26.选择性必修选必3 第四章 原子结构与波粒二象性(教师版) -【高中物理】2023年高考真题按章分类

【 高中物理 】 2023年高考真题·按章分类 册 章 单选题 多选题 实验题 解答题 必修一 1.第一章 运动的描述 2 2.第二章 匀速直线运动的研究 4 1 2 3.第三章 相互作用--力 8 2 4.第四章 运动和力的关系 3 3 必修二 5.第五章 抛体运动 5 1 1 6.第六章 圆周运动 1 1 2 7.第七章 万有引力与宇宙航行 12 3 1 8.第八章 机械能守恒定律 10 4 3 4 必修三 9.第九章 静电场及其应用 6 2 10.第十章 静电场中的能量 4 8 1 3 11.第十一章 电路及其应用 1 10 12.第十二章 电能 能量守恒定律 1 3 13.第十三章 电磁感应与电磁波初步 1 选必一 14.第一章 动量守恒定律 1 5 1 15 15.第二章 机械振动 1 1 4 16.第三章 机械波 9 5 17.第四章 光 11 2 2 2 选必二 18.第一章 安培力与洛伦兹力 8 2 9 19.第二章 电磁感应 11 4 6 20.第三章 交变电流 4 3 1 1 21.第四章 电磁振荡与电磁波 22.第五章 传感器 1 2 选必三 23.第一章 分子动理论 1 1 24.第二章 气体、固体和液体 6 1 5 25.第三章 热力学定律 1 4 4 1 26.第四章 原子结构与波粒二象性 7 3 1 27.第五章 原子核 10 1 【 高中物理 】 2023年高考真题-按章分类 选择性必修第三册 第四章 原子结构与波粒二象性 7个单选题 + 3个多选题 + 0个实验题 + 1个解答题 ---- 学 生 版 ---- 一、单选题 1.(2023高考·河北)2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为(　　) A.从跃迁到 B.从跃迁到 C.从跃迁到 D.从跃迁到 2.(2023高考·北京)在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。 现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H(远小于地球半径)的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。 方法一：根据光子能量(式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速)和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。 方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。 下列说法正确的是(　　) A.由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度 B.由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长 C.若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小 D.通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大 3.(2023高考·山东)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为(  ) A. B. C. D. 4.(2023高考·湖北)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线(对应的光子能量为)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(  ) A.和能级之间的跃迁 B.和能级之间的跃迁 C.和能级之间的跃迁 D.和能级之间的跃迁 5.(2023高考·全国)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量，元电荷)(　　) A.103Hz B.106Hz C.109Hz D.1012Hz 6.(2023高考·浙江)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为(　　) A. B. C. D. 7.(2023高考·辽宁)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　) A.①和③的能量相等 B.②的频率大于④的频率 C.用②照射该金属一定能发生光电效应 D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 二、多选题 8.(2023高考·浙江)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为∆x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(  ) A.电子的动量 B.电子的动能 C.光子的能量 D.光子的动量 9.(2023高考·海南)已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则(  ) A.光的频率为 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间内激光器发射的光子数为 10.(2023高考·浙江)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　) A.图1中的对应的是Ⅰ B.图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C.Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 三、解答题 11.(2023高考·江苏)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求： (1)每个光子的动量p和能量E； (2)太阳辐射硬X射线的总功率P。 选择性必修第三册 第四章 原子结构与波粒二象性 7个单选题 + 3个多选题 + 0个实验题 + 1个解答题 【参考答案】 1.D 是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。 2.B 由能量守恒定律可得解得，A错误。由表达式可知即接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，B正确。若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，C错误。由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，D错误。 3.D 原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有联立解得，D正确。 4.A 由图中可知n=2和n=1的能级差之间的能量差值为与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。 5.C 铯原子利用的两能极的能量差量级对应的能量为由光子能量的表达式可得，跃迁发射的光子的频率量级为跃迁发射的光子的频率量级为109Hz。 6.A 设天体发射频率为v光子的功率为P，由题意可知其中t=1s，解得，A正确。 7.A 由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，B错误。因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误。因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。 8.AD 根据条纹间距公式可得根据可得，A正确。根据动能和动量的关系结合A选项可得，B错误。光子的能量，C错误。光子的动量光子的能量联立可得则光子的动量，D正确。 9.AC 光的频率，A正确。光子的能量，B错误。光子的动量，C正确。在时间t内激光器发射的光子数，D错误。 10.CD 根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，A错误。由公式有，干涉条纹间距为由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，B错误。根据题意，由公式可得，光子动量为可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，C正确。根据光电效应方程及动能定理可得可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，D正确。 11.【答案】(1)， 由题意可知每个光子的动量为每个光子的能量为。 (2) 太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则可得所以t秒辐射光子的总能量太阳辐射硬X射线的总功率。 