人教版高中物理精讲精练-选择性必修3第四章《原子结构和波粒二像性》高分必刷巩固达标检测卷（培优卷） 解析版

第四章《原子结构和波粒二像性》高分必刷巩固达标检测卷（培优卷）一：单项选择题：本题共8小题，每小题4分，共32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．对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（）A．黑体不会辐射电磁波B．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波C．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍D．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律【答案】C【详解】AB．一切物体都会辐射电磁波，绝对零度的物体才可能没有辐射，温度越高，辐射的电磁波越强，AB错误；CD．普朗克假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象，C正确，D错误。故选C。2．如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数间的关系曲线。下列说法正确的是（）A．a、b、c三种光的光子能量B．a、b、c两种光通过同一双缝干涉装置后，形成的干涉条纹中，a的条纹最宽C．若b光为绿光，a光可能是紫光D．a、b、c三种光从真空进入同一种介质后，频率不变，波长变长【答案】B【详解】A．根据光电效应方程和动能定理可得，可知光子能量大对应的光电子最大初动能大，对应的遏止电压大，由图乙可知a、b、c三种光的光子能量，故A错误；BC．由于三种光的光子能量，则三种光的频率关系为若b光为绿光，a光不可能是紫光；三种光的波长关系为a、b、c两种光通过同一双缝干涉装置后，形成的干涉条纹中，根据可知a的条纹最宽，故B正确，C错误；D．a、b、c三种光从真空进入同一种介质后，频率不变，波速变小，波长变短，故D错误。故选B。3．氢原子能级图如图甲所示。某基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光，其中有两种能使乙图中逸出功为2.25eV的K极钾金属发生光电效应，通过乙图实验装置得到这两种光分别实验时的电流和电压读数，绘出图丙①②两根曲线，则下列说法正确的是（）A．不能使K极金属产生光电效应的光是从n＝2跃迁到n＝1时产生的B．丙图中②曲线对应的入射光光子能量为12.09eVC．丙图中①曲线对应的入射光光子能使钾金属产生最大初动能为10.20eV的光电子D．丙图中【答案】B【详解】A．依题意，基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光的光子能量分别为，，可知不能使K极金属产生光电效应的光是从n＝3跃迁到n＝2时产生的。故A错误；BD．根据可知丙图中②曲线对应的入射光光子能量为光子能量较大的光子即12.09eV。丙图中①曲线的遏制电压为故B正确，D错误；C．丙图中①曲线对应的入射光光子能量为10.20eV，能使钾金属产生光电子最大初动能为故C错误。故选B。4．关于物理学的重要史实和结论，下列说法正确的是（）A．通过分光镜观察到的氢原子光谱是连续谱B．汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内C．卢瑟福依据a粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论D．根据波尔原子结构理论，氢原子的电子绕氢原子核运动的半径可以取任意值【答案】C【详解】A．氢原子光谱是不连续的，是线状谱，因此通过分光镜观察到的氢原子光谱是不连续谱，故A错误；BC．汤姆孙发现电子后提出了“枣糕式”原子模型，而卢瑟福依据a粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论，故B错误，C正确；D．根据波尔原子结构理论，电子绕核运动的轨道半径是量子化的，是一些不连续的特定值，且电子绕核旋转是定态，故D错误。故选C。5．在研究光电效应规律的试验中，用三束光分别照射同一光电管得到三条光电流和电压的关系图线如图所示，则下列说法正确的是（）A．三种光的频率关系是 B．三种光的频率关系是C．光电子的最大初动能 D．光电子的最大初动能【答案】D【详解】AB．由图可知，甲、丙光对应的遏止电压相等且小于乙光对应的遏止电压，设为光电管中阴极的逸出功，由光电效应方程由动能定理得所以，甲、丙光频率相等且小于乙光的频率，AB错误。CD．因为由图可知，甲、丙对应的遏止电压相等且小于乙光对应的遏止电压，所以，甲光对应的光电子最大初动能与丙光相等且小于乙光对应的光电子的最大初动能，C错误、D正确；故选D。6．在物理学发展过程中，观测、科学实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用，下列说法符合历史事实的是（）A．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核B．法拉第在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化C．卢瑟福通过粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子D．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷【答案】D【详解】A．贝克勒尔通过对天然放射性研究发现了原子核内部是有结构的，选项A错误；B．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项B错误；C．卢瑟福通过α粒子散射实验，得出了原子的核式结构理论，没有证实在原子核内存在质子，选项C错误；D．汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定了粒子的比荷，选项D正确。故选D。7．如图甲为氢原子的能级图，现用频率为的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为、、的三条谱线，现用这三种频率的光去照射图乙的光电效应的实验装置；其中只有a、b两种光能得到图丙所示的电流与电压的关系曲线；已知图乙中的阴极材料是表中所给材料中的一种，表是几种金属的逸出功和截止频率。已知。以下说法不正确的是（）

