第4章 原子结构和波粒二象性 B卷 素养提升卷-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂单元双测卷（人教版）

物 新高考 第四章 原 理 同步单元双测卷 B卷 （时间：90分钟 一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24 分.每小题只有一个选项符合题目要求 1.一个光子和一个电子具有相同的波长，则( A.光子具有较大的动量 整 B.光子具有较大的能量 1 C.电子与光子的动量相等 D.电子和光子的动量大小关系不确定 2.关于玻尔原子理论，下列说法错误的是( A.继承了卢瑟福的核式结构模型，但对原子能 如 量和电子轨道引入了量子化假设 B.氢原子核外电子，轨道半径越大，动能越大 C.能级跃迁吸收（放出）光子的频率由两个能级 的能量差决定 D.原子能量是量子化的 3.1905年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了 光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖. 下列关于光电效应的说法正确的是 A.只有人射光的波长大于金属的极限波长才能 发生光电效应 B.电子脱离某种金属所做的功叫这种金属的逸 出功，其与入射光的频率和强度无关 C.用不同频率的光照射同种金属发生光电效应 时，逸出的光电子的初动能都相同 D.发生光电效应时，保持人射光的频率不变，减 弱人射光的强度，单位时间内射出的光电子 数将减少 4.在给出的与光电效应有关的四个图像中，下列 说法正确的是 婚 A 观察光电效应 研究光电效应 图1 图2 E 0 -E U Ua o 光电子最大初动能E 光电流与电压的关系 与人射光频率，的关系 图3 图4 33 子结构和波粒二象性 素养提升卷 满分：100分) A.图1中，发生了光电效应，如果用与丝绸摩擦 过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张 角会变小 B.图2中，闭合开关后，发现电流表指针不偏 转，说明没有发生光电效应 C.图3中，从光电流与电压的关系图像中可以 看出，光的频率关系是甲>z>丙 D.图4中，由图像可知该金属的逸出功为E或 v,且不同金属的图线是平行的 5.激光的主要特点之一是它的频率很大，设P表 示激光功率，入表示激光波长，则激光器每秒射 出的光子数是 () A.h号 B治 C.lp D.Phcλ 6.某同学在研究某金属的光电 E 效应现象时，发现该金属逸 出光电子的最大初动能E 与人射光频率y的关系如图 所示.若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a 和一b,已知电子所带电荷量为e,由图线可以 得到 () A.该金属的逸出功为零 B.普朗克常量为，单位为J·Hz C.当人射光的频率为2a时，逸出光电子的最大 初动能为2b D.当人射光的频率为3a时，遏止电压为2 7.人们平时所用的钟表，精度高的每年大约会有1 分钟的误差，这对日常生活是没有影响的，但在 要求很高的生产、科研中就需要更准确的计时 工具.原子钟是利用原子吸收或释放能量时发 出的电磁波来计时的，精度可以达到每2000万 年误差1秒.某种原子钟利用氢原子从高能级 向低能级跃迁发出的电磁波来计时，一群处于 n=3能级的氢原子向低能级跃迁，已知普朗克 常量h=6.63×1034J·s,电子的电荷量e= 1.6×101C,辐射出的电磁波的最小频率约为 () EleV 0 .54 -0.85 3 -1.51 -3.40 -13.6 A.4.6×105Hz B.4.6×1014Hz C.2.4×1015Hz D.2.9×1016Hz 8.如图所示，K是光电管M中逸出功为W的碱金 属，G是灵敏电流计，S是双刀双掷开关.若人射 光的频率为，电子电荷量为e,则以下判断正确 的是 () 人射光 G R anb。 o S A当≥时，灵敏电流计G中一定有电流道过 B若>兴，当U>心"时，灵敏电流计G e 示数为零 C.若，当Ss接a和b且滑动变阻器的滑动 端P向右滑动时，灵敏电流计G中的电流会 增大 D.者>”，当S接c和d且滑动变阻器的滑动 端P向右滑动时，灵敏电流计G中的电流一 定会增大 二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16 分.每小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得 4分，选对但不全的得2分，错选和不选的得0分. 9.关于α粒子散射实验，下列说法正确的是() A.该实验在真空环境中进行 B.带有荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同 方向上移动 C.荧光屏上的闪光是散射的α粒子打在荧光屏 上形成的 D.荧光屏只有正对α粒子源发出的射线方向上 才有闪光 10.用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初 动能随人射光频率的变化图像如图所示，普朗 克常量h=6.63×1034J·s,由图可知() 1.of5/ev 0.8 0.6 0.4 0.2 0 v/104Hz) 4.04.55.05.56.06.57.0 A.该金属的截止频率为4.27×1014Hz B.该金属的截止频率为5.5×1014Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为1.77eV 11.关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是 () A.用波长为60nm的X射线照射，可使处于 基态的氢原子电离出自由电子 B.用能量为10.2eV的光子照射，可使处于基 态的氢原子跃迁到激发态 C.用能量为11.0eV的光子照射，可使处于基 态的氢原子跃迁到激发态 D.用能量为12.5eV的光子照射，可使处于基 态的氢原子跃迁到激发态 12.用如图所示的装置研究光电效应现象.所用光 子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发 生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动 变阻器的触头c,发现当电压表的示数大于或 等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正 确的是 () 光线 光电管 阴极 © a A.光电管阴极的逸出功为1.05eV B.开关S断开后，电流表G中有电流流过 C.当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大， 电流增大 D.改用能量为2.5eV光子照射，移动变阻器 的触头c,电流表G中也可能有电流 题号 123 45 6789101112 答案 三、非选择题：本题共6小题，共60分 13.(6分)根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电 子在第一轨道和第二轨道运行时，轨道半径之 比为 ,周期之比为 ,动能之 比为 14.(8分)为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出 了光子的概念，并给出了光电效应方程.但这 一观点一度受到质疑，密立根通过下述实验来 验证其理论的正确与否，实验电路如图甲所 示 U U 0 甲 ) (1)为了测量遏止电压U。与人射光频率y的 关系，实验中双刀双掷开关应向 闭 合.（选填“上”或“下”） (2)如果实验所得U-v图像如图乙所示，其中 U1、1、y为已知量，电子电荷量为e,那么： ①只需将 与普朗克常量h进行比较， 若在误差许可的范围内两者相等，则证明光电 效应方程是正确的； ②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为 35 15.(10分)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应. 已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为 mH=1.67×1027kg.设原来处于静止状态的 大量激发态氢原子处于n=5的能级状态. EleV 054 -0.85 3 -1.51 2 -3.40 1 -13.6 (1)这些氢原子由高能级向低能级跃迁时，可 能发射出多少种不同频率的光？ (2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的 动量可以用p=y表示（为普朗克常量，y为 光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁 后氢原子的最大反冲速率.（保留3位有效数 字，1eV=1.60×10-19J) 16.(12分)紫光在直真空中的波长为4.49×107m,用 它照射极限频率y=4.62×104Hz的金属钾产 生光电效应，发出的光电子照射处于激发态的 氢原子，氢原子的能级如图所示，(h=6.63× 1034J·s)求： 合 EleV 60------------------0 4 -0.85 -1.51 2 -3.4 -13.6 (1)紫光的频率是多少？光子的能量是多少？ (2)光电子的最大初动能为多少？ (3)经过光电子照射后，能否使处于某一激发 态的氢原子电离，若能，则n最小是多少？若 不能，请说明理由. 17.(12分)如图甲所示是研究光电效应规律的光 电管.用波长A=0.50m的绿光照射阴极K, 实验测得流过电流表的电流I与A、K之间的 电势差UAk满足如图乙所示规律，取h=6.63× 104J·s.结合图像，求：（结果保留两位有效 数字) ↑I/μA 0.64 G -0.60 UARIV 甲 乙 (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出 阴极K时的最大动能； (2)该阴极材料的极限波长. 18.(12分)已知氢原子的基态电子轨道半径为 m1=0.528×101"m,量子数为n的能级值为 E。=-l3.6ev. n2 (1)求电子在基态轨道上运动的动能； (2)有一群氢原子处于量子数n=3的激发态， 画一张能级图，在图上用箭头标明这些氢原子 能发出哪几种光谱线. (静电力常量k=9×10°N·m/C2,电子电荷 量e=1.6X10-19C) 烯 36物理·选择忄 14.解析：分析题图b可知，乙、丙两光的遏止电压相等， 且大于甲光的遏止电压，根据爱因斯坦光电效应方 程和动能定理可知，U=Ek=hy一Wo,则甲光的频 率小于乙光的频率，乙、丙两光的频率相等，即甲< 乙=丙：乙光对应的饱和光电流较大，则金属板上每 秒钟逸出的光电子数目多，则照射到金属板上的光 子数多，即元>丙：对于甲光，根据爱因斯坦光电效 应方程和动能定理可知，eU2=hv甲一ho,解得甲入 eU2十w 射光的频率y甲= 答案：<> eU2十w h 15.解析：根据光电效应方程可知，Ek=v-W0,分析题 图可知，Ek=0,图线与横轴交点坐标为金属的截止 频率，即0=5.5×1014Hz.用一束波长范围为4.0 ×10-7~9.0×107m的可见光照射该金属时，根 据光电效应规律可知，入射光的波长最短时，光子的 频率最大，产生的光电子的最大初动能最大.产生的 光电子的最大初动能为Ekm=h,兰一hv 入1 联立各式，代入数据解得Ekm=1.32×10-19J. 答案：1.32×10-19J 16.解析：将eU=Ek=2mv2, p=mu,A=九联立，得入= h p √2med 代入数据可得1≈1.23×1011m. 答案：1.23×1011m 17.解析：(1)设运动氢原子的速度为0，完全非弹性碰 撞后两者的速度为，损失的动能△E被基态氢原子 吸收。 若△E=10.2eV,则基态氢原子可由n=1跃迁到=2. 由动量守恒定律和能量守恒定律有：m=2m① mi+zm+△B@ 2m%2-1 子m听=国 Ek=13.6eV④ 解①②③@得，4E=7×7muw2=6.8ey .1 因为△E=6.8eV10.2eV,所以不能使基态氢原 子发生跃迁 (2)若使基态氢原子电离，则△E=13.6eV 代入①②③得Ek=27.2eV. 答案：(1)不能(2)27.2eV 18.解析：无偏转时，洛伦兹力和电场力平衡，则eE=eB 只存在磁场时，有eB=m 由几何关系r= sin L 偏转角很小时 联立上述各式并代入数据得电子的比荷 e=0≈1.3×101C/kg. m B2L 答案：1.3×101C/kg 6 生必修第三册 第四章原子结构和波粒二象性(B卷) 1,C[根据德布罗意波长公式入=么，若一个光子的德 布罗意波长和一个电子的波长相等，则光子和电子的 动量一定相等A、D错误，C正确；光子的能量E光=hy =,电子的能量E=mc2-m=g--· E光，因电子的速度<c,故E。>E光，B错误.] 2.B[玻尔原子理论继承了卢瑟福原子模型，但对原子 能量和电子轨道引入了量子化假设，电子运行轨道半 径是不连续的，故A正确；按照玻尔理论，电子在轨道 上运动的时候，并不向外辐射能量，但当从高轨道向 低轨道跃迁时才会向外辐射能量，所以离原子核越 远，氢原子的能量越大，但核外电子，轨道半径越大， 动能越小，故B错误：电子跃迁时，辐射或吸收光子的 能量由能级的能量差决定，即hv=|E,w一Em|,故C正 确：按照玻尔理论，原子只能处于一系列不连续的状 态中，每个状态都对应一定的能量，故D正确.] 3.D[要有光电子逸出，则光电子的最大初动能Ekm>0, 即只有入射光的频率大于金属的极限频率，即波长小于 极限波长时，才会有光电子逸出，故A错误：金属的逸 出功是金属的固有属性，与入射光的频率和强度无 关，但电子脱离某种金属所做的最小功才叫这种金属 的逸出功，故B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek =y一W。可知，光电子的最大初动能Ek与入射光的 频率成线性关系，因此不同种频率的光照射同种金属 发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能不相 同，故C错误：发生光电效应时，保持入射光的频率不 变，减弱入射光的强度，单位时间内从金属表面逸出 的光电子数目将减少，故D正确.门 4.D[发生光电效应后锌板带正电，丝绸摩擦过的玻璃 棒也带正电，用玻璃棒去靠近锌板，验电器上正电荷 增加，则验电器的指针张角会变大，故A错误；图2 中，光电管两侧所加的电压为反向电压，所以发现电 流表指针不偏转，可能是路端电压大于過止电压，不 能说明没有发生光电效应，故B错误；根据Ekm=v w。=U,得U,=位必，由图可知，U>Up =U元，则丙>v甲=元，故C错误；根据光电效应方 程Ek=hv一W。知，当v=0时，Ek=一W。,由图像知 纵轴截距为一E,所以W。=E,即该金属的逸出功E, 又图线与y轴交点的横坐标表示金属的截止频率， 则该金属的逸出功为yc,Ek一y图像的斜率表示普朗 克常量，故不同金属的图线是平行的，故D正确.门 5.B激光的强度由光子数目决定.因为Ek=hy,则单 位时间内射出的光子数 E=P1=P入，故B正确.] hv hchc 6.D[根据光电效应方程Ek=hy一W。,结合Ek一v图 像知，图像纵坐标的截距一b=一W。,即该金属的逸出 功W,=b≠0，故A错误；Ek一y图像的斜率为普朗克 常量，即h=,单位为J/H2,故B错误：根据光电效 应方程，当入射光的频率为2a时，Ek=2ha一W。=2b 参考 一b=b,故C错误：根据光电效应方程，当入射光的频 率为3a时，Ek=3ha-W。=3b-b=2b,又因为eU。= Ek=b,所以遏止电压U=2少，故D正确.] 7.B[一群氢原子处于n=3的激发态向低能级跃迁， 则辐射出光子的最小能量为：E=3.4eV一1.51eV =1.89eV:依据号-89XX10 6.63X1034—Hz≈4.6 ×1014Hz;故B正确，A、C、D错误.] 8.B[由图可知，当开关S接a和b时，电路接入反向 的电压，若>丹，当Uk>一心。”时，灵然电流计G 示纸为零，故A错误，B正确：若>丹，当S接口和 时，电路接入反向的电压，滑动变阻器的滑动端P向 右滑动时，反向电压增大，灵敏电流计G中的电流一 定不会增大，故C错误：当S接c和d时，电路接入正 向的电压，滑动变阻器的滑动端P向右滑动时正向电 压增大，若光电流早已达到饱和，则灵敏电流计G中 的电流不会增大，故D错误.门 9.ABC[由于a粒子容易使空气电离，a粒子散射实验 要在真空环境中进行，故A正确：依据实验要求，带有 荧光屏的显微镜可以在水平面内的不同方向上移动， 从而观察不同方向的偏转情况，故B正确：荧光屏上 的闪光是散射的a粒子打在荧光屏上形成的，故C正 确；绝大多数α粒子几乎不发生偏转，少数a粒子发生 了较大的角度偏转，极少数α粒子发生了大角度偏转 (偏转角度超过90°，有的甚至几乎达到180°，被反弹 回来)，故D错误.] 10.ACDL由光电效应方程E=hy一W。可知，题图的 横轴截距表示金属的截止频率，0=4.27×1014Hz, 故A正确，B错误；由光电效应方程Ek=v一W。可 知，图像的斜率表示普朗克常量，故C正确：金属的 逸出功W,=,=6.63X103X4.27X10“eV≈ 1.6×10-19 1.77eV,故D正确.] 11.AB[根据玻尔理论，只有那些能量刚好等于两能级 间的能量差的光子才能被氢原子所吸收（即y= Em一E),使氢原子发生跃迁.当氢原子由基态向 =2,3,4,…轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为： △5a=-B-5-B=1eV-（-1&.6ev 22 4 10.20eV, Aa=6-8是-B=1号ev-(-18.6)ev 12.09eV AEn-E-E--E--136 eV-(-13.6)ev 16 12.75eV, △Eo1=0-E1=-(-13.6eV)=13.6eV(电离). 波长为入=60nm的X射线，其光子能量E=n 663X10×80J=3.315×10151≈20 答案 72eV>△E1·所以用波长为60nm的X射线照射， 可使处于基态的氢原子电离，A正确.比较B、C、D 选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道 只有B项中光子可使氢原子从基态跃迁到=2的 激发态，B正确，C、D错误.门 12.ABD[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1.7V时，电流表示数为0，知 光电子的最大初动能为1.7eV,根据光电效应方程 Ek=hv-W。得W。=1.05eV,故A正确；开关S断 开后，用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上 时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电 流表，故B正确：当滑动触头向α端滑动时，反向电 压增大，则到达集电极的电子的数目减小，电流减 小，故C错误；改用能量为2.5eV的光子照射，2.5 eV仍然大于1.7eV,仍然可以发生光电效应，电流 表G也有电流，即使移动变阻器的触头c,电流表G 中也可能有电流，故D正确.] 13.解析：由玻尔公式rm=nr1,所以轨道半径之比为 r1:r2=12:22=1:4,根据库仑定律和牛顿第二定 mr,所以周期之 =1:8,报据分m话=片，所 以动能之比为 Ek1=T2=4:1. Ek2 r1 答案：1：41：84：1 14.解析：(1)测量過止电压需要将阴极K接电源的正 极，可知实验中双刀双掷开关应向下闭合， (2)①根据爱因斯坦光电效应方程Ek=y一W。 站合=解得U,=名一之，站合因像可知 斜率 =么=U e vvc 解得普朗克常量h= eU 1一e 故需将与善朗克常量人进行比较 vI-Ve ②由图乙可知，截止频率为，则该金属的逸出功 Wo=hve-v1ve Vc. 答案：(1)下(2)①eU ②eU y1一ye y1一yo 15,解析：（①D不同频率的光的种类为N=C=5X4=10种. 2 知： (2)由动量守恒mHH=p光子=C 当y最大时，反冲速率H最大 物理·选择忄 又hymax=E5-E=-0.54eV-(-13.6eV)= 13.06eV=2.09×10-18J 故最大反冲速率 H= hymax 2.09×10-18 cmH 3.0X108X1.67×1027m/s= 4.17m/s. 答案：(1)10(2)4.17m/s 16,解标：y=会=6.68X10nHz e=hv=4.43×10-19J. (2)光电子的最大初动能Ek=hy一W。=h(y-)= 1.37×10-19J. (3)因Ek=0.86eV,当氢原子处于n=4能级时的能 量为一0.85eV,所以当n大于等于4能级时，可以吸 收光电子的能量电离，因此最小值为4. 答案：(1)6.68×1014Hz4.43×10-19J (2)1.37×10-19J(3)4 17.解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全 部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光电子的个数 1=1血=0.64X10-6 e1.6x109=4.0X1012(个） 光电子的最大初动能为Ekm=eU=1.6×10-19CX 0.6V=9.6×10-20J. (2)设阴极材料的极限波长为入，根据爱因斯坦光电 效应方程得成。=b行一小号 代入数据得入0=0.662m. 答案：(1)4.0×1012个9.6×1020J (2)0.66um 18.解析：(1)核外电子绕核做匀速圆周运动，静电引力 提使向心力，则：三=，又知=2mw2 故电子在基态轨道的动能为： E-ke2=9×109×(1.6×109)2I=13.6eV 2×0.528×10-10 (2)当n=1时，能级值为E,=13.6eV= 12 -13.6eV: 当1=2时，能级值为E,=一3.6eV=-3.40eV: 22 当m=3时，能级值为E,=一13.6eV=-1.51eV: 32 散发出光谱线分别为32,2→1,3→1共三种，能级 图如图所示. EleV 00 -+0 3 -1.51eV -3.40eV -13.6eV 答案：(1)13.6eV(2)见解析 生必修第三册 第五章原子核(A卷) 1.C[核力是短程力，超过1.5×10-15m的范围时，核 力大小急剧下降，几乎消失，故C正确：核力与万有引 力、电磁力不同，故A、B错误：核力与电荷无关，故D 错误.门 2.C[He是氨元素的一种同位素，质量数是3，电荷数 是2，原子核内有两个质子、一个中子，A、B均错误：发 生核聚变放出能量就会有质量亏损，C正确：原子核内 的核子是靠核力紧密结合在一起的，而不是靠万有引 力紧密结合在一起，D错误.门 3.C设放出的粒子质量数为x,电荷数为y,核反应过 程满足质量数守恒和电荷数守恒，由题意可得 (235+1=136+90+x, 192=54+38+y, 解得∫=10， (y=0, 由此判断该核反应放出的一定是中子，且个数是10. 故选项C正确.门 4.B[由核电荷数守恒可知，X粒子的核电荷数为1十1 一2=0，由质量数守恒可知，X粒子的质量数为2十3 一4=1，则X粒子是0n,即为中子，故A错误；核反应 过程中释放的能量E=△mc2≈17.6MeV,故B正确： 只有将原子核加热到很高的温度，达到几百万摄氏度 以上的高温时，聚变才会发生，故C错误：在太阳内部 进行着热核反应，故D错误.」 5.C[根据电荷数守恒、质量数守恒知，X原子核中的 电荷数为2，质量数为4，X是氨核，故A错误：依据质 量亏损，则m1>m2十m3,故B错误：根据爱因斯坦质 能方程得释放的能量△E=(1-m2-m3)c2,故C正 确：半衰期的大小与温度无关，故D错误. 6.A[由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知， X原子核中含有54个质子，78个中子，故A正确，B、 D错误；核裂变反应中有质量亏损，亏损的质量以能 量的形式释放，C错误.] 7.B「一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出 的能量为△mc2,1mol的氘核和1mol的氚核结合成 1mol的氦核释放能量为NA△mc2,B正确.] 8.B[该核反应是核裂变，不是人工转变，故A错误；核 反应方程U+n→1Ba十器Kr十xn中根据质量数 守恒，有：235十1=144十89十x,解得：x=3:根据爱因 斯坦质能方程，该反应放出能量为△E=△m·c2= (m1十m2-m3-m4-3m2)c2=(m1-m3-m4-2m2) 2,故B正确，C错误：该核反应生成两种放射性元素， 核污染较大，故D错误.] 9.AC[?H十H→He十n是氢核聚变方程，故选项 A正确，B错误；根据氢核聚变特点可知，相同质量的 核燃料，氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多，故 选项C正确，D错误.门 10.ACD[根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守 恒关系可判断A正确，B错误：质量亏损△m=(4X 1.0073-4.0015-2×0.00055)u=0.0266u,根据 质能方程可知△E=△mc2≈24.8MeV,C、D正确.]