第四章 原子结构和波粒二象性 章末练习卷三 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

原子结构和波粒二象性章末练习卷 本试卷满分100分，考试时间75分钟。 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名，准考证号填写在答题卡上。 2.答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1-7题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，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．金属材料钾、镁的逸出功分别为2.25eV和3.20eV，使用某频率的光分别照射这两种金属材料，只有金属材料钾能发射光电子，下列说法正确的是（　　） A．频率减小，光强增大，一定能使金属材料钾发射光电子 B．频率不变，光强减小，不可能使金属材料钾发射光电子 C．频率不变，光强增大，可能使金属材料镁发射光电子 D．频率增大，光强减小，可能使金属材料镁发射光电子 2．某同学利用如图甲装置来研究光电效应现象。实验中保持入射光频率不变，改变A极和K极间的电压U，测量光电子到达A极时的最大动能随U的变化关系如图乙所示，下列关于该实验的认识，正确的是（    ） A．光电子的产生与入射光频率无关 B．该材料的遏止电压为 C．光电子离开K极时的最大动能随U的增大而增大 D．图中倾斜直线的斜率为普朗克常量 3．在某光学实验室中，研究小组正在进行一项关于“金属光电效应”的实验，旨在探索不同频率光对金属表面逸出光电子的影响。实验装置如图甲所示，他们使用频率不同的单色激光照射同一块金属阴极K，测得相应的遏止电压U0，并绘制了如图乙所示的图像。已知电子电荷量为e，、U0均为已知量，则下列说法正确的是（　　） A．电源左侧应为负极 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为eU0 C．普朗克常量 D．增大入射光的强度，金属的逸出功会减小 4．氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子形成的光谱线，称为巴尔末系谱线。图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图，是巴尔末系中波长最长的谱线。下列说法正确的是（　　） A．是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 B．巴尔末系中光子能量最大的是 C．巴尔末系中光子动量最大的是 D．氢原子外层电子在不同能级上绕核运动时，不辐射电磁波 5．分别用波长为2和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为，h为普朗克常量，c为真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　） A． B． C． D． 6．我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳波段光谱扫描成像。和为氢原子由或能级向能级跃迁产生的谱线（如图），则（　　） A．是氢原子由能级向能级跃迁产生的 B．用同一双缝干涉装置研究和的干涉现象，的相邻干涉条纹间距大 C．的光子动量大于的光子动量 D．对应的光子能使氢原子从基态跃迁到激发态 7．日光灯管的发光原理与汞原子的能级跃迁有关，如图所示为汞原子的能级结构示意图，已知可见光光子能量范围为1.62eV~3.11eV，下列说法正确的是（　　） A．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 B．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 C．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 D．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 8．氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射光子，图中a、b、c为氢原子辐射的三种光子，关于光子能量E、动量p、频率、波长λ，下列关系正确的是（　　） A． B． C． D． 9．物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射后检测到的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有波长为的成分（）。这是因为入射的光子与晶体中的电子发生碰撞时，要把一部分动量转移给电子，如图所示。散射前电子处于静止状态，不考虑相对论效应，X射线散射后与散射前相比（　　） A．光子的动量不变 B．光子的动量变小 C．波速不变 D．波速变小 10．氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出多种频率的光，这些光照射到同种材料后发生光电效应，产生的光电流与电压关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．由于跃迁时辐射的光子能量不连续，因此氢原子光谱是线状谱 B．氢原子从能级跃迁到能级，核外电子动能增大 C．a、b、c三种光子的波长关系满足 D．图线的光对应从能级向能级的跃迁 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．（6分）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)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为____________；要观察饱和电流，电源正、负极的接线为____________。（均选填“左负右正”或“左正右负”） (2)用不同频率的光照射该光电管，测得铷的遏止电压与入射光频率v的关系图像如图乙所示，则该金属的逸出功____________J，截止频率____________Hz，已知普朗克常量。（结果均保留两位有效数字） 12．（8分）某同学要探究“光电效应的饱和光电流”的实验规律，根据实验需要设计了电路如图甲所示。图甲中直流电源的正负极可以调节，、是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为，元电荷为，普朗克常量为。 (1)为了达到实验目的，直流电源的正极应该接在_____（选涂“A．1”、“B．2”）进行实验。 (2)实验时，将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为（大于）的光照射在阴极上，此时会看到电压表的示数_____（选涂“A．为零”、“B．不为零”），电流表的示数_____（选涂“A．为零”、“B．不为零”），将滑动变阻器的滑片逐渐向右移，会看到电流表的示数变化情况是逐渐变大后不变。 (3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，理论上电压表的示数应为_____（用、、、表示）。 (4)换用频率为的单色光进行第二次实验，两次实验测得多组电压表示数和电流表示数，在同一坐标系中作图像如图乙所示，若，则第一次实验作出的图像应是_____（选涂“A．a”、“B．b”）图像。 13．（10分）我国某新型卫星采用钙钛矿太阳能电池板，其材料的光电效应极限波长为已知普朗克常量真空中光速元电荷用波长为λ=400nm的激光照射该材料。（结果均保留3位有效数字） (1)逸出光电子的最大初动能是多少电子伏？ (2)若卫星电池板面积为激光照射到卫星电池板每平方米上的功率为103W，假设每个光子能激发一个光电子，求t=1s时间内产生的光电子数。 14．（12分）在光电效应实验中，用波长为λ=400nm的光照射某种金属，测得光电子的最大初动能为=2eV，求： (1)该金属的逸出功； (2)该金属的极限频率。 15．（18分）我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换成电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)求光电子到达A时的最大动能Ekm； (2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 原子结构和波粒二象性章末练习卷 本试卷满分100分，考试时间75分钟。 注意事项： 1.答卷前，考生务必将自己的姓名，准考证号填写在答题卡上。 2.答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。 3.考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。 一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1-7题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，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．金属材料钾、镁的逸出功分别为2.25eV和3.20eV，使用某频率的光分别照射这两种金属材料，只有金属材料钾能发射光电子，下列说法正确的是（　　） A．频率减小，光强增大，一定能使金属材料钾发射光电子 B．频率不变，光强减小，不可能使金属材料钾发射光电子 C．频率不变，光强增大，可能使金属材料镁发射光电子 D．频率增大，光强减小，可能使金属材料镁发射光电子 【答案】D 【详解】A．光电效应的产生条件为：入射光的光子能量hν大于金属的逸出功W0，即入射光频率大于金属的极限频率，与光强无关，由题可知，现有入射光的光子能量满足 频率减小会导致单个光子能量降低，若光子能量小于2.25eV，无论光强多大，都无法使钾发生光电效应，故A错误； B．频率不变，则单个光子能量不变，仍满足钾的光电效应条件，光强减小只会减少单位时间发射的光电子数，依然可以发射光电子，故B错误； C．频率不变，则单个光子能量仍小于镁的逸出功，光强增大，仅增加单位时间入射的光子数，不改变单个光子能量，无法使镁发射光电子，故C错误； D．频率增大，可提高单个光子能量，当光子能量大于3.20eV时，即使光强减小，也满足镁的光电效应条件，可能使镁发射光电子，故D正确。 故选D。 2．某同学利用如图甲装置来研究光电效应现象。实验中保持入射光频率不变，改变A极和K极间的电压U，测量光电子到达A极时的最大动能随U的变化关系如图乙所示，下列关于该实验的认识，正确的是（    ） A．光电子的产生与入射光频率无关 B．该材料的遏止电压为 C．光电子离开K极时的最大动能随U的增大而增大 D．图中倾斜直线的斜率为普朗克常量 【答案】B 【详解】A．根据光电效应的发生条件可知，光电子是否产生与入射光频率大小有关，故A错误； B．遏止电压的定义是：使光电子到达A极的最大动能减为0（光电流降为0）时的反向电压。由图乙可知，当到达A极的最大动能时，对应电压为，因此该材料的遏止电压为，故B正确； C．光电子离开K极的最大动能由入射光频率决定，题干明确说明入射光频率不变，因此离开K极的最大动能不变；外加电压U只改变光电子到达A极时的动能，不改变光电子离开K极时的动能，故C错误； D．根据动能定理可知，图中倾斜直线的斜率为e，不是普朗克常量，故D错误； 故选B。 3．在某光学实验室中，研究小组正在进行一项关于“金属光电效应”的实验，旨在探索不同频率光对金属表面逸出光电子的影响。实验装置如图甲所示，他们使用频率不同的单色激光照射同一块金属阴极K，测得相应的遏止电压U0，并绘制了如图乙所示的图像。已知电子电荷量为e，、U0均为已知量，则下列说法正确的是（　　） A．电源左侧应为负极 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为eU0 C．普朗克常量 D．增大入射光的强度，金属的逸出功会减小 【答案】B 【详解】光电效应方程： 遏止电压与最大初动能的关系： 联立得：，这是图像的函数式，斜率为，截距为。 A．要测量遏止电压，需要给光电管加反向电压（即阴极K接高电势，阳极A接低电势），使光电子减速。因此电源右侧应为负极，左侧为正极，A错误。 B．当入射光的频率时，逸出光电子的最大初动能为 由图像可知，截止频率为，因此逸出功 当时，；当时，，代入得： ，因此 当时，最大初动能，B正确。 C．由，可得，C错误。 D．金属的逸出功由金属本身的性质决定，与入射光的频率、强度均无关，D错误。 故选B。 4．氢原子从高能级向能级跃迁时释放的光子形成的光谱线，称为巴尔末系谱线。图甲为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱图，是巴尔末系中波长最长的谱线。下列说法正确的是（　　） A．是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 B．巴尔末系中光子能量最大的是 C．巴尔末系中光子动量最大的是 D．氢原子外层电子在不同能级上绕核运动时，不辐射电磁波 【答案】D 【详解】AB．从图乙可知，四条谱线的波长关系为，根据光子能量公式得 可知 因此四条谱线中光子能量最大的是，根据氢原子能级跃迁规律，当氢原子从高能级n=m向n=2跃迁时，光子能量为 从四条谱线中光子能量排序得，可能为n=6向n=2跃迁时的谱线，故AB错误； C．根据光子动量公式有 因为，可知四条谱线中光子动量最大的是，故C错误； D．根据玻尔原子理论的定态假设，氢原子外层电子在特定的轨道（能级）上绕核运动时，处于定态，不辐射电磁波，只有发生跃迁时才辐射或吸收光子，故D正确。 故选D。 5．分别用波长为2和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为，h为普朗克常量，c为真空中的光速，则此金属板的逸出功为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据光电效应方程，其中光子频率，用波长为的入射光照射时，光电子最大初动能为 波长为的入射光照射时，光电子最大初动能为 由题意可知 代入两式整理可得 解得逸出功，故选A。 6．我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳波段光谱扫描成像。和为氢原子由或能级向能级跃迁产生的谱线（如图），则（　　） A．是氢原子由能级向能级跃迁产生的 B．用同一双缝干涉装置研究和的干涉现象，的相邻干涉条纹间距大 C．的光子动量大于的光子动量 D．对应的光子能使氢原子从基态跃迁到激发态 【答案】A 【详解】A．由图可知，的频率小，是由能级向能级跃迁产生的，A正确； B．的频率小，波长长，根据相邻干涉条纹间距为，则用同一双缝干涉装置研究和的干涉现象，的相邻干涉条纹间距大，B错误； C．光子动量为，则的光子动量小于的光子动量，C错误； D．根据频率条件可知对应的光子只能使氢原子从能级跃迁至能级，不能使氢原子从基态跃迁到激发态，D错误。 故选A。 7．日光灯管的发光原理与汞原子的能级跃迁有关，如图所示为汞原子的能级结构示意图，已知可见光光子能量范围为1.62eV~3.11eV，下列说法正确的是（　　） A．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 B．汞原子从向能级跃迁时，释放的光子属于可见光光子 C．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 D．汞原子吸收8.0eV的能量后可以实现从基态到能级的跃迁 【答案】B 【详解】A․ 从向能级跃迁时，不在可见光能量范围1.62eV~3.11eV内，A错误； B․ 从向能级跃迁时，，在可见光能量范围1.62eV~3.11eV内，故B正确； C․ 汞原子从基态到、所需能量分别为4.9eV和7.7eV，均不等于，无法跃迁，C、D错误。 故选B。 8．氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射光子，图中a、b、c为氢原子辐射的三种光子，关于光子能量E、动量p、频率、波长λ，下列关系正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】AC 【详解】A．辐射光子能量等于两能级差，由能级图可知，选项A正确； C．由 可知 ，选项C正确； BD．由 得 因，根据可知，选项BD错误。 故选AC。 9．物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现在散射后检测到的X射线中，除了有与入射波长相同的成分外，还有波长为的成分（）。这是因为入射的光子与晶体中的电子发生碰撞时，要把一部分动量转移给电子，如图所示。散射前电子处于静止状态，不考虑相对论效应，X射线散射后与散射前相比（　　） A．光子的动量不变 B．光子的动量变小 C．波速不变 D．波速变小 【答案】BC 【详解】AB．光子的动量满足关系 由题意可知散射后X射线波长 ，代入公式可得散射后光子动量 因此光子动量变小，故A错误，B正确。 CD．X射线属于电磁波，散射后X射线仍在同一介质中传播，电磁波的传播速度不变，因此散射前后波速不变，故C正确，D错误。 故选BC。 10．氢原子的部分能级图如图甲所示，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出多种频率的光，这些光照射到同种材料后发生光电效应，产生的光电流与电压关系如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．由于跃迁时辐射的光子能量不连续，因此氢原子光谱是线状谱 B．氢原子从能级跃迁到能级，核外电子动能增大 C．a、b、c三种光子的波长关系满足 D．