基态能级，、2、3、…，现有一群氢原子处于的激发态，它们自发地向低能级跃迁。已知普朗克常量，真空中的光速。（1）这群氢原子可辐射出几种不同频率的光子？（2）求辐射的光子波长的最大值（结果保留两位有效数字）。18．（16分）如图甲所示是研究光电效应现象的实验电路，在某次光电效应实验中，得到的遏止电压与入射光频率的关系如图乙所示（图中所给坐标值均为已知量），已知电子的电荷量为e，求：（1）普朗克常量和该金属的逸出功；（2）若某次实验，电流表的示数不为零，电压表示数为，入射光的频率为，求光电子到达A板处的最大动能。参考答案：1．A【解析】【详解】AD．α粒子产生大角度散射的运动中，是因为受到金原子核的库仑斥力作用，电子对α粒子的作用力可以忽略不计，A正确，D错误；BC．在散射中电场力对α粒子先做负功后做正功，则动能先减小后增大，α粒子和金原子的电势能先增加后减小，BC错误。故选A。2．D【解析】【详解】B．由图可知，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误；C．随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增大，C错误；A．在同一温度下，随着波长变短，电磁波辐射强度先增大后减小，A错误；D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符，D正确。故选D。3．C【解析】【详解】A．由题图可知，三棱镜对b光的折射率较大，所以a光的频率小于b光，则说明a光的折射率小于b光，根据全反射定律有可知a光的全反射临界角大于b，则b光将先发生全反射，A错误；B．由知，a光的频率小于b光，所以a光在同种介质总传播速度大于b光，B错误；C．由知，由于a光的频率小于b光，a光的波长大于b光的波长，由可得用同一双缝干涉装置进行实验，a光干涉条纹的间距大于b光干涉条纹的间距，C正确；D．由光子能量公式知，a光的频率小于b光，所以b光光子能量大于a光光子能量，D错误。故选C。4．C【解析】【详解】A．秒是国际单位制中的基本单位不是导出单位，A错误；B．γ射线是波长短于0.01埃的电磁波，频率超过300EHz（3×1020Hz），从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109Hz，故跃迁辐射出的不是γ射线，B错误；C．铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于从能级2跃迁到能级1发出光子的频率即大于9.2×109Hz，C正确；D．已知可见光的紫光可以照射锌板使其发生光电效应，而红光不能发生光电效应。紫光的频率约为红光的频率约为频率为9.2×109Hz远小于可见光的频率，故用频率为9.2×109Hz的光照射锌板，不能发生光电效应，D错误。故选C。5．B【解析】【详解】A．M点离原子核更近，根据可知，在M点受库伦斥力更大，加速度更大，故A错误；BC．离原子核越近，电势越大，根据可知，粒子在M点的电势能比在N点的大，只有电场力做功，各点的动能与电势能的和保持不变。则M点的动能比在N点的小，即M点的速度比在N点的小，故B正确C错误；D．粒子从M点运动到N点，速度增大，根据动能定理可知，电场力对它做的总功为正功，故D错误。故选B。6．C【解析】【详解】A．光电管两端为正向电压，光电子逸出后直接做加速运动，故当入射光的频率较大，即使电键断开所加电压为零时，依然有光电子飞出到达A板形成光电流，电流表的示数不为零，故A错误；B．根据爱因斯坦的光电效应方程可知则图像的斜率为普朗克常量，故用不同金属做实验图像斜率都相同，故B错误；C．丙图为电子束通过铝箔时的衍射图样，电子的衍射现象证实了电子具有波动性，故C正确；D．丁图为粒子散射实验，说明了原子的质量绝大部分集中在很小空间范围，此方法可以用离金原子核最近的粒子的轨迹估算核半径，故D错误；故选C。7．C【解析】【详解】A．大量处于能级的氢原子跃迁过程中最多可辐射种频率的光子，故A错误；B．