第四章 原子结构和波粒二象性 章末练习-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 章末练习-2025-2026学年高中物理人教版选择性必修第三册 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（22-23高三上·全国·阶段练习）将甲图特殊楼梯的台阶编号比作乙图原子能级的量子数n，用一系列水平线表示原子的能级，按能级高低自下而上排列，使相邻水平线之间的距离与相应的能级差成正比。这样的一系列水平线便构成乙图氢原子的能级图，下列说法正确的是（　　） A．甲图台阶的间隔可以比作乙图的能级 B．乙图中的水平线呈现“上密下疏”的分布特点，当量子数很大时，水平线将很密集地“挤”在一起 C．当量子数很大时，氢原子接近电离状态，量子化能量也逐渐趋于连续且接近某个正值 D．对乙图，能量最高的状态为基态，小于基态的状态为激发态 2．（24-25高二上·广西玉林·期中）下列说法正确的是（　　） A．英国物理学家麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 B．电磁波只能在真空中传播，且传播速度大小为 C．德国物理学家普朗克提出了能量子的假说，并借此得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式 D．根据能量子假说，自然界中的能量值是连续的 3．（21-22高二下·辽宁大连·期中）金属钾的逸出功为2.0eV，氢原子的能级图如图甲所示。一群氢原子处于量子数为的能级状态，用其中辐射出的光子照射钾金属板（如图乙所示），下列说法中正确的是（　　） A．这群氢原子跃迁时，只能辐射5种频率的光子 B．从到跃迁时，辐射的光照射金属钾时验电器的金属小球带负电 C．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 D．当大量氢原子从低能级向高能级跃迁时电子的动能增加，电势能减少，氢原子系统的总能量增加 4．（23-24高三上·陕西·开学考试）激光器的发射功率为P，发射出的激光在折射率为n的介质中波长为，已知光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h，则该激光器每秒钟能够发射的光子数是（    ） A． B． C． D． 5．（22-23高二下·湖北·期末）氢原子能级示意图如图所示，光子能量在 1.63eV~3.10eV为可见光。要使大量处于 n=1能级的氢原子被激发后可辐射出两种可见光光子，氢原子吸收的能量为（　　）    A．1.89 eV B．2.55 eV C．10.2 eV D．12.75 eV 6．（22-23高二下·陕西西安·阶段练习）2023年正月十三至正月二十二，已有上千年历史的涿州市元宵灯会上以三国文化为主题的各类霓虹灯悉数登场，多姿多彩的霓虹灯使人们在红红火火的元宵花灯节上感受着浓浓的新春气息．霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图所示为氢原子能级图，氢原子处于n=5能级上，已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV，则下列说法正确的是（　　）    A．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生6种谱线 B．氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁过程中发出的光为不可见光 C．一群氢原子从n=5能级向n=1能级跃迁过程中，发出的光中有5种频率的光能使逸出功为2.85eV的金属发生光电效应 D．氢原子从n=5能级向n=1能级跃迁过程中发出光的波长最长 7．（23-24高二下·山东枣庄·期末）2023年诺贝尔物理学奖授予阿秒激光领域的阿戈斯蒂尼等三位科学家，以表彰他们在阿秒光脉冲产生和应用上做出的卓越贡献。阿秒光脉冲的产生，可以在亚原子尺度上研究光电效应。图甲为演示光电效应的实验装置，用光强度相同的红、绿光分别照射阴极K，得到两条关于电流表与电压表读数的关系曲线，如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．若用光强很弱的紫光照射阴极K，不会发生光电效应 B．截止电压与光的频率成正比 C．由红光照射阴极K得到图线为曲线a D．向右移动滑线变阻器的滑片，电流表的示数不断增大 8．（22-23高二下·山东烟台·期末）在利用光电管装置研究光电效应的实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线，如图所示，下列说法中正确的是（　　）    A．三条曲线对应的三种照射光的频率大小关系为 B．甲光对应的截止频率大于乙光对应的截止频率 C．甲、丙两种光所产生的光电子的最大初动能相同 D．甲、丙两种光所产生的光电子的动能相同 二、多选题 9．（22-23高二下·福建漳州·期中）如图为氢原子的能级图。一群氢原子处于的激发态上，根据玻尔的原子模型理论下列说法正确的是（　　）    A．原子从向的能级跃迁需要吸收能量 B．原子从向的能级跃迁后电子动能增大 C．原子向低能级跃迁只能发出2种不同频率的光子 D．原子至少需要吸收的能量才能发生电离 10．（23-24高二下·河南开封·期末）如图为某款条形码扫描笔的工作原理图，发光二极管发出的光频率为。将扫描笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面（截止频率），产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。下列说法正确的是（　　） A．扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔 B．频率为的光照到光电管的金属表面立即产生光电子 C．若频率为的光子能量为8eV，则一群氢原子从能级跃迁到能级过程中发出的光，有4种光可以识别条形码 D．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小 三、实验题 11．（2024高三·全国·专题练习）用金属铷制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。 (1)图甲中电极A为光电管的___________（选填“阴极”或“阳极”）。 (2)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为___________（选填“左负右正”或“左正右负”）。 (3)在实验过程中发现，当电源断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射光电管，电流表读数不为零。当电源接通时，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零。当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。依据实验现象与数值解答下列问题。 ①该光照射后，光电子的最大初动能Ek=___________eV； ②根据爱因斯坦光电效应方程金属逸出功W0=___________eV； ③保持实验装置不变，用颜色不同的a光和b光照射光电管阴极K时，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图乙所示。则a光的频率___________（选填“大于”“等于”或“小于”）b光的频率。 四、解答题 12．（2024高三·全国·专题练习）从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压与入射光的频率的关系，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法，我们利用图甲所示装置进行实验，得到某金属的图像如图乙所示，电子的电荷量e、图中和均已知。求： （1）金属的逸出功； （2）普朗克常量h； （3）当入射光的频率为时，逸出光电子的初动能范围。 13．（24-25高二上·吉林白城·期中）对应于7.4×10－19 J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少？（计算结果保留三位有效数字） 14．（23-24高二下·吉林松原·期末）已知氢原子的能级图如图甲所示，把A金属作为光电效应实验装置的阴极K，如图乙所示，用氢原子由能级跃迁到能级所发出的光照射真空玻璃管的阴极K，恰能发生光电效应。现在用氢原子由能级跃迁到能级时发出的光去照射阴极K。已知元电荷，求：（结果均保留两位有效数字，单位都用表示） (1)A金属的逸出功； (2)从A金属表面逸出的光电子的最大初动能。 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 《第四章 原子结构和波粒二象性 章末练习-2025-2026学年高中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 B C C B D C C C BD ABD 1．B 【详解】A．甲图台阶的间隔可以比作乙图的能级差，A错误； B．乙图中的水平线呈现“上密下疏”的分布特点，当量子数很大时，水平线将很密集地“挤”在一起，B正确； C．当量子数很大时，氢原子接近电离状态，量子化能量也逐渐趋于连续且接近0，C错误； D．对乙图，能量最低的状态为基态，大于基态的状态为激发态，D错误。 故选B。 2．C 【详解】A．麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹证实了电磁波的存在，A错误； B．电磁波不仅能在真空中传播，且传播速度大小为，也能在介质中传播，B错误； C．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，C正确； D．根据能量子假说，自然界中最小的能量值 且能量只能是此值的整数倍，D错误。 故选C。 3．C 【详解】A．这群氢原子跃迁时，能辐射种频率的光子，选项A错误； B．这群氢原子跃迁时，能级差大于2eV的跃迁有4→1，3→1，2→1，4→2，则有4种频率的光子能使钾发生光电效应，从到跃迁时，辐射的光照射金属钾时，钾失去电子带正电，与钾相连的验电器带正电，选项B错误； C．用能量为10.2eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到n=2的激发态，选项C正确； D．当大量氢原子从低能级向高能级跃迁时，根据 可知，速度减小，电子的动能减小，电势能增大，氢原子系统的总能量增加，故D错误。 故选C。 4．B 【详解】设激光在真空中波长为，则有 该激光光子的能量为 故该激光器每秒钟能够发射的光子数为 联立解得 故选B。 5．D 【详解】大量处于n=4能级氢原子可辐射6种不同频率的光子，分别是从n=4跃迁到n=1，从n=4跃迁到n=3，从n=4跃迁n=2，从n=3跃迁到n=1，从n=3跃迁到n=2，从n=2跃迁n=1辐射出的光子，根据玻尔的跃迁方程 可知能量分别为12.75eV、0.66eV、2.55eV、12.09eV、1.89eV、10.2eV，而光子能量在1.63eV ~ 3.10eV的光为可见光，可知只有2种可见光光子。可知氢原子吸收光子能量后处于n=4能级，则吸收的光子能量为 故D正确；ABC错误。 故选D。 6．C 【详解】A．一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多产生的谱线为种，选项A错误； B．从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的能量为1.89eV，又可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV，则该光属于可见光，选项B错误； C．一群氢原子从n=5能级向n=1能级跃迁过程中，能使逸出功为2.85eV的金属发生光电效应的跃迁对应于五种跃迁：5→1，对应光子能量13.06eV；5→2，对应光子能量2.86eV；4→1，对应光子能量12.75eV；3→1，对应光子能量12.09eV；2→1，对应光子能量10.2eV；选项C正确； D．氢原子从n=5能级向n=1能级跃迁过程中能级差最大，发出光的频率最大，波长最短，选项D错误。 故选C。 7．C 【详解】A．根据光电效应方程和动能定理可知 可知入射光的频率越高，越容易发生光电效应，紫光频率大于绿光和红光，故会发生光电效应，故A错误； B．根据光电效应方程和动能定理可知 变形得 故截止电压与光的频率不成正比，故B错误； C．因为红光频率低于绿光，所以红光的遏止电压小于绿光，故红光照射阴极K得到图线为曲线a，故C正确； D．向右移动滑线变阻器的滑片，电压增大，电流表的示数先增大后不变，故D错误； 故选C。 8．C 【详解】A．根据图像可知，遏止电压关系有 根据 可知 故A错误； B．截止频率由金属材料自身决定，由于用同一光电管，可知甲光对应的截止频率等于乙光对应的截止频率，故B错误； C．根据 可知甲、丙两种光所产生的光电子的最大初动能相同，故C正确； D．光电子的动能在之间变化，可知甲、丙两种光所产生的光电子的动能不一定相同，故D错误。 故选C。 9．BD 【详解】A．从高能级向低能级跃迁时，释放能量，故A错误； B．根据行星模型，当原子跃迁到低能级后电子的轨迹半径减小，电场力做正功，故电势能减小，动能增大，故B正确； C．一群氢原子处于的激发态上，向低能级跃迁可以发出种不同频率的光子，故C错误； D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为，故要使其电离至少需要吸收的能量，故D正确。 故选BD。 10．ABD 【详解】A．由题意，可知扫描笔在条形码上移动的速度越快，相邻脉冲电信号的时间间隔就越短，所以扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔，故A正确； B．只要入射光的频率大于光电管的金属的极限频率，入射光照射该金属时，金属表面瞬间就会有光电子产生，故B正确； C．若频率为的光子能量为8eV，则一群氢原子从n=4能级跃迁到n=1能级过程中发出的光，可以识别条形码的光子的能量至少要大于6.4eV。根据氢原子从高能级向低能级跃迁时释放光子的能量 结合能级图，可知满足该条件的光子为4→1，3→1，2→1共3种光可以识别该条形码，故C错误； D．根据光电效应规律可知，若部分光线被遮挡，入射光的频率不变，光强度减弱，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减弱，故D正确。 故选ABD 。 11．(1)阳极 (2)左负右正 (3) 0.6 1.9 小于 【详解】（1）[1]由光电管的结构知，打出的电子向A极运动，A为阳极。 （2）[1]要观察遏止电压，应该使电子向阳极运动过程中减速，故电源正、负极的接线为左负右正。 （3）①[1]用光子能量为2.5 eV的一束光照射光电管阴极K，遏止电压为 Uc=0.60 V 光电子的最大初动能 Ek=eUc=0.6eV ②[2]根据爱因斯坦光电效应方程有 Ek=ε-W0 ε=2.5eV 解得 W0=1.9eV ③[3]根据爱因斯坦光电效应方程有 eUc=Ek=h-W0 照射同一阴极材料则W0相同，由图可知 Uca<Ucb 可得 12．（1）；（2）；（3）[0，] 【详解】（1）根据光电效应方程可知 变形得 结合图像信息可知，当时，金属的逸出功为 （2）由图可得图像的斜率 代入得 （3）根据光电效应方程可知 当时，光电子的最大初动能 因此初动能范围为[0，]。 13．1.12×1015 Hz，2.68×10－7 m 【详解】根据公式，能量和频率得，频率 波长 14．(1) (2) 【详解】（1）氢原子由能级跃迁到能级所发出的光的能量恰能使阴极K发生光电效应，则有 解得A金属的逸出功 （2）氢原子由能级跃迁到能级时发出光子的能量 解得 从A金属表面逸出的光电子的最大初动能 解得 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 $