第四章 原子结构和波粒二象性（单元测试 ）-【上好课】高二物理同步高效课堂（人教版2019选择性必修第三册）

人教版新教材 物理选择性必修第三册 第四章《原子结构和波粒二象性》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 单项选择题（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） 1.为研究某稀有金属的光电特性，用频率为的光照射该金属时，检测到逸出光电子的最大初动能为。已知普朗克常量为，则该金属的极限频率为（　　） A． B． C． D． 2．在光的照射下物体表面能发射出电子的现象，叫做光电效应。实验发现，用紫外线照射金属锌能产生光电效应，而可见光照射不能使锌发生光电效应，这是因为（　　） A．可见光的频率小于金属锌的截止频率 B．可见光的波长小于金属锌的极限波长 C．可见光的波长小于紫外线的波长 D．可见光的强度小于紫外线的强度 3．入射光照射到某金属表面上发生了光电效应, 若入射光的强度减弱, 而频率保持不变, 那么  (    ) A．延迟时间将明显增加 B．光电子的最大初动能将减少 C．有可能不发生光电效应 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少 4．下列关于近代原子的结构模型说法符合历史事实的是(　 　) A．汤姆逊通过对阴极射线的研究，提出原子是一个球体，电子弥漫性地均匀分布在整个球体内，正电荷镶嵌其中 B．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子 C．根据卢瑟福原子核式结构模型可得出：原子中心有一个很小的原子核，原子的正电荷全部集中在原子核内 D．按照玻尔原子模型，氢原子辐射光子时，从高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，核外电子的动能减小 5．如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（    ） A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了核式结构模型 B．大多数α粒子几乎沿原方向返回 C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能一直增大 D．α粒子经过a、b两点时动能相等 6．实验小组用如图1所示实验电路，研究光电效应中遏止电压、光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图1中K、A两极间的电压大小可调，直流电源的正、负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，得到了三条光电流和电压之间的关系曲线，如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．若要测量饱和电流，则图1中电源右端为负极 B．三种光所对应的频率关系为 C．b光照射时，阴极发出的光电子的最大初动能最大 D．c光照射时，增大c光的光强，阴极逸出的光电子数目增多，遏止电压增大 7．中国北斗导航系统能实现车道级导航，氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高极为重要。如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于的能级上，下列说法正确的是（　　） A．该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种频率的光子 B．从能级跃迁到能级发出的光子能使逸出功为1的金属发生光电效应现象 C．该氢原子可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级 D．使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。) 8.、、、是氢原子在可见光谱线。这四条谱线分别为氢原子从n=6，5，4，3能级向n=2能级跃迁时发出的，波长关系为。下列说法正确的是（　　） A．是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的 B．是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的 C．若用照射某种金属能发生光电效应，则用照射这种金属一定也能发生光电效应 D．若用照射某种金属能发生光电效应，则用照射这种金属一定也能发生光电效应 9．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．如图1所示的装置，带负电的锌板用紫外线灯照射后，验电器闭合，说明紫外线能使电子从锌板中逸出 B．根据图2可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光照强度有关 C．根据图3可知，为该金属的截止频率 D．根据图4可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 10．如图甲为氢原子的能级图，一群氢原子处于第3能级，将它们向低能级跃迁发出的光分别照射光电管的阴极K，只能测得a、b两种光的光电流I随光电管两端电压U变化的关系，如图乙所示。则（　　） A．阴极K的逸出功大于 B．b光为氢原子从2能级跃迁到1能级产生的 C．a光照射时产生光电子的最大初动能比b光照射时的大 D．a光照射时单位时间内产生光电子的个数比b光照射的多 三、非选择题:共5小题,共57分。 11.（6分）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。    （1）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“西瓜模型”或“ 模型”； （2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是( )    A．绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的 B．发生超过大角度偏转的α粒子是极少数的 C．沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小 D．沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大 12．（9分）小明用金属铷制成的光电管观测光电效应的实验装置示意图如图甲所示。实验中测得铷的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示。已知普朗克常量，请回答下列问题：（结果均保留两位有效数字）        (1)若要探究光电效应中光电流与光照强度的关系，电源左端应为电源的 （填“正”或“负”）极。 (2)金属铷的截止频率＝ Hz，逸出功＝ J (3)若实验中入射光的频率为，则产生的光电子的最大初动能＝ J。 13．（12分）如图所示，光电管的阴极K用某种金属制成，闭合开关S，用发光功率为P的激光光源直接照射阴极K时，产生了光电流。移动变阻器的滑片，当光电流恰为零时，电压表的示数为U，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c，求： （1）激光在真空中的波长； （2）激光光源单位时间内产生的光子数N。 14．（12分）如图甲是研究光电效应的电路图，图乙是汞原子的能级图，若用处于n=2能级的汞原子跃迁发出的光子照射某种金属，恰好可以使它发生光电效应，试求： （1）该金属的逸出功W0； （2）若某次实验时图甲中的电压表示数为2V，且用处于n=4能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属，求到达A极板的光电子动能的最大值。（本题所求结果均以eV为单位） 15．（18分）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。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 人教版新教材 物理选择性必修第三册 第四章《原子结构和波粒二象性》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 1、 单项选择题（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） 1.为研究某稀有金属的光电特性，用频率为的光照射该金属时，检测到逸出光电子的最大初动能为。已知普朗克常量为，则该金属的极限频率为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】用频率为的单色光照射该金属，根据爱因斯坦光电效应方程 当最大初动能为零时，则有 联立解得 故选B。 2．在光的照射下物体表面能发射出电子的现象，叫做光电效应。实验发现，用紫外线照射金属锌能产生光电效应，而可见光照射不能使锌发生光电效应，这是因为（　　） A．可见光的频率小于金属锌的截止频率 B．可见光的波长小于金属锌的极限波长 C．可见光的波长小于紫外线的波长 D．可见光的强度小于紫外线的强度 【答案】A 【解析】AB．根据光电效应方程，有 可见光的频率小于金属锌的截止频率，所以可见光照射不能使锌发生光电效应。 又联立，解得 可知可见光的波长大于金属锌的极限波长，所以可见光照射不能使锌发生光电效应。故A正确；B错误； C．可见光的波长大于紫外线的波长。故C错误； D．根据AB选项分析可知，是否发生光电效应与入射光的强度无关。故D错误。故选A。 3．入射光照射到某金属表面上发生了光电效应, 若入射光的强度减弱, 而频率保持不变, 那么  (    ) A．延迟时间将明显增加 B．光电子的最大初动能将减少 C．有可能不发生光电效应 D．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少 【答案】D 【详解】若能发生光电效应，发生光电效应的时间与光的强度无关．故A错误．入射光照射到某金属表面上发生光电效应．若入射光的强度减弱，频率保持不变，可知仍然可以发生光电效应，根据光电效应方程Ekm=hv-W0知，光电子的最大初动能不变．故BC错误．入射光的强度减弱，则入射光单位时间射出的光子的数目减少，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小．故D正确．故选D． 4．下列关于近代原子的结构模型说法符合历史事实的是(　 　) A．汤姆逊通过对阴极射线的研究，提出原子是一个球体，电子弥漫性地均匀分布在整个球体内，正电荷镶嵌其中 B．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子 C．根据卢瑟福原子核式结构模型可得出：原子中心有一个很小的原子核，原子的正电荷全部集中在原子核内 D．按照玻尔原子模型，氢原子辐射光子时，从高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，核外电子的动能减小 【答案】C 【详解】A.汤姆逊提出原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，A错误． B.卢瑟福通过α粒子散射实验提出了自己的核式结构模型，B错误． C.根据卢瑟福原子核式结构模型可得出：原子中心有一个很小的原子核，原子的正电荷全部集中在原子核内，C正确． D.氢原子辐射光子时，从高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，根据库仑力提供向心力：，轨道半径越小，速度越大，动能越大，D错误． 5．如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（    ） A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了核式结构模型 B．