第4章 原子结构和波粒二象性 章末检测试卷(4) （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（人教版2019，苏京）

ZHANGMOJIANCESHIJUAN(SI) 章末检测试卷(四) (满分：100分) 一、单项选择题：共11题，每题4分，共44分。每题只有一个选项最符合题意。 1.(2023·南京市高二月考)量子理论是现代物理学两大支柱之一，量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论，以下说法错误的是 A.普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量 子之父” B.爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应 C.康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的 D.氢原子中，能级的量子数N越大，核外电子的速率越大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，故A正确，不满足题意要求； 爱因斯坦提出了光子说，实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应，故B正确，不满足题意要求； 康普顿效应证明光具有动量，也说明光是不连续的，故C正确，不满足题意要求； 2.1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用电子束射向晶体得到如图所示的图样，从而证实了 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 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。 3.(2022·徐州市高二期末)2021年12月9日，神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站进行太空授课。若本次直播通信使用电磁波的波长范围为λ1≤λ≤λ2，则该电磁波中能量子最大值为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 4.(2023·盐城市高二期中)如图所示为一光电管电路图，滑动变阻器的滑动触头P位于AB上某点，用光照射光电管阴极，电表无偏转，要使电表指针偏转，可采取的措施是 A.加大照射光强度 B.将电源正、负极对调 C.将P向A滑动 D.用频率更大的光照射 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由光电管电路图可知阴极K电势低，阳极A电势高，如果K极有电子飞出，则电子受到的电场力必向左，即向左加速，然而现在电表指针无偏转，说明没有发生光电效应，这仅能说明照射光频率太低，这与光强、外加电压的大小及方向均无关， 可见要使指针发生偏转需增大照射光频率，故D正确，A、B、C错误。 5.(2023·南京市高二月考)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η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 6.(2022·南通市高二期末)如图甲所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，颜色相同的a、b两束光分别照射1、2两种材料，光电流I随电压U变化关系如图乙所示，则下列说法正确的是 A.a、b光的频率νa<νb B.a、b两光的光照强度相同 C.光电子的最大初动能Eka>Ekb D.材料1、2的截止频率ν1>ν2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 a、b两束光颜色相同，所以频率相同，故A错误； 饱和光电流越大，光照强度越大，所以a光的光照强度比b光的大，故B错误； 光电子的最大初动能为Ek＝eUc， 由题图乙可知Ucb>Uca，所以Ekb>Eka， 故C错误； 根据爱因斯坦光电效应方程可得Eka＝hνa－hν1 Ekb＝hνb－hν2，所以ν1>ν2，故D正确。 7.如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b，则下列判断正确的是 A.光子a的能量大于光子b的能量 B.光子a的波长小于光子b的波长 C.光子a不能使处于n＝4能级的氢原子电离 D.若a为可见光，则b有可能为紫外线 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子能量为ΔEa＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV 从n＝3能级跃迁到n＝1能级时辐射出的光子能量为ΔEb＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，可知光子a的能量小于光子b的能量，A错误； 由ΔE＝hν＝ 可知光子a的频率小于光子b的频率，光子a的波长大 于光子b的波长，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由于ΔEa>0.85 eV，光子a的能量大于处于n＝4能级的氢原子的电离能，能使处于n＝4能级的氢原子电离，C错误； 由于光子a的频率小于光子b的频率，若a为可见光，则b有可能为紫外线，D正确。 8.(2022·泰州市高二校联考期末)如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率ν1<ν2，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值 Ekm＝Ue＋hν－hν截止 可知Ekm－U图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因ν1<ν2，则图像C正确，A、B、D错误。 15 16 9.反氢原子是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 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能级的反氢原子从n＝4能级跃迁 到n＝3能级时，辐射的光子的波长最长 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 基态反氢原子吸收11 eV的光子时，不能发生跃迁，所以C错误； 大量处于n＝4能级的反氢原子从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。 反氢原子光谱与氢原子光谱相同，所以A错误； 处于基态的反氢原子的电离能为13.6 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 10.某物理科研小组在实验中发现，频率为ν的激光光子与静止的电子碰撞后光子频率变为ν′，碰撞后的光子照射极限频率为ν的光电管阴极K，电子垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场中，示意图如图。已知光子与电子碰撞过程中没有能量损失，电子质量为m，碰撞后电子获得的动量为p，普朗克常量为h，光速为c，则 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 D.光电管阴极处可能会发生光电效应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 光电管阴极的极限频率为ν，而光子的频率ν′<ν，则光电管阴极处不可能发生光电效应，故D错误。 11.(2022·无锡市高二期中)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的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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 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，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，及eUc＝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； 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； 只有两种频率的光能让题图乙所 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由题图丙可知，b光的遏止电压大，a光的遏止电压小，根据爱因斯坦光电效应方程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。 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； 二、非选择题：共5题，共56分。其中第13题～第16题解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分；有数值计算时，答案中必须明确写出数值和单位。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 12.(10分)(2022·苏州市高二期中)用金属铷制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。 (1)图甲中电极A为光电管的______。(选填“阴极”或“阳极”) 阳极 电子从金属板上射出后被电场加速，由此可知A板为正极，即为阳极； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为__________；要观察饱和电流，电源正、负极的接线为___________。(均选填“左负右正”或“左正右负”) 左负右正 要观察遏止电压，则加反向电压，电源正、负极的接线为左负右正；要观察饱和电流，加正向电压，则电源正、负极的接线为左正右负。 左正右负 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (3)用不同频率的光照射该光电管，测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图乙所示，则该金属的逸出功W0＝____________ J，截止频率νc＝ 3.3×10－19 5.0×1014 __________ Hz。已知普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s。(结果均保留两位有效数字) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek，得eUc＝hν－W0，因此当遏止电压为零时hν＝W0，由图像可知，铷的截止频率νc＝5.0×1014 Hz 根据hνc＝W0，可求得该金属的逸出功大小为 W0＝3.3×10－19 J。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 13.(8分)(2023·南通市高二期中)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出。已知普朗克常量为h，光速为c，电子质量为m。若用波长为 的单色光B照射该金属板，求： (1)光电子的最大初动能Ek； 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 依题意，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，根据光电效应方程，有 －W0＝0 14 15 16 (1分) (1分) (2分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 (2)金属表面逸出光电子的物质波的最短波长λ。 15 16 (1分) (1分) (2分) 14.(10分)(2022·镇江市高二期末)如图为通过某光电管的光电流与两极间电压的关系，当用光子能量为4.5 eV的蓝光照射光电管的阴极K时，对应图线与横轴的交点U1＝－2.37 V。(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C)(以下计算结果保留两位有效数字) (1)求阴极K发生光电效应的极限频率； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　5.1×1014Hz　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 由题图中信息得eU1＝Ek (2分) 根据光电效应方程Ek＝hν－W0 (1分) 又W0＝hνc (1分) 联立并代入数据解得νc＝5.2×1014Hz (2分) (2)当用光子能量为7.0 eV的紫外线持续照射光电管的阴极K时，测得饱和电流为0.32 μA，求阴极K单位时间发射的光电子数。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　2.0×1012个 根据电流的定义有I＝ (1分) 又n＝ (1分) 联立并代入数据解得n＝2.0×1012个。 (2分) 15.(12分)(2022·南京市第一中学高二期中)如图甲为研究光电效应的电路图，用某光束进行实验时发现，当Uab大于12 V时电流表示数保持不变，而当Uab＝－12.5 V时，电流表示数恰为零，已知电子电荷量为e＝1.6×10－19 C， 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s，则： (1)阴极K处的金属表面逸出的光电子最大初动能为多少eV? 答案　12.5 eV　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 依题意知，当Uab＝－12.5 V时，电流表示数恰为零，则有qUab＝0－Ekm (2分) 可得阴极K处的金属表面逸出的光电子最大初动能为Ekm＝12.5 eV (2分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 (2)若以上述最大初动能逸出的光电子轰击大量处于基态的氢原子，氢原子可以全部或部分地吸收光电子的能量，最大可跃迁至第三能级，则这些氢原子最多可放出几种频率的光子？这几种光子中最长波长为多少？(图乙为氢原子能级图，保留2位有效数字) 答案　3种　6.6×10－7 m 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 电子轰击氢原子时，核外电子可以部分吸收电子的能量从低能级跃迁到高能级，最大可跃迁至第三能级，即则最多可产生 ＝3，即3种不同频率的光子。 (2分) 根据ΔE＝En－Em＝hν (2分) ν＝ (2分) 可知从第3能级跃迁到第2能级时放出的光子波长最长，有 (2分) 16.(16分)(2022·南通市高二期末)如图甲为氢原子能级示意图的一部分，若处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，则： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　1.9×10－6 m (1)求6条光谱线中最长的波长λm(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量为1.6×10－19 C结果保留2位有效数字)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发，且发射出6条光谱线，根据 ＝6 (2分) 可知处于基态的氢原子由于原子间的碰撞而激发跃迁到n＝4能级 (2分) 14 15 16 可知n＝4能级向n＝3能级跃迁的光谱线的波长最长， 则有E4－E3＝ ＝0.66 eV (2分) 解得λm≈1.9×10－6 m (1分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 答案　25.5 eV (2)若基态氢原子受激发射出6条光谱线，是由于运动的氢原子a与静止的氢原子b碰撞导致，如图乙所示，求氢原子a的最小动能Ek。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 令氢原子a的初速度为v0，则有Ek＝ (1分) 氢原子a与氢原子b发生完全非弹性碰撞时，系统 损失的动能最大，根据动量守恒定律可得 mv0＝2mv (2分) 解得v＝ (1分) 结合题意及能量守恒定律有 14 15 16 (3分) 联立解得Ek＝25.5 eV。 (2分) 氢原子中，能级的量子数N越大，电子绕原子核做圆周运动的轨道半径越大，根据库仑力提供向心力得k＝m，可得v＝，可知核外电子的速率越小，故D错误，满足题意要求。 A.hλ2 　　　B. 　　　C. 　　　 D. 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。 A.　　　　B.　　　　C.　　　　D. 设天体发射频率为ν光子的功率为P，由题意可知Pt××η＝Nhν，其中t＝1 s，解得P＝，故选A。 h， A.碰撞后光子的波长为 B.电子增加的动能为 C.电子将做半径为r＝的匀速圆周运动 碰撞后光子频率变为ν′，光子的波长为λ′＝，选项A错误； 根据qvB＝m，电子将做半径为r＝＝的匀速圆周运动，选项C正确； 碰撞后电子获得的动量为p，则电子增加的动能为Ek＝，选项B错误；   答案　h　 h 同理，用波长为的单色光B照射该金属板，有Ek＝h－W0 联立可得Ek＝h 答案　 根据λ＝ 又＝Ek 金属表面逸出光电子的物质波的最短波长λ＝。     C   λmax＝＝ m≈6.6×10－7 m C h mv02 v0  E4－E1＝mv02－mv2＝mv02＝12.75 eV $$