浙江專版2024-2025學(xué)年新教材高中物理第4章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性過關(guān)檢測(cè)新人教版選擇性必修第三冊(cè)

第四章過關(guān)檢測(cè)(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題Ⅰ(本題共7小題,每小題4分,共28分。每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中只有一個(gè)是符合題目要求的,不選、多選、錯(cuò)選均不得分)1.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的說法不正確的是()A.電子的發(fā)覺說明白原子內(nèi)部還有困難結(jié)構(gòu)B.α粒子散射試驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)C.α粒子散射試驗(yàn)中絕大多數(shù)都發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)D.α粒子散射試驗(yàn)中有的α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)是因?yàn)棣亮Ｗ优c原子核之間存在庫侖力答案:C解析:電子的發(fā)覺說明白原子內(nèi)部還有困難結(jié)構(gòu),選項(xiàng)A正確;α粒子散射試驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu),選項(xiàng)B正確;α粒子散射試驗(yàn)中絕大多數(shù)不發(fā)生偏轉(zhuǎn),少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;α粒子散射試驗(yàn)中有的α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)是因?yàn)棣亮Ｗ优c原子核之間存在庫侖力,選項(xiàng)D正確。2.在光電效應(yīng)試驗(yàn)中,用同一束單色光,先后照耀鋅和銀的表面,都能發(fā)生光電效應(yīng)。對(duì)于這兩個(gè)過程,下列四個(gè)物理量肯定相同的是()A.遏止電壓B.飽和光電流C.光電子的最大初動(dòng)能D.逸出功答案:B解析:同一束單色光照耀不同的金屬,入射光的頻率和光子能量肯定相同,金屬逸出功不同;依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,最大初動(dòng)能不同;由eUc=Ek可知,遏止電壓不同;同一束單色光照耀,入射光的強(qiáng)弱相同,所以飽和光電流相同,故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。3.我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置,可發(fā)出波長在100nm(1nm=10-9m)旁邊連續(xù)可調(diào)的極紫外激光脈沖,大連光源因其發(fā)出的光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的探討中發(fā)揮重要作用。一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子,但又不會(huì)把分子打碎,據(jù)此推斷,能夠電離一個(gè)分子的能量約為()(普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s)A.10-21J B.10-18JC.10-15J D.10-12J答案:B解析:電離能等于一個(gè)處于極紫外波段的光子能量E=hν=hcλ=6.6×10-34×3×108100×10-4.如圖所示,弧光燈發(fā)出的光經(jīng)過下列試驗(yàn)后產(chǎn)生了兩個(gè)重要的試驗(yàn)現(xiàn)象。①經(jīng)過一狹縫后,在后面的鋅板上形成明暗相間的條紋;②與鋅板相連的驗(yàn)電器的箔片張開了肯定的角度。則這兩個(gè)試驗(yàn)現(xiàn)象分別說明()A.①和②都說明光有波動(dòng)性B.①和②都說明光有粒子性C.①說明光有粒子性,②說明光有波動(dòng)性D.①說明光有波動(dòng)性,②說明光有粒子性答案:D解析:現(xiàn)象①是光的干涉現(xiàn)象,該現(xiàn)象說明白光具有波動(dòng)性;現(xiàn)象②是光電效應(yīng)現(xiàn)象,該現(xiàn)象說明白光具有粒子性,故選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤,D正確。5.汞原子的能級(jí)圖如圖所示,現(xiàn)讓一束單色光照耀到大量處于基態(tài)的汞原子上,汞原子只發(fā)出三種不同頻率的單色光。