第4章 原子结构和波粒二象性 单元学能测评-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练习册（人教版）

重雅点手细高中物理选择性必修第三册) 现出波动性，又表现出粒子性，所以认为光具有波粒二 (2)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2， 象性，B正确：光表现为波动性就是宏观的电磁波，光 设光对太阳帆的压力为F,光子的动量为力=冬，单位 表现为粒子性就是微观的光子，C错误；大量光子表现 出光的波动性，个别光子表现出光的粒子性，D正确. 时间内由动量定理知FX1=1·2p=器·2会 4.D【解析】题图(a)只有分散的亮点，表明光具有粒子 性，题图(c)呈现干涉条纹，表明光具有波动性，A、B错 2S,由牛顿第二定律得aE_2S m mc 误；紫外线也具有波粒二象性，也可以观察到类似的图 单元学能测评 像，C错误：实验表明光是一种概率波，D正确. 【综合提能练】 1.D【解析】理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电 1,C【解析】康普顿效应揭示了光的粒子性，A正确；光子 磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，一切物体都会辐 散射后能量减小，则频率减小，波长变大，B正确：X射 射电磁波，故A,B错误，普朗克在研究黑体辐射时最 线是电磁被，则光子与电子碰撞后速度不变，C错误： 早提出了能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律， 若碰撞后电子的动量为力，则其物质波波长为=么， 他认为黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小 能量值的整数倍，故C错误，D正确. D正确， 2.D【解析】一切物体都在不停地发射红外线，故A正 2.C【解析】电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子 确：适量照晒紫外线有助于人体合成维生素D,故B正 具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性 确：医学上用X射线透视人体，检查体内病变等，故C 无关，BD正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是 正确；根据电磁波谱的排列顺序可知，红外线的波长比 电子到达概率大的地方，A正确。 可见光长，也具有波粒二象性，故D错误 3.C【解析】普朗克在1900年把能量子引人物理学，破 3.C【解析】卢瑟福的a粒子散射实验证明了原子的核 除了“能量连续变化”的传统观念，A错误；根据p= 式结构，玻尔理论解释了氢原子光谱的连续性，故A错 √②mE,因为质子质量大于电子质量，所以质子动量 大于电子的动量，由入=知质子的德布罗意波长比 误：根据p=可知电子束动量越小，波长越大，则波 动性越显著，故B错误：康普顿效应说明光与电子可以 电子的短，B错误：廉普顿根据力一冬，对麋普顿效应 发生类似于碰撞的情况，说明光具有粒子性，故C正 进行解释，其基本思想是光子不仅具有能量，而且具有 确；光电效应说明光具有粒子性，不能用经典物理学解 动量，C正确：德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广 释，故D错误 到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，D错误。 4.C【解析】电子带负电，受电场力与电场线方向相反， 4.D 【解析】每个光子的能量约为E=c= 如果加一个方向向上的电场，则电子受到的电场力方 向向下，射线向下偏转：如果加一个方向向前的电场， 6.626×10-4×3×10 585X109 J=3.4×10-0J,A错误：每个 电子受到的电场力方向向后，射线向后偏转，故A、B 光子的动量约为p-会-80kg·m6 错误；在阴极射线管正下方放置一根通有强电流的长 直导线，电流方向向右，由安培定则可知阴极射线管中 1.13×107kg·m/s,B错误；激光器的输出功率不能 是向前的磁场时，根据左手定则可知，电子受到的洛伦 小于P=0X10=11.1W,C错误：每个脉冲传 450×10-6s 兹力向上，因此会向上偏转：在阴极射线管正后方放置 送给搬意的光子数约为=爱8二个=17× 一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，由安培定 则可知阴极射线管中是向下的磁场时，根据左手定则 10个，D正确。 可知，电子受到的洛伦兹力向前，射线向前偏转，故C 5.)光子的频率为v一无，一个光子的能量为=h云， 正确，D错误 5.A【解析】设离灯10m远处每平方米面积上灯照射 太阳帆每秒接收的能量为ES,故每秒内接收的光子的 个数为n=ES=ES 的能量为工，则有B一祭，设穿过的光子数为 则有h∫=E,代入数据得n=2×10个，故B、C、D错 24 练习册参考答案与解析么出 误，A正确。 时.U=3_罗：当=4时，U=_ e e e 0当n=5 6.B【解析】在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长 处在最大波长与最小波长之间，故A正确，B错误：黑 时，U=5hw_W 体辐射的强度与温度有关，由黑体辐射的强度与波长 11.(1)AB(2)BC(3)B 的关系图像可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强 【解析】(1)当α粒子穿过原子时，电子对a粒子影响 度都增加，故C正确：随着温度的升高，黑体辐射强度 很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则 的极大值向波长较短的方向移动，故D正确 a粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小.只有当 7.B【解析】设光电管电极K的逸出功为W。,根据题意 a粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原 知Wa=[-1.51-(-13.6)]eV-5.2eV=6.89eV, 子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只 用一群处于一4能级的氢原子向外辐射光照射题图2中 有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向 的光电管，逸出的光电子的初动能最大值E=[一0.85一 前进，α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成，为 (-13.6)]eV-6.89eV=5.86eV,当电流表的示数 了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果， 恰好为0时，E=eU,解得U=5.86V,故B正确，A、 故A正确：α粒子的散射实验揭示了原子具有复杂的 C、D错误 核式结构，故B正确：实验结果表明绝大多数α粒子 8.ACD【解析】由题图甲可知，H.谱线所对应的光的波 穿过金箔后不发生偏转，只有极少数大角度的偏转， 长较大，所以要比H谱线所对应的光波动性强，故A 故C错误；该实验否定了汤姆孙原子模型的正确性， 正确：根据E=c=4.85X10-19J=3.02cV,可知H 故D错误.(2)α粒子散射实验说明占原子质量绝大 部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围 谱线可能是紫光，故B错误：根据跃迁假设，有△E 内，故B,C正确，A错误；卢瑟福发现了质子，查德威 E6一E=3.02eV,故C正确：依题意，可见光光子的能 克发现了中子，故D错误.(3)在a粒子的散射现象中 量范围约为1.61~3.11eV,处在基态的氢原子至少要 粒子所受原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的 跃迁到=3时才能使其发出可见光，因此处在基态的 内侧，显然A中下方粒子受力指向轨迹的外侧，故A 氢原子要用所照射的最小光子能量为△E=E?一E, 错误：在α粒子的散射现象中绝大多数的a粒子都照 12.09eV,故D正确. 直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度 9.CD【解析】紫外线是不可见光，人无法看到紫外线， 很大的偏转，个别的α粒子偏转角大于90°，极少数的 灯管中的低压汞受电子轰击后发出汞光谱，汞光谱中 a粒子偏转角大于150°，甚至个别粒子沿原方向弹 除了紫外线，还有人眼可见的光，其中包含蓝光和紫 回.原因在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作 光，所以紫外线灯看起来是紫蓝色的，故A错误；根据 用力是斥力，故越靠近原子核的粒子受到的斥力越 光电子能量表达式E=hw,可得光电效应的发生只与光 大，轨迹的偏转角越大，故B正确，C、D错误 的颇率有关，而与光的强度无关，故B错误：根据爱因斯 坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为E,=hv一 12.(1)见解析(2)为零：不为零(3)么（一） (4)b W。,与光的频率有关而与光的强度无关，故增强紫外 【解析】(1)为了使电压有较大的调节范围，滑动变阻 灯的强度，锌板逸出的光电子最大初动能仍保持不变， 器采用分压式连接，电路图连接如图所示，(2)将电路 故C正确：由于该款紫外消毒灯发出的紫外线频率大 图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，光电管的正向 于锌的截止频率，锌板在该紫外线照射下能够发生光 电压为零，即此时会看到电压表的示数为零：用频率 电效应，打出光电子从而使锌板带正电，故D正确. 为M(大于)的光照射在阴极上，会发生光电效应， 10.BD【解析】根据题意可知，一个电子吸收一个光子 则电流表的示数不为零，将滑动变阻器的滑片逐渐向 不能发生光电效应，换用同频率的强激光照射，则发 右移，会看到电流表的示数变化情况是逐渐变大后不 生光电效应，吸收的光子能量为hv(n=2,3,4,…), 变.(3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右 光电子从K到A,根据动能定理有U=hv一W,解 移，当电流表的示数刚好减为零时，根据动能定理k 得U=0-g当n=2时，U=0-g当=3 e 乞m品=一，可得电压表的示数应为U=么( e 25 重雅点手细高中物理选择性必修第三册J w).(4)根据爱因斯坦光电效应方程hv=E十W。,根 度=的-品电子高开偏转电场后做匀滚直 据动能定理U=E,联立解得U.y一W,若h> e 线运动，经时间到达炎光屏，则4=号时间内 以，则U>U2,则由图像可知，第一次实验作出的图 像应是五 向上运动的距离或=-品片；d=d十山 光束 2Ud 品（亿+号），可解得片-+2 (3)能，由动能定理可得c心=之m-0,已知。和号 A 的表达式，可推导出U。的表达式 第五章原子核 13.Q)根据光电效应方程有B=一W。-C一W,代人 第1节原子核的组成 【基础过关练】 数据解得光电子的最大初动能为E=3.2X10~9J. 1.A【解析】原子核中，只有质子和中子，在B衰变中，核 (2)光电子动能减小到0时，设遏制电压为U,根据动能 内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子.在α衰 定理有U=E,代入数据解得遏制电压为U=20V. 变中，核内的两个质子和两个中子作为整体即á粒子 (3)根据截止频率公式-，代人数据解得铝的截 从原子核中抛出，在发生α衰变和B衰变过程中伴随 能量以Y粒子的形式放出. 止额率为=1.0×105Hz 2.D【解析】原子核的符号中A表示质量数，Z表示质 14.(1)光电管所加电压U为反向电压，微安表示数恰为 子数 0,则Em=eU,又p=√/2mE,A=,解得阴极K 3.AB【解析】威尔逊云室内充满饱和蒸汽，射线经过时 把气体电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，可 产生光电子的德布罗意被长的最小值入= √2me01 显示出射线运动的径迹，A正确：由于α粒子的电离能 (2)改用n=4能级的氢原子向基态跃迁时辐射出的 力较强，贯穿能力弱，所以在云室中的径迹粗而短，B 光子照射K时，hM-E一B-品一E=一瓷E,由 正确：威尔逊云室中的径迹细而长的是B射线，由于Y 射线的电离本领很弱，所以一般看不到径迹，C错误： 光电效应方程得E=h√-W。,又E=hv一W。,hv= 把云室放到磁场中由射线的弯曲方向就可以判断射线 E-E=一8E,解得W,=-8B-eU,所以E民= 所带的电荷的正负，D错误 B-（-8E-U)=一46+eU,到达阳极 4.D【解析】a射线、3射线和Y射线都发自原子核内部， X射线发自原子核外部，故A错误；α射线为氢原子核 A的光电子的最大动能瓦=民-U=一5。 流、B射线为高速电子流，Y射线和X射线都是电磁波， 故B错误；贯穿本领最大的是Y射线，故C错误；对空 15.(1)当电子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，电子做 气电离作用最大的是a射线，故D正确。 匀速直线运动，亮点重新回到中心O点，设电子的速 【综合提能练】 度为则enB=E,得一青，又E-号得品 1.D【解析】一个针核Th中，有90个质子，有232个 (2)当极板间仅有偏转电场时，电子以速度进入后， 核子，则有232-90=142个中子，故选D 在整直方向做匀加速运动，加速度。一品电子在水 2.D【解析】因为Y射线的穿透本领最强，a射线的穿透 本领最弱，由题图可知①为a射线，②为3射线，③为Y 平方向做匀速运动，在偏转电场中的运动时问( 射线：3射线的电子来自原子核内的中子转变为质子时 号电子在偏转电场中运动，竖直向上偏转的距离 放出的，A错误：α射线电离作用最强，但它不是电磁 d=立-，离开偏转电场时竖直向上的分速 eLiU 波，B错误：Y射线的电离作用最弱，属于原子核内释放 的光子，是一种电磁波，C错误，D正确. 26第四章原子结构和波粒二象性 单元学能测评 时间：75分钟 满分：100分 一、选择题：本题共10小题，每小题4分，共 4.(2025·浙江富阳中学高二月考)阴极射线管 40分.在每小题给出的四个选项中，第1~7 及方向坐标如图所示，电子束从阴极射出，经 题只有一项符合题目要求，第8~10题有多 过狭缝掠射到荧光屏上，显示出一条射线径 项符合题目要求.全部选对的得4分，选对但 迹，以下情况判断正确的是( 不全的得2分，有选错的得0分 荧光屏 1.对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被 、极 誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点. 电子农 关于黑体辐射，下列说法正确的是( ). 》 A.在阴极射线管中加一个方向向上的电场，射 A.温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 线将向上偏转 B.黑体不会辐射电磁波 B.在阴极射线管中加一个方向向前的电场，射 C.爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解 线将向上偏转 释黑体辐射规律 C.在阴极射线管正下方放置一根通有强电流的 D.黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最 长直导线，电流方向向右，射线将向上偏转 小能量值的整数倍 D.在阴极射线管正后方放置一根通有强电流的 2.下列关于电磁波的说法错误的是( ) A.自然界的一切物体都在不停地发射红外线 长直导线，电流方向向右，射线将向上偏转 B.紫外线有助于人体合成维生素D 5.(2025·浙江宁波镇海中学高二月考)一盏电 C.医学上用X射线透视人体，检查体内病变等 灯的发光功率为100W,假设它发出的光向四 D.由于红外线的波长比可见光长，所以不具有 周均匀辐射，光的平均频率为f=5.0×10“ 波粒二象性 Hz,在距电灯10m远处，以电灯为球心的球面 3.(2025·河南郑州外国语学校高二模拟)原子 上，1m的面积每秒通过的光子数约为（取普 结构模型发展是指从1803年道尔顿提出的第 朗克常量为6.63×10J·s)( 一个原子结构模型开始，经过一代代科学家不 A.2×10个 B.2×1016个 断地发现和提出新的原子结构模型的过程.科 C.2×1015个 D.2×100个 学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表 6.有关黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分 现出粒子的特征.因此我们称光有“波粒二象 布与辐射体的温度有密切关系，此研究对冶金 性”.关于原子结构和光的波粒二象性，下列说 工业的迅速发展有巨大贡献.如图所示，图中 法正确的是(). 画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的 A.卢瑟福核式结构模型可以解释氢原子光谱 关系，据此以下判断不正确的是( B.电子束动量越小，粒子性越显著 A.在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长 C.康普顿效应说明光具有粒子性 不是最大的，也不是最小的，而是处在最大 D.光电效应可以用经典物理学解释 与最小波长之间 55 型雅点手册高中物理选择性必修第三册？) B.在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度 410.3434.2486.3 656.5λ/nm 越大 H H H C.随着温度的升高，各种波长的辐射强度都 EeV 增加 -0.38 -0.54 D.随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长 -0.85 -1.51 较短的方向移动 -3.4 年怀射强度 -13.6 A.H。谱线所对应的光要比H谱线所对应的 1500K 光波动性强 o5 B.H谱线可能是红光，对应的光子能量约为 100 1.89eV T 21m1m 波长 C.H谱线对应的光子是氢原子从n=6跃迁 7.(2025·安微合肥一中高二月考)图1为氢原 到n=2能级时发出的 子能级图，图2为研究光电效应规律的电路 D.处在基态的氢原子至少要用光子能量为 图.用一群处于n=3能级的氢原子向外辐射 12.09eV的光照射才能使其发出可见光 的光照射图2中的光电管，逸出的光电子的初 9.紫外灯消毒是医院诊室和学校教室消毒的主 动能最大值为5.2eV,用一群处于n=4能级 要方式之一，某一型号的紫外消毒灯发出频率 的氢原子向外辐射的光照射图2中的光电管， 为11.5×10Hz的紫外线，光强度可调，已知 调节滑动变阻器，当电流表的示数恰好为0 锌的截止频率为8.07×104Hz.下列说法中 时，电压表的示数为( 正确的是(). A.紫外灯工作时，我们看到的紫蓝色辉光就是 紫外线 EeV 1------------ B.当该型号紫外消毒灯发出微弱辉光时，无法 -0.85 -1.51 使锌板发生光电效应 3.4 C.若增强紫外灯的强度，锌板逸出的光电子最 -13.6 大初动能仍保持不变 网1 图2 D.用该型号紫外消毒灯照射锌板，能使锌板带 A.5.42V B.5.86V 正电 C.6.89V D.10.20V 10.以往我们认识的光电效应是单光子光电效 8.(2025·福建厦门一中高二月考)如图甲所示 应，即一个电子极短时间内能吸收到一个光 氢原子光谱中，给出了可见光区四条谱线对应 子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了 的波长，玻尔的氢原子能级图如图乙所示.已 人们对于光电效应的认识，用强激光照射金 知普朗克常量h=6.63×104J·s,可见光光 属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间 子的能量范围约为1.61~3.11eV,则(). 内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子 56 第四章原子结构和波粒二象性么 电效应，这已被实验证实.光电效应实验装置 B.该实验揭示了原子具有核式结构 示意如图.用频率为y的普通光源照射阴极 C.实验结果表明绝大多数α粒子穿过金 K,没有发生光电效应，换同样频率为的强 箔后发生大角度偏转 激光照射阴极K,则发生了光电效应；此时， D.该实验证实了J.J.汤姆孙原子模型的正 若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极， 确性 阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使 (2)关于α粒子散射实验的下述说法中正确 光电子减速的电场，逐渐增大U,光电流会逐 的是 渐减小：当光电流恰好减小到0时，所加反向 A.实验表明原子的中心有一个很大的核， 电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h 它占有原子体积的绝大部分 为普朗克常量，e为电子电量)( B.实验表明原子的中心有个很小的核，集 中了原子的全部正电荷 C.实验表明原子核集中了原子几乎全部 的质量 D.实验表明原子核是由质子和中子组成的 (3)有关α粒子散射实验的图2中，O表示金 电越 A.U=hv_W B.U=2hv_W 原子核的位置，则能正确表示该实验中经 e e e e 过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的 C.U=5/v_W 是图2中的 2e e D.U=3hyW e e 12.(10分)某同学要探究“光电效应”的实验规 二、非选择题：本题共5小题，60分 律，根据实验需要设计了部分电路如图1所 11.(6分)(2025·江西临川一中高二月考)如图1 示.图中A、K是光电管的两个电极，已知该 所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金 光电管阴极的截止频率为，元电荷为e,普 箔的实验装置示意图. 朗克常量为h. 荧光屏 流口 a粒子源 食翁 粒子束 图1 U.U 图1 图2 (1)请你将该同学的电路图连接完整. (2)实验时，将电路图中的滑动变阻器的滑片 移到最左端，用频率为4（大于）的光照 ☒2 射在阴极上，此时会看到电压表的示数 (1)下列关于该实验的描述正确的是 (填“为零”或“不为零”)，电流表 A.α粒子轰击金箔的实验需要在真空条 的示数 (填“为零”或“不为零”)， 件下完成 将滑动变阻器的滑片逐渐向右移，会看到 57 型雅点手册高中物理选择性必修第三册？) 电流表的示数变化情况是逐渐变大后 子照射K,求到达阳极A的光电子的最大 不变 动能Em (3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左 向右移，当电流表的示数刚好减为零时， 理论上电压表的示数应为U= (用h、e,o、表示). (4)换用频率为2的单色光进行第二次实验， 两次实验测得多组电压表示数和电流表 示数，在同一坐标系中作下U图像如图2 所示，若>，则第一次实验作出的图像 15.(17分)(2025·安徽芜湖十二中高二月考) 应是 (填“a”或“b”)图像. J.J.汤姆孙用来测定电子的比荷（电子的电荷 13.(12分)铝的逸出功是4.2eV,现在将波长为 量与质量之比)的实验装置如图所示.真空管 200nm的光照射铝表面.(1eV=1.6×10J, 内的阴极K发出的电子（不计初速度、重力和 普朗克常量h=6.63×10-别J·s,e=1.6× 电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过 109C,光速c=3×103m/s)(结果均保留2 小孔C沿中心轴OO的方向进入到两块水平 位有效数字) 正对放置的平行极板P和P'间的区域内.当 (1)求光电子的最大初动能. 极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏 (2)求遏制电压 的中心O点处，形成一个亮点：加上偏转电压 (3)求铝的截止频率. U后，亮点偏离到)点()点与O点的竖直 间距为d,水平间距可忽略不计)，此时，在P 和P‘间的区域内，再加上一个方向垂直于纸 面向里的匀强磁场调节磁场的强弱，当磁感 应强度的大小为B时，亮点重新回到O点，已 知极板水平方向的长度为L1,极板间距为b, 14.(15分)(2025·湖北武汉二中高二月考)如图 极板右端到荧光屏的距离为L2: 所示，大量处于=3能级的氢原子向基态跃 (1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小. 迁，辐射出的光子照射到光电管阴极K,移动 (2)推导出电子的比荷的表达式 变阻器触头P至图示位置，电压表示数为U, (3)上述实验中，未记录阴极K与阳极A之 微安表示数恰为0.已知氢原子的能级公式 间的加速电压U,根据上述实验数据能否 E-月(E<0,量子数=2.34…)E是 推导出U的表达式？并说明理由. 基态氢原子的能量值，元电荷为e,光电子质 量为m,普朗克常量为h. (1)求阴极K产生光电子的德布罗意波长的 最小值入mm: (2)触头P仍在图示位置，改用大量处于 4能级的氢原子向基态跃迁时辐射出的光 58