第四章 原子结构和波粒二象性 单元检测卷（培优版）-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

绝密★启用前 第四章 原子结构和波粒二象性单元检测卷（培优） 姓名 准考证号 本试题卷分选择题和非选择题两部分，共8页，满分100分，考试时间90分钟。 考生注意： 1.答题前请务必将自己的姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔分别填写在试题卷和答题纸规定的位置上。 2.答题时，请按照答题纸上“注意事项”的要求，在答题纸相应的位置上规范作答，在本试题卷上的作答一律无效。 3.非选择题的答案必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔写在答题纸上相应的区域内，作图时先使用2B铅笔，确定后必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔描黑。 4.可能用到的相关参数：重力加速度g取10m/s2 选择题部分 一、选择题Ⅰ（本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选绝不给分） 1．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是（　　） A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 B．光的频率越高，粒子性越明显 C．能量越大的光子其波动性越显著 D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下的光的波动性表现明显 2．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中不能突出体现波动性的是（　　） A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 3．某实验小组在做光效应实验时，用频率为v的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图所示。已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则下列分析正确的是（　　） A．光电管两端电压越大，饱和光电流越大 B．光电管两端电压为0时，光电流也为0 C．光电子的最大初动能为 D．光电子的逸出功为hv 4．我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳波段光谱成像的空间观测。氢原子由能级跃迁到能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．光的波长大于光的波长 B．光子的能量大于光子的能量 C．对应的光子能量为0.54eV D．光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 5．下列说法正确的是（　　） A．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量 B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长相等 C．若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应 D．钋是氡的衰变产物之一，故钋的比结合能大于氡的比结合能 6．如图为氢原子的能级示意图，已知光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。要使大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，原子应吸收的能量为（　　） A．10.2eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV 7．如图所示是某种金属材料的遏止电压与入射光频率的关系图像，光电子的电荷量为e，结合图像，下列说法正确的是（　　） A．用频率为的光照射此金属时，光电子的最大初动能为 B．题干和图像中给出的物理量无法表示出普朗克常量 C．遏止电压与入射光的频率成正比 D．用不同频率的光分别照射同一光电管，遏止电压小的入射光粒子性更明显 8．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以10W的功率均匀地向各个方向发射波长为5.3×10-7m的绿光，已知瞳孔的直径为4mm，普朗克常量为 ，光速为3×108m /s，不计空气对光的吸收，则眼睛能够看到这个光源的最远距离约为（　　） A．2×107m B．2×106m C．2×105m D．2×104m 9．如图甲为氢原子的能级图，现用频率为的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为、、的三条谱线，现用这三种频率的光去照射图乙的光电效应的实验装置；其中只有a、b两种光能得到图丙所示的电流与电压的关系曲线；已知图乙中的阴极材料是表中所给材料中的一种，表是几种金属的逸出功和截止频率。已知。以下说法不正确的是（　　）    几种金属的逸出功和截止频率 金属 W/eV v/×1014Hz 钠 2.29 5.53 钾 2.25 5.44 铷 2.13 5.15 A．图乙中的阴极材料一定是铷 B．图丙中 C．一定有 D．图丙中的b光照射阴极电流达到饱和时每秒射出的光电子数大约4×1012个 10．1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．常量的单位为 B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 C．若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为 D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题4分，共12分。每小题列出的四个备选项中至少有 一个是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 11．某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率v的关系图象如图所示。b、均为已知量，由图线信息可知（　　） A．