第4章 原子结构和波粒二象性 章末检测试卷(4)-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（人教版2019，津鲁琼云晋皖黑吉桂贵粤辽渝鄂冀湘甘赣豫新青藏宁蒙陕）

章末检测试卷(四) (满分：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的) 1．(2022·齐齐哈尔市高二期末改编)在人类历史的进程中，物理学的发展促进了科学技术的不断进步，推动了人类文明的发展。下列物理学中的观点，正确的是(　　) A．普朗克提出了“光子说”，并很好的解释了黑体辐射的规律 B．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长 C．卢瑟福通过α粒子的散射实验提出了原子的核式结构模型 D．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 答案　C 解析　为了解释黑体辐射的规律，普朗克提出了“量子说”，光子说是爱因斯坦提出的，A错误；微观粒子的德布罗意波长为λ＝，其中p为微观粒子的动量，故动量越大，其对应的波长就越短，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验的大角度偏转现象提出了原子的核式结构模型，C正确；频率高的光子既具有粒子性，也具有波动性，波长越长的光子波动性越强，粒子性越弱，D错误。 2．(2022·石家庄市高二月考)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　) A．I增大，λ增大 B．I增大，λ减小 C．I减小，λ增大 D．I减小，λ减小 答案　B 解析　随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度I增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以λ减小。故选B。 3．我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量的数量级为(取普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)(　　) A．10－21 J B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 答案　B 解析　一个处于极紫外波段的光子的能量约为 E＝hν＝＝ J≈2×10－18 J 由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同。故选B。 4．(2023·辽宁卷)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 答案　A 解析　由题图可知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E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项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的能量，②的频率小于①的频率，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，选项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的能量，即④的频率大于①的频率，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Ek＝hν－W逸出功，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。 5．(2022·驻马店市高二期末)图甲是“探究光电效应”的实验电路图，光电管遏止电压Uc随入射光频率ν的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．入射光的频率ν不同时，遏止电压Uc不同 B．入射光的频率ν不同时，Uc－ν图像的斜率不同 C．图甲所示电路中，当电压增大到一定数值时，电流表的示数将达到饱和电流 D．只要入射光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同 答案　A 解析　根据Ekm＝hν－W0，可知入射光的频率不同时，电子的最大初动能不同，又eUc＝Ekm，得Uc＝ν－，可知入射光的频率ν不同时，遏止电压Uc不同，A项正确；由Uc＝ν－，知Uc－ν图像的斜率k＝，与入射光的频率ν无关，B项错误；题图甲所示电路中，必须把电源正负极反接，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压增大到一定数值时，电流表的示数将达到饱和电流，C项错误；根据Ekm＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的光照强度无关，D项错误。 6.(2022·梅州市高二期末)光谱分析仪能够灵敏、迅速地根据物质的光谱来鉴别物质，及确定它的化学组成和相对含量。如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是(　　) A．大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出3种不同频率的光子 B．大量处于n＝3能级的氢原子吸收能量为0.9 eV的光子可以跃迁到n＝4能级 C．处于基态的氢原子吸收能量为14 eV的光子可以发生电离 D．氢原子发射光谱属于连续光谱 答案　C 解析　大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，由＝6知可以辐射出6种不同频率的光子，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝4能级要吸收的光子能量为ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，所以该光子不能被吸收，B错误；处于基态的氢原子吸收能量为14 eV的光子可以发生电离，剩余的能量变为光电子的动能，C正确；氢原子的能级是不连续的，发射的光子的能量值是不连续的，氢原子发射光谱只能是一些特殊频率的谱线，D错误。 7．(2022·金华市高二期中)氢原子的能级图如图甲所示，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种不同频率的光，其中只有频率为νa、νb两种光可让图乙所示的光电管阴极K发生光电效应。分别用频率为νa、νb的两个光源照射光电管阴极K，测得电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法中正确的是(　　) A．处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.75 eV的光子并电离 B．图丙中的图线a所表示的光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的 C．图丙中的图线b所表示的光的光子能量为12.75 eV D．用图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更大 答案　C 解析　处于第4能级的氢原子至少要吸收能量为0.85 eV的光子才能电离，故A错误；让题图乙所示的光电管阴极K发生光电效应，所以发生光电效应的能量值对应的跃迁为氢原子由第4能级向基态跃迁或氢原子由第3能级向基态跃迁，由题图丙可知，b光的遏止电压大，a光的遏止电压小，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，及eU0＝Ek知b光为氢原子由第4能级向基态跃迁发出的，a光为氢原子由第3能级向基态跃迁发出的，故B错误；题图丙中的图线b所表示的光的光子能量为Eb＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，故C正确；由题图丙可知，b光的遏止电压大，a光的遏止电压小，根据光电效应方程Ek＝hν－W0，用题图丙中的图线a所表示的光照射阴极K时，光电子的最大初动能比用图线b所表示的光照射时更小，故D错误。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 8．在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(　　) A．若νa>νb，则一定有Ua<Ub B．若νa>νb，则一定有Eka>Ekb C．若Ua<Ub，则一定有Eka<Ekb D．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb 答案　BC 解析　由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，又由动能定理有Ek＝eU，当νa>νb时，Eka>Ekb，Ua>Ub，A错误，B正确；若Ua<Ub，则有Eka<Ekb，C正确；同种金属的逸出功不变，则W0＝hν－Ek不变，D错误。 9.(2022·大庆市高二期末)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数。移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，则以下说法正确的是(　　) A．光电子的初动能可能为0.8 eV B．光电管阴极的逸出功为0.9 eV C．开关S断开后，电流表G示数不为0 D．改用能量为2 eV的光子照射，电流表G有读数 答案　AC 解析　由题意可知，当电压表的示数大于或等于0.9 V时，电流表读数为0，即遏止电压为0.9 V，对光电子由动能定理可得－eUc＝0－Ekmax，即光电子的最大初动能为0.9 eV，所以光电子的初动能可能为0.8 eV，故A正确；由爱因斯坦光电效应方程Ekmax＝hν－W0，可得W0＝hν－Ekmax＝(3.6－0.9) eV＝2.7 eV，故B错误；由题意可知，当用光子能量为3.6 eV的光照射到光电管上时，电流表G有读数，即有光电子逸出，开关S断开后，光电子仍然能达到阳极即能形成光电流，故C正确；由于2 eV小于阴极的逸出功，故改用能量为2 eV的光子照射，不能发生光电效应，即电流表G没有读数，故D错误。 10.(2022·大连市高二期中)如图所示为氢原子的能级示意图，假设氢原子从n能级向较低的各能级跃迁的概率均为。则对3 000个处于n＝4能级的氢原子，下列说法正确的是(　　) A．向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量可以是任意值 B．向低能级跃迁时，向外辐射的光子能量的最大值为12.75 eV C．辐射的光子的总数为5 500个 D．吸收能量大于1 eV的光子时能电离 答案　BCD 解析　向低能级跃迁时，向外辐射的光子的能量一定等于两个能级间的能量差，A错误；当氢原子由第4能级跃迁到第1能级时，向外辐射的光子能量最大，其值为12.75 eV，B正确；这3 000个氢原子向低能级跃迁时，根据跃迁的概率均为计算，第4能级向第3、2、1能级各跃迁1 000个，第3能级的1 000个氢原子分别向第2、1能级跃迁500个，第2能级的1 500个氢原子全部跃迁到第1能级，因此总共向外辐射5 500个光子，C正确；处于n＝4能级的氢原子只要吸收的光子的能量大于等于0.85 eV就能电离，D正确。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11.(8分)(2022·南通市高二期中)如图是研究光电效应的电路图。用频率为ν的入射光照射截止频率为ν0的K极板，有光电子逸出，若单位时间内逸出的光电子数为n。(普朗克常量为h，电子的电量为e，电路中电表均为理想电表) (1)图中电极A为光电管的________(填“阴极”或“阳极”); 饱和光电流为I＝________。 (2)K极板的逸出功W0＝________；逸出的光电子最大初动能Ek＝________； 现将电源的电极反向连接，当电流表的示数为0时，电压表的示数Uc＝________。 答案　(1)阳极(1分)　ne(1分)　(2)hν0(2分)　hν－hν0(2分)　(2分) 解析　(1)根据电路图可知，电子从金属板上逸出后被电场加速，向A运动，电极A为光电管的阳极；由电流表达式I＝， 得I＝ne (2)K极板截止频率为ν0，则其逸出功为hν0； 根据光电效应方程可知逸出的光电子最大初动能 Ek＝hν－hν0，将电源的电极反向连接，当电流表的示数为0时， 由动能定理可得－eUc＝0－Ek， 电压表的示数为Uc＝。 12．(6分)(2022·益阳市高二期末)用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压Uc与入射光的频率ν之间的关系如图乙所示，图像的横纵轴截距分别为ν1、－U1，电子电荷量为e，则普朗克常量h＝________，该金属的逸出功W0＝________。 答案　e　eU1(每空3分) 解析　由爱因斯坦光电效应方程可知hν＝W0＋Ekm， 遏止电压与最大初动能的关系eUc＝Ekm， 联立得Uc＝ν－， 可知Uc－ν图像的斜率和纵轴截距k＝，b＝－ 从题图乙中可知k＝，b＝－U1， 普朗克常量h＝e 该金属的逸出功W0＝eU1。 13.(12分)(2022·郑州市高二期末)一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级图如图所示，则： (1)氢原子可能发射几种频率的光子？ (2)氢原子由量子数n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏？ (3)用(2)中的光子照射表中几种金属，哪种金属能发生光电效应？发生光电效应时，发射光电子的最大初动能是多少电子伏？ 金属 铯 钙 镁 钛 逸出功W0/eV 1.9 3.2 3.7 4.1 答案　(1)6　(2)2.55 eV　(3)铯金属　0.65 eV 解析　(1)可能发射＝6种频率的光子。(4分) (2)由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为 ε＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.40) eV＝2.55 eV(4分) (3)ε只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应。 根据爱因斯坦的光电效应方程可得光电子的最大初动能为 Ekm＝ε－W0＝2.55 eV－1.9 eV＝0.65 eV。(4分) 14．(14分)波长λ＝0.071 nm的伦琴射线使金箔发射光电子，发生光电效应。光电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知r·B＝1.88×10－4 T·m。电子的质量m＝9.1×10－31 kg，e＝1.6×10－19 C，c＝3.0×108 m/s，h＝6.63×10－34 J·s。试求： (1)光电子的最大初动能； (2)金属的逸出功； (3)该电子的物质波的波长。 答案　(1) 4.97×10－16 J　(2) 2.3×10－15 J (3) 2.2×10－11 m 解析　(1)电子在磁场中半径最大时对应的初动能最大。洛伦兹力提供向心力， 则有evB＝m，Ekm＝mv2(2分) 解得Ekm＝，(2分) 代入数据解得Ekm≈4.97×10－16 J(2分) (2)由爱因斯坦的光电效应方程可得 Ekm＝hν－W0，ν＝(2分) 故W0＝－Ekm，(2分) 代入数据解得W0≈2.3×10－15 J (3)由物质波波长公式可得λ′＝，(2分) 电子的动量p＝mv＝ 解得λ′≈2.2×10－11 m。(2分) 15.(14分)(2022·威海市高二月考)已知氢原子处于基态时能量为E1，处于量子数为n的激发态能级时能量为，现有一群氢原子处于n＝3的激发态能级，在向低能级跃迁过程中，能放出若干种频率的光子，用它们照射某金属表面，发现从n＝2能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光恰能使该金属发生光电效应，普朗克常量为h，求：(所有答案用题目中所给字母表示) (1)该金属的极限频率； (2)能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能； (3)若用光照的办法使处于n＝3能级的氢原子电离，则照射光频率至少多大。 答案　(1)－　(2)－E1　(3)－ 解析　(1)由W0＝hν0(2分) 又有W0＝－E1＝－E1(2分) 解得ν0＝＝－(2分) (2)氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁辐射出的光子能量最大，此时从金属表面逸出的光电子初动能最大，设为Ekm， 则有hν＝－E1＝－E1，(2分) 由Ekm＝hν－W0得 Ekm＝－E1－(－E1)＝－E1(2分) (3)因为放出的光子能量满足hν＝En－Em，可知，从n＝3能级跃迁到无穷远需要的最小能量为ΔE＝0－()＝－(2分) 那么对应的频率为ν′＝－。(2分) 学科网（北京）股份有限公司 $$