第4章 原子结构和波粒二象性 章末检测-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第四章 章 (时间：40分钟 总 一、选择题（每题10分，共60分） 1.(2024·湖南高考)量子技术是当前物理学应 用研究的热点，下列关于量子论的说法正确 的是 ( A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的 B.光电效应实验中，红光照射可以让电子从 某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以 让电子从该金属表面逸出 C.康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散 射后仅有波长小于原波长的射线成分 D.德布罗意认为质子具有波动性，而电子不 具有波动性 2.(多选)如图所示为卢瑟福和他的同事们做α 粒子散射实验的装置，关于荧光屏和显微镜 一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时观 察到的现象，下述说法中正确的是 ( A.放在A位置时，相同放射源金箔 荧光屏 显徽镜 时间内观察到屏上 的闪光次数最多 B.放在C、D位置时，屏 上观察不到闪光 C.卢瑟福根据α粒子散射实验观察到的现象 肯定了汤姆孙的“枣糕模型” D.卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子 的核式结构模型 3.某同学用如图所示的装置 光 研究光电效应现象，开始 由. 时，滑动变阻器滑片c移在 G 最右端b点.用光子能量为 4.2eV的光照射到光电管 上，此时电流表G有读数.向左移动变阻器的 触点c,当电压表的示数大于或等于1.5V时， 第四章黑 末检测 分：100分)》 电流表读数为0，则以下说法正确的是（ A.光电子最大初动能为2.7eV B.光电管阴极的逸出功为1.5eV C.当电流表示数为零时，断开开关，电流表示 数不再为零 D.将电源的正负极调换，变阻器滑片从b移 到a,电流表的示数一直增大 激光冷却中性原子的原理如图所示，质量为m、 速度为。的原子连续吸收多个迎面射来的频率 为的光子后，速度减小不考虑原子质量的变 化，光速为c.下列说法正确的是 n m A.激光冷却利用了光的波动性 B.原子吸收第一个光子后速度的变化量为 △=_h他 mc C.原子每吸收一个光子后速度的变化量不同 D.原子吸收个光子后速度减小到原来的 一半 (2024·江苏镇江模拟)一群 处于第4能级的氢原子，向低 K @④ 能级跃迁过程中能发出6种不 同频率的光，将这些光分别照 儿电源 射到图甲电路阴极K的金属 上，只能测得2条电流随电压变化的图像如图 乙所示，已知氢原子的能级图如图丙所示，则 下列推断正确的是 ( EleV -0.85 -1.51 -3.40 U U2 0 -13.6 乙 丙 日题65 A.图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态 跃迁发出的 B.图乙中的b光光子能量为12.75eV C.动能为1eV的电子能使处于第3能级的氢 原子电离 D.阴极金属的逸出功可能为W。=6.75eV 6.(2024·浙江高考)玻尔氢原子电子轨道示意 图如图所示，处于n=3能级的原子向低能级 跃迁，会产生三种频率为1”2、”21的光，下 标数字表示相应的能级.已知普朗克常量 为h,光速为c.正确的是 ( E n=1(基态) n=2(激发态) n=3(激发态) n=4(激发态)》 n=5(激发态 A频率为”的光，其动量为，- B.频率为v,和v,的两种光分别射入同一光 电效应装置，均产生光电子，其最大初动能 之差为hw2 C.频率为v1和21的两种光分别射入双缝间 距为d,双缝到屏的距离为L的干涉装置， 产生的干涉条纹间距之差为 3 D.若原子从n=3跃迁至n=4能级，入射光 E4-E3 的频率4>h 二、非选择题（共40分） 7.（20分)如图(a)所示为α粒子散射实验模拟 装置图，图(b)为“原子核模型仪”的正视图， 图(c)为“原子核模型仪”的俯视图为了使小 钢球能平滑地从滑槽滚到原子核模型仪上， 滑槽下端弧形应接近水平状态.调节滑槽相对 选择性必修第三册·RJ黑 “原子核模型仪”的方位，释放钢球，可以观察 到钢球出射方向的差异 (1)简述装置中用来模拟粒子和原子核半 径的部分以及从该模拟实验中可以观察 到的现象 (2)能否将“原子核模型仪”改成圆柱状？简 述你的理由 发射台 小钢球 原子核 滑槽 模型仪 调节入射 方向螺钉 (a) (c (20分)(2024·江苏宿迁期末)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v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U； 当滑片B向右移至b时，微安表的示数达到最 大值，电压表的示数为U,.光电子电量为e,普 朗克常量为h.求： (1)阴极材料的逸出功W。; (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)若每人射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1. 单色光 白题66跃迁到n=5能级时发出的光子能量为hw=E。-Es=30.9eV 属于紫外线波段，C正确；D.一个处在n=6能级的μ氢原子 可以吸收紫外线波段的光子进而跃迁或电离，D错误.故 选C. 3.D解析：从n=3能级跃迁到n=2能级的过程中放出的光 子的能量为E=E3-E2= EE 5E ,则金属的逸出功为 9436 可=北，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级放出的光 8E1 的能量E=E3-E1= =8号，黑到该金属表面时，发出 的光电子的最大初动能为B,=E”-W=3 4,故选D 4C解折：根据跃迁条件，可得-8，=A行B,-B=九 E,-E,=h二，联立解得+h二=h9,即=+，故 入 入3 入1 入1入2入3 选C. 5.C解析：A根据巴耳末系谱线波长公式=R.