2024-2025學年新教材高中物理第4章原子結構和波粒二象性章末綜合測評4含解析新人教版選擇性必修3

PAGE8-原子結構和波粒二象性(時間：90分鐘分值：100分)1．(4分)在試驗室或工廠的高溫爐子上開一小孔，小孔可看作黑體，由小孔的熱輻射特征，就可以確定爐內的溫度，如圖所示，就是黑體的輻射強度與其輻射光波長λ的關系圖像，則下列說法正確的是()A．T1＞T2B．T1＜T2C．隨著溫度的上升，黑體的輻射強度都有所降低D．隨著溫度的上升，輻射強度的極大值向波長較長方向移動A[黑體輻射的強度按波長的分布只與溫度有關。隨著溫度的上升，各種波長的輻射強度都有所增加，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。從圖中可看出，λ1＜λ2，T1＞T2，故選項A正確。]2．(4分)一個光子和一個電子具有相同的波長，則()A．光子具有較大的動量B．光子具有較大的能量C．電子與光子的動量相等D．電子和光子的動量大小關系不確定C[依據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，若一個光子的德布羅意波長和一個電子的波長相等，則光子和電子的動量肯定相等A、D錯誤，C正確；光子的能量E光＝hν＝eq\f(hc,λ)，電子的能量Ee＝mc2＝eq\f(mvc2,v)＝eq\f(pc2,v)＝eq\f(hc2,λv)＝eq\f(c,v)·E光，因電子的速度v＜c，故Ee＞E光，B錯誤。]3．(4分)光電效應試驗中，下列表述正確的是()A．光照時間越長，光電流越大B．入射光足夠強就會有光電流C．遏止電壓與入射光的頻率成正比D．入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子D[在光電效應中，若照耀光的頻率小于極限頻率，無論光照時間多長，光照強度多大，都無光電流，當照耀光的頻率大于極限頻率時，立即有光電子產(chǎn)生，A、B錯誤，D正確；由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝eq\f(hν－W,e)，即遏止電壓與入射光頻率ν有關，但二者間不是正比關系，C錯誤。]4．(4分)下列敘述中符合物理學史的有()A．湯姆孫通過探討陰極射線試驗，發(fā)覺了電子B．盧瑟福通過對α粒子散射試驗現(xiàn)象的分析，證明白原子是可以再分的C．查德威克通過對α粒子散射試驗現(xiàn)象的分析，提出了原子的核式結構模型D．玻爾依據(jù)氫原子光譜分析，總結出了氫原子光譜可見光區(qū)波長公式A[湯姆孫通過探討陰極射線發(fā)覺了電子，A正確；盧瑟福通過對α粒子散射試驗現(xiàn)象的分析，得出了原子的核式結構模型，B、C錯誤；巴耳末依據(jù)氫原子光譜在可見光區(qū)的四條譜線得出巴耳末公式，D錯誤。]5．(4分)關于陰極射線的性質，下列說法正確的是()A．陰極射線是電子打在玻璃管壁上產(chǎn)生的B．陰極射線本質是電子C．陰極射線在電磁場中的偏轉表明陰極射線帶正電D．陰極射線的比荷比氫原子核小B[陰極射線是原子受激放射出的電子流，A、C錯誤，B正確；電子帶電荷量與氫原子相同，但質量是氫原子的eq\f(1,1836)，故陰極射線的比荷比氫原子大，D錯誤。]6．(4分)依據(jù)α粒子散射試驗，盧瑟福提出了原子的核式結構模型。如圖所示為原子核式結構模型的α粒子散射圖景。圖中實線表示α粒子的運動軌跡。則關于α粒子散射試驗，下列說法正確的是()A．圖中大角度偏轉的α粒子的電勢能先減小后增大B．圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核發(fā)生了碰撞C．絕大多數(shù)α粒子沿原方向接著前進說明白帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小D．依據(jù)α粒子散射試驗可以估算原子大小C[題圖中大角度偏轉的α粒子所受的電場力先做負功，后做正功，則其電勢能先增大后減小，A錯誤；題圖中的α粒子反彈是因為α粒子與金原子核之間的庫侖斥力作用，阻礙α粒子運動，但是并沒有發(fā)生碰撞，B錯誤；絕大多數(shù)α粒子沿原方向接著前進說明白帶正電的原子核占據(jù)原子的空間很小，C正確；依據(jù)α粒子散射試驗可以估算原子核大小，D錯誤。]7．(4分)如圖所示，a、b、c、d分別表示氫原子在不同能級間的四種躍遷，輻射光子頻率最大的是()A．a(chǎn)B．bC．cD．dB[hνa＝E2－E1＝10.2eV，hνb＝E3－E1＝12.09eV，hνc＝E3－E2＝1.89eV，hνd＝E4－E3＝0.66eV，故頻率最大的是b光子，選項B正確。]8．(6分)為了說明光電效應現(xiàn)象，愛因斯坦提出了光子的概念，并給出了光電效應方程。但這一觀點一度受到質疑，密立根通過下述試驗來驗證其理論的正確與否，試驗電路如圖甲所示。甲乙(1)為了測量遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系，試驗中雙刀雙擲開關應向________閉合。(選填“上”或“下”)(2)假如試驗所得Uc-ν圖像如圖乙所示，其中U1、ν1、νc為已知量，電子電荷量為e，那么：①只需將________與普朗克常量h進行比較，若在誤差許可的范圍內兩者相等，則證明光電效應方程是正確的；②該試驗所用光電管的K極材料的逸出功為________。[解析](1)測量遏止電壓須要將陰極K接電源的正極，可知試驗中雙刀雙擲開關應向下閉合。(2)①依據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek＝hν－W0結合eUc＝Ek，解得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(h,e)νc，結合圖像可知斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,ν1－νc)解得普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1－νc)故需將eq\f(eU1,ν1－νc)與普朗克常量h進行比較。②由圖乙可知，截止頻率為νc，則該金屬的逸出功W0＝hνc＝eq\f(eU1,ν1－νc)νc。[答案](1)下(2)①eq\f(eU1,ν1－νc)②eq\f(eU1,ν1－νc)νc9．(10分)德布羅意認為：任何一個運動著的物體，都有著一種波與它對應，波長是λ＝eq\f(h,p)，式中p是運動著的物體的動量，h是普朗克常量。已知某種紫光的波長是440nm，若將電子加速，使它的德布羅意波長是這種紫光波長的10－4倍，求：(1)電子的動量的大小；(2)試推導加速電壓跟德布羅意波波長的關系，并計算加速電壓的大小。電子質量m＝9.1×10－31kg，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，加速電壓的計算結果取一位有效數(shù)字。[解析](1)由λ＝eq\f(h,p)知電子的動量p＝eq\f(h,λ)＝1.5×10－23kg·m/s。(2)電子在電場中加速，有eU＝eq\f(1,2)mv2又eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)解得U＝eq\f(mv2,2e)＝eq\f(h2,2meλ2)≈8×102V。[答案](1)1.5×10－23kg·m/s(2)U＝eq\f(h2,2meλ2)8×102V10．(10分)氫原子的能級圖如圖所示。原子從能級n＝3向n＝1躍遷所放出的光子，正好使某種金屬材料產(chǎn)生光電效應。有一群處于n＝4能級的氫原子向較低能級躍遷時所發(fā)出的光照耀該金屬。普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，求：(1)氫原子向較低能級躍遷時共能發(fā)出幾種頻率的光子；(2)該金屬的逸出功和截止頻率。[解析](1)處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時可產(chǎn)生的光的頻率的種數(shù)為N＝eq\f(nn－1,2)＝eq\f(4×3,2)＝6(種)。(2)W0＝E3－E1＝12.09eV，E3－E1＝hν解得ν＝2.9×1015Hz。[答案](1)6(2)12.09eV2.9×1015Hz11．(4分)(多選)關于α粒子散射試驗，下列說法正確的是()A．在試驗中視察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉，極少數(shù)偏轉角度超過90°，有的甚至被彈回B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉的力是來自帶正電的核及核外電子，當α粒子接近核時是核的斥力使α粒子偏轉，當α粒子接近電子時是電子的吸引力使之偏轉C．試驗表明：原子中心有一個微小的核，它占有原子體積的微小部分D．試驗表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和原子的全部質量AC[由α粒子散射試驗結果知，A正確；由于電子的質量遠小于α粒子的質量，對α粒子的運動影響微小，使α粒子發(fā)生明顯偏轉的是原子核的斥力，B錯誤；試驗表明：原子具有核式結構，核微小，但含有全部的正電荷和幾乎全部的質量，依據(jù)試驗可以確定核半徑的數(shù)量級，C正確，D錯誤。]12．(4分)(多選)在光電效應試驗中，用頻率為ν的光照耀光電管陰極，發(fā)生了光電效應，下列說法正確的是()A．增大入射光的強度，光電流增大B．減小入射光的強度，光電效應現(xiàn)象消逝C．改用頻率小于ν的光照耀，肯定不發(fā)生光電效應D．改用頻率大于ν的光照耀，光電子的最大初動能變大AD[增大入射光強度，單位時間內照耀到單位面積的光電子數(shù)增加，則光電流將增大，故選項A正確；光電效應是否發(fā)生取決于照耀光的頻率，而與照耀強度無關，故選項B錯誤；用頻率為ν的光照耀光電管陰極，發(fā)生光電效應，用頻率較小的光照耀時，若光的頻率仍大于極限頻率，則仍會發(fā)生光電效應，選項C錯誤；依據(jù)hν－W0＝eq\f(1,2)mv2可知，增加照耀光頻率，光電子的最大初動能也增大，故選項D正確。]13．(4分)(多選)處于基態(tài)的氫原子汲取一個光子后，則下列說法正確的是()A．電子繞核旋轉半徑增大B．電子的動能增大C．氫原子的電勢能增大D．氫原子的總能量增加ACD[由玻爾理論可知，氫原子汲取光子后，應從離核較近的軌道躍遷到離核較遠的軌道，在此躍遷過程中，電場力對電子做負功，電勢能增加。另由經(jīng)典電磁理論知，電子繞核做勻速圓周運動的向心力即為氫核對電子的庫侖力，故eq\f(ke2,r2)＝eq\f(mv2,r)，所以Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)。可見，電子運動軌道半徑增大，動能減小，再結合能量守恒定律，氫原子汲取光子，總能量增加，故選項A、C、D正確。]14．(4分)(多選)依據(jù)氫原子的玻爾模型，氫原子核外電子在第一軌道和其次軌道運行時()A．軌道半徑之比為1∶4B．速度之比為4∶1C．周期之比為1∶8 D．動能之比為4∶1ACD[由玻爾公式rn＝n2r1，所以軌道半徑之比為r1∶r2＝12∶22＝1∶4，故A正確；依據(jù)庫侖定律和牛頓其次定律有：keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\f(v\o\al(2,n),rn)，vn＝eq\r(\f(ke2,mrn))，所以速度之比為eq\f(v1,v2)＝eq\r(\f(r2,r1))＝2∶1，故B錯誤；依據(jù)庫侖定律和牛頓其次定律有：keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2π,T)))eq\s\up12(2)rn，T＝eq\r(\f(4π2mr\o\al(3,n),ke2))，所以周期之比為eq\f(T1,T2)＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r1,r2)))eq\s\up12(3))＝1∶8，故C正確；依據(jù)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝eq\f(1,2)keq\f(e2,rn)，所以動能之比為eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(r2,r1)＝4∶1，故D正確。]15．(4分)(多選)如圖所示的氫原子能級圖，可見光的能量范圍為1.62～3.11eV，用可見光照耀大量處于n＝2能級的氫原子，可視察到多條譜線，若是用能量為E的實物粒子轟擊大量處于n＝2能級的氫原子，至少可視察到兩條具有顯著熱效應的紅外線，則()A．肯定有4.73eV>E>1.62eVB．E的值可能使處于基態(tài)的氫原子電離C．E肯定大于2.86eVD．E的值可能使基態(tài)氫原子產(chǎn)生可見光BD[紅外線光子能量小于可見光光子能量，由實物粒子轟擊大量處于n＝2能級的氫原子，至少可視察到兩種紅外線光子，說明處于n＝2能級的氫原子受激發(fā)后至少躍遷到n＝5，所以實物粒子的最小能量為E＝E5－E2＝2.86eV，選項A、C錯誤；因為E可以為大于或等于2.86eV的隨意值，選項B、D正確。]16．(6分)氫原子基態(tài)的能量為E1＝－13.6eV。大量氫原子處于某一激發(fā)態(tài)。由這些氫原子可能發(fā)出的全部的光子中，頻率最大的光子能量為－0.96E1，頻率最小的光子的能量為________eV(保留2位有效數(shù)字)，這些光子可具有________種不同的頻率。[解析]頻率最大的光子對應從最高能級向基態(tài)的躍遷，則有En－E1＝－0.96E1，又因為En＝eq\f(1,n2)E1，故可得n＝5，因而頻率最小的光子對應從n＝5到n＝4的能級躍遷，具有的能量ΔE＝E5－E4＝eq\f(E1,25)－eq\f(E1,16)＝0.31eV，因氫原子是大量的，故由Ceq\o\al(2,5)＝10知，這些光子可具有10種不同的頻率。[答案]0.311017．(10分)如圖所示，相距為d的兩平行金屬板A、B足夠大，板間電壓恒為U，有一波長為λ的細激光束照耀到B板中心，使B板發(fā)生光電效應，已知普朗克常量為h，金屬板B的逸出功為W0，電子質量為m，電荷量為e。求：(1)從B板運動到A板所需時間最短的光電子，到達A板時的動能；(2)光電子從B板運動到A板時所需的最長時間。[解析](1)依據(jù)愛因斯坦光電效應方程得Ek＝hν－W0光子的頻率為ν＝eq\f(c,λ)所以光電子的最大初動能為Ek＝eq\f(hc,λ)－W0能以最短時間到達A板的光電子，是初動能最大且垂直于板面離開B板的電子，設到達A板的動能為Ek1，由動能定理，得eU＝Ek1－Ek所以Ek1＝eU＋eq\f(hc,λ)－W0。(2)能以最