几种金属的逸出功和截止频率金属W/eVv/×1014Hz钠2.295.53钾2.255.44铷2.135.15A．图乙中的阴极材料一定是铷B．图丙中C．一定有D．图丙中的b光照射阴极电流达到饱和时每秒射出的光电子数大约4×1012个【答案】C【详解】A．在所发射的光谱中仅能观测到三条谱线，则说明是从能级向低能级跃迁的，结合乙图知则这三种光子的能量分别为，，，由代入a光的数值解得由表知阴极材料为铷，故A正确；B．图丙中故B正确；C．用频率为的光照射大量处于基态的氢原子，基态氢原子吸收光子能量跃迁到高能级，在向低能级跃迁时辐射出三种频率的光，三种光子能量关系为又则频率关系为，故C错误；D．由丙图知b光的饱和电流为，由知，每秒射出的电荷量为，又已知，则每秒射出的光电子数大约为故D正确；本题选不正确的，故选C。8．图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极由逸出功的金属钙制成。图乙是汞原子的能级图，用汞原子跃迁发出的光子照射阴极，下列说法正确的是（）

A．大量能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出4种频率的光B．从能级跃迁到基态发出的光子波长最长C．从能级跃迁到能级发出的光子能使金属钙发生光电效应D．用大量能级跃迁发出的光子照射，要使微安表示数为0，滑片P应向a端移动【答案】D【详解】A．大量能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出频率的光，故A错误；B．由公式可知光的能量越小，光的波长越长，结合能级图容易知道并不是从能级跃迁到基态发出的光子的能量最小，所以从能级跃迁到基态发出的光子波长不是最长的，故B错误；C．由可知从能级跃迁到能级发出的光子的能量为2.80eV，小于金属钙的逸出功，所以不能使金属钙发生光电效应，故C错误；D．大量能级跃迁发出的光子照射，当滑片P应向a端移动，有O点电势比a点的高，所以这时加在光电管的电压为反向电压，即K极加正极。所以有可能使得微安表示数为0，故D正确。故选D。二：多项选择题：本题共4小题，每小题5分，共20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5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。9．用如图所示的光电管研究光电效应，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么（）A．a光的频率一定大于b光的频率B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c【答案】AB【详解】A．用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明产生了光电效应，则有a光频率大于金属板的截止频率，单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，没有产生光电效应，则知b光频率小于金属板的截止频率，所以a光的频率一定大于b光的频率，A正确；B．只增加a光的强度，则单位时间内发出光子数增多，流经电流计G的电流增大，B正确；C．能否产生光电效应只与照射光的频率有关，因b光频率小于金属板的截止频率，不会产生光电效应，所以增加b光的强度也不会产生光电效应，C错误；D．光电子从K极向A极运动，形成的电流方向与电子定向移动方向相反，电流计G中的电流是由c到d，D错误。故选AB。10．如图所示为粒子散射实验的示意图：放射源发出射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中①②③为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或依据实验结果做出的推理错误的是（）

