（2021新人教版）高中物理选择性必修第三册章末综合测评4　原子结构和波粒二象性同步检测.doc

1、章末综合测评章末综合测评(四四)原子结构和波粒二象性原子结构和波粒二象性 (时间：时间：90 分钟分钟分值：分值：100 分分) 1(4 分分)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔， ，小孔可看作黑体小孔可看作黑体，由小孔的热辐由小孔的热辐 射特征射特征，就可以确定炉内的温度就可以确定炉内的温度，如图所示如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的的 关系图像关系图像，则下列说法正确的是则下列说法正确的是() AT1T2 BT1T2 C随着温度的升高随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低黑体的辐射强度都有所降低 D随着温度的升高

2、随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动辐射强度的极大值向波长较长方向移动 A黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。随着温度的升高随着温度的升高，各种波长的辐各种波长的辐 射强度都有所增加射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从图中可看出从图中可看出，12， T1T2，故选项故选项 A 正确。正确。 2(4 分分)一个光子和一个电子具有相同的波长一个光子和一个电子具有相同的波长，则则() A光子具有较大的动量光子具有较大的动量 B光子具有较大的能量光子具有较大的能量 C电子与光子的动量相等电

3、子与光子的动量相等 D电子和光子的动量大小关系不确定电子和光子的动量大小关系不确定 C根据德布罗意波长公式根据德布罗意波长公式h p， ， 若一个光子的德布罗意波长和一个电子的波长相若一个光子的德布罗意波长和一个电子的波长相 等等，则光子和电子的动量一定相等则光子和电子的动量一定相等 A、D 错误错误，C 正确；光子的能量正确；光子的能量 E光 光 hhc ，电电 子的能量子的能量 Eemc2mvc 2 v pc 2 v hc 2 v c vE 光光， ， 因电子的速度因电子的速度 vc， 故故 EeE光 光， ， B 错误错误。 3(4 分分)光电效应实验中光电效应实验中，下列表述正确的是下

4、列表述正确的是( ) A光照时间越长光照时间越长，光电流越大光电流越大 B入射光足够强就会有光电流入射光足够强就会有光电流 C遏止电压与入射光的频率成正比遏止电压与入射光的频率成正比 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子入射光频率大于极限频率才能产生光电子 D在光电效应中在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长无论光照时间多长，光照强度光照强度 多大多大，都无光电流都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生立刻有光电子产生，A、B 错误错误， D 正确；由正确；由eU0Ek，EkhW，可知可知 U h W

5、 e ，即遏止电压与入射光频率即遏止电压与入射光频率 有关有关，但二者间不是正比关系但二者间不是正比关系，C 错误。错误。 4(4 分分)下列叙述中符合物理学史的有下列叙述中符合物理学史的有( ) A汤姆孙通过研究阴极射线实验汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子发现了电子 B卢瑟福通过对卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析粒子散射实验现象的分析， ，证实了原子是可以再分的证实了原子是可以再分的 C查德威克通过对查德威克通过对粒子散射实验现象的分析粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型提出了原子的核式结构模型 D玻尔根据氢原子光谱分析玻尔根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波

6、长公式总结出了氢原子光谱可见光区波长公式 A汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A 正确；卢瑟福通过对正确；卢瑟福通过对粒子散射实验粒子散射实验 现象的分析现象的分析，得出了原子的核式结构模型得出了原子的核式结构模型，B、C 错误；巴耳末根据氢原子光谱在可见错误；巴耳末根据氢原子光谱在可见 光区的四条谱线得出巴耳末公式光区的四条谱线得出巴耳末公式，D 错误。错误。 5(4 分分)关于阴极射线的性质关于阴极射线的性质，下列说法正确的是下列说法正确的是() A阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生的 B阴极射线本质是电子阴极射线本质是电子

7、C阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电 D阴极射线的比荷比氢原子核小阴极射线的比荷比氢原子核小 B阴极射线是原子受激发射出的电子流阴极射线是原子受激发射出的电子流，A、C 错误错误，B 正确；电子带电荷量与正确；电子带电荷量与 氢原子相同氢原子相同，但质量是氢原子的但质量是氢原子的 1 1 836， ，故阴极射线的比荷比氢原子大故阴极射线的比荷比氢原子大，D 错误。错误。 6(4 分分)根据根据粒子散射实验粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型卢瑟福提出了原子的核式结构模型。 。如图所示为原如图所示为原 子核式结构模型的子核式结构模型的粒子

8、散射图景粒子散射图景。图中实线表示图中实线表示粒子的运动轨迹粒子的运动轨迹。则关于则关于粒子散射粒子散射 实验实验，下列说法正确的是下列说法正确的是() A图中大角度偏转的图中大角度偏转的粒子的电势能先减小后增大粒子的电势能先减小后增大 B图中的图中的粒子反弹是因为粒子反弹是因为粒子与金原子核发生了碰撞粒子与金原子核发生了碰撞 C绝大多数绝大多数粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D根据根据粒子散射实验可以估算原子大小粒子散射实验可以估算原子大小 C题图中大角度偏转的题图中大角度偏转的粒子所受的电场力先做负功粒子

9、所受的电场力先做负功，后做正功后做正功，则其电势能先则其电势能先 增大后减小增大后减小， A 错误错误； 题图中的题图中的粒子反弹是因为粒子反弹是因为粒子与金原子核之间的库仑斥力作用粒子与金原子核之间的库仑斥力作用， 阻碍阻碍粒子运动粒子运动，但是并没有发生碰撞但是并没有发生碰撞，B 错误错误；绝大多数绝大多数粒子沿原方向继续前进说明粒子沿原方向继续前进说明 了带正电的原子核占据原子的空间很小了带正电的原子核占据原子的空间很小，C 正确；根据正确；根据粒子散射实验可以估算原子核粒子散射实验可以估算原子核 大小大小，D 错误。错误。 7(4 分分)如图所示如图所示，a、b、c、d 分别表示氢原子

10、在不同能级间的四种跃迁分别表示氢原子在不同能级间的四种跃迁，辐射光辐射光 子频率最大的是子频率最大的是() AaBbCc Dd BhaE2E110.2 eV，hbE3E112.09 eV，hcE3E21.89 eV，hd E4E30.66 eV，故频率最大的是故频率最大的是 b 光子光子，选项选项 B 正确。正确。 8(6 分分)为了解释光电效应现象为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了光子的概念爱因斯坦提出了光子的概念，并给出了光电效应并给出了光电效应 方程方程。但这一观点一度受到质疑但这一观点一度受到质疑，密立根通过下述实验来验证其理论的正确与否密立根通过下述实验来验证其理论的正确与否，实验

11、实验 电路如图甲所示电路如图甲所示。 甲甲乙乙 (1)为了测量遏止电压为了测量遏止电压 Uc与入射光频率与入射光频率的关系的关系， 实验中双刀双掷开关应向实验中双刀双掷开关应向_ 闭合闭合。(选填选填“上上”或或“下下”) (2)如果实验所得如果实验所得 Uc图像如图乙所示图像如图乙所示，其中其中 U1、1、c为已知量为已知量，电子电荷量为电子电荷量为 e， 那么：那么： 只需将只需将_与普朗克常量与普朗克常量 h 进行比较进行比较，若在误差许可的范围内两者相等若在误差许可的范围内两者相等，则则 证明光电效应方程是正确的；证明光电效应方程是正确的； 该实验所用光电管的该实验所用光电管的 K 极

12、材料的逸出功为极材料的逸出功为_。 解析解析(1)测量遏止电压需要将阴极测量遏止电压需要将阴极 K 接电源的正极接电源的正极， 可知实验中双刀双掷开关应可知实验中双刀双掷开关应 向下闭合。向下闭合。 (2)根据爱因斯坦光电效应方程根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW0 结合结合 eUcEk，解得解得 Uch e h e c，结合图像可知斜率结合图像可知斜率 kh e U1 1c 解得普朗克常量解得普朗克常量 h eU1 1c 故需将故需将 eU1 1c与普朗克常量 与普朗克常量 h 进行比较。进行比较。 由图乙可知由图乙可知，截止频率为截止频率为c，则该金属的逸出功则该金属的逸出功 W0hc e

13、U1 1c c。 答案答案 (1)下下(2) eU1 1c eU1 1c c 9(10 分分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应都有着一种波与它对应，波长波长 是是h p， ，式中式中 p 是运动着的物体的动量是运动着的物体的动量，h 是普朗克常量是普朗克常量。已知某种紫光的波长是已知某种紫光的波长是 440 nm，若将电子加速若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的使它的德布罗意波长是这种紫光波长的 10 4 倍倍，求：求： (1)电子的动量的大小；电子的动量的大小； (2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系试推导加速电压跟德

14、布罗意波波长的关系， 并计算加速电压的大小并计算加速电压的大小。 电子质量电子质量 m 9.110 31 kg，电子电荷量电子电荷量 e1.610 19 C，普朗克常量普朗克常量 h6.610 34 Js，加速电加速电 压的计算结果取一位有效数字压的计算结果取一位有效数字。 解析解析(1)由由h p知电子的动量 知电子的动量 ph 1.510 23 kgm/s。 (2)电子在电场中加速电子在电场中加速，有有 eU1 2mv 2 又又 1 2mv 2 p2 2m 解得解得 Umv 2 2e h2 2me2 8102V。 答案答案 (1)1.510 23 kgm/s(2)U h2 2me2 810

15、2V 10 (10 分分)氢原子的能级图如图所示氢原子的能级图如图所示。 原子从能级原子从能级 n3 向 向 n1 跃迁所放出的光子跃迁所放出的光子， 正好使某种金属材料产生光电效应正好使某种金属材料产生光电效应。有一群处于有一群处于 n4 能级的氢原子向较低能级跃迁时能级的氢原子向较低能级跃迁时 所发出的光照射该金属所发出的光照射该金属。普朗克常量普朗克常量 h6.6310 34 Js，求：求： (1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光子；氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光子； (2)该金属的逸出功和截止频率该金属的逸出功和截止频率。 解析解析(1)处于处于 n4 能级的氢原

16、子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为能级的氢原子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为 N n n 1 2 4 3 2 6(种种)。 (2)W0E3E112.09 eV，E3E1h 解得解得2.91015Hz。 答案答案 (1)6(2)12.09 eV2.91015Hz 11(4 分分)(多选多选)关于关于粒子散射实验粒子散射实验，下列说法正确的是下列说法正确的是() A在实验中观察到的现象是：绝大多数在实验中观察到的现象是：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进， ，少少 数发生了较大偏转数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过极少数偏转角度超过 90，有的甚至

17、被弹回有的甚至被弹回 B使使粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当当粒子接近核时是粒子接近核时是 核的斥力使核的斥力使粒子偏转粒子偏转，当当粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转 C实验表明：原子中心有一个极小的核实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分它占有原子体积的极小部分 D实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量 AC由由粒子散射实验结果知粒子散射实验结果知，A 正确正确；由于电子的质量远小于由于电子的

18、质量远小于粒子的质量粒子的质量，对对 粒子的运动影响极小粒子的运动影响极小，使使粒子发生明显偏转的是原子核的斥力粒子发生明显偏转的是原子核的斥力，B 错误；实验表明错误；实验表明： 原子具有核式结构原子具有核式结构，核极小核极小，但含有全部的正电荷和几乎所有的质量但含有全部的正电荷和几乎所有的质量，根据实验可以确根据实验可以确 定核半径的数量级定核半径的数量级，C 正确正确，D 错误。错误。 12(4 分分)(多选多选)在光电效应实验中在光电效应实验中，用频率为用频率为的光照射光电管阴极的光照射光电管阴极，发生了光电发生了光电 效应效应，下列说法正确的是下列说法正确的是() A增大入射光的强度

19、增大入射光的强度，光电流增大光电流增大 B减小入射光的强度减小入射光的强度，光电效应现象消失光电效应现象消失 C改用频率小于改用频率小于的光照射的光照射，一定不发生光电效应一定不发生光电效应 D改用频率大于改用频率大于的光照射的光照射，光电子的最大初动能变大光电子的最大初动能变大 AD增大入射光强度增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将则光电流将 增大增大，故选项故选项 A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关而与照射强度无关， 故选项故选项 B 错误；用频率为错误；

20、用频率为的光照射光电管阴极的光照射光电管阴极，发生光电效应发生光电效应，用频率较小的光照射用频率较小的光照射 时时，若光的频率仍大于极限频率若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应则仍会发生光电效应，选项选项 C 错误错误；根据根据 hW0 1 2mv 2可知 可知，增加照射光频率增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大光电子的最大初动能也增大，故选项故选项 D 正确。正确。 13(4 分分)(多选多选)处于基态的氢原子吸收一个光子后处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是则下列说法正确的是() A电子绕核旋转半径增大电子绕核旋转半径增大 B电子的动能增大电子的动能增大 C氢原子

21、的电势能增大氢原子的电势能增大 D氢原子的总能量增加氢原子的总能量增加 ACD由玻尔理论可知由玻尔理论可知，氢原子吸收光子后氢原子吸收光子后，应从离核较近的轨道跃迁到离核较应从离核较近的轨道跃迁到离核较 远的轨道远的轨道， 在此跃迁过程中在此跃迁过程中， 电场力对电子做负功电场力对电子做负功， 电势能增加电势能增加。 另由经典电磁理论知另由经典电磁理论知， 电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力，故故ke 2 r2 mv 2 r ，所以所以 Ek 1 2mv 2 ke 2 2r 。可见。可见，电子运动轨道半径增大电子运动轨道半径

22、增大，动能减小动能减小，再结合能量守恒定律再结合能量守恒定律，氢原子氢原子 吸收光子吸收光子，总能量增加总能量增加，故选项故选项 A、C、D 正确。正确。 14 (4 分分)(多选多选)根据氢原子的玻尔模型根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运 行时行时() A轨道半径之比为轨道半径之比为 14B速度之比为速度之比为 41 C周期之比为周期之比为 18D动能之比为动能之比为 41 ACD由玻尔公式由玻尔公式 rnn2r1，所以轨道半径之比为所以轨道半径之比为 r1r2122214，故故 A 正正 确确； 根据库仑定律和牛顿第二定律有根据库

23、仑定律和牛顿第二定律有： ke 2 r2n mv 2 n rn， ， vn ke2 mrn， ， 所以速度之比为所以速度之比为v1 v2 r2 r1 21，故故 B 错误；根据库仑定律和牛顿第二定律有：错误；根据库仑定律和牛顿第二定律有：ke 2 r2n m 2 T 2 rn，T 42mr3n ke2 ， 所以周期之比为所以周期之比为T1 T2 r1 r2 3 18，故故 C 正确正确；根据根据 1 2mv 2 2 n n 1 2k e2 rn， ，所以动能之比为所以动能之比为Ek1 Ek2 r2 r1 41，故故 D 正确。正确。 15(4 分分)(多选多选)如图所示的氢原子能级图如图所示的

24、氢原子能级图，可见光的能量范围为可见光的能量范围为 1.62 3.11 eV， 用可见光照射大量处于用可见光照射大量处于 n2 能级的氢原子能级的氢原子，可观察到多条谱线可观察到多条谱线，若是用能量为若是用能量为 E 的实的实 物粒子轰击大量处于物粒子轰击大量处于 n2 能级的氢原子能级的氢原子， 至少可观察到两条具有显著热效应的红外线至少可观察到两条具有显著热效应的红外线， 则则() A一定有一定有 4.73 eVE1.62 eV BE 的值可能使处于基态的氢原子电离的值可能使处于基态的氢原子电离 CE 一定大于一定大于 2.86 eV DE 的值可能使基态氢原子产生可见光的值可能使基态氢原

25、子产生可见光 BD红外线光子能量小于可见光光子能量红外线光子能量小于可见光光子能量，由实物粒子轰击大量处于由实物粒子轰击大量处于 n2 能级能级 的氢原子的氢原子，至少可观察到两种红外线光子至少可观察到两种红外线光子，说明处于说明处于 n2 能级的氢原子受激发后至少能级的氢原子受激发后至少 跃迁到跃迁到 n5，所以实物粒子的最小能量为所以实物粒子的最小能量为 EE5E22.86 eV，选项选项 A、C 错误；因错误；因 为为 E 可以为大于或等于可以为大于或等于 2.86 eV 的任意值的任意值，选项选项 B、D 正确。正确。 16(6 分分)氢原子基态的能量为氢原子基态的能量为 E113.6

26、 eV。大量氢原子处于某一激发态大量氢原子处于某一激发态。由这由这 些氢原子可能发出的所有的光子中些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为频率最大的光子能量为0.96E1，频率最小的光子频率最小的光子 的能量为的能量为_eV(保留保留 2 位有效数字位有效数字)，这些光子可具有这些光子可具有_种不同的频率种不同的频率。 解析解析频率最大的光子对应从最高能级向基态的跃迁频率最大的光子对应从最高能级向基态的跃迁，则有则有 EnE10.96E1， 又因为又因为 En 1 n2E 1，故可得故可得 n5，因而频率最小的光子对应从因而频率最小的光子对应从 n5 到到 n4 的能级跃迁的能级跃

27、迁， 具有的能量具有的能量EE5E4E1 25 E1 16 0.31 eV，因氢原子是大量的因氢原子是大量的，故由故由 C 2 2 5 5 10 知知，这些这些 光子可具有光子可具有 10 种不同的频率。种不同的频率。 答案答案 0.3110 17(10 分分)如图所示如图所示，相距为相距为 d 的两平行金属板的两平行金属板 A、B 足够大足够大，板间电压恒为板间电压恒为 U， 有一波长为有一波长为的细激光束照射到的细激光束照射到 B 板中央板中央， 使使 B 板发生光电效应板发生光电效应， 已知普朗克常量为已知普朗克常量为 h， 金属板金属板 B 的逸出功为的逸出功为 W0，电子质量为电子质

28、量为 m，电荷量为电荷量为 e。求：求： (1)从从 B 板运动到板运动到 A 板所需时间最短的光电子板所需时间最短的光电子，到达到达 A 板时的动能；板时的动能； (2)光电子从光电子从 B 板运动到板运动到 A 板时所需的最长时间板时所需的最长时间。 解析解析(1)根据爱因斯坦光电效应方程得根据爱因斯坦光电效应方程得 EkhW0 光子的频率为光子的频率为c 所以光电子的最大初动能为所以光电子的最大初动能为 Ekhc W0 能以最短时间到达能以最短时间到达 A 板的光电子板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开是初动能最大且垂直于板面离开 B 板的电子板的电子， 设到达设到达 A 板的动能为

29、板的动能为 Ek1，由动能定理由动能定理，得得 eUEk1Ek 所以所以 Ek1eUhc W0。 (2)能以最长时间到达能以最长时间到达 A 板的光电子板的光电子，是离开是离开 B 板时的初速度为零或运动方向平行板时的初速度为零或运动方向平行 于于 B 板的光电子。板的光电子。 则则 d1 2at 2 Uet 2 2dm 解得解得 td 2m Ue。 。 答案答案 (1)eUhc W0(2)d 2m Ue 18(10 分分)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应实验室考查氢原子跃迁时的微观效应。已知氢原子能级图如图所示已知氢原子能级图如图所示，氢氢 原子质量为原子质量为 mH1.6710 27 kg

30、。设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于 n 5 的能级状态的能级状态。 (1)这些氢原子由高能级向低能级跃迁时这些氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光？可能发射出多少种不同频率的光？ (2)若跃迁后光子沿某一方向飞出若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用且光子的动量可以用 ph c 表示表示(h 为普朗克常为普朗克常 量量，为光子频率为光子频率，c 为真空中光速为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率。(保保留留 3 位有效数字位有效数字，1 eV1.6010 19 J) 解析解析(1)不同频率的光的种类为不同频率的光的种类为 NC 2 2 5 5 5 4 2 10 种。种。 (2)由动量守恒由动量守恒 mHvHp光子 光子 h c 知：知： 当当最大时最大时，反冲速率反冲速率 vH最大最大 又又 hmaxE5E10.54 eV(13.6 eV)13.06 eV2.0910 18 J 故最大反冲速率故最大反冲速率 vHhmax cmH 2.0910 18 3.01081.6710 27 m/s4.17 m/s。 答案答案 (1)10(2)4.17 m/s