从较高的能级跃迁到较低的能级，需要释放能量，故B错误；C．从能级跃迁到能级辐射的光子能量为属于可见光的光子能量范围，故从能级跃迁到能级辐射的光为可见光，故C正确；D．电离能级的氢原子至少需要吸收的能量，故D错误。故选C。8．C【解析】【详解】A.单刀双掷开关空掷时，光电管两端无电压，则若能发生光电效应，光电子也能从K极到达A极形成光电流，即电流传感器的示数不为零，选项A错误；B.若单刀双掷开关掷于1，则光电管两端的电压为正向电压，不会得到图乙的图像，选项B错误；CD.根据可得由图像可知即光电管中金属材料的逸出功为普朗克常量选项C正确，D错误。故选C。9．CD【解析】【详解】A．6种光子中从n=4激发态跃迁到n=3能级上时产生的光子的能量值最小，结合可知，从n=4激发态跃迁到n=3能级上时产生的光子波长最长，A错误；B．6种光子中有2种属于巴耳末系，分别是n=4→n=2和n=3→n=2这两种光子，B错误；C．n=4能级的氢原子具有的能量为-0.85eV，故要使其发生电离能量变为0，至少需要0.85eV的能量，C正确；D．6种光子中从n=4激发态跃迁到n=1能级上时产生的光子的能量值最大，波长最短，根据可知光子的动量最大，根据康普顿效应的特点可知，在6种光子中，从n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子康普顿效应最明显，D正确。故选CD。10．BC【解析】【详解】A．由图甲可知处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出频率最大的光子的能量E＝－1.51eV－（－13.6eV）＝12.09eV由图丙可知遏止电压为7V，所以光电子的最大初动能Ekm＝eU＝7eV所以金属材料的逸出功W＝E－Ek＝5.09eV故A错误；B．由排列组合的规律可知，处于n＝3激发态的氢原子跃迁时能够发出3种频率的光，故B正确；C．光电子由阴极K向对面的极板运动，形成的电流在图乙中从右向左流动，要阻止该电流，需要施加反向电压，即电源左侧应该为正极，故C正确；D．只要光子的能量大于5.09eV，就可以使阴极K发生光电效应，由图甲可知满足要求的有2种频率的光子，分别对应3→1，2→1的跃迁，故D错误。故选BC。11．BC【解析】【详解】AB．假设两电源左侧电势为2E，两点源中间电势为E，右侧电势为0，则b点电势为，所以当滑动变阻器滑片P在b点时，，滑动变阻器滑片P在b处时，灵敏电流计G读数刚好为0，则光电子的最大初动能为，阴极K的金属材料的逸出功为，故A错误，B正确；C．滑动触头P到达b处，所有方向射出的电子都能到达A板，则当电子出射方向平行于K板时，运动到A板的过程为类平抛运动，有解得此时，所以故C正确；D．换用光强更大的同种激光照射阴极K，滑动变阻器的滑动触头P从c向右滑动到d后，再向f滑动的过程中，电压表V读数增大，阴极发射出的电子在电场力的作用下都到达A极，电流达到饱和电流，灵敏电流计G的读数不变，故D错误。故选BC。12．BD【解析】【详解】A．分析I-U图像可知，图像与横轴的交点为截止电压，根据光电效应方程和动能定理可得因此入射光的频率越高，对应的截止电压越大，对应的光电子最大初动能就越大，由图可知甲、乙光的截止电压相同，故甲、乙光频率相同，故A错误；B．丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，根据波长与频率的关系可知，丙光的波长小于乙光的波长，故B正确；C．由图可知丙光的截止电压大于乙光的截止电压，故C错误；D．根据光电效应方程可知，入射光频率大的，逸出的光电子的最大初动能就大，丙光的频率大于甲光，因此丙光对应的光电子最大初动能大于甲光的光电子最大初动能，故D正确。故选BD。13．

正

用紫外线照射锌板，锌板发生光电效应，有光电子射出，锌板失去电子带正电

验电器指针偏角将减小

见解析【解析】【详解】（1）[1][2]用紫外线照射锌板，锌板发生光电效应，有光电子射出，锌板失去电子带正电