A．在位置②接收到的粒子最多B．在位置①接收到粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内C．位置②接收到的粒子一定比位置①接收到的粒子所受金原子核斥力的冲量更大D．若正电荷均匀分布在原子内，则①②③三个位置接收到粒子的比例应相差不多【答案】AC【详解】A．原子的内部是很空阔的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置③接收到的α粒子最多，所以A错误，符合题意；B．在位置①接收到α粒子说明正电荷不可能均匀分布在原子内，所以B正确，不符合题意；C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置①α粒子速度反向运动，则动量的变化量更大，所以冲量更大，则C错误，符合题意；D．若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则①②③三个位置接收到α粒子的比例应相差较多，所以D正确，不符合题意。故选AC。11．1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（）A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”C．能量子假说中的能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的【答案】ABC【详解】能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”，能量子的能量ε=hν，ν为带电微粒的振动频率，h为普朗克常量，故ABC符合题意，D不符合题意。故选ABC。12．1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫压强或光压。已知频率为的光子的动量为，式中h为普朗克常量（h=6.63×10-34J·s），c为光速（c=3×108m/s），某激光器发出的激光功率为P=1000W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S=1.00mm2，该激光的波长=500nm下列说法正确的有（）A．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为B．该激光定能使金属钨（截止频率为1.095×1015Hz）发生光电效应C．该激光不能使处于第一激发态的氢原子（E2=-3.4eV=-5.44×10-19J）电离D．该光束可被完全吸收产生的光压约为6.67Pa【答案】AC【详解】A．单位时间内射到平整元件上的光能为每个光子的能量为则该激光器单位时间内发出的光子数故A正确；B．入射光的频率为入射光的频率小于金属钨的截止频率，不能发生光电效应，故B错误；C．入射光子的能量光子能量小于处于第一激发态的氢原子的电离能，不能使其电离，故C正确；D．对单位时间内发出的光子，根据动量定理根据以上分析可知代入，可得故D错误。故选AC。三：实验题:本题共2小题，第一小题小题5分，第二小题7分，共12分。13．如图甲所示，一验电器与锌板相连，在O处用的紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。现使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。（1）甲图中锌板带电，指针带电（“正”、“负”、“无”）；若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针（填“有”或“无”）偏转。（2）某同学设计了如图乙所示的电路，图中A和K为光电管的两极，K为阴极，A为阳极。现接通电源，用光子能量为6.4eV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，电流计的示数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的示数恰好为零，读出此时电压表的示数为2.1V，则光电管阴极材料的逸出功为eV，该阴极材料的截止频率为Hz。（普朗克常量，结果保留两位有效数字）（3）如图丙中Uc为反向遏止电压，v为入射光频率，改变入射光频率（都大于该光电管的截止频率）测得如图丙直线。若用逸出功更小的光电管作阴极材料，在图丙中画出可能的图像。【答案】正正无4.3【详解】（1）[1][2][3]在处用一紫外线灯照射锌板，锌板发生光电效应，光电子射出后，锌板带正电，验电器与锌板连接，所以指针带正电，改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针无偏转，因为红外线不能使锌板发生光电效应。（2）[4][5]当滑至某一位置时电流计的示数恰好为零，读出此时电压表的示数为2.1V，可知，遏止电压根据解得电管阴极材料的逸出功为该阴极材料的截止频率为（3）[6]根据整理得所以用逸出功更小的光电管作阴极材料，图像斜率不变，相互平行，但纵截距不同，如下14．氢原子从3.4eV的能级跃迁到0.85eV的能级时，则：（1）该氢原子是（填“辐射”或“吸收”）光子，这种光子的波长是m（计算结果取一位有效数字）（2）如图所示，光电管用金属材料铯制成，电路中定值电阻R0=0.75Ω，电源电动势E=1.5V，内阻r=0.25Ω，图中电路在D点交叉，但不相连。R为变阻器，O是变阻器的中间抽头，位于变阻器的正中央，P为滑动端。变阻器的两端点ab总阻值为14Ω。当用上述氢原子两能级间跃迁而发射出来的光照射图中的光电管，欲使电流计G中电流恰好为零，变阻器P应往点（填“a”或“b”）移动，此时变阻器aP间阻值应为Ω，已知普朗克常量，金属铯的逸出功为1.9eV，。【答案】吸收a0.5【详解】（1）[1]因氢原子是从低能级向高能级跃迁，故应是吸收光子。[2]吸收能量为，由与得（2）[3][4]当光照射金属时，逸出电子的最大初动能为欲使电流计G中电流为零，则光电管的电势左高右低，所以变阻器P应往a移动，且电势差等于0.65V。从电路图可知：变阻器最大值与定值电阻串联；由得那么四：解答题:本题共4小题,第一小题小题6分，第二小题8分，第三小题10分，第四小题12分，共36分。15．我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知光电子到达A时的最大动能为Ekm，普朗克常量为h，电子电荷量为e。（1）若对调电源正、负极，则光电管两端电压至少调为多少，才可使电流表G示数为零；（2）若电流表G的示数为I，则平均每入射多少个光子会产生1个光电子，设所有的光电子都能到达A。【答案】（1）；（2）【详解】（1）根据光电效应方程和动能定理设遏止电压为Ue，根据动能定理得解得（2）设t时间内通过的电荷量为q，根据电流强度的定义设产生光电子总数为N，平均每入射n个光子会产生1个光电子解得16．光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光，瑞士科学家巴耳末发现这些谱线的波长λ满足一个简单的公式，即巴耳末公式，（n=3，4，5…）。已知R为里德伯常量，电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，普朗克常量为h。（1）求氢原子中电子从n=3能级跃迁到n=2时对应谱线的波长λ；（2）利用巴耳末系中波长最长的光照射某金属发生光电效应，已知遏止电压为Uc。求该金属的逸出功W0。【答案】（1）；（2）【详解】（1）由题意可知，在巴耳末系中，氢原子由n=3能级跃迁到n=2时有解得（2）氢原子由n=3能级跃迁到n=2时，辐射光子的能量最小，巴耳末系中波长最长，根据解得根据光电效应方程有根据遏止电压的规律有解得17．光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具们能量之外还具有动量。由狭义相对论可知，一定的质量m与一定的能量E相对应：，其中c为真空中光速。真空中光速c，普朗克常量h均已知。（1）已知某单色光的频率为，波长为，该单色光光子的能量E=h，其中h为普朗克常量。试借用质子、电子等粒子动量的定义：动量=质量×速度，推导该单色光光子的动量；（2）光照射到物体表面时，如同大量气体分与器壁的频繁碰撞一样，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”，用I表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光，光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时，假设光全部被吸收，试写出其在物体表而引起的光压的表达式；（3）在某次康普顿效应中，为简化问题研究，设入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，如图，碰撞后光子的方向恰好与原入射方向成90°，已知：入射光波长，散射后波长为，求碰撞后电子的动能和动量。

【答案】（1）见解析；（2）；（3），【详解】（1）根据题意有粒子的动量为联立可得单色光光子的动量（2）一小段时间Δ