讲学案：第四章 原子结构和波粒二象性 章末检测题

学而优教有方解析版第四章原子结构和波粒二象性章末检测题一、单选题1．黑体辐射电磁波的强度按波长分布的影响因素是（）A．温度 B．材料 C．表面状况 D．体积【答案】A【解析】黑体辐射电磁波的强度按波长分布只与黑体的温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。A正确，BCD错误。故选A。2．热辐射是指所有物体都要向外辐射电磁波的现象。辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量。在研究同一物体在不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线，图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示某种波长的电磁波的辐射强度，则由Mλ-λ图线可知，同一物体在不同温度下（）A．向外辐射同一波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的电磁波的总能量随温度升高而减小D．辐射强度的极大值随温度升高而向短波方向移动【答案】D【解析】由Mλ-λ图线可知，对于同一物体，随着温度的升高，一方面，各种波长电磁波的辐射强度都有所增加，向外辐射的电磁波的总能量增大；另一方面，辐射强度的极大值向短波方向移动，波长范围增大。ABC错误，D正确。故选D。3．在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到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．乙光的频率大于丙光的频率C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．丙光对应的光电子最大初动能大于甲光对应的光电子最大初动能【答案】D【解析】A．由图像可知，甲光和乙光的图像与横轴交于同一点，故甲光的频率等于乙光的频率，故A错误；BD．根据爱因斯坦的光电效应方程可得丙光对应的光电子最大初动能大于甲光对应的光电子最大初动能，因为丙光的图像与横轴的交点绝对值更大，即遏止电压更大，故频率更大，故D正确，B错误；C．因同一个光电管的截止频率相同，故C错误。故选AB。4．如图所示，、两束相互平行的单色光，以一定的入射角照射到平行玻璃砖上表面，经平行玻璃砖折射后汇聚成一束复色光，从平行玻璃砖下表面射出。下列判断正确的是（）A．光的频率小于光的频率B．增大入射角，光在玻璃砖下表面可发生全反射C．用同一装置在相同条件下分别做双缝干涉实验，光条纹间距小D．用光、光照射某金属表面，若光能发生光电效应，光一定也能发生光电效应【答案】D【解析】A．由图可知，光的折射率大于光的折射率，所以光的频率大于光的频率，A错误；B．由于光射到玻璃下表面的入射角等于上表面的折射角，由光路可逆可知，光一定能从下表面射出，不会发生全反射，B错误；C．由于光的折射率大于光的折射率，故光的波长小于光的波长，根据双缝干涉实验相邻条纹间距可知，光条纹间距小，C错误；D．光的频率小，若能发生光电效应，则光比光的频率大，一定也能发生光电效应，D正确。故选D。5．1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．大部分α粒子发生了大角度的偏转B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞C．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量D．α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的【答案】C【解析】A．当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故A错误；B．α粒子大角度散射是由于它受到原子核库仑斥力的作用，而不是与电子发生碰撞，故B错误；C．从绝大多数α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，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，故C正确；D．α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故D错误。故选C。6．处于不同能级的氢原子，电子做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（）A．能量越大的氢原子，电子的向心加速度越大B．能量越大的氢原子，电子的动能越大，电势能越小C．处于基态的氢原子，电子的运动周期最大D．处于基态的氢原子，电子运动的角速度最大【答案】D【解析】A．原子核与电子之间的作用力以库仑力为主，由牛顿第二定律有而能量越大的氢原子中电子距离原子核越远，r越大，因此电子的向心加速度越小，故A错误；B．由牛顿第二定律电子的动能为故可以得出可知随着增大，电子动能减小，而电子在带正电的原子核产生的电场中与原子核的距离增加，其电势能增大，故B错误；C．由牛顿第二定律可得故当氢原子处于基态时，电子的半径最小，故其周期也最小，故C错误；D．由牛顿第二定律可得可以得出越小，越大，所以对处于基态的氢原子，电子运动的角速度最大，故D正确。故选D。7．氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从的能级向的能级跃迁时辐射出可见光a，从的能级向的能级跃迁时辐射出可见光b，则（

）A．氢原子从高能级向低能级跃迁时吸收能量B．在能级时氢原子可吸收任意频率的光子而发生电离C．处于能级的氢原子可以吸收a光子跃迁到n=4的激发态D．b光照射逸出功为的金属钠能发生光电效应【答案】C【解析】A．氢原子从高能级向低能级跃迁时放出能量，A错误；B．在能级时氢原子发生电离，所吸收光子的频率应满足B错误；C．a光子是从的能级向的能级跃迁时辐射出的，其能量恰好是氢原子与的两能级的差值，故处于能级的氢原子吸收a光子又可跃迁到的激发态，C正确；D．由题意可知，光子b的能量为可知光子b的能量小于金属钠的逸出功，不能发生光电效应，D错误。故选C。8．关于物质波，以下说法正确的是（）A．物质波就是机械波 B．实物粒子具有波动性C．光是粒子，不具有波动性 D．电子不会发生干涉与衍射现象【答案】B【解析】A．机械波是一种波，而物质波是一种规律，两者不同，故A错误；B．根据波粒二象性，实物粒子有波长，具有波动性，故B正确；C．根据波粒二象性可知，光即是粒子也是波，故C错误；D．电子也具有波动性，也可以发生干涉与衍射现象，故D错误。故选B。二、多选题9．用绿光照射一光电管，能产生光电效应。现在用如图所示的电路测定遏止电压，则（）A．改用红光照射，遏止电压会增大B．改用紫光照射，遏止电压会增大C．延长绿光照射时间，遏止电压会增大D．增加绿光照射强度，遏止电压不变【答案】BD【解析】AB．由光电效应方程遏止电压Uc与光电子最大初动能有关，由入射光的频率和金属材料决定，红光频率低于绿光，可能不发生光电效应，即使发生光效效应遏止电压也会小于绿光；紫光频率高于绿光，遏止电压会增大，故A错误，B正确；CD．遏止电压Uc与光电子最大初动能有关，由入射光的频率和金属材料决定，与入射光的强度、照射时间无关，故C错误，D正确。故选BD。10．用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线如图，普朗克常量，电子电荷量，由图可知（）A．该金属的截止频率为B．该金属的截止频率为C．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功约为1.77eV【答案】ACD【解析】AB．由光电效应方程可知图线的横截距表示该金属的截止频率，则故A正确，B错误；C．由光电效应方程可知，该图线的斜率表示普朗克常量，故C正确；D．该金属的逸出功故D正确。故选ACD。11．已知汞原子能级为，，，。有一个总能量为的自由电子，与处于基态的汞原子发生碰撞，已知碰撞过程中不计汞原子动量的变化，则碰后电子剩余的能量可能为（

）A． B． C． D．【答案】AB【解析】处于基态的汞原子在能级跃迁中可能吸收的能量分别为这些能量需由入射电子的动能提供，则碰后电子剩余的能量可能为。故选AB。12．如图所示是电子衍射实验装置的简化图，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【答案】ABD【解析】A．亮条纹是电子到达概率大的地方，选项A正确；BCD．该实验说明物质波理论是正确的，也说明实物粒子具有波动性，该实验不能说明光子具有波动性。故BD正确，C错误。故选ABD。三、实验题13．采用如图甲所示电路可研究光电效应规律，现分别用a、b两束单色光照射光电管，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图像如图乙所示。（1）照射阴极材料时，___________（选填“a光”或“b光”）使其逸出的光电子的最大初动能大。（2）若a光的光子能量为5eV，图乙中，则光电管的阴极材料的逸出功为_______J。（e=1.6×10-19C）【答案】b光3.2×10-19J【解析】（1）[1]由图乙知b光的遏止电压大，由知b光照射阴极材料时，使其逸出的光电子的最大初动能大；（2）[2]由光电效应方程可知光电管的阴极材料逸出功为代入数据得14．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U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=_________。【答案】增大4.27×1014Hz6.30×10-34J·s【解析】(1)[1]由甲图可知，在光电管中，场强向右，电子所受电场力向左，将滑动变阻器的滑动端从左向右移动，光电管两端电压变大，场强变大，到达阳极的电子数增多，通过电流表的电流将会增大。(2)[2][3]由动能定理及光电效应方程可得其中整理得结合乙图可知，当时，即图线与横轴的交点为金属的截止频率，即图线的斜率为解得四、解答题15．如图所示电路可研究光电效应的规律。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为9.5eV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，电流计的读数逐渐减小，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5.0V；现保持滑片P位置不变，求：（1）光电管阴极材料的逸出功；（2）若改用光子能量为12.5eV的光照射阴极K，则到达阳极A时光电子的动能的最大值。【答案】（1）4.5eV；（2）3.0eV【解析】（1）电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为5.0V，可知光电子的最大初动能为根据可得（2）改用光子能量为12.5eV的光照射阴极时，从阴极溢出的光电子的最大初动能为代入数据解得则到达阳极时光电子的动能最大值为16．如下图所示为氢原子最低的四个能级，其中为基态，若氢原子A处于激发态，氢原子B处于激发态，问：（1）原子A、B各自可能辐射出多少种频率的光子？（2）原子B能够吸收原子A发出的光子并从基态跃迁到能级吗？为什么？【答案】（1）1种；2种；（2）不可以；原因见解析【解析】（1）原子A辐射出光子，共一种；原子B辐射出光子、，共两种。（2）原子吸收的光子能量应为从低能级到高能级的能量差，原子A发出的光子能量不等于基态与能级之间的能级差，原子B不能吸收该光子从基态跃迁到能级。17．光子不仅具有能量，而且具有动量。照到物体表面的光子被物体吸收或被反射时都会对物体产生一定的压强，这就是“光压”。光压的产生机理与气体压强产生的机理类似：大量气体分子与器壁的频繁碰撞产生持续均匀的压力，器壁在单位面积上受到的压力表现为气体的压强。在体积为V的正方体密闭容器中有大量的光子，如图所示。为简化问题，我们做如下假定：每个光子的频率均为，光子与器壁各面碰撞的机会均等，光子与器壁的碰撞为弹性碰撞，且碰撞前后瞬间光子动量方向都与器壁垂直；不考虑器壁发出光子和对光子的吸收，光子的总数保持不变，且单位体积内光子个数为n；光子之间无相互作用。已知：单个光子的能量ε和动量p间存在关系ε=pc（其中c为光速），普朗克常量为h。（1）①写出单个光子的动量p的表达式（结果用c、h和表示）；②求出光压I的表达式（结果用n、h和ν表示）；（2）类比于理想气体，我们将题目中所述的大量光子的集合称为光子气体，把容器中所有光子的能量称为光子气体的内能。①求出容器内光子气体内能U的表达式（结果用V和光压I表示）；②若体积为V的容器中存在分子质量为m、单位体积内气体分子个数为n'的理想气体，分子速率均为v，且与器壁各面碰撞的机会均等；与器壁碰撞前后瞬间，分子速度方向都与器壁垂直，且速率不变。求气体内能U'与体积V和压强p气的关系；并从能量和动量之间关系的角度说明光子气体内能表达式与气体内能表达式不同的原因。【答案】（1）①，②；（2）①，②【解析】（1）①光子的能量根据题意可得②在容器壁上取面积为S的部分，则在时间内能够撞击在器壁上的光子总数为设器壁对这些光