大多数α粒子几乎沿原方向返回 C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能一直增大 D．α粒子经过a、b两点时动能相等 【答案】A 【详解】A．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故A正确； B．根据粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误； C．粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知粒子从经过运动到的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C错误； D．由于α粒子从a运动到b的过程中电场力做负功，则动能减小，故D错误。故选A。 6．实验小组用如图1所示实验电路，研究光电效应中遏止电压、光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图1中K、A两极间的电压大小可调，直流电源的正、负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，得到了三条光电流和电压之间的关系曲线，如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．若要测量饱和电流，则图1中电源右端为负极 B．三种光所对应的频率关系为 C．b光照射时，阴极发出的光电子的最大初动能最大 D．c光照射时，增大c光的光强，阴极逸出的光电子数目增多，遏止电压增大 【答案】C 【解析】A．光照射K发生光电效应，逸出的光电子向A移动形成光电流，而为了测量饱和电流，A极应与电源的正极相连，即图1中电源右端为正极，故A错误； BC．根据爱因斯坦光电效应方程以及最大初动能与遏止电压之间的关系有 可知，入射光的频率越大则发生光电效应后逸出的光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，根据图2可知a光和c光对应的遏止电压相同，则可知a光和c光为同一种光，而b光对应的遏止电压大于a光和c光对应的遏止电压，因此可得 即b光照射时，阴极发出的光电子的最大初动能最大，故B错误，C正确； D．c光照射时，增大c光的光强，阴极逸出的光电子数目增多，光电流的强度将增大，但遏止电压不变，遏制电压与入射光的频率有关，入射光频率越大遏止电压越大，与光照强度无关，故D错误。故选C。 7．中国北斗导航系统能实现车道级导航，氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，高性能的原子钟对导航精度的提高极为重要。如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于的能级上，下列说法正确的是（　　） A．该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种频率的光子 B．从能级跃迁到能级发出的光子能使逸出功为1的金属发生光电效应现象 C．该氢原子可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级 D．使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量 【答案】D 【详解】A．一群氢原子处于的能级上,那么该氢原子向低能级跃迁最多可发出不同频率的光，A错误。 B．从能级跃迁到能级发出的光子的能量为 所以从能级跃迁到能级发出的光子不能使逸出功为1的金属发生光电效应现象，B错误； C．该氢原子若跃迁到的能级上，需要吸收光子的能量为 所以该氢原子不可以吸收能量为0.32的光子跃迁到的能级，C错误； D．该氢原子至少需要吸收0.85eV的能量才可以脱离原子核束缚，所以使该氢原子电离至少需要吸收0.85的能量，D正确。故选D。 二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15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5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。) 8.、、、是氢原子在可见光谱线。这四条谱线分别为氢原子从n=6，5，4，3能级向n=2能级跃迁时发出的，波长关系为。下列说法正确的是（　　） A．是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的 B．是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的 C．若用照射某种金属能发生光电效应，则用照射这种金属一定也能发生光电效应 D．若用照射某种金属能发生光电效应，则用照射这种金属一定也能发生光电效应 【答案】BD 【解析】AB．由于四条谱线中，谱线光子波长最小，其频率最大，所以是氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时产生的，故A错误，B正确； CD．由于谱线光子波长小于谱线的波长，则光子频率大于的光子频率，若用照射某种金属能发生光电效应，则用照射这种金属不一定能发生光电效应，但若用照射某种金属能发生光电效应，则用照射这种金属一定能发生光电效应，故C错误，D正确。故选BD。 9．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是（　　） A．如图1所示的装置，带负电的锌板用紫外线灯照射后，验电器闭合，说明紫外线能使电子从锌板中逸出 B．根据图2可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光照强度有关 C．根据图3可知，为该金属的截止频率 D．根据图4可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 【答案】AC 【解析】A．带负电的锌板用紫外线灯照射后，验电器闭合，说明紫外线能使电子从锌板中逸出，从而使锌板重新恢复电中性，A正确； B．光子的能量与频率有关，与光照强度无关，B错误； C．由光电效应方程 解得 可知为该金属的截止频率，C正确； D．由光电效应方程有知光电子的最大初动能与入射光的频率有线性关系，但并非正比关系，D错误。故选AC。 10．如图甲为氢原子的能级图，一群氢原子处于第3能级，将它们向低能级跃迁发出的光分别照射光电管的阴极K，只能测得a、b两种光的光电流I随光电管两端电压U变化的关系，如图乙所示。则（　　） A．阴极K的逸出功大于 B．b光为氢原子从2能级跃迁到1能级产生的 C．a光照射时产生光电子的最大初动能比b光照射时的大 D．a光照射时单位时间内产生光电子的个数比b光照射的多 【答案】AD 【解析】A．一群氢原子处于第3能级，将它们向低能级跃迁发出的光，对应的光子能量分别为 ，， 由题意可知辐射出3种频率光照射阴极K，只有两种产生光电效应，则阴极K的逸出功应，满足 ，故A正确； BC．根据由图乙可知，b光对应的遏止电压较大，则b光的光子能量较大，b光为氢原子从3能级跃迁到1能级产生的，b光照射时产生光电子的最大初动能比a光照射时的大，故BC错误； D．由图乙可知，a光照射时对应的饱和电流大于b光照射时对应的饱和电流，则a光照射时单位时间内产生光电子的个数比b光照射的多，故D正确。故选AD。 三、非选择题:共5小题,共57分。 11.（6分）人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。    （1）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是 （填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体，提出原子“西瓜模型”或“ 模型”； （2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中沿轨迹2运动的α粒子在b点时距原子核最近。下列说法不正确的是( )    A．绝大多数α粒子运动的轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的 B．发生超过大角度偏转的α粒子是极少数的 C．沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小 D．沿轨迹2运动的α粒子的电势能先减小后增大 【答案】电子 枣糕 ABC 【解析】（1）[1]汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子。 [2]汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”。 （2）[3]A．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，运动轨迹类似轨迹1，说明原子中绝大部分是空的，故A正确； B．发生超过大角度偏转的α粒子是极少数的，故B正确； C．根据点电荷电场分布可知，离原子核近的地方电场强度大，故沿轨迹2运动的α粒子的加速度先增大后减小，故C正确； D．α粒子受到斥力作用，沿轨迹2运动的α粒子电场力先做负功，后做正功，的电势能先增大后减小，故D错误。故选ABC。 12．（9分）小明用金属铷制成的光电管观测光电效应的实验装置示意图如图甲所示。实验中测得铷的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示。已知普朗克常量，请回答下列问题：（结果均保留两位有效数字）        (1)若要探究光电效应中光电流与光照强度的关系，电源左端应为电源的 （填“正”或“负”）极。 (2)金属铷的截止频率＝ Hz，逸出功＝ J (3)若实验中入射光的频率为，则产生的光电子的最大初动能＝ J。 【答案】(1)正 (2) (3) 【详解】（1）利用图甲探究光电效应中光电流与光照强度的关系时，需要使光电子从K极板加速运动到A极板，则电源左端应为电源的正极。 （2）[1]根据动能定理和光电效应方程可知 可得 则由图像的横截距表示截止频率，有 [2]逸出功为 （3）若实验中入射光的频率为，则产生的光电子的最大初动能为 13．（12分）如图所示，光电管的阴极K用某种金属制成，闭合开关S，用发光功率为P的激光光源直接照射阴极K时，产生了光电流。移动变阻器的滑片，当光电流恰为零时，电压表的示数为U，已知该金属的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c，求： （1）激光在真空中的波长； （2）激光光源单位时间内产生的光子数N。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）由光电效应方程 由动能定理 联立求得 （2）由 其中（或者写成） 解得 14．（12分）如图甲是研究光电效应的电路图，图乙是汞原子的能级图，若用处于n=2能级的汞原子跃迁发出的光子照射某种金属，恰好可以使它发生光电效应，试求： （1）该金属的逸出功W0； （2）若某次实验时图甲中的电压表示数为2V，且用处于n=4能级的汞原子跃迁发出的光子照射该金属，求到达A极板的光电子动能的最大值。（本题所求结果均以eV为单位） 【答案】（1）4.9eV；（2）5.9eV 【详解】（1）根据光电效应方程 由题意可得 （2）由题意可得处于n=4能级的汞原子跃迁到基态时逸出的光电子动能最大，所以根据公式有 ， 同时根据动能定理有 得 15．（18分）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 又有W0＝－E1＝－E1 解得ν0＝＝－ (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 由Ekm＝hν－W0得 Ekm＝－E1－(－E1)＝－E1 (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－()＝－ 那么对应的频率为ν′＝－ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$