普朗克常量、该金属的逸出功和极限频率 B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比 C．当入射光的频率增大为原来的2倍时，电子的最大初动能增大为原来的2倍 D．图中b与的值与入射光的强度、频率均无关 12．如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功W0和最大初动能EK为（　　） A．W0=1.9eV B．W0=2.5eV C．EK=0.6eV D．EK=3.1eV 13．康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分。如图所示，在某次碰撞中，入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向与原入射方向成角，与电子碰后的速度方向恰好垂直，已知普朗克常量为h，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．入射光的光子动量大小为 B．入射光的光子能量为 C．碰撞后电子的动能为 D．碰撞后光子的动量大小为 非选择题部分 三、非选择题(本题共5小题，共58分) 14．（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 15．某学习小组决定探究“光电效应”的实验规律，采用如图所示的实验电路，用稳定的黄色强光照射光电管的阴极板： （1）要描绘光电管的伏安曲线，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在______端（选填“a或b”）。 （2）实验过程中发现，实验室提供的微电流传感器G（电阻为Rg=1995Ω）量程太小了，该小组同学决定把量程放大400倍，应该给微电流传感器______联一个______Ω的电阻。 （3）滑动滑片P，读出电压表示数U，微电流传感器示数I示，并换算成光电管的实际电流I实际，如表： U（V） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 I示（×10-10A） 0.01 0.07 0.11 0.14 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25 0.26 0.28 0.29 0.29 0.29 I实际（×10-10A） 4 28 44 56 68 76 84 92 100 104 112 116 116 116 通过所采集的数据描出光电管的伏安曲线，实验证实：随着电压的增大，电流有饱和值的存在。 （4）在上述探究“光电效应”中的“饱和电流”实验中，电路图中电源的负极为______端（选填“M或N”）。每个光电子带电量为e=1.6×10-19C，则在第（3）步的实验中每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数约为______个。（结果保留3位有效数字） 16．如图所示是研究光电效应规律的光电管。用紫光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图所示规律。结合图像，已知e=1.6×10-19C。求： （1）光电子飞出阴极K时的最大初动能； （2）每秒钟阴极发射的光电子数。 17．一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）氢原子可能发射几种频率的光子； （2）氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏； （3）用（2）中的光子照射下表中几种金属，哪些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大。 金属 铯 钙 镁 钛 逸出功W/eV 1.90 2.70 3.7 4.14 18．已知氢原子的基态能量为（），量子数为n的激发态的能量为。现有一群氢原子处于的能级，在向低能级跃迁过程中，其中从能级向能级跃迁辐射出的光照射某金属的表面恰能发生光电效应，求： （1）该金属的极限频率； （2）能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能。 19．守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题： （1）如图所示将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。沿虚线将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB判断这两部分电荷量的正负及大小关系，并说明理由。 （2）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。 （3）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅， 为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量。 a.简谐波沿直线传播的速度为v，证明波的能流密度 b.球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A 2。 试卷第8页，共10页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 绝密★启用前 第四章 原子结构和波粒二象性单元检测卷（培优） 姓名 准考证号 本试题卷分选择题和非选择题两部分，共8页，满分100分，考试时间90分钟。 考生注意： 1.答题前请务必将自己的姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔分别填写在试题卷和答题纸规定的位置上。 2.答题时，请按照答题纸上“注意事项”的要求，在答题纸相应的位置上规范作答，在本试题卷上的作答一律无效。 3.非选择题的答案必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔写在答题纸上相应的区域内，作图时先使用2B铅笔，确定后必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔描黑。 4.可能用到的相关参数：重力加速度g取10m/s2 选择题部分 一、选择题Ⅰ（本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选绝不给分） 1．关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是（　　） A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性 B．光的频率越高，粒子性越明显 C．能量越大的光子其波动性越显著 D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下的光的波动性表现明显 【答案】C 【详解】AD．波粒二象性指光有时表现出的粒子性明显，有时表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动性表现明显，故AD正确不符合题意； BC．光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B正确不符合题意，C错误符合题意。 故选C。 2．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中不能突出体现波动性的是（　　） A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 【答案】B 【详解】A．干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，A不符合题意； B．β粒子在云室中受磁场力的作用，做的是圆周运动，与波动性无关，B符合题意； C．可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明中子具有波动性，C不符合题意； D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明电子具有波动性，D不符合题意。 故选B。 3．某实验小组在做光效应实验时，用频率为v的单色光照射光电管的阴极K，得到光电流I与光电管两端电压U的关系图线如图所示。已知电子的电荷量为e，普朗克常量为h，则下列分析正确的是（　　） A．光电管两端电压越大，饱和光电流越大 B．光电管两端电压为0时，光电流也为0 C．光电子的最大初动能为 D．光电子的逸出功为hv 【答案】C 【详解】A．发生光电效应时，在一定的光照条件下，饱和光电流的大小与光照强度有关，与所加电压无关。故A错误； B．通过图像可知，光电管两端电压为0时，光电流不为0，故B错误； C．根据爱因斯坦光电方程 可知，光电子的最大初动能，故C正确； D．光电子的逸出功 故D错误。 故选C。 4．我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次实现了太阳波段光谱成像的空间观测。氢原子由能级跃迁到能级时发出的光，对应的谱线为可见光区的四条谱线，分别为，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．光的波长大于光的波长 B．光子的能量大于光子的能量 C．对应的光子能量为0.54eV D．光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 【答案】A 【详解】AB．根据 可知光子能量越大，波长越小；结合图像，根据玻尔理论跃迁规律可知，光子的能量 光子的能量 故光的波长大于光的波长，故A正确，B错误； C．对应的光子能量为，故C错误； D．光的频率由光源决定，与介质无关，所以光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率，故D错误。 故选A。 5．下列说法正确的是（　　） A．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量 B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长相等 C．若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应 D．钋是氡的衰变产物之一，故钋的比结合能大于氡的比结合能 【答案】D 【详解】A．光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，康普顿效应揭示了光子还具有动量，故选项A错误； B．根据 可知，动能相等的质子和电子，由于质量不等，因此动量也不等，根据德布罗意波长公式 可知，质子和电子的德布罗意波长不相等，故选项B错误； C．氢原子从能级跃迁至时辐射的光子能量大于从跃迁至辐射的光子能量，故选项C错误； D．衰变产物新核更稳定，比结合能更大，故选项D正确。 故选D。 6．如图为氢原子的能级示意图，已知光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。要使大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，原子应吸收的能量为（　　） A．10.2eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV 【答案】C 【详解】氢原子从高能级向基态跃迁时，所辐射光子能量最小值为 因此可见要产生可见光，氢原子吸收能量后最起码要跃迁到n＞2能级。由于 由要要使大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，则需要到达n=4能级，氢原子应吸收的能量为 故选C。 7．如图所示是某种金属材料的遏止电压与入射光频率的关系图像，光电子的电荷量为e，结合图像，下列说法正确的是（　　） A．用频率为的光照射此金属时，光电子的最大初动能为 B．题干和图像中给出的物理量无法表示出普朗克常量 C．遏止电压与入射光的频率成正比 D．用不同频率的光分别照射同一光电管，遏止电压小的入射光粒子性更明显 【答案】A 【详解】AB．由爱因斯坦光电效应方程可得 其中 所以可得 所以该图像的斜率即为 所以可以求得普朗克常量。且逸出功 所以用频率为的光照射此金属时，光电子的最大初动能为 故A正确，B错误； C．由 可知，遏止电压与频率呈一次函数关系，而不是正比关系，故C错误； D．由 可知，用不同频率的光分别照射同一光电管，遏止电压小的入射光的频率小，波长大，则其粒子性不明显，波动性明显，故D错误。 故选A。 8．人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6 个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以10W的功率均匀地向各个方向发射波长为5.3×10-7m的绿光，已知瞳孔的直径为4mm，普朗克常量为 ，光速为3×108m /s，不计空气对光的吸收，则眼睛能够看到这个光源的最远距离约为（　　） A．2×107m B．2×106m C．2×105m D．2×104m 【答案】B 【详解】一个光子的能量为 为光的频率，光的波长与频率有以下关系 光源每秒发出的光子的个数为 P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同 人眼瞳孔面积 其中d为瞳孔直径，由题意，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼镜就能察觉到，也就是说在瞳孔所处的球面上能保证每秒6个绿光的光子射入瞳孔，设人距光源的距离为r，那么人眼所处的球面的表面积为 S=4πr2 所以 联立以上各式解得 B正确，ACD错误。 故选B。 9．如图甲为氢原子的能级图，现用频率为的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为、、的三条谱线，现用这三种频率的光去照射图乙的光电效应的实验装置；其中只有a、b两种光能得到图丙所示的电流与电压的关系曲线；已知图乙中的阴极材料是表中所给材料中的一种，表是几种金属的逸出功和截止频率。已知。以下说法不正确的是（　　）    几种金属的逸出功和截止频率 金属 W/eV v/×1014Hz 钠 2.29 5.53 钾 2.25 5.44 铷 2.13 5.15 A．图乙中的阴极材料一定是铷 B．图丙中 C．一定有 D．图丙中的b光照射阴极电流达到饱和时每秒射出的光电子数大约4×1012个 【答案】C 【详解】A．在所发射的光谱中仅能观测到三条谱线，则说明是从能级向低能级跃迁的，结合乙图知则这三种光子的能量分别为，，，由 代入a光的数值解得 由表知阴极材料为铷，故A正确； B．图丙中 故B正确； C．用频率为的光照射大量处于基态的氢原子，基态氢原子吸收光子能量跃迁到高能级，在向低能级跃迁时辐射出三种频率的光，三种光子能量关系为 又 则频率关系为 ， 故C错误； D．由丙图知b光的饱和电流为，由知，每秒射出的电荷量为，又已知，则每秒射出的光电子数大约为 故D正确； 本题选不正确的，故选C。 10．1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．常量的单位为 B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 C．若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为 D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 【答案】D 【详解】A．P0是单位时间从太阳单位面积辐射的电磁波的能量，所以单位为，则 则常量的单位为 故A错误； B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 故B错误； C．辐射到太阳帆的光子的总数 一半光子被吸收，一半反射，则有 其中 联立可得 故C错误； D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，则有 可得探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 故D正确。 故选D。 二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题4分，共12分。每小题列出的四个备选项中至少有 一个是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 11．某种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率v的关系图象如图所示。b、均为已知量，由图线信息可知（　　） A．普朗克常量、该金属的逸出功和极限频率 B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比 C．当入射光的频率增大为原来的2倍时，电子的最大初动能增大为原来的2倍 D．图中b与的值与入射光的强度、频率均无关 【答案】AD 【详解】A．根据光电效应方程得 可知与v成一次函数关系，图线的斜率等于普朗克常量，纵轴截距的绝对值为该金属的逸出功，横轴截距为该金属的极限频率，A项正确； B．由 知最大初动能由入射光频率决定，与入射光强度无关，B项错误； C．由光电效应方程知最大初动能与频率不成正比，C项错误； D．逸出功与极限频率均由材料决定，与入射光的强度、频率均无关，D项正确。 故选AD。 12．如图所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功W0和最大初动能EK为（　　） A．W0=1.9eV B．W0=2.5eV C．EK=0.6eV D．EK=3.1eV 【答案】AC 【详解】根据题意可知，光电子的初动能为 根据爱因斯坦光电效应方程有 所以BD错误，AC正确。 故选AC。 13．康普顿在研究石墨对射线的散射时，发现在散射的射线中，除了与入射波长相同的成分外，还有波长大于的成分。如图所示，在某次碰撞中，入射光子与静止的无约束自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向与原入射方向成角，与电子碰后的速度方向恰好垂直，已知普朗克常量为h，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．入射光的光子动量大小为 B．入射光的光子能量为 C．碰撞后电子的动能为 D．碰撞后光子的动量大小为 【答案】BC 【详解】A．入射光的光子动量大小为，故A错误； B．入射光的光子能量为 故B正确； C D．设光子与电子碰撞后，光子波长为，电子的动量为，则光子与电子碰撞前后，沿x方向的分动量守恒 沿y方向的分动量也守恒 联立解得 ， 根据能量守恒得 解得碰撞后电子的动能 碰撞后光子的动量大小 故C正确，D错误； 故选BC。 非选择题部分 三、非选择题(本题共5小题，共58分) 14．（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 【答案】 绝大部分 少数 极少数 BD/DB 【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。 15．某学习小组决定探究“光电效应”的实验规律，采用如图所示的实验电路，用稳定的黄色强光照射光电管的阴极板： （1）要描绘光电管的伏安曲线，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在______端（选填“a或b”）。 （2）实验过程中发现，实验室提供的微电流传感器G（电阻为Rg=1995Ω）量程太小了，该小组同学决定把量程放大400倍，应该给微电流传感器______联一个______Ω的电阻。 （3）滑动滑片P，读出电压表示数U，微电流传感器示数I示，并换算成光电管的实际电流I实际，如表： U（V） 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 I示（×10-10A） 0.01 0.07 0.11 0.14 0.17 0.19 0.21 0.23 0.25 0.26 0.28 0.29 0.29 0.29 I实际（×10-10A） 4 28 44 56 68 76 84 92 100 104 112 116 116 116 通过所采集的数据描出光电管的伏安曲线，实验证实：随着电压的增大，电流有饱和值的存在。 （4）在上述探究“光电效应”中的“饱和电流”实验中，电路图中电源的负极为______端（选填“M或N”）。每个光电子带电量为e=1.6×10-19C，则在第（3）步的实验中每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数约为______个。（结果保留3位有效数字） 【答案】 a 并 5 N 7.25×1010 【详解】（1）[1]为了保护电表和光电管，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在a端。 （2）[2][3]根据电表改装原理，小量程的电流表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻，根据并联电路的规律可知 IgRg=（I-Ig）R并 解得并联电阻 R并=5Ω （4）[4]研究“光电效应”的“饱和电流”需要在光电管两端加正向电压，电路图中电源的负极为N端； [5]分析光电管的伏安曲线可知，饱和电流 I=116×10-10A=1.16×10-8A 根据电流的定义式可知，每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数 16．如图所示是研究光电效应规律的光电管。用紫光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图所示规律。结合图像，已知e=1.6×10-19C。求： （1）光电子飞出阴极K时的最大初动能； （2）每秒钟阴极发射的光电子数。 【答案】（1）1eV；（2）3×1012 【详解】（1）由题图可知该紫光的遏止电压为Uc=1V，根据动能定理可得光电子飞出阴极K时的最大初动能为 Ekm＝eUc =1eV （2）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，根据电流的定义可得每秒钟阴极发射的光电子数为 17．一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）氢原子可能发射几种频率的光子； （2）氢原子由量子数n=4的能级跃迁到n=2的能级时辐射光子的能量是多少电子伏； （3）用（2）中的光子照射下表中几种金属，哪些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大。 金属 铯 钙 镁 钛 逸出功W/eV 1.90 2.70 3.7 4.14 【答案】（1）6；（2）2.55eV；（3）铯，0.65eV 【详解】（1）可能发射种频率的光子。 （2）由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为 （3）只大于铯的逸出功，故光子只有照射铯金属上时才能发生光电效应。根据爱因斯坦的光电效应方程可得光电子的最大初动能为 18．已知氢原子的基态能量为（），量子数为n的激发态的能量为。现有一群氢原子处于的能级，在向低能级跃迁过程中，其中从能级向能级跃迁辐射出的光照射某金属的表面恰能发生光电效应，求： （1）该金属的极限频率； （2）能从该金属表面逸出的光电子的最大初动能。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）因 所以 （2）氢原子从能级向能级跃迁辐射出的光子能量最大，此时从金属表面逸出的光电子的最大初动能为，根据 可得 19．守恒是物理学中的重要思想。请尝试用守恒思想分析下列问题： （1）如图所示将带正电荷Q的导体球C靠近不带电的导体。沿虚线将导体分成A、B两部分，这两部分所带电荷量分别为QA、QB判断这两部分电荷量的正负及大小关系，并说明理由。 （2）康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成分外，还有波长大于λ0的成分，用X光子与静止电子的碰撞模型可以解释这一现象。请在图中通过作图表示出散射后X光子的动量，并简述作图的依据。 （3）波是传递能量的一种方式，传播过程能量守恒。简谐波在传播过程中的平均能量密度表示单位体积内具有的能量：，其中A为简谐波的振幅， 为简谐波的圆频率（波传播过程中不变），为介质的密度。能流密度I表示波在单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量。 a.简谐波沿直线传播的速度为v，证明波的能流密度 b.球面简谐波是从波源处向空间各个方向传播的简谐波，在均匀介质中传播时振幅会发生变化。忽略传播过程中的能量损失，求波在距波源r1和r2处的振幅之比A1：A 2。 【答案】（1）QA=QB；；（2）见解析；（3）a.；b.。 【详解】（1）由器电感应，A部分带正电、B部分带负电，由电荷量守恒，A、B两部分电荷量的大小相等，QA=QB； （2）设散射后X光子的动量为p3，根据碰撞过程动量守恒和平行四边形定则（或三角形定则），画图如图所示 （3）a．沿传播方向，任取于传播方向垂直的横截面，面积为S。在△t时间内流过S面的能量 单位时间内流过垂直单位面积上的平均能量 联立解得 b．在第二间的基础上，△t时间内流过S1面上的能量 △t时间内流过S2面上的能量 由能量守恒 联立解得 试卷第16页，共20页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $