第四章 原子结构和波粒二象性 培优章末练习-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》培优章末练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（25 -26高三上·河北邯郸·阶段练习）物理学中物理定律最终都能用数学公式表示，物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量间的单位关系。等式两端单位必定一致。而量纲分析就是在保证量纲一致的原则下，分析和探求物理量之间的关系，第26届国际计量大会决定，千克由普朗克常量h及米（m）和秒（s）定义， 即。则普朗克常量h的单位可表示为（    ） A． B． C． D． 2．（2025·上海静安·二模）下列实验中，能证实光具有粒子性的是（　　） A．α粒子散射实验 B．光电效应实验 C．光的单缝衍射实验 D．光的双缝干涉实验 3．（25-26高二上·湖北黄冈·期中）随着科技的发展，我国移动通信全面进入5G时代，5G信号比4G信号带宽更大，上传和下载数据更快速高效，3G信号使用的电磁波频率是4G信号的几十倍，下列说法正确的是（　　） A．电磁波需要在介质中才能传播 B．5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量大 C．5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长大 D．在相同介质中5G信号比4G信号的传播速度大 4．（24-25高二下·陕西渭南·期末）氢原子能级图如图所示，大量处于激发态的氢原子向低能级跃迁时可产生不同频率的光。已知可见光光子的能量范围约为1.62eV~3.11eV。则根据波尔理论可知这些原子（　　）    A．最多可产生2种不同频率的光 B．从的激发态跃迁到基态发出的光是可见光 C．从跃迁到的激发态，需吸收能量为0.66eV的光子 D．从的激发态电离，所需照射光的光子能量至少为13.60eV 5．（24-25高二下·宁夏石嘴山·期末）如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从到能级辐射的电磁波的波长为，从到能级辐射的电磁波的波长为，从到能级辐射的电磁波的波长为，则下列关系式中正确的是（　　） A． B． C． D． 6．（24-25高二下·辽宁抚顺·期中）德布罗意认为实物粒子也具有波动性，他给出了德布罗意波长的表达式。现用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子和二价钙离子，已知氢离子与钙离子的质量比为1:40，加速后的氢离子和钙离子的德布罗意波的波长之比为（　　） A． B． C． D． 7．（24-25高二下·河北沧州·期末）如图所示为氦原子的能级图，一群处于激发态的氨原子向低能级跃迁时可以辐射出多种不同频率的光子，其中两次跃迁分别辐射出a、b两种光子，若用a光子照射某金属刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是（　　）    A．氦原子辐射出光子后，氦原子的能量减小了 B．光子与光子的波长比为 C．该金属的逸出功为 D．用光子照射该金属，逸出的光电子的最大初动能为 8．（2025·浙江·一模）如图甲所示是弗兰克―赫兹实验，该实验为能量量子化假设提供了直接证据。实验前，装置内仅充满汞原子，实验中，灯丝发射出初速度可忽略的电子，先经过阴极K与栅极G之间的电场加速，再经过栅极G与集电极A之间的反向电场减速。电子在整个运动过程中会和汞原子碰撞，实验中记录了栅极G到阴极K的电压大小，以及通过集电极A的电流I，电流越大说明单位时间到达集电极A的电子越多。实验结果如图乙所示，电流I的极大值呈周期性出现，峰值的水平间距为4.9V从中得出汞原子能量具有量子化的结论。由于电子质量远远小于汞原子质量，通过弹性碰撞转移给汞原子的动能可以忽略不计。结合以上内容判断下列说法错误的是（    ） A．时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发 B．峰值的水平间距为4.9V，说明汞原子第一激发态与基态的能量差为4.9 C．只有当电子的动能等于4.9或其整数倍才能使汞原子从基态跃迁到第一激发态 D．时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态 二、多选题 9．（24-25高二下·浙江·期末）2025年，量子力学迎来了诞生100周年的里程碑。关于量子理论，以下说法正确的是（　　） A．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的 B．光的干涉现象说明光是概率波，而德布罗意波不是概率波 C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后部分射线的波长变短 D．一个氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光子 10．（24-25高二下·河南商丘·期末）如图所示为氢原子的能级图，先用能量为12.75eV的光子照射大量处于基态的氢原子，已知某光电金属材料的逸出功为5.5eV，下列说法正确的是（　　） A．照射后氢原子向低能级跃迁时最多产生6种频率的光子 B．用能量为12.8eV的电子轰击处于基态的氢原子，不能使氢原子发生能级跃迁 C．照射后氢原子向低能级跃迁时有3种光子可以使该金属产生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为7.25eV D．逸出光电子的初动能越大，其德布罗意波长越长 三、实验题 11．（24-25高二下·河北石家庄·期末）某实验小组的同学为了探究光电效应现象，设计了如图所示的电路图。已知普朗克常量为h，电子的电量为e。 (1)阴极为________； (2)若a为电源的正极、b为电源的负极，用频率为ν的光照射阴极，同时滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，则阴极材料的逸出功为________； (3)仅将电源的正负极对调，重复第（2）问中的操作，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数________，当电压表示数为时，光电子到阳极的最大动能为________； (4)在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，换用频率更大的光照射阴极，电流表的示数________（选填“增大”“不变”或“减小”）。 四、解答题 12．（25-26高二下·全国·单元测试）德布罗意提出的物质波的含义是什么？有哪些实验证实了微观粒子具有波动性？ 13．（25-26高二下·全国·课前预习）发生光电效应时，电路中饱和电流的大小取决于入射光的强度，这种说法对吗？ 14．（25-26高三上·宁夏石嘴山·阶段练习）一群氢原子处于能级状态，氢原子的能级的示意图如图所示，求： （1）氢原子可能发射几种频率的光子？（） （2）氢原子由的能级跃迁到的能级时辐射光子能量？ （3）为使一个处于能级的氢原子电离，至少需要给它多少焦耳的能量？    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》培优章末练习-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 A B B C C D D C AD AC 1．A 【详解】根据题意可得普朗克常量h的单位为，同时可知 故选A。 2．B 【详解】A．α粒子散射实验说明原子具有核式结构，与光的性质没有关系，A错误； B．光电效应实验证实光具有粒子性，B正确； CD．光的单缝衍射实验和光的双缝干涉实验都说明光具有波动性，CD错误。 故选B。 3．B 【详解】A．电磁波的传播不需要介质，A错误； BC．5G信号比4G信号的频率大，根据 ， 可知，5G信号电磁波的光子能量比4G信号电磁波的光子能量大；5G信号电磁波的波长比4G信号电磁波的波长短，B正确，C错误； D．频率高则折射率大，根据 5G信号频率高、折射率大，则在同一介质中，5G信号比4G信号的传播速度小，D错误。 故选B。 4．C 【详解】A．大量处于能级的激发态的氢原子向低能级跃迁时，产生的光的种类有 故A错误； B．从的激发态跃迁到基态发出的光，光子能量为 此能量不在可见光光子能量范围。故B错误； C．从跃迁到的激发态，需吸收能量为 故C正确； D．从的激发态电离，所需照射光的光子能量至少为。故D错误。 故选C。 5．C 【详解】ABC．已知从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则λ1、λ2、λ3的关系为 可得 故AB错误，C正确； D．又 得 即 则 故D错误。 故选C。 6．D 【详解】离子加速后的动能：Ek=qU；离子的德布罗意波波长 所以 故选D。 7．D 【详解】A．氦原子辐射出光子后，氦原子的能量减小了 故A错误； B．a光子的能量为 b光子的能量为 由公式 解得 故B错误； C．由上可知，该金属逸出功 故C错误； D．用光子照射该金属，逸出的光电子的最大初动能为 故D正确； 故选D。 8．C 【详解】AB．由乙图可知，电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV。当时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发。故AB正确，与题意不符； C．根据玻尔的跃迁条件可知，当电子的动能等于或者大于4.9都可能使汞原子从基态跃迁到第一激发态。故C错误，与题意相符； D．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞，所以当时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态。故D正确，与题意不符。 本题选错误的，故选C。 9．AD 【详解】A．为了解释黑体辐射规律，普朗克首次提出电磁辐射的能量是量子化的，故A正确； B．光的干涉现象说明光是概率波，德布罗意波也是概率波，故B错误； C．康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后部分射线的波长变长，故C错误； D．一个氢原子从n=3的激发态向基态跃迁时，最多能放出不同频率的光子种类数为3-1=2，故D正确。 故选AD。 10．AC 【详解】A．用能量为12.75eV的光子照射大量处于基态的氢原子，氢原子会跃迁到能级，则，A正确； B．电子的能量12.8eV大于n=1和n=2之间的能级差10.2eV，故可使基态氢原子跃迁，B错误； C．因为，，产生光子的能量小于，故只有3种光子可以使该金属产生光电效应，且光电子最大初动能对应于4→1的跃迁，为，C正确； D．由 即 越大，越小，D错误。 故选AC。 11．(1)K (2) (3) 先变大后不变 (4)减小 【详解】（1）由电路图可知，K为阴极、为阳极。 （2）由爱因斯坦的光电效应方程得 当电压表的示数为时，电流表的示数刚好为零，遏止电压为，则有 解得逸出功为 （3）[1]仅将电源的正负极对调，滑动变阻器的滑动触头由左向右移动，电流表的示数先逐渐增大，当达到饱和电流后，电流表的示数再保持不变； [2]由（2）可知光电子的最大初动能为 当电压表示数为U0时，电场力做正功，则由动能定理得 解得 （4）在第（3）问的基础上，保持滑动变阻器的触头以及照射光的强度不变，照射光的频率增大，则单位时间到达阴极的光子数目减少，单位时间从阴极表面逸出的光电子数目减少，则光电流减小，电流表的示数减小。 12．见解析 【详解】德布罗意提出的物质波的含义是指运动的物体也具有波动性；电子的衍射以及电子的干涉现象可以证实微观粒子具有波动性。 13．对 【详解】这种说法对，发生光电效应时，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关。 14．（1）6种；（2）2.55eV；（3） 【详解】（1）可能发射频率的光子 （2）由玻尔的跃迁规律可得光子的能量为 （3）至少需要给它的能量 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 $