那么,關(guān)于入射光的能量,下列說法正確的是()A.可能大于或等于7.7eVB.可能大于或等于8.8eVC.肯定等于7.7eVD.包含2.8eV、4.9eV、7.7eV三種答案:C解析:汞原子發(fā)出三種不同頻率的單色光,說明汞原子肯定汲取能量從基態(tài)躍遷到n=3的激發(fā)態(tài),其能級(jí)差為ΔE=E3-E1=7.7eV,故選項(xiàng)C正確。6.下圖是氫原子的能級(jí)圖,大量處于n=5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)()A.一共能輻射6種頻率的光子B.能輻射出3種能量大于10.2eV的光子C.能輻射出3種能量大于12.09eV的光子D.能輻射出能量小于0.31eV的光子答案:B解析:激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),能輻射12n(n-1)種頻率的光子,當(dāng)n=5時(shí),一共能輻射10種頻率的光子,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;輻射的光子的能量等于兩能級(jí)能量之差,即從n=5依次向n=4、3、2、1躍遷的能量分別為0.31eV、0.97eV、2.86eV、13.06eV,從n=4依次向n=3、2、1躍遷的能量分別為0.66eV、2.55eV、12.75eV,從n=3依次向n=2、1躍遷的能量分別為1.89eV、12.09eV,從n=2向n=1躍遷的能量為10.2eV,所以選項(xiàng)B正確,C、D7.關(guān)于波粒二象性的有關(guān)學(xué)問,下列說法錯(cuò)誤的是()A.速度相同的質(zhì)子和電子相比,電子的波動(dòng)性更為明顯B.用ε和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量,則ε=hcλ,C.由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比D.康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外還有動(dòng)量答案:C解析:依據(jù)德布羅意波長公式λ=hp,速度相同的質(zhì)子和電子相比,電子的動(dòng)量小,波長長,波動(dòng)性明顯,故選項(xiàng)A正確;依據(jù)ε=hν,且λ=hp,c=λν,可得X射線每個(gè)光子的能量為ε=hcλ,每個(gè)光子的動(dòng)量為p=hλ,故選項(xiàng)B正確;由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,光電子的最大初動(dòng)能二、選擇題Ⅱ(本題共3小題,每小題4分,共12分。每小題列出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。全部選對(duì)的得4分,選對(duì)但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分)8.在對(duì)α粒子散射試驗(yàn)的現(xiàn)象分析時(shí),我們并沒有考慮α粒子跟電子碰撞,這是因?yàn)?)A.α粒子跟電子碰撞時(shí),損失的能量很小,可以忽視B.電子體積特別小,α粒子碰不到它C.α粒子跟各粒子碰撞的效果相互抵消D.α粒子跟電子碰撞時(shí),動(dòng)量幾乎不變更答案:AD解析:盧瑟福在分析α粒子散射試驗(yàn)現(xiàn)象時(shí),認(rèn)為電子不會(huì)對(duì)α粒子的偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響,其主要緣由是電子的質(zhì)量很小,α粒子與電子發(fā)生的相互作用可以忽視,就算遇到,α粒子跟電子碰撞時(shí),動(dòng)量幾乎不變更,損失的能量也很小,可以忽視,不會(huì)引起明顯的偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)A、D正確,B、C錯(cuò)誤。9.用光子能量為ε的單色光照耀容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照耀后,發(fā)覺該容器內(nèi)的氫原子能夠釋放出三種不同頻率的光子,它們的頻率由低到高依次為ν1、ν2、ν3,由此可知,起先用來照耀容器的單色光的光子能量可以表示為()A.hν1B.hν3C.h(ν1+ν2)D.h(ν1+ν2+ν3)答案:BC解析:該容器的氫原子能夠釋放出三種不同頻率的光子,說明這時(shí)氫原子處于第三能級(jí)。依據(jù)玻爾理論應(yīng)當(dāng)有hν3=E3-E1,hν2=E2-E1,hν1=E3-E2,可見hν3=hν1+hν2=h(ν1+ν2),所以照耀光的光子能量可以表示為hν3或h(ν1+ν2),故選項(xiàng)B、C正確。