第四章 原子结构和波粒二象性 章末测试题-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册练习手册（人教版）

第四章章 (时间：75分钟 一、选择题（本题共10小题，共46分。第 1~7小题只有一项符合题目要求，每小 题4分。第8~10小题有多项符合题目 要求，每小题6分，全部选对的得6 分，选对但不全的得3分，有选错的得 0分)》 1.一颗质量为10g的子弹，以200m/s的速 度运动着，则由德布罗意理论计算，要使 这颗子弹发生明显衍射现象，那么障碍物 的尺寸应为() A.3.0x10-10m B.1.8×101lm C.3.0x1034m D.无法确定 2.当图甲所示光电效应实验中，分别用三束 单色光照射到阴极K上测得光电流与电 压的关系如图乙所示，U、Ua分别为蓝 光和黄光的遏止电压。则下列说法正确的 是( 一黄光（强）》 医 黄光（弱） Ua U2 0 光电流与电压的关系 乙 第2题图 第四章章末测试。 末测试 总分：100分) A.强黄光照射形成的饱和电流较大，说 明强黄光光子能量大于弱黄光光子能量 B.强黄光照射形成的饱和电流较大，说 明强黄光光子能量小于弱黄光光子能量 C.U>U2,说明黄光照射逸出的光电子的 最大初动能大于蓝光照射逸出的光电子 的最大初动能 D.U>U2,说明黄光照射逸出的光电子的 最大初动能小于蓝光照射逸出的光电子 的最大初动能 3.对光产生机理的研究，推动了光的广泛应 用，从氢气放电管可以获得氢原子光谱， 1885年巴耳末对已知的，在可见光区的 四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长 A能够用一个公式表示，这个公式写作} R空，3,4,5，…式中R叫作 里德伯常量，其值为1.10×10？m。关于 氢原子光谱的说法正确的是() A.公式中的n取不同的整数，可以获得 很多氢原子的谱线，说明氢原子光谱 是连续光谱 B.玻尔的原子理论第一次将量子观念引 入原子领域，成功解释了氢原子光谱 的实验规律 C.根据玻尔理论，电子在原子核周围的 运动与人造地球卫星一样，轨道半径 13 高中物理选择性必修第三册（人教版） 都是连续的 D.根据玻尔理论，电子在氢原子轨道上 旋转时，不断向外辐射光子 4.1924年，法国物理学家德布罗意提出了 德布罗意波假说，1927年，美国工程师 戴维孙获得了电子束在晶体中的衍射图 样。根据德布罗意波假说，下列说法正确 的是() A.与微观粒子相对应的德布罗意波长仅 由该微观粒子的动能决定 B.与微观粒子相对应的德布罗意波长仅 由该微观粒子的动量决定 C.与微观粒子相对应的德布罗意波长仅 由该微观粒子的质量决定 D.概率波对微观粒子运动状态的描述是 不准确的 5.在光电效应实验中，两个实验小组分别在 各自的实验室，约定用相同频率的单色光 分别照射锌和银的表面，结果都能发生光 电效应，如图甲，并记录相关数据。对于 这两组实验，下列判断正确的是() 光 U/V 光电管 104Hz 分 第5题图 A.因为材料不同，逸出功不同，所以遏 止电压U。不同 B.饱和光电流一定不同 14 C.光电子的最大初动能相同 D.分别用不同频率的光照射之后绘制U v图像(v为照射光频率，图乙为其中 一小组绘制的图像)，图像的斜率可能 不同 6.用如图的装置研究光电效应现象，当用能 量为3.0eV的光子照射到光电管上时， 电流表G的读数为0.2mA,移动变阻器 的触点c,当电压表的示数大于或等于 07V时，电流表读数为0，则() 光电管 c b 第6题图 A.开关S断开后，没有电流流过电流 表G B.所有光电子的初动能为0.7eV C.光电管阴极的逸出功为2.3eV D.改用能量为1.5eV的光子照射，电流 表G也有电流，但电流较小 7.如图所示，用单色光做双缝干涉实验。P 处为亮条纹，Q处为暗条纹，不改变单色 光的频率，而调整光源使其极微弱，并把 单缝调至只能使光子一个一个地过去，那 么过去的某一光子() 第7题图 A.一定到达P处 B.一定到达Q处 C.可能到达Q处 D.都不正确 8.在光电效应实验中，某同学按如图甲方式 连接电路，用同一种材料在不同实验条件 下得到了三条光电流与电压之间的关系曲 线（甲光、乙光、丙光），如图乙所示。 则可判断出（ 单色光 UaUa 甲 第8题图 A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.仅将滑动变阻器的触头向右滑动，则 微安表的示数可能为0 D.甲光的光强大于乙光的光强 9.如图是某金属在光的照射 下产生的光电子的最大初 动能E与入射光频率的 关系图像，由图像可知 第9题图 () A.该金属的逸出功等于E B.人射光的频率为孕时，产生的光电子 的最大初动能为号 C.入射光的频率为2时，产生的光电子 的最大初动能为3E 第四章章末测试。 D.该金属的逸出功等于hwo 10.若原子的某内层电子被电离形成空位， 其他层的电子跃迁到该空位上时，会将 多余的能量以电磁辐射的形式释放出来， 此电磁辐射就是原子的特征X射线。内 层空位的产生有多种机制，其中的一种 称为内转换，即原子中处于激发态的核 跃迁回基态时，将跃迁时释放的能量交 给某一内层电子，使此内层电子电离而 形成空位（被电离的电子称为内转换电 子)。214P。的原子核从某一激发态回到 基态时，可将能量E=1.416MeV交给 内层电子（如K、L、M层电子，K、L、 M标记原子中最靠近核的三个电子层)》 使其电离。实验测得从4P原子的K、 L、M层电离出的电子的动能分别为 E=1.323MeV、E=l.399MeV、Em= 1.412MeV。则可能发射的特征X射线的 能量为() A.0.013MeV B.0.017MeV C.0.076MeV D.0.093MeV 二、非选择题（本题共5小题，共54分） 11.(6分)某实验小组成员用如图所示装置 研究光电效应规律，其中光电管的极限 频率为，用某种单色光照射光电管， 调节滑动变阻器的滑片，使电流计的示 数刚好为0，此时电压表的示数为Uo, 则照射光的频率为 ，保持滑动 变阻器的滑片位置不变，增大照射光的 15 高中物理选择性必修第三册（人教版） 强度，则电流表的示数 (填 “仍然为0”或“不为0”)。（已知普朗 克常量为h) 光 K电子公 光更管 G 13 第11题图 12.(15分)如图甲所示是使用光电管的原 理图，当频率为v的可见光照射到阴极 K上时，电流表中有电流通过。 U/V 0520v1(×104Hz) 乙 第12题图 (1)当变阻器的滑动端P向 (填“左”或“右”)滑动时，通过 电流表的电流将会增大。 (2)当电流表电流刚减小到0时，电压 表的读数为U,则阴极K的逸出功 为 。(已知电子电荷量为 e,普朗克常量为h) (3)如果不改变入射光的强度，而增大 入射光的频率，则光电子的最大初 动能将 (填“变大”“变小” 或“不变”)。 (4)用不同频率的光照射某金属产生光 电效应，测量金属的遏止电压U。与 16 入射光频率，得到U。-v图像如图乙 所示，根据图像求出该金属的截止 频率v= Hz,普朗克常量 h= J·$。(已知电子电荷量 e=1.6x10-19C) (8分)》 (1)一颗质量为5.0kg的炮弹以200ms 的速度运动时，它的德布罗意波长 多大？若要使它的德布罗意波长与 波长是400nm的紫光波长相等， 则它必须以多大的速度运动？ (2)阴极射线管中电子的速度为2× 10?ms,请计算它的德布罗意波 波长。 第四章章末测试。 14.(12分)20世纪初，卢瑟福进行a粒子 散射实验的研究，改变了人们对原子结 构的认识。 (1)如图1所示，有两个粒子均以速 度射向金原子，它们速度方向所 在的直线都不过金原子核中心。请 在图1中分别画出两个粒子此后 的运动轨迹示意图。 (2)如图2所示，一个α粒子以速度v 射向金原子，速度方向所在直线过 金原子核中心。由于金原子受到周 边其他金原子的作用，可将α粒子 与一个金原子核的作用等效为与一 个静止的、质量非常大的粒子发生 弹性碰撞。请推导说明α粒子与金 原子核作用后速度的大小和方向。 a粒子8 -一--○金原子核 子0金原千枚 图1 图2 第14题图 (17 N 高中物理选择性必修第三册（人教版） 15.(13分)美国物理学家密立根用精湛的 技术测量光电效应中几个重要的物理量， 这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误 差范围内的直接实验证据。密立根的实 验目的是测量金属的遏止电压U、入射 光频率v,由此计算普朗克常量h,并与 普朗克根据黑体辐射得出的h相比较， 以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确 性。如图所示是根据某次实验作出的 U。-v图像，电子的电荷量e=1.6×109C。 试根据图像和题目中的已知条件： (1)写出爱因斯坦光电效应方程（用 Em、h、v、Wo表示)。 (2)由图像求出这种金属的截止频率e。 (3)若图像的斜率为k,写出普朗克常 量h的表达式，并根据图像中的数 据求出普朗克常量h。 UNV 0.8780.81 0.541-0.65 6.4 0.2 ⊥uu上 4.04.55.0 5.56.0 7.0v/(×104Hz) 5.644 6.501 第15题图 18和相互作用决定的能量，与重力势能无关；分子动能是 分子热运动的动能，与气体的整体运动的动能无关，故 A、C错误，B、D正确。 10.CD【解析】自发的宏观热学过程是有方向性 的，满足能量守恒定律的宏观过程并不一定都是可以自 发进行的，只有满足能量守恒定律与热力学第二定律的 宏观热学过程可以发生，故A错误；热力学第二定律的 内容是不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而对外 界没有影响，所以可以从单一热源吸收热量全部用来对 外界做功，但此时对外界产生了影响，故B错误：熵是 分子运动无序程度的量度，分子运动无序程度越大，嫡 越大，故C正确；温度是分子的平均动能的标志，气体 分子热运动的平均动能减小，则气体的温度降低；结合 理想气体的状态方程可知，若气体的体积同时也减小， 气体的压强不一定减小，故D正确。 11.减小减小增大【解析】把罐扣在皮肤上， 罐“吸”到皮肤上一段时间后，人的一部分的皮肤组织 进入罐内，可知气体的体积减小；人的一部分的皮肤组 织进人罐内是由于罐内外气体压力差的作用，可知气体 的压强减小；气体的体积减小，则单位体积内的分子数 增大。 12.减小小于不变吸收【解析】在吸盘被 拉起的过程中，吸盘内封闭气体的体积增大，由于温 度不变，所以由玻意耳定律可知吸盘内气体的压强减 小。在锁扣未扳下之前，吸盘内空气密度与外界空气 密度相同，当锁扣扳下之后，由于吸盘内气体的质量 不变，但体积增大，所以其密度减小。一定质量的理 想气体的内能仅与温度有关，由于在锁扣扳下的过程 中吸盘内气体的温度不变，所以气体的内能不变。在 锁扣扳下的过程中，由于气体的体积增大，所以气体 要对外界做功，但气体的内能又不发生变化，故由热 力学第一定律△U=W+Q可知，此过程中气体要从外界 吸收热量。 13.(1)P=2p(2)对外界做的功为W,则该过 程中气体吸收热量W（3)P5F,T受 【解析】(1)气体从状态A到状态B,温度不变， 由玻意耳定律有p,VpAw,则有p4=D-2-2po。 VA Vo (2)设气体从状态A到状态B吸收的热量为Q,由 热力学第一定律有△=Q+(-W),因为气体从状态A到 参考答案与解析。 状态B是等温变化，故有△U=0。所以有Q=△U-(-W)= W>0,说明气体从状态A到状态B吸收的热量为W。 (3)气体从状态B到状态C为等压变化，故ppo, 由益昌萨克定#有公-片，则有不号。 14.(1)1.4x10Pa(2)封闭气体共吸收热量200J 【解析】(1)活塞移动到汽缸口过程气体发生等压 变化，由盖-吕萨克定律得为=弘，代入数据解得 T T T2=500K,即227℃。因为227℃<427℃，所以气体接 着发生等容变化，当气体温度达到427℃时气体压强为 P.由查理定律得界=片，解得14x10Pa。 (2)由题意可知，气体膨胀过程活塞移动的距离： △x=0.5-0.3=0.2(m),大气压力对封闭气体做功W= -PS△x,代入数据解得W=-100J,由热力学第一定律得 △U=W+Q,则Q=△U-W=100-(-100)=200J。 2poT2poT 15.(1)Pa=7+7' Pe=T+To (2)吸收热量为 AEp开 【解析】(1)A中气体初始 状态参量：p0、V、T,末态状态 参量：PA、V、T,由理想气体方 PBS 程得：学-兴，B中气体初始 第15题答图 状态参量：Po、Vo、T,末态状态参量：PB、V、T,发 生等温变化，由波意耳定律：poV。=pgV。设活塞横截面 积为S,对两活塞及杆整体受力分析如图所示：由平衡 条：件2,5 p,即2pt,联立解得p器 Pot.V-Tro 2T。 (2)由题意可知加热过程两活塞上升，设上升距离 为L,气体对外做功为W=pSL+pSL=2poSL=2po(V-Vo)= p小名，根据符号法则，F0:B巾气体温度不变， 所以内能不变，由热力学第一定律△E=W+O得两气体 从外界吸热Q-AE-(P)-AE+W=4EpTn >"第四章章末测试 l.C【解析】由p=w,A=h可知德布罗意波长A= 73 高中物理选择性必修第三册（人教版） m10x10x200m=3.32x10m,所以障得物的尺寸 h-6.63x10-4 为3.0x104m,符合发生明显衍射的条件。 2.D【解析】强黄光照射形成的饱和电流大于弱黄 光的饱和电流，表明强黄光照射时单位时间发出的光电 子数多。根据爱因斯坦的光子说，光子的能量满足：E= v,光子能量与光的频率相关，故强黄光和弱黄光光子 能量相等，A、B错误；U、U2分别为蓝光和黄光的遏 止电压，满足eU=Em,由于U>U2,故黄光照射打出 的光电子的最大初动能小于蓝光照射打出的光电子的最 大初动能，D正确，C错误。 3.B【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射 光子，辐射的光子能量等于两能级间的能级差，光子 的频率不是连续的，当n取不同的整数，能获得很多 氢原子的谱线，但氢原子光谱仍是不连续光谱，A错 误；玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域， 成功地解释了氢原子光谱的分立特征，B正确；根据 玻尔理论，电子在原子核周围的运动与人造地球卫星 一样，但是其轨道半径是不连续的，C错误：根据玻 尔理论，电子在氢原子轨道上旋转时，不向外辐射光 子，D错误。 4.B【解析】根据德布罗意波的波长公式A=五可 知，与微观粒子相对应的德布罗意波长仅由该微观粒子 的动量决定，故A、C错误，B正确；微观粒子对应的 德布罗意波是概率波，是对微观粒子运动状态的最准确 的描述，故D错误。 5.A【解析】根据光电效应方程Em=hv-W。和eU= E得出，相同频率，不同逸出功，则遏止电压也不同， 故A正确：虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单 位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流不一定 相同，故B错误；根据光电效应方程Em=hw-W得，相 同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不 同，故C错误；因为U=加_W,知图线的斜率等于 ee ，从图像上可以得出斜率的大小，已知电子电量，可 e 以求出斜率与普朗克常量有关，即图像的斜率相同，故 D错误。 6.C【解析】开关S断开后，用光子能量为3.0eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸 74 出，则仍然有电流流过电流表，故A错误；该装置所加 的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于 0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能 为0.7eV,但不是所有光电子的初动能为0.7eV,故B 错误；根据光电效应方程Em=hv-Wo,W。=2.3eV,故C 正确；改用能量为l.5eV的光子照射，由于光电子的 能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故D 错误。 7.C【解析】单个光子的运动路径是不可预测 的，只知道落在P处的概率大，落在Q处的概率小， 因此，一个光子从狭缝通过后可能落在P处也可能落 在Q处。 &BD【解折】根据eU子m-加-P,人射光的 频率越高，对应的截止电压U截越大，甲光、乙光的截 止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，故A错误： 丙光的截止电压大于乙光的截止电压，所以丙光的频率 大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长，故B 正确；光电管加正向电压情况，将滑动变阻器的触头P 向右滑动时，参与导电的光电子数增加，P移到某一位 置时，所有逸出的光电子都刚参与了导电，光电流恰达 最大值，P再右移时，光电流不能再增大，所以微安表 的示数不可能为0，故C错误；由图可知甲的饱和光电 流大于乙的饱和光电流，则甲光的光强大于乙光的光 强，故D正确。 9.AD【解析】根据光电效应方程有E=hw-W,其 中W为金属的逸出功：W=ho,所以有E=hw-hvo,由此 结合图像可知，该金属的逸出功为E,或者W=,故 A、D正确；当人射光的频率为2%时，代入方程可知 产生的光电子的最大初动能为E;若入射光的频率为？ 时，小于极限频率，不能发生光电效应，故B、C错误。 10.AC【解析】考查原子能级方面的问题，题中未 给出能级的能量，而是给出电子的动能，关键是由此推 出原子的能级值。 设能级能量为E,电离后动能为E动，则E动=E+ Eo,所以E,=E动-E0。 计算K、L、M三个能级值： Ek=-0.093MeV,E=-0.017MeV, EF-0.004MeV。 跃迁情形如图所示，共可辐射三种频率的射线，射 线能量分别为 M E=E-Ek=0.089MeV。 E=E-Ek=0.076MeV。 E=ErE=0.013MeV。 K- -EK 故选A、C。 第10题答图 11.c+o仍然为0【解析】电流计的读数恰好为 h 0,此时电压表的示数为U,知光电子的最大初动能为 eUo, 根据光电效应方程有W。=h-Em=h-eUo=h, 解得e+wo h 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射 光的频率有关，所以增大入射光的强度，电流计的读数 仍为0。 12.(1)左(2)hw-eU(3)变大 (4)5.0×1046.4x104 【解析】(1)当变阻器的滑动端P向左滑动时，光 电管两端的反向电压减小，光电流增大，通过电流表的 电流将会增大。 (2)当电流表电流刚减小到0时，电压表的读数为 U,则光电子的最大初动能Em=eU,据爱因斯坦光电效 应方程E=hw-W可得，逸出功W=hw-eU。 (3)如果不改变人射光的强度，而增大入射光的频 率，据爱因斯坦光电效应方程Em=hv-W可得，光电子 的最大初动能变大。 (4)据E=hw-W、E=eU、W=hw。,可得eU。=hw-W, 则U=上-k。据图像求出该金属的截止频率，=5.0x ev eve 104Hz;据图像斜率可得五= e(1.75-5.0x10,则普朗 5-0 克常量h=6.4×104Js。 3.(0663x10m:5-33x103ml6 6.63×10-4 (2)A-=g.1X102×10=3.6x10"m 【解析】(1)由公式入=五可知子弹的德布罗意波 的波长为X=h-h-6.63x10“=6.63x107m;根据p= p mv 5x200 m=受9=女，代入数据可得=合05 参考答案与解析。 3.3×102sm/s。 (2)根据公式A-人可得A=九=h=。663x10 p pmw9.1x103x2x10 =3.6×10-1m。 14.(1)见解析 (2)碰撞后速度大小几乎不变，方向与原来相反。 【解析】(1)如图，靠近金原子核的偏转角度大 一些。 a粒子8 ----○金原子核 (2)设a粒子质量为m,金原子核质量为M,碰撞 后，a粒子速度为1，金原子核速度为"2。 弹性碰撞，动量守恒m=m1+M2,根据能量守恒 解得出，由题意M远大于m,因此，， 即碰撞后速度大小几乎不变，方向与原来相反。 15.(1)Em=hw-Wo(2)4.27×104Hz(3)6.3× 104J·s 【解析】(1)光电效应方程：Em=w-Wo (2)由图像可知，当U=0时，该金属的截止频率： v.=4.27×1014Hz。 (3)由光电效应方程k=么可得h=ke, 0.878-0 即h=(6.501427x10-×1.6x1096.3x104J-s。 >"第五章章末测试 1.A【解析】由公式N=3片可知，6h为3个 半衰期，所以半衰期为2h。 2.C【解析】分解后中子、质子的动能之和等于人 射光能与和反应中释放的核能之和，且质子与中子动能 相等，所以C正确。 3.D【解析】U核必须是在受到中子的轰击时才 能发生裂变，故A错误；核子只与相邻的核子之间才有 核力作用，B错误；半衰期是表明原子核本身特性的物 理量，与其他因素无关，C错误；由α粒子散射实验分 析知，原子内部绝大部分是空的，D正确。 4.B【解析】经过一个半衰期，有一半的氚核发 75