单元检测卷(四) 原子结构和波粒二象性-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套练习（人教版）

单元检测卷(四)　原子结构和波粒二象性 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1.下列有关人们研究原子结构的理论的说法中正确的是(　　) A.J.J.汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是电子流 B.爱因斯坦的光电效应方程，从动量的角度解释了光的量子化 C.卢瑟福通过α粒子散射实验的研究证实了原子核内部有质子和中子 D.玻尔将量子理论的观念引入原子领域，很好地解释了所有原子光谱的分立特征 答案：A 解析：J.J.汤姆孙对阴极射线的研究，证实了阴极射线的本质是电子流，这是人类真正意义上第一次发现电子，故A正确；爱因斯坦的光电效应方程，从能量的角度上解释了光的量子化，故B错误；卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子内存在原子核，没有证实原子核内部有质子和中子，故C错误；玻尔将量子观念引入原子领域，指出原子中的电子轨道是量子化的，很好地解释了氢原子光谱的分立特征，但并不能解释所有原子光谱，故D错误。故选A。 2.(2023·新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10－5 eV，跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，元电荷e＝1.60×10－19 C)(　　) A.103 Hz B.106 Hz C.109 Hz D.1012 Hz 答案：C 解析：铯原子利用的两能级的能量差量级对应的能量为ε＝10－5 eV＝10－5×1.60×10－19 J＝1.6×10－24 J，由ε＝hν可得，跃迁发射的光子的频率为ν＝＝ Hz≈2.4×109 Hz，即跃迁发射的光子的频率量级为109 Hz。故选C。 3.如图所示，学校广泛使用红外体温枪测量体温。下列说法正确的是(　　) A.体温越高，人体辐射红外线的强度越强 B.人体辐射该红外线的能量可以取任意值 C.当体温超过37 ℃时，人体才辐射红外线 D.红外体温枪是利用体温枪发射的红外线来测量体温的 答案：A 解析：人身体各个部位体温是有变化的，所以辐射的红外线的强度就会不一样，温度越高辐射红外线的强度越高，温度越低辐射红外线的强度就越低，所以通过辐射出来的红外线的强度就能测出各个部位的温度，故A正确，D错误；人体辐射该红外线的能量是不连续的，是量子化的，故B错误；一切物体都在辐射红外线，所以体温不超过37 ℃时也能辐射红外线，故C错误。 4.(2023·湖北高考)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　) A.n＝2和n＝1能级之间的跃迁 B.n＝3和n＝1能级之间的跃迁 C.n＝3和n＝2能级之间的跃迁 D.n＝4和n＝2能级之间的跃迁 答案：A 解析：由题图可知，n＝2和n＝1能级之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁。故选A。 5.(2025·天津南开区高二统考)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图所示，A为阳极，K为阴极，只有当明火中的紫外线照射到阴极K时，电压表才有示数且启动报警装置。已知太阳光中紫外线频率主要在7.5×1014～9.5×1014 Hz，而明火中紫外线频率主要在1.1×1015～1.5×1015 Hz。下列说法正确的是(　　) A.为避免太阳光中紫外线干扰，K极材料的截止频率应大于1.5×1015 Hz B.明火中紫外线的强度越大，电压表的示数越大 C.电源左边为正极有利于提高报警装置的灵敏度 D.只有明火照射到K极的时间足够长，电压表才会有示数 答案：B 解析：太阳光中的紫外线频率主要在7.5×1014～9.5×1014 Hz，为避免太阳光中的紫外线干扰，K极材料的截止频率应大于9.5×1014 Hz，故A错误；明火中紫外线的强度越大，产生的光电流越大，由欧姆定律U＝IR，可知电压表的示数越大，故B正确；电源左边接正极时，光电管上被施加反向电压，发生光电效应时到达阳极的光电子数减少，因此会降低报警装置的灵敏度，故C错误；光电效应具有瞬时性，电压表有没有示数与明火的照射时间无关，故D错误。故选B。 6.美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图像，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法中正确的是(　　) A.入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动 B.由Uc-ν图像可知，这种金属的截止频率为ν1 C.增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大 D.由Uc-ν图像可求普朗克常量表达式为h＝ 答案：D 解析：入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，滑动变阻器的滑片P应向N端移动，A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关，C错误；当遏止电压为零时，ν＝νx，即这种金属的截止频率为νx，由Ek＝hν－W0＝eUc得Uc＝ν－，结合题图乙可得Uc－ν图像的斜率k＝＝，则h＝，B错误，D正确。 7.(2025·安徽安庆市高二月考)图甲为氢原子能级图，图乙为研究光电效应规律的电路图。用一群处于n＝3能级的氢原子向外辐射的光照射图乙中的光电管，逸出光电子的最大初动能为5.2 eV。用一群处于n＝4能级的氢原子向外辐射的光照射图乙中的光电管，调节滑动变阻器，当电流表的示数恰好为零时，电压表的示数为(　　) A.5.42 V B.5.86 V C.6.89 V D.10.20 V 答案：B 解析：设光电管阴极K的逸出功为 W0，根据题意知W0＝E3－E1－Ek＝[－1.51－(－13.6)] eV－5.2 eV＝6.89 eV，用一群处于n＝4能级的氢原子向外辐射的光照射题图乙中的光电管，逸出的光电子的初动能最大值为Ek'＝E4－E1－W0＝[－0.85－(－13.6)] eV－6.89 eV＝5.86 eV，当电流表的示数恰好为零时，Ek'＝eU，解得U＝5.86 V。故选B。 8.(2025·宁夏银川高二期末)氢原子的能级图如图甲所示，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出不同频率的光中只有频率为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.一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁过程中最多能发出3种不同频率的光 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.处于n＝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 答案：C 解析：一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁过程中最多能发出＝6种不同频率的光，故A错误；题图丙中的图线b所表示的光的遏止电压较大，则光电子最大初动能较大，所对应的光子能量较大，原子跃迁对应的能级差较大，即对应由n＝4能级向基态跃迁，则光子能量为ΔE41＝E4－E1＝－0.85 eV－＝12.75 eV，故B错误，C正确；处于n＝4能级的氢原子至少要吸收0.85 eV的能量才能电离，故D错误。 二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 9.(2025·陕西榆林市高二联考)下列说法正确的是(　　) A.某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图1所示，则温度T1＞T2 B.同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图2所示，则入射光的频率关系为ν甲＝ν乙＞ν丙 C.图3为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变长 D.图2中，若甲光和丙光照射某金属都能发生光电效应，则甲光照射产生的光电子的最大初动能更大 答案：AC 解析：黑体辐射的规律是随着温度的升高各种波长的辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向偏移，由题图可知T1＞T2，故A正确。同一光电管的逸出功W0一样，根据遏止电压的定义可知－eUc＝0－Ek，结合题图2可知，甲、乙光照射产生的光电子的最大初动能相同，均小于丙光照射产生的光电子的最大初动能；由上式联立爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知eUc＝hν－W0，所以入射光的频率关系应为ν甲＝ν乙＜ν丙，故B、D错误。康普顿效应中碰后光子的能量变小，由E＝可知，波长变长，故C正确。故选AC。 10.(2025·河北张家口市高二联考)我国自主研发的氢原子钟现已运用于中国的北斗导航系统中，它通过氢原子能级跃迁而产生的电磁波校准时钟。氢原子能级如图所示，下列说法正确的是(　　) A.能量为10 eV的光子照射处于基态的氢原子可以使之发生跃迁 B.大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射6种不同频率的光子 C.用加速后的电子撞击处于基态的氢原子，氢原子可能发生电离 D.用氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光照射逸出功为1.85 eV的金属，不能使金属发生光电效应 答案：BC 解析：处于基态的氢原子从n＝1能级跃迁到n＝2能级所需能量最少，能量差为ΔE21＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，而10 eV＜10.2 eV，根据能级跃迁理论可知，能量为10 eV的光子照射处于基态的氢原子不能使之发生跃迁，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射＝6种不同频率的光子，故B正确；如果加速后的电子动能足够大，撞击处于基态的氢原子，氢原子可能吸收电子的部分动能而发生电离，故C正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为ΔE32＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV＞1.85 eV，则用其照射逸出功为1.85 eV的金属能发生光电效应，故D错误。故选BC。 11.(2023·海南高考)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则(　　) A.光的频率为 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间t内激光器发射的光子数为 答案：AC 解析：光的频率ν＝，A正确；光子的能量ε＝hν＝，B错误；光子的动量p＝，C正确；在时间t内激光器发射的光子数n＝＝，D错误。故选AC。 12.(2025·河南商丘市高二联考)如图甲所示，闭合开关，通过调节照射光频率和改变滑动变阻器的滑片位置，使得理想微安表的读数刚好为0，得到理想电压表的示数U随着照射光频率ν的变化图像如图乙所示。测得直线的斜率为k、横截距为ν0，图乙中的θ角已知，电子所带电荷量的绝对值为e，则(　　) A.图甲中a端为电源正极 B.K板的逸出功为ekν0 C.普朗克常量为etan θ D.普朗克常量为ke 答案：BD 解析：由题意可知，光电管加反向电压，则题图甲中a端为电源负极，A错误；根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可知eU＝Ek＝hν－W0，即U＝ν－ ，由题图乙可知＝k，＝kν0，则K板的逸出功W0＝ekν0，普朗克常量为h＝ke，B、D正确，C错误。故选BD。 三、非选择题(本题共3小题，共44分) 13.(12分)(2025·江苏连云港高二期末)某种材料的逸出功是W0，用波长为λ的光照射该材料表面，可以发生光电效应。已知光电子电荷量为e，光速为c，普朗克常量为h。求： (1)该材料的截止频率νc； (2)遏止电压Uc。 答案：(1)　(2)－ 解析：(1)该材料的截止频率为νc＝。 (2)根据爱因斯坦光电效应方程及动能定理可得eUc＝h－W0 解得Uc＝－。 14.(16分)现有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)氢原子由量子数n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子能量是多少电子伏特？ (2)用(1)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特？ 金属 铯 钙 镁 钛 逸出功W0/eV 1.9 3.2 3.7 4.1 答案：(1)2.55 eV　(2)金属铯　0.65 eV 解析：(1)由跃迁规律可得辐射出的光子能量为E＝E4－E2＝－0.85 eV－(－3.4 eV)＝2.55 eV。 (2)E只大于铯的逸出功，故光子只有照射金属铯时才能发生光电效应； 根据爱因斯坦光电效应方程，可得光电子的最大初动能为Ek＝E－W0＝2.55 eV－1.9 eV＝0.65 eV。15.(16分)(2025·江苏宿迁高二期末)如图所示为研究光电效应实验装置。发光功率为P的激光器，发出频率为ν的光全部照射在阴极K上，回路中形成光电流。当滑片B向左移至a时，微安表的示数恰好为零，电压表的示数为U1；当滑片B向右移至b时，微安表的示数达最大值，电压表的示数为U2。光电子电荷量为e，普朗克常量为h。求： (1)阴极材料的逸出功W0； (2)当滑片B向右移至b时，光电子到达A极板时的最大动能Ek'； (3)若每入射N个光子会产生一个光电子，所有的光电子都能到达A，微安表的最大示数I。 答案：(1)hν－eU1　(2)eU1＋eU2　(3) 解析：(1)滑动变阻器的滑片B左移至a时，加在光电管两端的电压为反向电压，此时电流表示数恰好变为零，可得电子从K极射出时的最大初动能为Ek＝eU1＝hν－W0 解得阴极材料的逸出功W0＝hν－eU1。 (2)当滑片B向右移至b时，微安表的示数达最大值，电压表的示数为U2，由动能定理得 eU2＝Ek'－Ek 解得电子到达A极时的最大初动能为 Ek'＝eU1＋eU2。 (3)设n个光电子到达A极，则n＝ 根据能量守恒可得Pt＝Nnhν 解得I＝。 学生用书⬇第114页 学科网（北京）股份有限公司 $