10.圖甲是光電效應(yīng)的試驗(yàn)裝置圖,圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關(guān)系圖像,下列說法正確的有()A.由圖甲可知,閉合開關(guān),電子飛到陽極A的動(dòng)能比其逸出陰極K表面時(shí)的動(dòng)能小B.由圖甲可知,閉合開關(guān),向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,當(dāng)電壓表示數(shù)增大到某一值后,電流表的讀數(shù)將不再增大C.由圖乙可知,③光子的頻率小于①光子的頻率D.由圖乙可知,①②是同種顏色的光,①的光比②的強(qiáng)答案:BD解析:光電管中的電場(chǎng)水平向右,電子從金屬板逸出后,受到的電場(chǎng)力水平向左,電子做加速運(yùn)動(dòng),所以電子飛到陽極A的動(dòng)能比其逸出陰極K表面時(shí)的動(dòng)能大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;向右移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,光電管中電壓增大,當(dāng)光電管中的電流達(dá)到飽和光電流時(shí),電流表示數(shù)將不再增大,選項(xiàng)B正確;依據(jù)光電效應(yīng)方程hν=W0+Ek,結(jié)合eUc=Ek,整理得Uc=heν-W0e,③光子的遏止電壓大于①光子的遏止電壓,所以③光子的頻率大于①光子的頻率,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;①②遏止電壓相同,①②頻率相同,所以①②是同種顏色的光,①的飽和光電流大于②的飽和光電流,①三、非選擇題(本題共6小題,共60分)11.(6分)下圖為α粒子散射試驗(yàn)裝置的示意圖,熒光屏和顯微鏡一起放在圖中的(選填“A”“B”“C”或“D”)位置時(shí),相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光的次數(shù)最多;放在圖中的(選填“A”“B”“C”或“D”)位置時(shí),屏上仍能視察到一些閃光,但次數(shù)最少。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,盧瑟福提出了原子的模型。

答案:AD核式結(jié)構(gòu)解析:由于絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后都沿原來的方向運(yùn)動(dòng),因此放在A處時(shí),相同時(shí)間內(nèi)視察到屏上的閃光的次數(shù)最多。由于有極少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),因此放在D處,屏上仍能視察到一些閃光,但次數(shù)最少。盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。12.(6分)如圖甲所示,密封的玻璃管內(nèi)注入淡薄的氫氣,連接熱陰極K的兩接線柱ab通電后,K可以放射熱電子,速度近似為零,在金屬網(wǎng)極和熱陰極K的接線柱bc間加上電壓Ucb=12V,加速后電子與氫原子發(fā)生碰撞能使基態(tài)氫原子被激發(fā),氫原子能級(jí)圖如圖乙所示,則觀測(cè)到氫原子光譜譜線為條,在A板處有電子能打到板上,打到板上電子的動(dòng)能可能是eV。

答案:11.8解析:電子在金屬網(wǎng)極和熱陰極K的接線柱bc間加上電壓Ucb=12V,加速后獲得的能量E=12eV,加速后電子與氫原子發(fā)生碰撞,設(shè)能量全部傳給氫原子,只能使氫原子從能級(jí)n=1躍遷到能級(jí)n=2,因此只能觀測(cè)到1條氫原子光譜譜線;由電子獲得12eV的能量,與氫原子碰撞后損失10.2eV的能量,當(dāng)電子到達(dá)A板時(shí)的動(dòng)能可能為1.8eV。13.(6分)下圖是工業(yè)生產(chǎn)中大部分光電限制設(shè)備用到的光控繼電器的示意圖,它由電源、光電管、放電器、電磁繼電器等幾部分組成。其原理是當(dāng)光照耀光電管時(shí)電路中產(chǎn)生光電流,經(jīng)放大器放大的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使鐵芯M被磁化,將銜鐵N吸住;當(dāng)光照消逝時(shí),電路中電流消逝,銜鐵N自動(dòng)離開M。(1)示意圖中,為了盡可能增大光電流,a端應(yīng)是電源的(選填“正”或“負(fù)”)極。(2)當(dāng)用綠光照耀光電管陰極K時(shí),可以發(fā)生光電效應(yīng),則下列說法正確的是。

A.增加綠光,光電子最大初動(dòng)能增大B.增加綠光,電路中光電流增大C.僅改用同樣強(qiáng)的紫光照耀,光電子的最大初動(dòng)能不變D.僅改用同樣強(qiáng)的紫光照耀,光電子的最大初動(dòng)能變大答案:(1)正(2)BD解析:(1)a端接電源的正極,可使電子從K向A加速運(yùn)動(dòng),且使更多電子落到A上。(2)依據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知,增加光照時(shí),光電子的最大初動(dòng)能不變,但光電流增大,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,因?yàn)樽瞎獾念l率大于綠光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能增加,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。14.(12分)一群氫原子處于量子數(shù)n=4的能級(jí)狀態(tài),氫原子的能級(jí)圖如圖所示。(1)氫原子可能放射幾種頻率的光子?(2)氫原子由n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)輻射光子的能量是多少?(3)用(2)中的光子照耀下表中4種金屬,哪些金屬能發(fā)生光電效應(yīng)?發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),放射光電子的最大初動(dòng)能是多少?金屬銫鈣鎂鈦逸出功W0/eV1.92.73.74.1答案:(1)6種(2)2.55eV(3)銫金屬0.65eV解析:(1)由C42(2)氫原子由量子數(shù)n=4的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)輻射光子的能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差,即ε=E4-E2=-0.85eV+3.40eV=2.55eV。(3)ε只大于銫的逸出功,故光子只有照耀銫金屬時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng),依據(jù)光電效應(yīng)方程得Ek=hν-W0=2.55eV-1.9eV=0.65eV。15.(12分)圖甲為利用光電管探討光電效應(yīng)的電路圖,其中光電管陰極K的材料是鉀,鉀的逸出功為W0=3.6×10-19J。圖乙為試驗(yàn)中用某一頻率的光照耀光電管時(shí),測(cè)量得到的光電管伏安特性曲線,當(dāng)U=-2.5V時(shí),光電流剛好截止。已知h=6.6×10-34J·s,e=1.6×10-19C。(1)本次試驗(yàn)入射光的頻率是多少?(2)當(dāng)U'=2.5V時(shí),光電子到達(dá)陽極A的最大動(dòng)能是多少?答案:(1)1.2×1015Hz(2)8.0×10-19J解析:(1)由題圖乙可知反向遏止電壓為Uc=2.5V,依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0且eUc=Ek聯(lián)立解得ν=1.2×1015Hz。(2)光電子由K運(yùn)動(dòng)到A過程,由動(dòng)能定理有eU'=Ek'-Ek解得Ek'=2eUc=8.0×10-19J。16.(18分)百年前英國科學(xué)家湯姆孫以及他所帶領(lǐng)的一批學(xué)者對(duì)原子結(jié)構(gòu)的探討奠定了近代物理學(xué)的基石,其中他對(duì)陰極射線粒子比荷測(cè)定的試驗(yàn)最為聞名。某中學(xué)某班的學(xué)生在試驗(yàn)室重做該試驗(yàn),在玻璃管內(nèi)的陰極K放射的射線被加速后,沿直線到達(dá)畫有正方形方格的熒光屏上。在上下正對(duì)的平行金屬極板上加上電壓,在板間形成電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng),射線向上偏轉(zhuǎn);再給玻璃管前后的勵(lì)磁線圈加上適當(dāng)?shù)碾妷?在線圈之間形成磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),射線沿直線運(yùn)動(dòng),不發(fā)生偏轉(zhuǎn);之后再去掉平行板間的電壓,射線向下偏轉(zhuǎn),經(jīng)過屏上A點(diǎn),如圖所示,實(shí)線為熒光軌跡。(不計(jì)射線的重力,勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)范圍限定在刻度“1”和“7”所在的豎直直線之間,且射線由刻度“1”所在位置進(jìn)入該區(qū)域)(1)求該射線進(jìn)入場(chǎng)區(qū)域時(shí)的初速度v。(2)已知正方形方格邊長為d,求該射線粒子的