章末综合检测4原子结构和波粒二象性(2019人教版选择性必修第三册)

章末综合检测4原子结构和波粒二象性(时间：90分钟，满分：100分)一、选择题(每小题5分，共60分)1．下列宏观概念是“量子化”的是()A．物体的质量 B．木棒的长度C．花生米的粒数 D．物体的动能解析粒数的数值只能取正整数，不能取分数或小数，因而是不连续的，是量子化的.其他三个物理量的数值都可以取小数或分数，甚至取无理数也可以，因而是连续的，非量子化的.故只有C正确；故选C.点睛：量子化在高中要求较低，只需明确量子化的定义，知道“量子化”指其物理量的数值会是一些特定的数值即可.答案C2．关于光的波粒二象性，以下说法中正确的是()A．光的波动性与机械波，光的粒子性与质点都是等同的B．光子和质子、电子等是一样的粒子C．大量光子易显出粒子性，少量光子易显出波动性D．紫外线、X射线和γ射线中，γ射线的粒子性最强，紫外线的波动性最显著解析光的波动性与机械波、光的粒子性与质点有本质区别，选项A错误；光子实质上是以场的形式存在的一种“粒子”，而电子、质子是实物粒子，故选项B错误；光是一种概率波，大量光子往往表现出波动性，少量光子则往往表现出粒子性，选项C错误；频率越高的光的粒子性越强，频率越低的光的波动性越显著，故选项D正确．答案D3.黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知，下列说法错误的是()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动解析黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，A正确、B错误；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C、D正确.答案B4.如图所示，光滑水平面上有两个大小相同的钢球A、B，A球的质量大于B球的质量．开始时A球以一定的速度向右运动，B球处于静止状态．两球碰撞后均向右运动．设碰撞前A球的德布罗意波的波长为λ1，碰撞后A、B两球的德布罗意波的波长分别为λ2和λ3，则下列关系正确的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析球A、B碰撞过程中满足动量守恒，得p′B－0＝pA－p′A；由λ＝eq\f(h,p)，可得p＝eq\f(h,λ)，所以动量守恒表达式也可写成：eq\f(h,λ3)＝eq\f(h,λ1)－eq\f(h,λ2)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)，故选项D正确．答案D5．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则()A．当照射光的频率ν小于νc时，只要增大光的强度必能产生光电子B．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大，则逸出功增大C．当照射光的频率ν大于νc时，若光的强度增大，则产生的光电子数必然增加D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍解析只要入射光的频率大于极限频率，该金属才可发生光电效应，故当光照频率小于极限频率时，不会产生光子，A错误；逸出功只和金属的性质有关，与照射光的频率无关，当照射光频率大于极限频率时，根据Ekm＝hν－W0可知若频率增大，则光电子的最大动能增大，但不是正比关系，BD错误；光照强度决定光电子数目，光照强度越大，光电子数目必然增大，C正确.答案C6．分别用波长为λ和eq\f(3,4)λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为()A.eq\f(hc,2λ) B.eq\f(2hc,3λ)C.eq\f(3,4)hcλ D.eq\f(4hλ,5c)解析由光电效应方程得heq\f(c,λ)－W0＝Ek1，heq\f(c,\f(3,4)λ)－W0＝Ek2，并且Ek1∶Ek2＝1∶2，可得W0＝eq\f(2hc,3λ).答案B7．美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压U0与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h.电子电量用e表示，下列说法正确的是()A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C．由UC­ν图象可知，这种金属的截止频率为νcD．由UC­ν图象可求普朗克常量表达式为h＝eq\f(U1e,ν1－νc)解析入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，A错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUC，解得UC＝eq\f(hν1,e)－eq\f(hνc,e)，则h＝eq\f(U1e,ν1－νc)；当遏止电压为0时，ν＝νc，C、D正确．答案CD8．太阳光谱是吸收光谱，这是因为太阳内部发出的白光()A．经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果B．穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果C．进入地球的大气层后，部分频率的光子被吸收的结果D．本身发出时就缺少某些频率的光子解析太阳光谱是一种吸收光谱，是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层，而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体，太阳光穿过它们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了．答案A9．根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则()A．电子轨道半径越小 B．核外电子运动速度越大C．原子能量越大 D．电势能越小解析由rn＝n2r1可知A错．氢原子在n能级的能量En与基态能量E1的关系为En＝eq\f(E1,n2).因为能量E为负值，所以n越大，则En越大，所以C正确．核外电子绕核运动所需的向心力由库仑力提供keq\f(e2,req\o\al(2,n))＝eq\f(mveq\o\al(2,n),rn).可知rn越大，速度越小，则B错．由E＝Ek＋Ep可知D错．答案C10．光子能量为ε的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n＝3的能级)，氢原子吸收光子后，能发出频率为ν1，ν2，…，ν6的六种光谱线，且ν1＜ν2＜…＜ν6，则ε等于()A．hν1 B．hν6C．h(ν5－ν1) D．h(ν1＋ν2＋…＋ν6)解析对于量子数n＝3的一群氢原子，当它们向较低的激发态或基态跃迁时，可能产生的谱线条数为eq\f(n（n－1）,2)＝3，由此可判定氢原子吸收光子后的能量的能级是n＝4，且从n＝4到n＝3放出的光子能量最小，频率最低即为ν1，因此，处于n＝3能级的氢原子吸收频率为ν1的光子(能量ε＝hν1)，从n＝3能级跃迁到n＝4能级后，方可发出6种频率的光谱线，选项A正确．答案A11.可见光光子的能量在1.61～3.10eV范围内．如图所示，氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中，根据氢原子能级图可判断()A．从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线B．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子频率更高C．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长D．氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要吸收一定频率的光子，原子的能量增加解析从n＝4能级跃迁到n＝3能级时辐射的光子能量ΔE43＝－0.85－(－1.51)＝0.66(eV)，不在可见光光子能量范围之内，属于红外线，故A错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量ΔE42＝－0.85－(－3.40)＝2.55(eV)＞ΔE43，光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)，所以ν43＜ν42，故B错误；从n＝4能级跃迁到n＝1能级时辐射的光子能量ΔE41＝－0.85－(－13.60)＝12.75(eV)＞ΔE43，光子的波长λ＝eq\f(hc,ΔE)，所以λ43＞λ41，故C正确；从第4能级跃迁到第3能级时，原子要辐射一定频率的光子，原子的能量减少，故D错误．答案C12．图1所示为氢原子能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，其中用从n＝4能级向n＝2能级跃迁时辐射的光照射图2所示光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，则()A．若将滑片右移，电路中光电流增大B．若将电源反接，电路中可能有光电流产生C．若阴极K的逸出功为1.05eV，则逸出的光电子最大初动能为2.4×10－19JD．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时辐射的光中只有4种光子能使阴极K发生光电效应解析将滑片右移，光电管两端的电压增大，但之前光电流是否达到饱和并不清楚，因此光电管两端的电压增大，光电流不一定增大，A错误；将电源极性反接，所加电压阻碍光电子向阳极运动，但若eU<Ekm，仍会有一定数量的光电子可到达阳极而形成光电流，B正确；若阴极K的逸出功为1.05eV，由光电效应方程知，逸出的光电子最大初动能为Ekm＝hν－W逸出＝－0.85eV－(－3.40eV)－1.05eV＝1.5eV＝2.4×10－19J，C正确；由于阴极K的逸出功未知，能使阴极K发生光电效应的光子种数无法确定，D错误.故选：BC.答案BC二、非选择题(每题10分，共40分)13．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝eq\f(h,p)，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440nm，若将电子加速，使它的德布罗意波波长是这种紫光波长的10－4倍.(1)求电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系.解析根据德布罗意波波长公式与动量表达式，即可求解；根据动能定理，即可求解.(1)根据德布罗意波波长公式：λ＝eq\f(h,p)，电子的动量为：p＝eq\f(h,λ)，代入数据解得：p＝1.5×10－23kg·m/s.(2)根据动能定理：eU＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，又因：p＝eq\f(h,λ)，联立以上解得：U＝eq\f(h2,2emλ2).答案(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U＝eq\f(h2,2emλ2)14．如图所示装置，阴极K用极限波长λ0＝0.66μm的金属制成．若闭合开关S，用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极，调整两个极板电压，使电流表示数最大为0.64μA，求：(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能；(2)如果将照射阴极的绿光的光强增大为原来的2倍，求每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．解析(1)阴极每秒钟发射的光电子个数：n＝eq\f(Imt,e)＝eq\f(0.64×10－6×1,1.6×10－19)个＝4.0×1012个．根据光电效应方程，光电子的最大初动能应为：Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0).代入数据可得：Ek＝9.6×10－20J.(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，则每秒钟发射的光电子数也加倍，饱和光电流也增大为原来的2倍．根据光电效应实验规律可得阴极每秒钟发射的光电子个数为n′＝2n＝8.0×1012个．光子子的最大初动能仍然为：Ek＝hν－W0＝9.6×10－20J.答案(1)4.0×1012个9.6×10－20J(2)8.0×1012个9.6×10－20J15．原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而能发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰．(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图所示)?(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？解析(1)设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态原子吸收．若ΔE＝10.2eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2.由动量守恒和能量守恒有：mv0＝mv，①eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mv2＋eq\f(1,2)mv2＋ΔE，②eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝Ek，③Ek＝13.6eV.④解①②③④得，ΔE＝eq\f(1,2)·eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝6.8eV.因为ΔE＝6.8eV＜10.2eV，所以不能使基态氢原子发生跃迁．(2)若使基态氢原子电离，则ΔE＝13.6eV，代入①②③得Ek＝27.2eV.答案(1)不能(2)27.2eV16．已知氢原子处于基态时，原子的能量E1＝－13.6eV，电子轨道半径r1＝0.53×10－10m；氢原子处于n＝2能级时，原子的能量E2＝－3.4eV，此时电子轨道半径r2＝4r1，元电荷e＝1.6×10－19C，静电力常量k＝9.0×109N·m2·C－2.(1)氢原子处于基态时，电子的动能是多少？原子系统的电势能是多少？(2)氢原子处于n＝2能级时，电子的动能是多少？原子系统的电势能又是多少？(3)你能否根据计算结果猜想处于n能