2 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $$ 【 高中物理 】 2023年高考真题·按章分类 册 章 单选题 多选题 实验题 解答题 必修一 1.第一章 运动的描述 2 2.第二章 匀速直线运动的研究 4 1 2 3.第三章 相互作用--力 8 2 4.第四章 运动和力的关系 3 3 必修二 5.第五章 抛体运动 5 1 1 6.第六章 圆周运动 1 1 2 7.第七章 万有引力与宇宙航行 12 3 1 8.第八章 机械能守恒定律 10 4 3 4 必修三 9.第九章 静电场及其应用 6 2 10.第十章 静电场中的能量 4 8 1 3 11.第十一章 电路及其应用 1 10 12.第十二章 电能 能量守恒定律 1 3 13.第十三章 电磁感应与电磁波初步 1 选必一 14.第一章 动量守恒定律 1 5 1 15 15.第二章 机械振动 1 1 4 16.第三章 机械波 9 5 17.第四章 光 11 2 2 2 选必二 18.第一章 安培力与洛伦兹力 8 2 9 19.第二章 电磁感应 11 4 6 20.第三章 交变电流 4 3 1 1 21.第四章 电磁振荡与电磁波 22.第五章 传感器 1 2 选必三 23.第一章 分子动理论 1 1 24.第二章 气体、固体和液体 6 1 5 25.第三章 热力学定律 1 4 4 1 26.第四章 原子结构与波粒二象性 7 3 1 27.第五章 原子核 10 1 【 高中物理 】 2023年高考真题-按章分类 选择性必修第三册 第四章 原子结构与波粒二象性 7个单选题 + 3个多选题 + 0个实验题 + 1个解答题 ---- 教 师 版 ---- 一、单选题 1.(2023高考·河北)2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为(　　) A.从跃迁到 B.从跃迁到 C.从跃迁到 D.从跃迁到 1.D 是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。 2.(2023高考·北京)在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。 现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H(远小于地球半径)的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。 方法一：根据光子能量(式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速)和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。 方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。 下列说法正确的是(　　) A.由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度 B.由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长 C.若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小 D.通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大 2.B 由能量守恒定律可得解得，A错误。由表达式可知即接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，B正确。若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，C错误。由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，D错误。 3.(2023高考·山东)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为(  ) A. B. C. D. 3.D 原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有联立解得，D正确。 4.(2023高考·湖北)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线(对应的光子能量为)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(  ) A.和能级之间的跃迁 B.和能级之间的跃迁 C.和能级之间的跃迁 D.和能级之间的跃迁 4.A 由图中可知n=2和n=1的能级差之间的能量差值为与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。 5.(2023高考·全国)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量，元电荷)(　　) A.103Hz B.106Hz C.109Hz D.1012Hz 5.C 铯原子利用的两能极的能量差量级对应的能量为由光子能量的表达式可得，跃迁发射的光子的频率量级为跃迁发射的光子的频率量级为109Hz。 6.(2023高考·浙江)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为(　　) A. B. C. D. 6.A 设天体发射频率为v光子的功率为P，由题意可知其中t=1s，解得，A正确。 7.(2023高考·辽宁)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则(　　) A.①和③的能量相等 B.②的频率大于④的频率 C.用②照射该金属一定能发生光电效应 D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek 7.A 由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，B错误。因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误。因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。 二、多选题 8.(2023高考·浙江)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为∆x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(  ) A.电子的动量 B.电子的动能 C.光子的能量 D.光子的动量 8.AD 根据条纹间距公式可得根据可得，A正确。根据动能和动量的关系结合A选项可得，B错误。光子的能量，C错误。光子的动量光子的能量联立可得则光子的动量，D正确。 9.(2023高考·海南)已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则(  ) A.光的频率为 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间内激光器发射的光子数为 9.AC 光的频率，A正确。光子的能量，B错误。光子的动量，C正确。在时间t内激光器发射的光子数，D错误。 10.(2023高考·浙江)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　) A.图1中的对应的是Ⅰ B.图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C.Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D.P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 10.CD 根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，A错误。由公式有，干涉条纹间距为由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，B错误。根据题意，由公式可得，光子动量为可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，C正确。根据光电效应方程及动能定理可得可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，D正确。 三、解答题 11.(2023高考·江苏)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求： (1)每个光子的动量p和能量E； (2)太阳辐射硬X射线的总功率P。 11.【答案】(1)， 由题意可知每个光子的动量为每个光子的能量为。 (2) 太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则可得所以t秒辐射光子的总能量太阳辐射硬X射线的总功率。 2 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $$