第四章 原子结构与波粒二象性 同步检测-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)

高二物理试题测试范围：原子结构与波粒二象性一、单项选择题（本大题共8小题，每小题4分，共32分）1．中国健康发展研究中心发布的《国民视觉健康报告》白皮书显示，我国学生的近视率在逐年增加。沉迷电子产品已成为影响青少年视力的“杀手”。现代医学采用激光“焊接”视网膜技术来治疗近视，所用激光的波长。已知普朗克常量，光在真空中传播速度c=3×108m/s，则该激光中每个光子能量的数量级为（）A．10-20 B．10-19 C．10-18 D．10-172．粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础，关于粒子散射实验，下列说法正确的是（

）A．汤姆孙的粒子散射实验，证明了原子核是可以再分的B．该实验的数据否定了卢瑟福的“西瓜模型”，并估算了原子的大小C．该实验表明原子中心有一个极大的核，它占有原子体积的极大部分D．该实验表明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围内3．如图所示，直线为光电子的遏止电压与入射光频率的关系，已知直线的纵、横截距分别为-a、b，电子电荷量为e，下列表达式正确的是（）A．普朗克常量 B．金属的逸出功C．若入射光频率为3b，则光电子最大初动能一定为a D．金属的截止频率vc=b4．用图甲所示的装置研究光电效应，闭合S，用频率为υ的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率υ的关系图像，图线与横轴的交点坐标为（a，0），与纵轴的交点坐标为（0，－b）。下列说法正确的是（）A．该光电管阴极的截止频率为aB．断开开关S后，电流表G的示数为零C．普朗克常量为h＝D．仅增大入射光的光强，则遏止电压也随之增大5．卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收α粒子，使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（）A．α粒子碰撞到了电子会反向弹回B．极少数α粒子发生了大角度偏转C．该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础D．该实验说明原子具有核式结构，负电荷集中在原子中心6．某同学在研究光电效应时测得不同光照射到同一光电管时得到的光电流与电压的关系图象如图所示．则下列有关说法中正确的是A．光线1、3为同一色光，光线3的光强更强B．光线1、2为同一色光，光线1的光强更强C．光线1、2为不同色光，光线2的频率较大D．保持光线1的强度不变，光电流强度将随加速电压的增大一直增大7．如图甲是研究光电效应规律的实验装置图，用绿光照射阴极K，实验测得电流I与电势差满足图乙所示规律，电子的电荷量约为，关于该实验说法正确的是（）A．如果用红光照射该光电管，一定会发生光电效应B．每秒钟阴极逸出的光电子数约为个C．光电子的最大初动能为0.64eVD．如果增大绿光的光照强度，饱和电流不会改变8．子与氢原子核（质子）构成的原子称为氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。氢原子的能级示意图如图所示，假定频率为的一束光照射大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出6种不同频率的光，下列说法正确的是（）A．氢原子吸收光子后处于能级B．氢原子从能级跃迁到能级时释放的光的频率大于C．普朗克常量D．一个被激发的氢原子最多能发出3种不同频率的光二、多选题（本大题共4小题，每小题4分，共16分）9．某物理科研小组在实验中发现，频率为的激光光子与静止的电子碰撞后光子频率变为，碰撞后的光子照射极限频率为的光电管阴极K，电子垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场中，情景如图。已知光子与电子碰撞过程中没有能量损失，电子质量为m，碰撞后电子获得的动量为p，普朗克常量为h，光速为c，则（）A．碰撞后光子的波长为B．电子增加的动能为C．电子将做半径为的匀速圆周运动D．光电管阴极处可能会发生光电效应10．热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象，辐射强度是指垂直于电磁波传播方向上的单位面积上单位时间内所接收到的辐射能量．在研究某一黑体热辐射时，得到了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图．图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴表示某种波长电磁波的辐射强度，则由辐射强度图线可知，同一黑体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的11．下列说法正确的是（）A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度B．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的波长关系为C．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则甲光的强度大于乙光的强度D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子碰撞，碰后散射光的波长不变12．一群处于能级的氢原子，向低能级跃迁发出多种光，分别用这些光照射图甲电路的阴极K，能得到3条电流随电压变化的图线，如图乙所示。已知氢原子能级如图丙所示，部分金属的截止频率和逸出功如下表所示，则下列说法正确的是（）几种金属的逸出功和极限频率金属钨钙钠钾铷10.957.735.535.445.154.543.202.292.252.13A．图乙中，a光是氢原子从能级向能级跃迁产生的B．阴极材料可能为金属钙C．真空中a光的波长小于b光的波长D．真空中a光光子的动量小于b光光子的动量三、实验题（本大题共2小题，每小空2分，共12分）13．美国物理学家密立根利用如图所示的实验装置，最先测出了电子的电荷量，被称为密立根油滴实验．如图，两块水平放置的金属板A、B分别与电源的正负极相连接，板间产生匀强电场，方向竖直向下，板间油滴P由于带负电悬浮在两板间保持静止．（1）若要测出该油滴的电荷量，需要测出的物理量有__________．A．油滴质量m

B．两板间的电压UC．两板间的距离d

D．两板的长度L（2）用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量q=________（已知重力加速度为g）（3）在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷．关于元电荷下列说法正确的是A．油滴的电荷量可能是C

B．油滴的电荷量可能是CC．元电荷就是电子

D．任何带电体所带电荷量可取任意值14．一涵同学用金属铷作为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量。（1）一涵同学给光电管加上正向电压，在光照条件不变时（入射光的频率大于金属铷的截止频率），一涵同学将滑片P从最左端向右慢慢滑动过程中，电流表的读数变化情况是________。（2）实验中测得铷的遏止电压与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，逸出功_________J，如果实验中入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能________J（结果保留3位有效数字）。四、解答题（本大题共3小题，共40分）15．（14分）利用如图1所示的电路研究光电效应。K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K受到光照时能够发射电子。K与A之间的电压大小可以调整，电源的正负极也可以对调。（1）电源按图1所示的方式连接，且将滑动变阻器中的滑片置于某位置。试判断：光电管中从K发射出的电子由K向A的运动是加速运动还是减速运动？现有一电子从K极板逸出，初动能，已知电子的电量为，电子经电压为U的电场从K到达A极板。求电子到达A极板时的动能。（2）美国物理学家密立根为了检验爱因斯坦光电效应方程的正确性，设计实验并测量了某金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν。根据他的方法获得的实验数据绘制成如图2所示的图线。已知电子的电量，求普朗克常量h。（将运算结果保留1位有效数字。）16．（12分）一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像（如图乙所示），其中a光对应图线与横轴的交点坐标为。已知氢原子的能级图如图丙所示，电子电量为。（1）求a光照射金属时逸出光电子的最大初动能；（2）求该金属逸出功W；（3）只有c光照射金属时，调节光电管两端电压，达到饱和光电流，若入射的光子全部引发了光电效应，求此时每秒钟照射到阴极K的光子总能量E。17．（14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。参考答案1．B【解析】每个光子的能量代入数据得，故选B。2．D【解析】A．卢瑟福粒子散射实验，证明了原子的核式结构，选项A错误；B．卢瑟福用粒子散射实验的数据否定了汤孙的“西瓜模型”，并估算了原子核的大小，选项B错误；C．从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，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，选项C错误；D．该实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，选项D正确；故选D。3．D【解析】AB．根据光电效应方程根据动能定理得解得变形得根据图像得解得AB错误；C．若入射光频率为3b，则光电子最大初动能为C错误；D．金属的截止频率D正确。故选D。4．A【解析】A．使光电子的最大初动能恰好为零时的频率为截止频率，所以该光电管阴极的截止频率为a，故A正确；B．断开开关S后，虽然此时光电管之间正向电压为零，但仍有光电子可以到达阳极从而形成光电流使电流表G的示数不为零，若要使电流表G的示数为零，必须加反向电压，故B错误；C．根据爱因斯坦光电效应方程有结合题给图像可得故C错误；D．遏止电压只与入射光的频率有关，与光强无关，故D错误。故选A。5．B【解析】A．α粒子的质量远大于电子的质量，α粒子碰撞到了电子不会改变运动方向，A错误；B．极少数α粒子发生了大角度偏转，B正确；C．该实验为核式结构奠定了基础，C错误；D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子中心，D错误。故选B。6．C【解析】由图象可知，光线1和光线3的遏止电压相同，所以它们是同一色光，相同电压时，光线1对应的光电流更大，说明单位时间内照射的光电子数更多，即光线1更强，A错误；光线1和光线2的遏止电压不同，所以它们是不同色光，B错误；由于光线2的遏止电压较大，由、可知，光线2的频率较大，C正确；由图可知，在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值（饱和电流），D错误；故选C.7．B【解析】A．绿光的频率超过了截止频率，但红光频率低于绿光，不一定能发生光电效应，A错误；B．由题图乙知，饱和电流为0.64μA，则一秒内逸出的光电子数约为个个B正确；C．由题图乙知，遏止电压为0.6V，则最大初动能为0.6eV，C错误；D．增大光照强度，单位时间逸出的光电子数增加，饱和电流也会增大，D错误。故选B。8．D【解析】A．大量激发后的氢原子从m能级向低能级跃迁时总共可以产生的辐射光子的种类，则，选项A错误；B．基态氢原子吸收频率为的能量后从能级跃迁到能级，则有从能级跃迁到能级释放的能量较小，故发出光的频率小于，选项B错误；C．根据能级规律有解得普朗克常量为选项C错误；D．一个被激发的氢原子从能级跃迁至低能级时若逐级跃迁，最多能发出3种不同频率的光，选项D正确；故选D。9．BC【解析】A．碰撞后光子频率变为，光子的波长为选项A错误；B．碰撞后电子获得的动量为p，则电子增加的动能为选项B正确；C．根据电子将做半径为的匀速圆周运动，选项C正确；D．光电管阴极的极限频率为v，而光子的频率，则光电管阴极处不可能会发生光电效应，选项D错误。故选BC。10．BD【解析】从图中可以看出，温度越高，向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度越大，A错误；从图中可以看出，辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动，B正确；从图中可以看出，辐射的各个波长的部分的辐射强度均变大，故向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而增强，C错误；从图中可以看出，黑体可以辐射出任何频率的电磁波，故向外辐射的电磁波的波长范围是相同的，D正确．11．BC【解析】A．随着温度的升高各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较小的方向偏移，则故A错误；B．根据爱因斯坦光电效应方程有根据动能定理有整理得由图乙可知，入射光的频率关系应为根据可得，入射光的波长关系为故B正确；C．由图乙可知，甲光照射下的饱和电流大于乙光照射下的饱和电流，则甲光的强度大于乙光的强度，故C正确；D．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子碰撞，碰后光子的能量变小，由可知，波长变长，故D错误。故选BC。12．ABC【解析】A．第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中可能的情况为：n=4→1，n=4→3，n=4→2，n=3→2，n=3→1，n=2→1，能发出6种不同频率的光，能量值的大小关系排列从大到小为：n=4→1，n=3→1，n=2→1，n=4→2，n=3→2，n=4→3；而能得到3条电流随电压变化的图线，再根据表中几种金属的逸出功和极限频率，可知，若一群处于n=4能级的氢原子，向n=2能级跃迁，只有n=4→2一种，使得金属发生光电效应，因此光是氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁产生的，由图乙可知，a的遏止电压最大，其次为b和c，则a为n=4→1，b为n=3→1，c为n=2→1；故A正确；B．由以上的分析可知，若阴极材料可能为金属钙，那么n=4→2，辐射的光子，其能量值依据光电效应发生条件：入射光的频率不低于极限频率，则照射图甲电路的阴极K，这样能得到4条电流随电压变化的图线，由于只能测得3条电流随电压变化的图线，即只有三种光子能发生光电效应，则该金属的逸出功大于2.55eV，小于等于10.2eV，故B正确；C．由图乙可知，a的遏止电压最大，根据再由光电效应方程可知，a光的波长小于b光的波长，故C正确；D．根据公式，则有a光光子的动量大于b光光子的动量，故D错误；故选ABC。13．ABC

B【解析】(1)平行金属板板间存在匀强电场，液滴恰好处于静止状态，电场力与重力平衡，则有，所以需要测出的物理量有油滴质量m，两板间的电压U，两板间的距离d；故选ABC．(2)用所选择的物理量表示出该油滴的电荷量(3)在进行了几百次的测量以后，密立根发现油滴所带的电荷量虽不同，但都是某个最小电荷量的整数倍，这个最小电荷量被认为是元电荷