第四章 原子结构和波粒二象性 单元综合测试-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第四章 原子结构和波粒二象性 单元综合测试 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、选择题（本题共10小题，共43分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题中只有一项符合题目要求，每小题4分，第8~10题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） 1．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　） A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一 B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，但原子发射光子的频率是连续的 C．图丙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短 D．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上的一点，蜡熔化的范围如图丁所示，则a一定是非晶体，b一定是晶体 2．下列科学家没有对量子论作出过贡献的是（　　） A．普朗克 B．玻尔 C．德布罗意 D．阿基米德 3．如图为氢原子的能级示意图，现有一个氢原子处于n＝4的能级上，下列说法正确的是（  ）    A．使该氢原子电离至少需要吸收0.85eV的能量 B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子波长最短 C．该氢原子能吸收E＝0.32eV的光子跃迁到n＝5的能级 D．该氢原子向低能级跃迁最多可发出6种频率的光子 4．我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测太阳中氢原子谱线，该谱线来源于氢原子从到能级之间的跃迁。已知，普朗克常量，，根据如图所示氢原子能级图，可知该谱线的波长为（     ） A． B． C． D． 5．氢原子的能级如图所示，一群处于能级激发态的氢原子向较低能级跃迁时会发出频率不同的光。下列说法正确的是（　　） A．跃迁后，氢原子的能量将增大 B．跃迁时，能发出3种不同频率的光 C．从跃迁到能级，发光波长最长 D．的光子不能使该激发态的氢原子电离 6．美国物理学家密立根从1907年开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量。在一次实验中得到的某金属遏止电压与入射光频率v的关系图线如图所示，已知普朗克常量，几种金属的逸出功如下表所示。根据提供的信息可以判断实验中所用的金属是（　　）    金属 逸出功（） 钨 4.54 钙 3.20 钠 2.29 铷 2.13 A．钨 B．钙 C．铷 D．钠 7．如图甲所示，大量处于第4能级的氢原子向低能级跃迁时会发出多种频率的光，分别用这些频率的光照射图乙电路中的阴极K，只能得到3条光电流随电压变化的关系曲线，如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．a光照射光电管产生的光电子动能一定比c光小 B．图中M点的数值为－4.45 C．滑动变阻器滑片滑到最左端时，电流表示数一定为0 D．该氢原子共发出4种频率的光 8．我国高铁技术、北斗卫星导航系统和5G通信技术目前处于世界领先水平。与4G相比，5G具有“更高网速、低延时、低功率海量连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与4G相比，5G使用的电磁波（　　） A．波长更短 B．能量子的能量更小 C．能量子的能量更大 D．传播速度更快 9．如图所示是研究光电效应的实验装置，分别用1、2两种金属材料作为K极进行光电效应实验，保持入射光相同，测得1、2两种金属材料的遏止电压关系为，下列说法正确的是（     ） A．滑片P从滑动变阻器中点O向右端b移动，由此可测得遏止电压U B．金属材料1的逸出功比金属材料2的逸出功大 C．仅考虑初动能最大的光电子，金属材料1逸出电子的物质波波长比金属材料2逸出电子的物质波波长更长 D．光电效应现象表明光子具有动量 10．氢原子基态的能量为。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为，从玻尔的原子模型角度看，下列说法正确的是（　　） A．