备考2025届高考物理一轮复习分层练习第十六章近代物理第1讲原子结构和波粒二象性

第1讲原子结构和波粒二象性1.[多选]关于原子的核式结构模型，下列说法正确的是（AB）A.原子中绝大部分是“空”的，原子核很小B.电子在核外绕核旋转的向心力由原子核对它的库仑力供应C.原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里D.原子核的直径约是10－10m解析由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动由原子核与电子间的库仑力供应向心力，B正确；对于一般的原子核，其直径的数量级是10－15m，D错误.2.[2024湖南长沙长郡中学模拟]下列说法正确的是（B）A.图甲α粒子散射试验中，粒子与金原子中的电子碰撞可能会发生大角度偏转B.图乙中大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中能释放出6种频率的光子C.图丙中随着温度的上升，黑体辐射强度的极大值向频率较低的方向移动D.图丁光电效应试验中，滑动变阻器的触头向右移动，电流表的示数确定增大解析题图甲α粒子散射试验中，粒子与金原子中的原子核碰撞可能会发生大角度偏转，故A错误；题图乙中大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中能释放出C42＝6种频率的光子，故B正确；题图丙中随着温度的上升，黑体辐射强度的极大值向波长较短即频率较高的方向移动，故C错误；题图丁光电效应试验中，滑动变阻器的触头向右移动，正向电压增大，若光电流已经达到饱和电流，光电流则不会3.[能级跃迁中的能量关系/2024山东]“梦天号”试验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组放射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义.如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸取频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在确定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最终辐射出频率为ν3的光子回到基态.该原子钟产生的钟激光的频率ν2为（D）A.ν0＋ν1＋ν3 B.ν0＋ν1－ν3C.ν0－ν1＋ν3 D.ν0－ν1－ν3解析原子吸取频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时，有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态能级Ⅰ的过程，有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，D正确.4.[2024贵州贵阳摸底考试/多选]利用如图所示的电路做光电效应试验.试验时，闭合开关S，用两种已知频率的入射光照耀光电管，在电路中均出现了光电流.电子的电荷量已知，现把电源的正负极对调后，通过试验可以测出（ABD）A.普朗克常量B.K极金属材料的逸出功C.确定光强下的饱和光电流D.光电子脱离金属后的最大初动能解析电源的正负极对调后，光电管中加反向电压，缓慢调整滑动变阻器的滑片使电流表示数恰好减为零，登记此时电压表的示数U，即遏止电压，由动能定理有－eU＝0－Ek，由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，设两束光的频率分别为ν1、ν2，对应的遏止电压分别为U1、U2，则分别代入上述各式联立得普朗克常量h＝U1-U2ν1-ν2e，K极金属材料的逸出功W0＝U1ν2-U2ν1ν1-ν2e，光电子脱离金属后的最大初动能Ek1＝5.[2024山东青岛调研检测]目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子.已知氢原子第n能级的能量En＝－13.6n2eV，金属钨的逸出功为4.54eV，如图是按能量大小排列的电磁波谱，其中可见光的能量区间为1.62eV～3.11eV.下列说法正确的是A.紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离B.氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子C.用红外线长时间照耀金属钨能产生光电效应D.用可见光照耀处于n＝20能级的氢原子不能使其电离解析处于基态的氢原子的能量E1＝－13.612eV＝－13.6eV，由电磁波谱图可知，紫外线波段的光子能量有大于13.6eV的部分，这部分光子能使基态氢原子电离，A错误；同理，处于n＝20能级的氢原子的能量为E20＝－13.6202eV＝－0.034eV，可见光波段的光子能量均大于0.034eV，故用可见光照耀处于n＝20能级的氢原子能使其电离，D错误；氢原子从n＝3、4、5、6能级干脆跃迁到n＝2能级时产生的光子的能量都在可见光的能量区间内【点拨：原子在发生能级跃迁时，辐射的光子的能量等于两能级之间的能量差】，B6.[2024山东青岛调研检测]透射电子显微镜（TEM）运用高能电子作为光源，简称透射电镜.透射电镜工作时电子经过高压加速和强磁场聚焦后得到视察样品的像.已知显微镜的辨别率与运用光源（光子或电子）的波长成正比，一般光学显微镜辨别率为0.2μm，透射电镜能清楚地视察到直径为2nm的金原子.若光学显微镜运用的可见光平均波长为600nm，动量大小为1.1×10－27N·s.关于高能电子，下列说法正确的是（D）A.波长约为2nmB.波长约为6×10－6nmC.动量大小约为1.1×10－29N·sD.动量大小约为1.1×10－25N·s解析因为显微镜的辨别率与运用光源(光子或电子)的波长成正比，则有d＝kλ，即d1λ1＝d2λ2，代入数据解得λ2＝6nm，A、B错误；依据德布罗意波长公式λ＝hp有p1λ1＝p2λ2，代入数据解得p2＝1.1×10－257.氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4eV，氦离子的能级图如图所示.在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸取而发生跃迁的是（A）（光子） （电子）（电子） （光子）解析入射光子使氦离子跃迁时，其能量应正好等于氦离子的两能级间的能量差，而电子使氦离子跃迁时，其能量大于等于氦离子两能级间的能量差即可，发生电离而使氦离子跃迁时入射光子的能量要大于等于54.4eV，故选A.8.[2024吉林长春质量检测/多选]爱因斯坦提出了光子说，很好地说明白光电效应试验中的各种现象.与光电效应试验有关的四幅图如图所示，下列说法正确的是（CD）A.如图1，假如先让锌板带负电，再用紫外线灯照耀锌板，则验电器的张角变大B.由图2可知，黄光越强，饱和光电流越大，说明光子的能量与光强有关C.由图3可知，ν2为该金属的截止频率D.由图4可知，E等于该金属的逸出功解析紫光照耀锌板发生光电效应，锌板表面逸出光电子，锌板带负电的阶段，所带负电渐渐削减，验电器的张角减小，A错；黄光越强，产生的饱和光电流越大，说明饱和光电流的大小和光的强度有关，无法说明光子的能量与光的强度有关，B错；依据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0，结合图4可知逸出功W0＝E，D对；当Ek＝0时，对应的频率ν0为截止频率，即hν0＝W0，遏止电压满意eUc＝hν－W0，变形得Uc＝hνe－hν0e，结合图3可知ν2＝ν09.被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发觉660余颗新脉冲星，领先世界.天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R.若天体射向天眼的辐射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子.普朗克常量为h，则该天体放射频率为ν光子的功率为（A）A.4NL2hνR2η B.2NL2hνR解析设该天体放射频率为ν的光子的功率为P，则t时间内该天体向外辐射的光子的总能量为E＝Pt，以天体为圆心、L为半径的球面面积为S1＝4πL2，则地球上单位面积接收到的光子的能量为E0＝ES1＝Pt4πL2，又“中国天眼”的接收面积为S2＝πR2，所以t时间内“中国天眼”接收的光子能量为E'＝ηE0S2＝ηPtR24L2，又由题意可知t时间内“中国天眼”接收的光子能量也可表达为E'＝Nhνt，解得P＝410.[新信息中的能级跃迁/2024辽宁]原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂.某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④.若用①照耀某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（A）A.①和③的能量相等B.②的频率大于④的频率C.用②照耀该金属确定能发生光电效应D.用④照耀该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek解析由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照耀某金属表面时能发生光电效应，但由于②的能量小于①的能量，所以用②照耀该金属时不愿定能发生光电效应，C错误；用①照耀某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①的能量，则由Ek＝hν－W0可知用④照耀该金属逸出光电子的最大初动能确定大于Ek，D错误.11.[物质波的双缝干涉/2024浙江6月/多选]有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0.当紫外光照耀该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束.用该电子束照耀间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测