(分 导)，H,对应的诺续波长最长，是电子从n=3能级向a=2 能级跃迁所释放光的谱线，故A错误：B.H对应的谱线能 级差最小，辐射光子能量最低，故B错误；C.H。对应的是电 子从n=6能级向n=2能级跃迁所释放光的谱线，故n≥6， 故C正确；D.根据氢原子跃迁理论从n=6向n=3跃迁时， 儿（字存），其对应议长A,大于的淡长，不属于 入， 紫外线，故D错误故选C. 6.AC解析：AB.由数学知识得到一群氢原子处于n能级时可 能辐射的谱线条数为C:-n(),列表可知存在两种可能， 2 第一种是氢原子先被激发跃迁到=2激发态，后被激发跃 迁到=4激发态，由于是光子照射，所以光子的能量必须满 足E1=10.20eV,E2=12.75eV,故选项A正确，B错误； CD.第二种是氢原子先被激发跃迁到n=5激发态，后被激 发跃迁到n=6激发态，光子能量必须满足E,=13.06eV E2=13.22eV,故选项C正确，D错误.故选AC. 7.A解析：CD.根据题意，b、c、d都能向a能级跃迁并辐射出 光子，则a是最低能级，故CD错误；AB.根据玻尔理论的假 设hm=h。=E高一E:可知能级越高，与a的能级差越大，辐 入 射的光子波长入越小，得出E>E。>E。>E,故A正确，B错 误故选A. 8.C解析：A.由玻尔理论的跃迁条件，可得hw2=Ex- BG,h,=BaB。,。=Ew-E6,可得只有当E=Bu+Bw 2 时，②光子的频率才等于④和⑥光子的频率的平均值，但题 给条件不足，无法得出此结论，故A错误；B.同理，可得 h元=Ex-E,h无，=Ex-Em,由图可知h>h元根据 入3 入， p=久可得P>,即①光子的动量大于③光子的动量，放 B错误；C.XX态能级与基态能级差保持不变，故③和④光 子的频率之和等于⑤和⑥光子的频率之和，故C正确：D.用 选择性必修第三册·RJ ⑥光子照射某金属表面时能发生光电效应，可知⑥光子能量 大于此金属的逸出功，由图可知，④光子能量大于⑥光子能 量，则用④光子照射该金属也一定能发生光电效应，⑤光子 能量可能小于⑥光子能量，无法比较⑤光子能量与此金属的 逸出功的大小关系，故用⑤光子照射该金属不一定能发生光 电效应，故D错误故选C. 9A解析：由题意和玻尔原子理论可知：6，一E,=hB, E2=h- - 入 _入入2，故选A 联立可得这种激光的波长：入，- 第5节粒子的波动性和量子力学的建立 白题基础过关 1.D解析：AD.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出了 物质波的概念，认为一切运动的实物粒子都具有波粒二象 性，这一理论符合实验事实，故A正确，不符合题意，D错误， 符合题意；B.运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个 小孔时，都没有特定的运动轨道，B正确，不符合题意：C.波 动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高 速运动的现象中是统一的，C正确，不符合题意.故选D 2.D解析：新物理粒子的波长为入=·，新物理粒子的动量为 p=w,新物理粒子的动能为E=号2=联立解得A= 2m1 h ，故选D. √/2mE 3.B解析：A.泊松亮斑是光的衍射现象，证明光具有波动 性，A错误：B.电子束的衍射图样说明电子在运动中具有波 动性，B正确；C.根据A=个p=√2E,解得人A D 2mE. 质子的德布罗意波长与其动能的平方根成反比，C错误： D.光电效应说明光具有粒子性，D错误故选B. 4.D解析：A.该图样说明电子的衍射性，说明电子的波动性， 故A错误；B.该实验中电子的德布罗意波波长人=么=九 p mv 故B错误：C.加速电压越大，电子速度越大，根据B分析可 知，电子的物质波波长越短，故C错误；D.加速电压越大，电 子的物质波波长越短，粒子性越明显，故D正确.故选D. 5.B解析：普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能 量连续变化”的传统观念，故A错误；爱因斯坦最早认识到 了能量子的意义，为解释光电效应的实验规律提出了光子 说，并成功地解释了光电效应现象，故B正确；玻尔第一次将 量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故C错 误：德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预 言实物粒子也具有波动性，故D错误. 第四章章末检测 1.B解析：A.普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是 量子化的，故A错误：B.产生光电效应的条件是光的频率大 于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使某金 属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故 B正确：C.石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和 黑白题24 电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据入= 九可知波长变长，故C错误；D.德布罗意认为物质都具有波 动性，包括质子和电子，故D错误.故选B. 2.AD解析：AB.在粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过 金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了 大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，所以荧光屏和 显微镜放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最 多，放在C、D位置时，屏上仍可以观察到闪光，只是次数较放 在A和B位置时少，故A正确，B错误；CD.卢瑟福根据α粒 子散射实验观察到的现象否定了汤姆孙的“枣糕模型”，提出 了原子的核式结构模型，故C错误，D正确.故选AD. 3.C解析：AB.根据题意有遏止电压U=1.5V,则光电子的 最大初动能E.=eU。=1.5eV,根据爱因斯坦光电效应方程 W。=hw-E=4.2eV-1.5eV=2.7eV,故AB错误：C.当电流 表示数为零时，断开开关，这时没有反向遏止电压，电流表示 数不为零，故C正确：D.将电源的正负极调换，变阻器滑片 从b移到a,当光电流达到饱和电流后（若能），电流表的示 数就不再变化，故D错误故选C. 4.B解析：A.在激光制冷中体现了激光的粒子性，故A错误； 且，根据德布罗意波长公式有入=号，可得一个光子的动 p。 量为p,=",根据动量守恒有m,p。=m,所以原子吸收第 个光子后速度的变化量为Aw=1-,=-放B正 C.由动量守恒，每个光子的动量相同，所以原子每吸收一个 光子后速度改变量相同，放C错误：D.原子吸收”个光子 后，根据动量守恒有m,-p.=m2,即m。- mcvo hv =m2, 解得v,=0,故D错误.故选B. 5.B解析：A.图乙中的a光遏止电压比b光小，根据Ue= 2m=h加-W盘动可知，6光频率大，对应的氢原子跃迁的能 级差最大，则b光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的， 选项A错误；B.图乙中的b光光子能量为E6=E4-E1= (-0.85eV)-(-13.6eV)=12.75eV,选项B正确：C.使处于 第3能级的氢原子电离需要的最小能量为1.51eV,则动能 为1eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离，选项 C错误；D.因a光子对应着从第3能级到基态的跃迁，该光 能使光电管发生光电效应：比α光能量稍小的跃迁对应于从 第2能级到基态的跃迁，该跃迁放出能量为10.2eV,但是该 光不能使光电管发生光电效应，可知阴极金属的逸出功大于 10.2eV,不可能为W。=6.75eV,选项D错误故选B. 6.B解析：A.根据玻尔理论可知hw31=E3-E1,则频率为v1的 光其动量为=个B-B,选项A错误：B.颜率为 λc 和”2，的两种光分别射入同一光电效应装置，均产生光电子， 其最大初动能分别为E1=hw31-W逸出功，Em2=hv21-W逸出功， 最大初动能之差为△Ekm=h31-hw21=hw2,选项B正确； C.频率为y31和v21的两种光分别射入双缝间距为d,双缝到 屏的距离为L的干涉装置，根据条纹间距表达式△x= = 加，产生的干涉条纹间距之差为△= Le LcLc 1 dv3 dva d vs 参考答案与解析 1) ≠，选项C错误：D.若原子从n=3跃迁至n=4能 级，则E4-E3=w4,可得人射光的频率v4= E4-E ,选项D错 误故选B. 7.(1)见解析(2)见解析 解析：(1)装置中用来模拟α粒子的为小钢球，装置中用来 模拟原子核半径的部分为装置中的凸起部分的半径从该模 拟实验中可以观察到的现象：大部分钢球沿原轨道做直线运 动，小部分偏离发射方向做曲线运动但偏角较小，极少部分 被反弹回来.(2)不能将“原子核模型仪”改成圆柱状，如果改 成圆柱状，小球与圆柱碰撞后都做偏折方向不同的直线运动， 与粒子散射实验现象不符合 8.(1)W=hv-eU;(2)E.=eU,+eU,(3)I-Nhv Pe 解析：(1)依题意，变阻器的滑片B左移至α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Em=eU,=hw-W。,得阴 极材料的逸出功W。=hw-eU,; (2)当滑片B向右移至6时，微安表的示数达最大值，电压 表的示数为U,,根据功能关系可得，此时电子到达A极时的 最大动能为E.=eU1+eU2; (3)根据n=咖，=为e,解得 Pe Nhv 第四章真题演练 黑题真题体验 1.B解析：黑体辐射的实验规律如图所示： 辐射强度 1700K 500K 1300K 1 100K 02 4 入/μm 特点是随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以 人体热辐射的强度I增大；随着温度的升高，辐射强度的峰 值向波长较短的方向移动，所以入减小.故选B. 2.A解析：设天体发射频率为v光子的功率为P,由题意可知 RxT7=M,其中=1s,解得P-4W,放选A TR2 R2n 3.BD解析：A.金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金 属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变， 故A错误；B.根据光子能量公式e=w可知增加此X光的 强度，X光的光子能量不变，故B正确；C.根据爱因斯坦光 电方程Em=hw-W。,可知逸出的光电子最大初动能不变，故 C错误；D.增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的 光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确.故 选BD. 4.A解析：A.根据遏止电压与最大初动能的关系有U。= Emr,根据光电效应方程有Ekmr=h加。-W。,结合图像可知，当 U。为0时，解得W。=hv。,A正确；B.钠的截止频率为v。,根 据图像可知，截止频率小于8.5×104Hz,B错误；C.结合遏 黑白题25