这些氢原子可能发出能量为的光子 B．这些氢原子最多可以发出6种不同频率的光子 C．用的电磁波照射氢原子，可以使处于基态的氢原子电离 D．这些氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将减小 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 二、非选择题（本题共6小题，共57分） 11．（5分）（1）1909~1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验，实验发现________粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但是有________粒子发生了较大的偏转，有的粒子偏转的角度超过，________粒子甚至被反弹回来。（填“极少数”、“少数”、“一些”、“绝大部分”）    （2）下面说法正确的是( ) A．粒子偏转角度超过是因为与电子发生了碰撞 B．卢瑟福通过分析粒子散射试验，提出了原子核式结构模型 C．卢瑟福提出，原子内部带正点的物质均匀分布，电子像枣糕上的枣子一样嵌在其中 D．按照核式结构模型，由于原子核很小，所以极少数粒子在库仑斥力的作用下发生大角度偏转 12．（6分）某学习小组利用图甲所示电路研究光电流和光电管阴极与阳极之间的电压的关系。实验中，用激光笔1（产生的光子能量为）照射光电管的阴极，用电流表测量光电流的大小，图乙为根据实验数据绘制出的图像。    （1）连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至最左端，用激光笔1照射阴极，电流表____________（选填“有”或“无”）示数； （2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左端向右滑动，电流表的示数____________；（选填“减小”、“增大”或“不变”） （3）根据图乙可得光电管阴极材料的逸出功约为____________eV（保留两位有效数字）； （4）若仅将激光笔1换成激光笔2，重新实验后，在同一坐标纸上绘制的图像如丙中虚线所示，可知激光笔2发射的激光波长比1的____________（选填“长”或“短”）； （5）考虑电流表内阻，由图像得到的遏止电压与真实值相比将____________（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。    13．（6分）小明用实验装置甲观测光电效应现象，已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。      （1）实验中加入反向电压，探究遏止电压与入射光频率的关系。 （2）实验中测得的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则金属物的截止频率νc=___________Hz，逸出功W0=___________J（保留3位有效数字）。 （3）如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能为Ek=___________J（保留3位有效数字）。 14．（12分）利用如图甲所示的电路研究光电效应，以确定光电管中电子的发射情况与光照的强弱、光的频率等物理量间的关系。K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K受到光照时能够发射电子。K与A之间的电压大小可以调整。移动变阻器的滑片，可以获得灵敏电流计示数与电压表示数之间的关系。 (1)为了测得遏止电压，滑片P应该往还是端移动？ (2)美国物理学家密立根通过该实验研究光电效应，从而验证了爱因斯坦光电效应方程的正确性。他在实验中测量出某种金属的遏止电压和与之对应的入射光的频率的多组数据，并利用这些数据作出图线，如图乙所示。已知元电荷。求普朗克常量的数值。（运算结果保留2位有效数字） 15．（14分）图甲是研究光电效应的实验电路，图乙是氢原子的能级示意图。用一群大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属K，并使a、b间的电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到7.49V时，电流表的示数刚好减小到零。已知电子电荷量，普朗克常量。 （1）照射金属K的光中有几种不同频率的光？求其中光子的能量最小值； （2）求金属K的逸出功； （3）求金属K的截止频率。（结果保留两位小数） 16．（14分）在弗兰克-赫兹实验中，电子碰撞原子，原子吸收电子的动能从低能级跃迁到高能级．