图线的光对应从能级向能级的跃迁 【答案】AB 【详解】A．跃迁时有 可知，跃迁时辐射的光子能量不连续，因此氢原子光谱是线状谱，故A正确； B．氢原子的核外电子可以近似看作绕核做匀速圆周运动，则有 电子的动能 解得 氢原子从能级跃迁到能级时，轨道半径减小，可知，核外电子动能增大，故B正确； D．根据图乙可知，遏止电压大小关系满足 根据 可知，三种光的频率关系满足 由于大量处于能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出的光的种类数目为 可知，图线a的光对应从能级向能级的跃迁，图线b的光对应从能级向能级的跃迁，图线的光对应从能级向能级的跃迁，故D错误； C．结合上述有，， 根据频率与波长的关系有，， 解得，故C错误。 故选AB。 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．（6分）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)要观察遏止电压，电源正、负极的接线为____________；要观察饱和电流，电源正、负极的接线为____________。（均选填“左负右正”或“左正右负”） (2)用不同频率的光照射该光电管，测得铷的遏止电压与入射光频率v的关系图像如图乙所示，则该金属的逸出功____________J，截止频率____________Hz，已知普朗克常量。（结果均保留两位有效数字） 【答案】(1) 左负右正 左正右负 (2) 【详解】（1）[1][2]要观察遏止电压，则加反向电压，电源正、负极的接线为左负右正；要观察饱和电流，加正向电压，则电源正、负极的接线为左正右负。 （2）[1][2]根据爱因斯坦光电方程 和 得 因此当遏止电压为零时 由图像可知，铷的截止频率为 根据 可求得该金属的逸出功大小为 12．（8分）某同学要探究“光电效应的饱和光电流”的实验规律，根据实验需要设计了电路如图甲所示。图甲中直流电源的正负极可以调节，、是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为，元电荷为，普朗克常量为。 (1)为了达到实验目的，直流电源的正极应该接在_____（选涂“A．1”、“B．2”）进行实验。 (2)实验时，将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为（大于）的光照射在阴极上，此时会看到电压表的示数_____（选涂“A．为零”、“B．不为零”），电流表的示数_____（选涂“A．为零”、“B．不为零”），将滑动变阻器的滑片逐渐向右移，会看到电流表的示数变化情况是逐渐变大后不变。 (3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，理论上电压表的示数应为_____（用、、、表示）。 (4)换用频率为的单色光进行第二次实验，两次实验测得多组电压表示数和电流表示数，在同一坐标系中作图像如图乙所示，若，则第一次实验作出的图像应是_____（选涂“A．a”、“B．b”）图像。 【答案】(1)B (2) A B (3) (4)B 【详解】（1）为了达到实验目的，光电管两端应接正向电压，也就是直流电源的正极应接在“2”上。 故选B。 （2）[1] 将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为（大于）的光照射在阴极上，光电管被短接，光电管的正向电压为零，即此时会看到电压表的示数为零。 [2]因为，会发生光电效应，则电流表的示数不为零。 （3）将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，则 由光电效应方程得， 由以上三式联立得 所以 （4）由 可知越大，U越大，所以第一次实验作出的图像应是b。 故选B。 13．（10分）我国某新型卫星采用钙钛矿太阳能电池板，其材料的光电效应极限波长为已知普朗克常量真空中光速元电荷用波长为λ=400nm的激光照射该材料。（结果均保留3位有效数字） (1)逸出光电子的最大初动能是多少电子伏？ (2)若卫星电池板面积为激光照射到卫星电池板每平方米上的功率为103W，假设每个光子能激发一个光电子，求t=1s时间内产生的光电子数。 【答案】(1)1.10eV (2)个 【详解】（1）由极限波长得逸出功为 入射光子能量为 根据爱因斯坦光电效应方程，得最大初动能为     转换为以电子伏为单位，有 （2）激光照射总功率为 t=1s时间内产生的光电子数为（个） 14．（12分）在光电效应实验中，用波长为λ=400nm的光照射某种金属，测得光电子的最大初动能为=2eV，求： (1)该金属的逸出功； (2)该金属的极限频率。 【答案】(1)1.1eV (2)2.66×Hz 【详解】（1）根据光电效应方程可知， 可得该金属的逸出功 （2）该金属的极限频率 15．（18分）我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换成电信号。如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，加在A、K之间的电压为U。现用发光功率为P的激光器发出频率为ν的光全部照射在K上，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 (1)求光电子到达A时的最大动能Ekm； (2)若每入射N个光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，求回路的电流强度I。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据光电效应方程，光电子离开K极的最大动能 光电子从K极到A极，由动能定理得 联立得 （2）时间内，激光器发光的总功 到达K极的光子总数 逸出的电子总数 回路的电流强度 联立解得 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $