第四章 原子结构和波粒二象性 章末练习卷二-2025-2026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．如图所示为研究光电效应的电路图，分别用红、黄、蓝、紫四种颜色的光照射电极K，均会有光电子逸出，调节滑动变阻器滑片的位置，使电流表的示数刚好为0，并记录电压表的示数，则电压表示数最大对应的是（　　） A．紫光 B．蓝光 C．黄光 D．红光 【答案】A 【详解】根据爱因斯坦光电效应方程 和 可知，照射同一金属材料时，入射光的频率越高，遏止电压越大，故紫光对应的遏止电压最大。 故选A。 2．有关光的现象，下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应说明光具有波动性 B．干涉现象说明光是横波 C．偏振现象说明光具有粒子性 D．光电效应说明光子有能量 【答案】D 【详解】A．康普顿效应表明光子除具有能量外还具有动量，是光具有粒子性的证据，故A错误； B．干涉是所有波特有的共性，横波、纵波都能发生干涉，偏振现象才能说明光是横波，故B错误； C．偏振是横波特有的性质，偏振现象说明光是横波，证明光具有波动性，故C错误； D．光电效应中，光子的能量被金属表面电子吸收，使电子获得足够能量逸出金属，直接说明光子具有能量，故D正确。 故选D。 3．现代量子力学的理论体系主要是在1925年至1927年之间建立起来的。以下关于量子力学相关的物理学史和理论阐述正确的是（　　） A．玻尔的原子能级模型可以描述大多数原子的结构 B．黑体由于不发出辐射所以看起来是黑色的 C．德布罗意的“物质波”假设认为任何运动的粒子都具有波动性，它可以通过电子的衍射实验观察到 D．爱因斯坦的光电效应理论认为：光电流强度与入射光的频率成正比 【答案】C 【详解】A．玻尔的原子能级模型仅适用于氢原子等单电子系统，无法描述大多数多电子原子的结构，故A错误。 B．黑体的定义是可以完全吸收入射的各种波长电磁波而不发生反射的物体，黑体本身会向外发出热辐射，并非不发出辐射，故B错误。 C．德布罗意的“物质波”假设认为所有运动的粒子都具有波动性，电子的衍射实验验证了电子的波动性，故C正确。 D．爱因斯坦光电效应理论指出，光电流强度与入射光的强度成正比，入射光频率仅影响光电子的最大初动能，与光电流强度无关，故D错误。 故选C。 4．在光电效应实验中，小明分别用甲、乙、丙三束单色光照射同一光电管，得到了光电流随光电管两端的电压变化的曲线如图所示。下列说法正确的是（　　） A．乙光频率比甲光频率高 B．真空中，乙光波长大于丙光波长 C．甲光的光强等于丙光的光强 D．若用丙光照射某金属有光电子逸出，则改用乙光照射该金属不一定有光电子逸出 【答案】A 【详解】AB．根据光电效应方程和动能定理可得 可知入射光的频率越高，对应的遏止电压越大，由图可知：甲光、丙光的遏止电压相等且小于乙光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为 由，可知在真空中有，故A正确，B错误； C．甲光对应的饱和电流大于丙光对应的饱和电流，所以甲光的光强大于丙光的光强，故C错误； D．若用丙光照射某金属有光电子逸出，因为乙光的频率大于丙光的频率，所以改用乙光照射该金属一定有光电子逸出，故D错误。 故选A。 5．如图所示为氢原子的能级示意图，用某种色光X照射大量处在基态的氢原子时，氢原子跃迁到能级，最终向外辐射了6种不同频率的光子，已知钙的逸出功为3.20eV。下列说法正确的是（    ） A．色光X光子的能量为12.09eV B．辐射的光子中有4种不同频率的光能使钙发生光电效应现象 C．只要光子能量大于X的色光均能使基态的氢原子发生跃迁 D．从能级直接跃迁到基态向外辐射的光子的动量最大 【答案】D 【详解】A．由题意可知，氢原子跃迁后能向外辐射6种不同频率的光子，则有 解得，所以色光X的能量为，故A错误； B．由以上分析可知，从跃迁到能级、从跃迁到能级、从跃迁到能级向外辐射的光子的能量均大于钙的逸出功，所以有3种不同频率的光能使钙发生光电效应现象，故B错误； C．用光照射基态氢原子向高能级跃迁时，光子的能量一定等于两能级的能量差，因此不是所有光子能量大于X的光子都能使基态的氢原子发生跃迁，故C错误； D．从能级直接跃迁到基态向外辐射的光子的能量最大，由公式、以及 整理可得，所以从能级直接跃迁到基态向外辐射的光子的动量最大，故D正确。 故选D。 6．下表为部分金属的截止频率，现有一波长λ=500.7nm的单色光分别照射以下金属，其中可以发生光电效应的金属有多少种（光速c=3.0×108m/s）（　　） 金属 钙 钠 钾 铷 截止频率/1014 Hz 7.73 5.53 5.44 5.15 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 【答案】C 【详解】为波长λ=500.7nm的单色光，其频率为 光电效应的发生条件为：入射光的频率大于金属的截止频率，可知用该单色光照射钠、钾、铷可以发生光电效应，照射钙不可以发生光电效应。 故选C。 7．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（　　） A．4种 B．3种 C．2种 D．1种 【答案】C 【详解】大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子能量分别为，， 已知紫外光的光子能量大于3.11eV，可知辐射不同频率的紫外光有2种。 故选C。 8．下列说法中正确的是（   ） A．随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都会增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短 C．普朗克在研究黑体辐射问题时提出能量子假说 D．任何一个运动的物体都与一种波对应 【答案】ACD 【详解】A．根据黑体辐射规律可知，温度越高，辐射强度越强，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A正确； B．根据康普顿效应可知，入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小，根据德布罗意波的波长公式可知，光子散射后波长变长，故B错误； C．普朗克在研究黑体辐射时就假设组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，故C正确； D．任何一个运动物体，无论宏观物质还是微观物质均对应一种物质波，故D正确。 故选ACD。 9．玻尔的氢原子能级模型验证了玻尔理论的正确性，氢原子能级图如图所示。已知可见光的能量范围是，普朗克常量，则（　　） A．氢原子在基态的电势能为 B．用光子能量为的光照射基态氢原子，能跃迁到能级 C．用动能为的电子轰击一群基态氢原子，最多发出2种频率的可见光 D．要使基态氢原子电离，至少用波长约的光照射 【答案】CD 【详解】A．由图可知，氢原子在基态的能量为，该能量为电子的动能与电势能的总和，故A错误； B．氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须等于两个能级的能量差，从到的能量差为 而光子能量为，不等于该能量差，所以用光子能量为的光照射基态氢原子，基态氢原子不能跃迁到能级，故B错误； C．用动能为的电子轰击一群基态氢原子，电子的能量可部分被氢原子吸收，氢原子可能跃迁到，，等能级； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 从到，能量差为 可知该能量差不在可见光的能量范围内； 综上分析，可知最多发出2种频率的可见光，即从到和从到，故C正确； D．由题知，要使基态氢原子电离，至少需要吸收的能量，根据光子能量公式 其中光速为，代入数据解得，故D正确。 故选CD。 10．如图甲是氢原子的能级结构，图乙是研究光电效应的实验装置，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，照射K极，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光光子能量范围约为1.6eV到3.1eV之间。下列说法正确的是（　　） A．氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光 B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为负极 C．b光的光子能量小于a光的光子能量 D．氢原子从能级向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中相邻亮条纹间距最宽的是n=3向n=2跃迁时释放出的射线。 【答案】BD 【详解】A．由可得氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出的光子的能量分别为，，，，，，只有从能级跃迁到能级，和从能级跃迁到能级发出的光在可见光范围内，A错误； B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则光电管所加电压为反向电压，A端电势低，则可判断图乙中电源右侧为负极，B正确； C．从图丙可看出，b光的遏止电压大于a光，由知b光光子的能量大于a光光子的能量，C错误； D．由前面分析知从能级跃迁到能级发出的可见光的光子能量最小，由知其光子的波长最长，由知，其产生的干涉条纹的宽度最宽，D正确。 故选BD。 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．（6分）某学习小组为探究光电效应的规律，设计了如图甲所示的电路图，图乙是对应的装置实物图。 (1)电路连接。 图乙中已正确连接了部分电路，请完成图中滑动变阻器R、单刀双掷开关S、灵敏电流计（G）和电压表（V）间的实物图连线_________。 (2)实验探究。 ①为了探究入射光的频率、强度对光电流的影响，需要把单刀双掷开关S打向_________端（填“a”或“b”），在光电管上加正向电压（光电管阳极接电源正极）。 ②实验发现，在光照条件不变的情况下，灵敏电流计示数随着滑动变阻器滑片P向右滑动而增大，当滑片P移到某一位置后，灵敏电流计示数不再变化。此时灵敏电流计（G）的示数如图丙所示，读数为____μA。 由此可知，光电效应存在饱和光电流。 ③通过控制变量法，改变入射光的频率或强度，测量饱和光电流的变化情况。 ④把单刀双掷开关S打向另一侧，在光电管上加反向电压，可以探究入射光的频率、强度对__________的影响。（填下列选项前字母） A．遏止电压       B．饱和光电流      C．截止频率 (3)为了实现用滑动变阻器可以控制输出正向电压或反向电压，该学习小组对实验方案进行了改进，设计电路图如图丁所示。为给光电管提供反向电压应将滑片P往_____端移动。（填“c”或“d”） 【答案】(1) (2) b 70 A (3)d 【详解】（1）实物图连线如图所示 （2）[1]欲在光电管上加正向电压（光电管阳极接电源正极），需要将单刀双掷开关打向b端； [2]灵敏光电流计（G）的示数为； [3]在光电管上加反向电压，可以探究入射光的频率、强度对遏止电压的影响。 （3）由电路结构可知，光电管阳极电势始终不变，当滑片P位于滑动变阻器中央时，阴极和阳极电势相等，这时加在光电管上的电压为零，当滑片P向d端滑动时，阴极电势升高，阴极电势高于阳极，这时加在光电管上的电压为反向电压，故为给光电管提供反向电压应将滑片P往d端移动。 12．（8分）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”）。 【答案】(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。 13．（10分）如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h=6.63×10-34J·s。结合图像，求（以下所求结果均保留2位有效数字）： (1)每秒钟阴极发射的光电子数； (2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳； (3)该阴极材料的极限频率。 【答案】(1)4.0×1012个 (2)9.6×10-20J (3)4.6×1014Hz 【详解】（1）每秒发射的光电子个数 （2）光电子飞出阴极K时的最大动能 （3）由光电效应方程可得 代入数据可得该阴极材料的极限频率 14．（12分）氢原子基态能量，电子绕核做圆周运动的半径。求氢原子处于激发态时：（已知能量关系，半径关系，普朗克常量） (1)原子系统具有的能量； (2)电子在轨道上运动的动能； (3)若要使处于轨道上的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子？ 【答案】(1) (2) (3) 【解析】【小题1】根据有 【小题2】根据有 根据圆周运动规律有 电子在轨道上运动的动能 联立解得 单位换算 【小题3】根据有 若要使处于轨道上的氢原子电离，至少要用频率为的电磁波照射氢原子 联立解得 15．（18分）高速电子流射到固体上，可产生X射线。产生X射线的最大频率由公式确定，表示电子打到固体上时的动能。设电子经过高压加速，已知电子质量。电子所带电荷量。求：（结果保留2位有效数字） (1)加速后电子对应的德布罗意波长； (2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量。 【答案】(1) (2)， 【详解】（1）动量， 得，电子在电场中加速，根据动能定理得， 电子动能 对应的德布罗意波长。 （2）当电子与固体撞击后，其动能全部失去，其中光子能量 解得， 一个光子的最大动量。 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．如图所示为研究光电效应的电路图，分别用红、黄、蓝、紫四种颜色的光照射电极K，均会有光电子逸出，调节滑动变阻器滑片的位置，使电流表的示数刚好为0，并记录电压表的示数，则电压表示数最大对应的是（　　） A．紫光 B．蓝光 C．黄光 D．红光 2．有关光的现象，下列说法正确的是（　　） A．康普顿效应说明光具有波动性 B．干涉现象说明光是横波 C．偏振现象说明光具有粒子性 D．光电效应说明光子有能量 3．现代量子力学的理论体系主要是在1925年至1927年之间建立起来的。以下关于量子力学相关的物理学史和理论阐述正确的是（　　） A．玻尔的原子能级模型可以描述大多数原子的结构 B．黑体由于不发出辐射所以看起来是黑色的 C．德布罗意的“物质波”假设认为任何运动的粒子都具有波动性，它可以通过电子的衍射实验观察到 D．爱因斯坦的光电效应理论认为：光电流强度与入射光的频率成正比 4．在光电效应实验中，小明分别用甲、乙、丙三束单色光照射同一光电管，得到了光电流随光电管两端的电压变化的曲线如图所示。下列说法正确的是（　　） A．乙光频率比甲光频率高 B．真空中，乙光波长大于丙光波长 C．甲光的光强等于丙光的光强 D．若用丙光照射某金属有光电子逸出，则改用乙光照射该金属不一定有光电子逸出 5．如图所示为氢原子的能级示意图，用某种色光X照射大量处在基态的氢原子时，氢原子跃迁到能级，最终向外辐射了6种不同频率的光子，已知钙的逸出功为3.20eV。下列说法正确的是（    ） A．色光X光子的能量为12.09eV B．辐射的光子中有4种不同频率的光能使钙发生光电效应现象 C．只要光子能量大于X的色光均能使基态的氢原子发生跃迁 D．从能级直接跃迁到基态向外辐射的光子的动量最大 6．下表为部分金属的截止频率，现有一波长λ=500.7nm的单色光分别照射以下金属，其中可以发生光电效应的金属有多少种（光速c=3.0×108m/s）（　　） 金属 钙 钠 钾 铷 截止频率/1014 Hz 7.73 5.53 5.44 5.15 A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 7．图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（　　） A．4种 B．3种 C．2种 D．1种 8．下列说法中正确的是（   ） A．随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都会增加；另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波长变短 C．普朗克在研究黑体辐射问题时提出能量子假说 D．任何一个运动的物体都与一种波对应 9．玻尔的氢原子能级模型验证了玻尔理论的正确性，氢原子能级图如图所示。已知可见光的能量范围是，普朗克常量，则（　　） A．氢原子在基态的电势能为 B．用光子能量为的光照射基态氢原子，能跃迁到能级 C．用动能为的电子轰击一群基态氢原子，最多发出2种频率的可见光 D．要使基态氢原子电离，至少用波长约的光照射 10．如图甲是氢原子的能级结构，图乙是研究光电效应的实验装置，大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，照射K极，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光光子能量范围约为1.6eV到3.1eV之间。下列说法正确的是（　　） A．氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光 B．若调节滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可判断图乙中电源右侧为负极 C．b光的光子能量小于a光的光子能量 D．氢原子从能级向低能级跃迁时释放出落在可见光区域的射线，通过相同装置做双缝干涉实验，其中相邻亮条纹间距最宽的是n=3向n=2跃迁时释放出的射线。 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．（6分）某学习小组为探究光电效应的规律，设计了如图甲所示的电路图，图乙是对应的装置实物图。 (1)电路连接。 图乙中已正确连接了部分电路，请完成图中滑动变阻器R、单刀双掷开关S、灵敏电流计（G）和电压表（V）间的实物图连线_________。 (2)实验探究。 ①为了探究入射光的频率、强度对光电流的影响，需要把单刀双掷开关S打向_________端（填“a”或“b”），在光电管上加正向电压（光电管阳极接电源正极）。 ②实验发现，在光照条件不变的情况下，灵敏电流计示数随着滑动变阻器滑片P向右滑动而增大，当滑片P移到某一位置后，灵敏电流计示数不再变化。此时灵敏电流计（G）的示数如图丙所示，读数为____μA。 由此可知，光电效应存在饱和光电流。 ③通过控制变量法，改变入射光的频率或强度，测量饱和光电流的变化情况。 ④把单刀双掷开关S打向另一侧，在光电管上加反向电压，可以探究入射光的频率、强度对__________的影响。（填下列选项前字母） A．遏止电压       B．饱和光电流      C．截止频率 (3)为了实现用滑动变阻器可以控制输出正向电压或反向电压，该学习小组对实验方案进行了改进，设计电路图如图丁所示。为给光电管提供反向电压应将滑片P往_____端移动。（填“c”或“d”） 12．（8分）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”）。 13．（10分）如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ=0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与A、K之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h=6.63×10-34J·s。结合图像，求（以下所求结果均保留2位有效数字）： (1)每秒钟阴极发射的光电子数； (2)光电子飞出阴极K时的最大动能为多少焦耳； (3)该阴极材料的极限频率。 14．（12分）氢原子基态能量，电子绕核做圆周运动的半径。求氢原子处于激发态时：（已知能量关系，半径关系，普朗克常量） (1)原子系统具有的能量； (2)电子在轨道上运动的动能； (3)若要使处于轨道上的氢原子电离，至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子？ 15．（18分）高速电子流射到固体上，可产生X射线。产生X射线的最大频率由公式确定，表示电子打到固体上时的动能。设电子经过高压加速，已知电子质量。电子所带电荷量。求：（结果保留2位有效数字） (1)加速后电子对应的德布罗意波长； (2)产生的X射线的最短波长及一个光子的最大动量。 答案第10页，共12页 2 学科网（北京）股份有限公司 $