单元素养检测卷(四)-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

单元素养检测卷(四)(见学生用书P157) [时间：90分钟　满分：100分] 一、选择题Ⅰ(本题共13小题，每小题3分，共39分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选均不得分) 1．1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用电子束射向晶体得到下图所示的图样，从而证实了(　A　) A．电子的波动性 B．电子的粒子性 C．光的波动性 D．光的粒子性 【解析】 戴维森和G.P.汤姆孙分别用电子束射向晶体得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，选项A正确。 2．我国高铁技术从无到有，并取得了巨大飞跃，目前处于世界领先水平。高铁将拥有基于北斗卫星导航系统、5G通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与4G相比，5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比，5G使用的电磁波(　C　) A．波长更长　 B．衍射更明显 C．能量子的能量更大　 D．传播速度更快 【解析】 由题知，与4G相比，5G具有“通信使用的电磁波频率更高”的特点，已知电磁波的波长与频率的关系为λ＝，由此可知频率越高，波长越短，则与4G相比，5G使用的电磁波波长更短，A错误；波长越长，衍射现象越明显，由选项A可知λ5G<λ4G，则与4G相比，5G使用的电磁波衍射不明显，B错误；已知能量子的能量为ε＝hν，则与4G相比，5G使用的电磁波能量子的能量更大，C正确；真空中电磁波的传播速度与光速相等，为c＝3×108 m/s，D错误。 3．下列说法正确的是(　B　) A． 玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象 B． 德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想 C． 普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念 D． 卢瑟福通过α粒子轰击氮核实验的研究，发现了电子 【解析】 玻尔建立了量子理论，成功解释了氢原子光谱的实验规律，故A错误；德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想，故B正确；普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了能量子的概念，故C错误；卢瑟福通过α粒子轰击氮核实验的研究，发现了质子，故D错误。 4．关于能量，下列说法不正确的是(　B　) A．普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点 B．我们周围的一切物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，这种辐射与温度无关 C．爱因斯坦指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的” D．能量耗散是指耗散在环境中的内能很难被人类利用，并不违背能量守恒定律 【解析】 根据“黑体辐射”以及对黑体辐射的研究，普朗克提出“振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍”，从而建立了“能量量子化”观点，A正确；我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与温度有关，B错误；爱因斯坦提出了光子的概念，指出“光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个不可分割的能量子组成的”，C正确；能量耗散是指能量在转化过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，D正确。本题选不正确的，故选B。 5．电磁波在日常生活和生产中已经被大量应用，下列有关电磁波的说法正确的是(　A　) A．微波比可见光的波长长 B．麦克斯韦证实了电磁波的存在 C．变化的电场周围一定产生电磁波 D．黑体辐射电磁波的强度与温度无关 【解析】 根据电磁波谱可知，微波比可见光的波长长，选项A正确；麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，选项B错误；均匀变化的电场周围产生稳定的磁场，而稳定的磁场周围不产生电场，不会产生电磁波，选项C错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故D错误。 6．下列说法正确的是(　C　) A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程 B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量 C．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 D．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长 【解析】 爱因斯坦在量子理论的基础上，提出了光子说并建立了光电效应方程，故A错误；康普顿效应表明光子既具有能量，也具有动量，故B错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故C正确；依据德布罗意波长公式λ＝分析可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，故D错误。 7．2023年9月21日，“天宫课堂”第四课开讲。若本次直播通信使用电磁波的波长范围为λ1≤λ≤λ2，光速为c，则该电磁波中能量子最大值为(　C　) A． hλ2 B． C． D． 【解析】 根据电磁波能量子公式ε＝hν＝h可知，波长越短，能量越大，所以该电磁波中能量子最大值为εmax＝，故选C。 8．氢原子的能级图如图所示，其中由高能级向n＝2能级跃迁时射出光的谱线称为“巴耳末线系”。现有大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁，则(　C　) A．最多可辐射出4种频率的光子 B．产生的光子中有6种属于巴耳末线系 C．从n＝5能级跃迁到n＝4能级时产生的光子波长最长 D．从n＝4能级跃迁到n＝2能级要吸收2.55 eV的能量 【解析】 大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出C52＝10种频率的光子，其中的5→2、4→2、3→2三种跃迁产生的谱线属于巴耳末线系，选项A、B错误；从n＝5能级跃迁到n＝4能级时，能级差最小，则产生的光子频率最小，波长最长，选项C正确；从n＝4能级跃迁到n＝2能级要放出(－0.85 eV)－(－3.4 eV)＝2.55 eV的能量，选项D错误。 9．在图甲所示的电路中，用两种单色光①②分别照射同一光电管时，光电流I与光电管两极电压U的关系如图乙所示。单色光①和②相比，下列说法正确的是(　C　) 　 A．①光光子的频率较大 B．①光光子的动量较大 C．用①光照射时，单位时间逸出的光电子数目较多 D．用①光照射时，逸出的光电子的最大初动能较大 【解析】 由Ekm＝hν－W0、eUc＝Ekm可得光电流恰好为0时，此时光电管两端加的电压为遏止电压，由题图乙可知，用单色光②照射时光电子的最大初动能较大，②光光子的频率较大，由p＝可知②光光子的动量较大，故A、B、D错误；由题图可知用①光照射时饱和光电流较大，因此用①光照射时单位时间内产生的光电子数目较多，故C正确。 10．反氢原子由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成，反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷，反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示，则下列说法中正确的是(　D　) A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同 B．处于n＝2能级的反氢原子的电离能为13.6 eV C．基态反氢原子能吸收11 eV的光子而发生跃迁 D．大量处于n＝4能级的反氢原子向低能级跃迁，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射的光子的波长最长 【解析】 反氢原子光谱与氢原子光谱相同，所以A错误；处于n＝2能级的反氢原子的电离能为3.4 eV，所以B错误；吸收光子能量跃迁时需要一一对应的能量，则基态反氢原子不能吸收11 eV的光子发生跃迁，所以C错误；大量处于n＝4能级的反氢原子向低能级跃迁，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，能级差最小，则辐射的光子的波长最长，所以D正确。 11．一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种频率的光。将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像，如图乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是(　D　) 　　 A．只有b光照射时，仅增加其强度，则对应的遏止电压增大 B．阴极金属的逸出功可能为W0＝2.5 eV C．图乙中的a光是氢原子从第3能级向基态跃迁发出的 D．图乙中的c光光子能量为10.2 eV 【解析】 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关，因此仅增加b光照射时的强度，对应的遏止电压保持不变，A错误；由于只有3种频率的光能使阴极K发生光电效应，分析可知，这三种分别是氢原子从n＝4、n＝3、n＝2三个激发态跃迁到基态时发出的光子，其他的光子不会使阴极K产生光电效应，从n＝4能级跃迁到n＝2能级发出的光子能量ΔE＝E4－E2＝2.55 eV，要小于阴极金属的逸出功，因此阴极金属的逸出功不可能为W0＝2.5 eV，B错误；由题图乙可知，a光的遏止电压最大，照射时光子的能量最大，是氢原子从第4能级向基态跃迁发出的，C错误；c光的遏止电压最小，是氢原子从第2能级向基态跃迁发出的，光子能量为ΔE＝E2－E1＝10.2 eV，D正确。 12．物理学是一门以实验为基础的科学，任何学说和理论的建立都离不开实验。下面几个关于重要的物理实验的说法正确的是(　C　) A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核是由质子和中子组成的 B．光电效应实验表明光具有波粒二象性 C．电子的发现揭示了原子可以再分 D．康普顿效应证实了光具有波动性 【解析】 卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子具有核式结构，A错误；光具有波粒二象性，光电效应证实了光具有粒子性，B错误；电子的发现表明了原子不是构成物质的最小微粒，原子可以再分，C正确；康普顿效应证实了光具有粒子性，D错误。 13．氢原子的能级图如图所示，下列说法错误的是(　D　) A．从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的动能会变大，电势能会减小 B．氢原子从高能级向低能级跃迁时要辐射光子 C．一个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3种频率的光子 D．用能量为9.6 eV的电子轰击处于基态的氢原子，能使氢原子发生能级跃迁 【解析】 电子做圆周运动，静电力提供向心力，则有k＝m，Ek＝mv2，联立可得Ek＝，从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，电子的轨道半径减小，由动能表达式分析可知电子的动能会变大，因静电力做正功，电势能会减小，故A正确；根据玻尔理论可知氢原子从高能级向低能级跃迁时要辐射光子，故B正确；一个处于n＝4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3种频率的光子，故C正确；氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级时，需要吸收的能量为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，9.6 eV<10.2 eV，用能量为9.6 eV的电子轰击处于基态的氢原子，不能使氢原子跃迁到n＝2能级，故D错误。本题选错误的，故选D。 二、选择题Ⅱ(本题共2小题，每小题3分，共6分。每小题列出的四个备选项中，至少有一个是符合题目要求的。全部选对的得3分，选对但不全的得2分，有选错的得0分) 14．用下图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上时，电流表G的示数为0.2 mA。 移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0。下列说法正确的是(　AC　) A．光电管阴极的逸出功为1.8 eV B．开关S断开后，没有电流流过电流表G C．光电子的最大初动能为0.7 eV D．改用能量为1.5 eV的光子照射，电流表G中也有电流，但电流较小 【解析】 该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，得W0＝1.8 eV，故A、C正确。开关S断开后，在光子能量为2.5 eV的光照射下，光电管发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表G，故B错误。1.5 eV的光子的能量小于光电管阴极的逸出功，所以不能发生光电效应，无光电流，故D错误。 15．体温枪的工作原理是利用光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线，如图甲所示，用该红外线照射光电管的阴极K时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示。另一种金属铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图丙所示。已知光在真空中传播的速度为3×108 m/s。下列说法正确的是(　AC　) 　 A．波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 Hz B．将阴极K换成金属铷，体温枪仍然能正常使用 C．由图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2 V D．当人体温度升高时，辐射红外线的强度将增大，饱和光电流减小 【解析】 根据c＝λν可得此红外线的频率ν＝＝ Hz＝3×1013 Hz，A正确；根据题图丙可知金属铷的截止频率为5.1×1014 Hz，红外线的频率小于金属铷的截止频率，不会发生光电效应，体温枪不能正常使用，B错误；由题图乙可知，该光电管的遏止电压为2×10-2 V，C正确；若人体温度升高，辐射红外线的强度增大，饱和光电流将增大，D错误。 三、非选择题(本题共6小题，共55分) 16．(10分)研究光电管产生的光电流的电路图如图所示，A、K是光电管的两个电极。已知该光电管阴极的截止频率为νc，元电荷为e，普朗克常量为h。现将频率为ν(大于νc)的光照射在阴极上，则： (1)阴极材料的逸出功等于__hνc__。 (2)加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为__hν－hνc＋eU__；将A、K间的正向电压从0开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是__逐渐增大，最后保持不变__。 (3)为了阻止所有光电子到达阳极，在A、K间应加上U反＝____的反向电压。 (4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是__A__。 A．照射光频率不变，增加光照强度 B．照射光强度不变，增加光的频率 C．增加A、K电极间的电压 D．减小A、K电极间的电压 【解析】 (2)逸出光电子的最大初动能为hν－hνc，当加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为Ek＋eU＝hν－hνc＋eU；将A、K间的正向电压从0开始逐渐增加，则到达阳极的光电子数逐渐增加，直到当全部光电子都能到达阳极时为止，则电流表的示数的变化情况是逐渐增大，最后保持不变。 (3)为了阻止所有光电子到达阳极，在A、K间加上的反向电压应满足：eU反＝Ek＝hν－hνc，解得U反＝。 (4)若要增加饱和光电流，则需要增加单位时间射到阴极的光子数，即保持照射光频率不变时，需要增大光照强度，故选A。 17．(4分)氢原子的能级图如图甲所示，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙所示电路阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示，则金属的逸出功W0＝__6.75__eV；将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K上，共有__3__种频率的光能产生光电流。 　　 【解析】 大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率最高的光子对应着从n＝4能级到n＝1能级的跃迁，频率最高光子的能量为hνm＝E4－E1＝12.75 eV，由题图丙可知辐射光电子的最大初动能为6 eV，根据Ek＝hν－W0可知金属的逸出功W0＝12.75 eV－6 eV＝6.75 eV。从n＝4能级到低能级的跃迁中能辐射出6种频率的光子，其中光子能量大于6.75 eV的跃迁有从n＝2能级到n＝1能级的跃迁，辐射光子的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV；从n＝3能级到n＝1能级的跃迁，辐射光子的能量为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV；从n＝4能级到n＝1能级的跃迁，辐射光子的能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV；其余光子能量小于6.75 eV，所以将各种频率的光分别照射到阴极K上，共有3种频率的光能产生光电流。 18．(8分)小明用阴极为金属铷的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s。(计算结果保留三位有效数字) 　　 (1)图甲中电极A为光电管的什么极？ (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc和逸出功W0分别是多少？ (3)若实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek是多少？ 【答案】 (1)阳极　(2)5.20×1014 Hz　3.45×10-19 J　(3)1.19×10-19 J 【解析】 (1)由题意及光电管的结构知，A为阳极。 (2)Uc­ν图像中横轴的截距表示铷的截止频率，则 νc＝5.20×1014 Hz； 逸出功W0＝hνc≈3.45×10-19 J。 (3)由爱因斯坦光电效应方程得 Ek＝hν－W0≈1.19×10-19 J。 19．(11分)如图所示，伦琴射线管两极加上一电压为20 kV的高压电源，即可在阳极A上产生X射线。(h＝6.63×10-34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10-19 C，光速c＝3×108 m/s) (1)求X射线的最短波长。 (2)若此时电流表示数为5 mA，1 s内产生5×1013个波长为1.0×10-10 m的光子，求伦琴射线管的工作效率。 【答案】 (1)6.2×10-11 m　(2)0.1% 【解析】 (1)伦琴射线管阴极上产生的热电子在20 kV高压加速下获得的动能全部变成X光子的能量时，X光子的波长最短， eU＝hν， ν＝， 联立可得λ＝＝ m≈6.2×10-11 m。 (2)高压电源的电功率P1＝UI＝100 W， 每秒产生X光子的能量E＝nh≈0.1 J， 功率P2＝＝0.1 W， 效率为η＝×100%＝0.1%。 20．(11分)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出某种频率的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面。已知电子电荷量e＝1.60×10-19 C，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，光速c＝3×108 m/s。求： (1)辐射出光子的频率。 (2)辐射出光子的动量。 (3)钾表面逸出的光电子的最大初动能。(结果均保留两位有效数字) 【答案】 (1)6.2×1014 Hz　(2)1.4×10-27 kg·m/s (3)0.30 eV 【解析】 (1)氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，释放出光子的能量为E＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV， 由E＝hν解得光子的频率ν≈6.2×1014 Hz。 (2)由p＝和λ＝， 联立解得p≈1.4×10-27 kg·m/s。 (3)用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0＝E－W0， 则逸出光电子的最大初动能为 Ek＝(2.55－2.25)eV＝0.30 eV。 21．(11分)氢原子的能级图如图所示，将氢原子电离，就是从外部给电子能量，使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。(电子电荷量e＝1.6×10-19 C，普朗克常量h＝6.63×10-34 J·s，电子质量me＝9.1×10-31 kg，光速c＝3×108 m/s) (1)若要使处于n＝2激发态的氢原子电离，至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子？ (2)若用波长为200 nm的紫外线照射处于n＝2激发态的氢原子，则电子飞到离原子核无穷远处时的速度多大？(结果均保留三位有效数字) 【答案】 (1)8.21×1014 Hz　(2)9.95×105 m/s 【解析】 (1)所谓电离，就是使处于基态或激发态的原子的核外电子跃迁到n＝∞的轨道，n＝∞时，E∞＝0。所以要使处于n＝2激发态的氢原子电离，电离能为ΔE＝E∞－E2＝3.4 eV。 ν＝＝ Hz≈8.21×1014 Hz。 (2)波长为200 nm的紫外线的一个光子所具有的能量E0＝hν′＝h＝6.63×10-34× J＝9.945×10-19 J， 电离能ΔE＝3.4×1.6×10-19 J＝5.44×10-19 J， 由能量守恒定律得E0－ΔE＝mev2， 代入数值解得v≈9.95×105 m/s。 学科网（北京）股份有限公司 $$