高中物理人教版（2019）选择性必修第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 章末测试-

第四章原子结构和波粒二象性章末测试本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。1.有关黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系，此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献。如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，据此以下判断不正确的是()A.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间

B.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大

C.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加

D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动2.关于光的本性，下列说法中正确的是()A.光电效应现象表明在一定条件下，光子可以转化为电子

B.光电效应实验中，只有光的强度足够大时，才能观察到光电流

C.康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量

D.光在传播过程中表现为粒子性，在与物质相互作用时表现为波动性3.我国著名理论物理科学家程开甲，是我国核武器的先驱，荣获了“改革先锋”“国家最高科学技术奖”“八一勋章”“人民科学家”等国家荣誉称号和中国科学院院士等多个优秀奖项与称号，为我国的科研事业奉献了他的一生。在对原子物理的不断探索中，下列有关原子物理说法中正确的是（）A.汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是电子流

B.爱因斯坦的光电效应方程，从动量的角度解释了光的量子化

C.卢瑟福通过α粒子散射实验的研究证实了原子核内部有质子和中子

D.玻尔把将量子理论的观念引入原子领域，很好地解释了所有原子光谱的分立特征4.在某次实验中，用频率为ν的一束绿光照射极限频率（也称“截止频率”）为ν0金属时发生了光电效应现象，则下列说法正确的是()A.该金属的逸出功为W=hν

B.若改用红光来照射，则一定不能发生光电效应

C.若把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子最大初动能将减小一半

D.在本实验中，调节反向电压可使光电流恰好为零，此电压大小U5.如图所示为研究光电效应的电路图，开关闭合后，当用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数，下列说法正确的是()A.若只让滑片P向D端移动，则电流表的示数一定增大

B.若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大

C.若改用波长小于λ 0的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大

D.若改用波长大于λ 6.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U与入射光频率v的关系图像，已知光电子的电荷为e。下列说法正确的是()A.单刀双掷开关S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S应掷于1处

C.光电管中金属材料的逸出功为ea

D.普朗克常量h=7.用图1所示装置研究光电效应现象，三次用同一光电管在不同光照条件下实验，记录微安表的示数I随光电管电压U的变化情况，得到甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线，如图2所示。下列说法正确的是()A.甲光的频率大于乙光的频率 B.丙光的波长小于乙光的波长

C.甲光和丙光的强弱程度相同 D.甲光和丙光产生的光电子最大初动能相同二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。8.下列有关氢原子光谱的说法正确的是()A.氢原子的吸收光谱是连续谱

B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光

C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的

D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关9.氢原子的核外电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，可能发生的情况有．()A.放出光子，电子动能减少，原子势能增加

B.放出光子，电子动能增加，原子势能减少

C.吸收光子，电子动能减少，原子势能增加

D.吸收光子，电子动能增加，原子势能减少10.如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()

A.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光

B.用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV

D.用能量为14.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离三、填空题：本题共2小题，每空1分，共12分。11.氢原子基态的能量为E1=−13.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为−0.96E1，频率最小的光子的能量为eV（12.小明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h=6.63×10−34(1)图甲中电极K为光电管的（填“阴极”或“阳极”）；(2)小明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），小明将滑片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．(3)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，逸出功W0=J，如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014四、计算题：本题共3小题，13题14分，14题14分，15题14分，共42分。13.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50 μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h=6.63×10−34J·s(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；(2)该阴极材料的极限波长。

14.如图所示为氢原子最低的四个能级，当一群氢原子处于n=4的能级上向低能级跃迁时：

(1)有可能放出几种能量的光子？

(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？

(3)已知金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，普朗克常量h=6.63×10−34J⋅s，请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应。

15.一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出6种不同频率的光，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象（如图乙），已知氢原子的能级图如图丙所示。

(1)求a光照射金属时的遇止电压U(2)求该金属逸出功W；(3)已知d光的能量为E，普朗克常量为h，真空中的光速为c，若一个质量为m的静止电子吸收了一个d光的光子，求电子在吸收光子后的速度大小v。不计电子吸收光子后的质量变化

答案解析【答案】1.B 2.C 3.A 4.D 5.B 6.C 7.D

8.BC 9.BC 10.ACD 11.0.31；1012.(1)阴极；(2)刚开始电流表读数增大，但达到一定值后不再增加；(3)3.41×10−19；13.解：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n=Imte=0.64×10−61.6×10−19(个)=4.0×1012(个)；14.解：(1)根据C42=6，知可能观测到氢原子发射的不同波长的光6种，所以这群氢原子发光的光谱共有6条。

(2)波长最长的光子能量最小，对应跃迁的能级差也最小，所以从n=4向n=3跃迁，发出的光子波长最长，

(3)由W=hν0；

解得：W=6.63×10−34×5.53×1014J=6.63×10−34×5.53×1015.解：(1)由图可得：UaEk(2)a光的光子能量为：Ea根据光电效应方程，则有：Ek解得：W=12.75eV−6eV=6.75eV；(3)d光的光子能量为E=hν=hcd光光子动量为：p=hλ；根据动量守恒定律，则有：解得：v=E【解析】1.【分析】

本题考查了黑体辐射的辐射强度、波长分布与辐射体的温度的关系，认真阅读理解图像给出的信息是解题的关键。温度越高，黑体辐射强度的最大值越大，随温度的升高，最大值向波长小的那方移动；各种温度下都会辐射不同波长的电磁波。

【解答】

AB.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，故A正确，，B错误；C.黑体辐射的强度与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故C正确；D.随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确。

本题选择判断不正确的，故选B。2.解：A、光电效应现象表明在一定条件下，光子的能量可以被电子吸收，故A错误；

B、光电效应实验中，只有光的频率大于金属的极限频率，才能观察到光电流，与光照强度无关，故B错误；

C、康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量，故C正确;

D、大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性，光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，故D错误。

故选：C。

本题考查波粒二象性的基本内容，理解光电效应的规律、光的波粒二象性以及康普顿效应是解题的关键。

光具有波粒二象性，大量光子的运动表现为波动性，单个光子的运动表现为粒子性；

根据光电效应的规律和康普顿效应进行分析解答。3.【分析】

根据物理学史和常识解答，记住著名物理学家的主要贡献即可。

本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、发明、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。

【解答】

A.汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是电子流，这是人类真正意义上第一次发现了电子，此后密立根测定了电子的比荷，故A正确；

B.爱因斯坦的光电效应方程，从能量的角度上解释光的量子化，一个电子吸收一个光子的能量，故B错误；

C.卢瑟福通过α粒子散射实验确定原子的中心存在原子核，完全否定了汤姆孙的枣糕模型，并且用α粒子轰击氮核， 24He4.【分析】

根据金属逸出功与极限频率的关系分析金属的逸出功；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，由此分析改用红光来照射，能否发生光电效应，结合光电效应方程判断光电子的最大初动能是否变化；根据动能定理结合光电效应方程计算遏止电压。

此题考查了爱因斯坦光电效应的相关知识，解题的关键是学生对光电效应的理解情况，要理解光电效应方程物理意义，并能正确应用光电效应方程解答有关问题。【解答】

A.逸出功和极限频率是金属的固有属性，逸出功与极限频率满足：W=hν0，故A错误；

B.若改用红光来照射，因为红光的频率小于绿光的频率，可能不发生光电效应，也可能发生光电效应，故B错误；

C.根据光电效应的产生条件可知，入射光的频率大于金属的极限频率时，发生光电效应，把这束绿光遮住一半，只是入射的光子数减小，造成逸出的光电子数目减小，但不影响光电子的最大初动能，所以光电子的最大初动能不变，故C错误；

D.调节反向电压可使光电流恰好为零，根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理可知，eUc=5.【分析】

根据滑片P的运动方向判断光电管所加电压的变化情况，从而得到电流表示数的变化情况；增加单色光强度，逸出的光子数增多，电流增大；阴极K的逸出功为固定值；根据光子能量的变化判断电流表示数变化情况。

【解答】

A.电路所加电压为正向电压，如果电流达到饱和电流，增加电压，电流也不会增大，故A错误；

B.只增加单色光强度，逸出的光子数增多，电流增大，则电流表示数一定增大，故B正确；

C.金属的逸出功与阴极金属材料和金属表面状态有关，与入射光无关，故C错误；

D.改用波长大于λ06.【分析】

本题考查了光电效应，解题的关键是根据动能定理和爱因斯坦光电效应方程写出函数关系式结合图象求解，熟练运用爱因斯坦光电效应方程。

断开电键S后，初动能的光电子也可能达到阳极形成光电流；根据光电效应方程得Ek=hν−W0和动能定理写出函数关系式，结合图乙可解得普朗克常量与逸出功。

【解答】

A.单刀双掷开关S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B.若单刀双掷开关S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，故B错误；CD.根据Uce=12mv02=hν−W逸出功7.【分析】

根据动能定理eUc=Ekm和光电效应方程Ekm=hν−W可比较光的频率和光电子的最大初动能；根据c=νλ可比较波长；根据饱和光电流大小可比较光的强弱。

本题考查光电效应，考查知识点有针对性，重点突出，充分考查了学生掌握知识与应用知识的能力。

【解答】

A.由题图知，乙光的遏止电压大，根据动能定理eUc=Ekm，则乙光发生光电效应时的光电子的最大初动能大，根据光电效应方程8.由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级En=1n2E1，故氢原子的能级是不连续的，即是分立的，故C正确．当氢原子从较高轨道第n能级跃迁到较低轨道第m能级时，发射的光子的能量为E=En−Em=1n2E9.【分析】氢原子的核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，若放出光子，轨道半径减小，电场力做正功，电子动能增加，原子的能量减小．若吸收光子，轨道半径增大，电场力做负功，电子动能减小，原子的能量增大．

本题关键要抓住氢原子的核外电子跃迁时电子轨道变化与吸收能量或放出能量的关系．

【解答】

AB.放出光子时，电子的轨道半径减小，电场力做正功，原子的势能减小，根据动能定理得原子动能增加，故A错误，B正确．

CD.吸收光子时，电子的轨道半径增大，电场力做负功，原子的势能增大，根据动能定理得原子动能减小．故C正确，D错误．

故选BC．10.A.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，根据Cn2可知，能放出B.用能量为10.3eV的光子照射，由于10.2eV<10.3eV<12.09eV，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，吸收的光子能量要正好等于能级之差，才能跃迁，故B错误；C.氢原子从高能级向n=3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大为E大=−1.51eV+13.6eV=12.09eV，因锌的逸出功是3.34eV，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为D.能量为14.0eV大于13.6eV，因此此光子照射，可使处于基态的氢原子电离，故D正确。故选ACD。11.【分析】

能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据能级差的大小求出辐射的最小和最大光子能量，从而判断哪个能级间跃迁辐射的光子频率最大，波长最短。

解决本题的关键知道能级间跃迁满足的规律，能级差越大，辐射的光子能量越大，光子频率越大，波长越小。

【解答】

氢原子基态的能量为E1=−13.6eV。大量氢原子处于某一激发态。

由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为−0.96E1，即跃迁到最高能级能量E=0.04E1=−0.544eV，即处在n=5能级；

频率最小的光子的能量为△E'=−0.544eV−(−0.85eV)=0.31eV，

根据C5212.解：(1)研究光电效应的电路中，光照射的为阴极．(2)滑动变阻器的滑片向右滑动，正向电压增大，达到阳极的光电子数目增多，电流增大，当光电子全部都可达到阳极后，电流不再增加．(3)由Ek=hν−W0和eUc=Ek得eUc=hν−W0，因此当遏制电压为零时，hνc=13