假设改用质子碰撞氢原子来实现氢原子的能级跃迁，实验装置如图1所示．紧靠电极的点处的质子经电压为的电场加速后，进入两金属网电极和之间的等势区．在区质子与静止的氢原子发生碰撞，氢原子吸收能量由基态跃迁到激发态．质子在碰撞后继续运动进入减速区，若质子能够到达电极，则在电流表上可以观测到电流脉冲．已知质子质量与氢原子质量均为，质子的电荷量为，氢原子能级图如图2所示，忽略质子在点时的初速度，质子和氢原子只发生一次正碰． （1）求质子到达电极时的速度； （2）假定质子和氢原子碰撞时，质子初动能的被氢原子吸收用于能级跃迁．要出现电流脉冲，求间电压的最大值； （3）要使碰撞后氢原子从基态跃迁到第二激发态，求的最小值．    第四章 原子结构和波粒二象性 单元综合测试 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A D A B B D B AC BC BC 1．A【详解】A．图甲是黑体辐射的实验规律，普朗克通过研究黑体辐射的规律提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，A正确； B．图乙是氢原子的能级图，玻尔理论指出氢原子能级是分立的，氢原子发射光子的频率是也是分立的，B错误； C．图丙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的能量变小，波长变长，C错误； D．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上的一点，蜡熔化的范围如图丁所示，则a表明该种物质是各向同性，可能是非晶体或多晶体，b表明该种物质是各向异性，b一定是单晶体，D错误。故选A。 2．D【详解】A．普朗克提出能量量子化假说，开创了量子论，对量子论有贡献，A不符合题意； B．玻尔提出原子结构的量子化模型，推动了量子理论发展，对量子论有贡献，B不符合题意； C．德布罗意提出物质波理论，完善了量子力学基础，对量子论有贡献，C不符合题意； D．阿基米德的研究集中于经典力学和数学，与量子论无关，对量子论无贡献，D符合题意。 故选D。 3．A【详解】A．氢原子要发生电离，则所吸收的能量必须大于等于其所在能级能量的绝对值，则可知处于n＝4的能级上的氢原子要发生电离所吸收的能量至少为 故A正确； B．根据能级跃迁所释放光子的能量 可知，能量越小则释放的光子频率越小，而根据 可知，频率越小则所释放的光的波长越长，由此可知，从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子波长最长，故B错误； C．氢原子吸收能量进行跃迁，则所吸收的能量必须等于能级能量之间的差值，即 若该氢原子要从能级跃迁到能级，则必须吸收的能量为 故C错误； D．单个氢原子从高能级向基态跃迁的过程中，最多能释放的光子的种数为 种 故D错误。 故选A。 4．B【详解】该谱线的能量为 又 代入数据联立解得 故选B。 5．B【详解】A．氢原子从高能级向低能级跃迁，能量会减小，故A错误； B．跃迁时，能发出种不同频率的光，故B正确； C．从n=3跃迁到n=2能级过程能级差最小，辐射光子能量最小，根据 可知波长最长，故C错误； D．因为，可知的光子能使该激发态的氢原子电离，故D错误。故选B。 6．D【知识点】遏止电压的本质及其决定因素、爱因斯坦光电效应方程 【详解】根据爱因斯坦光电效应方程 遏止电压与最大初动能关系为 可得 当遏止电压为零时，入射光的能量等于逸出功，由图像可知，当时，有 逸出功为 故选D。 7．B【详解】A．由图丙可知，a光的遏止电压最大，根据可知即a光的频率最大，则a光照射光电管产生的光电子最大初动能比c光大，但动能不一定比c光大，故A错误； B．a光是由能级4跃迁到能级1产生的光 根据光电效应方程 a光对应的遏止电压为7V，可得阴极K材料的逸出功为 c光是由能级2跃迁到能级1产生的光 根据可得c光的遏止电压为4.45V，即M点的数值为－4.45，故B正确； C．当加速电压为零时，由于光电子有动能，仍能进入电路，电流表示数不一定为0，故C错误； D．发出光的频率个数为，可知该氢原子共发出6种频率的光，故D错误。故选B。 8．AC【详解】A．由题意可知，5G比4G使用的电磁波频率更高，电磁波的波长与频率的关系为 由此可知频率越高波长越短，则与4G相比，5G使用的电磁波波长更短，A正确； BC．能量子的能量为 则与4G相比，5G使用的电磁波能量子的能量更大，B错误，C正确； D．电磁波的传播速度与光速相等，在真空中为，D错误。故选AC。 9．BC【详解】A．滑片P从滑动变阻器中点向右端移动 故不能测得遏止电压，A错误； B．由爱因斯坦光电效应方程，得 故B正确； C．由 ， 可知 由可知，金属材料1逸出电子的物质波波长比金属材料2逸出电子的物质波波长更长，故C正确； D．光电效应现象表明光具有粒子性，不能表明光子具有动量，故D错误。故选BC。 10.BC【详解】B．氢原子基态的能量为 大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为，则有 解得 又 得 即处在n=4能级；根据 这些氢原子最多可以发出6种不同频率的光子，故B正确； A．这些氢原子可能发出能量为最小值为 不可能发出能量为的光子，故A错误； C．用的电磁波具有的能量 故用的电磁波照射氢原子，可以使处于基态的氢原子电离，故C正确； D．氢原子放出光子后，从高能级跃迁到低能级，电子的轨道半径减小，则库仑力做正功，所以动能增加，电势能减小，故D错误。故选BC。 11． 绝大部分 少数 极少数 BD/DB 【知识点】α粒子散射实验 【详解】（1）[1]根据原子核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部正电荷和几乎所有质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。可知绝大部分粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，少数粒子发生了较大的偏转，有的粒子偏转的角度超过，极少数粒子甚至被反弹回来。 （2）[2] A．粒子偏转角度超过是因为与原子核发生了碰撞，故A错误； B．卢瑟福通过分析粒子散射试验，提出了原子核式结构模型，故B正确； C．汤姆逊提出，原子内部带正点的物质均匀分布，电子像枣糕上的枣子一样嵌在其中，故C错误； D．按照核式结构模型，由于原子核很小，所以极少数粒子在库仑斥力的作用下发生大角度偏转，故D正确。 故选BD。 12． 有 减小 长 不变 【知识点】遏止电压的本质及其决定因素 【详解】（1）[1]根据题意，将滑动变阻器的滑片移至最左端，光电管阴极与阳极之间的电压为零，用激光笔1照射阴极，有光电子逸出，可以到达阳极形成光电流，则电流表有示数。 （2）[2]闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左端向右滑动，光电管阴极与阳极之间的反向电压逐渐增大，可以到达阳极的光电子数减小，则光电流减小，即电流表的示数减小。 （3）[3]根据题意，设逸出功为，由光电效应方程有 由图乙可知，遏止电压为 则有 联立解得 （4）[4]由图丙可知，遏止电压减小，则光电子的最大出动能减小，可得激光笔2能量小于激光笔1的能量，则由公式 可得，激光笔2发射的激光波长比1的长。 （5）[5]由于光电管阴极与阳极之间相当于断路，电流表有没有内阻光电管阴极与阳极之间电压都等于电压表的读数，则考虑电流表内阻，由图像得到的遏止电压与真实值相比将不变。 13． 5.15×1014（5.12×1014~5.18×1014） 3.41×10-19（3.39×10-19~3.43×10-19） 1.23×10-19（1.21×10-19~1.25×10-19） 【知识点】遏止电压的本质及其决定因素 【详解】（2）[1]由爱因斯坦光电效应方程 可得 结合乙图可得金属的截止频率为 [2]逸出功为 （3）[3]如果实验中入射光的频率为，由爱因斯坦光电效应方程 可得光电子的最大初动能为 14．(1)向a端移动(2) 【知识点】遏止电压的本质及其决定因素、爱因斯坦光电效应方程 【详解】（1）为了测得遏止电压，K与A之间需接方向电压，故向端移动。 （2）设入射光的频率为，金属的逸出功为，由爱因斯坦光电效应方程，光电子最大初动能 由动能定理 得 由关系式及图像可知 解得 15．（1）3种，1.89eV；（2）4.6eV；（3）1.11×1015Hz 【知识点】爱因斯坦光电效应方程、遏止电压的本质及其决定因素、定态和原子的能级结构、玻尔理论对氢原子光谱的解释 【详解】（1）根据 可知照射金属K的光中有3种不同频率的光；氢原子从能级跃迁到能级时发出的光子能量最小，为 （2）设光电子的最大初动能为，由题可知，遏止电压为，光电子从K极运动到A极的过程，由动能定理可得 解得 氢原子从能级跃迁到基态时发出的光子能量最大，为 根据光电效应方程可得 解得 （3）由 解得 16．（1）；（2）；（3） 【知识点】定态和原子的能级结构、弹性碰撞：动碰静 【详解】（1）质子做匀加速运动，由动能定理得， （2）由动量和能量守恒得 原子再做匀减速运动，要出现电流脉冲则满足 （3）由动量能量守恒得 当时，损失的能量最多 最小为。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $