第四章 原子结构和波粒二象性 单元检测（四)-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 单元检测（四) 第I卷（选择题） 一、选择题（共46分，本题共10小题，1-7题每小题4分，在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的，8-10题每小题6分，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。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．我国物理学家曾谨言曾说：“20世纪量子物理学所碰到的问题是如此复杂和困难，以至没有可能期望一个物理学家能一手把它发展成一个完整的理论体系。”下列一系列理论都和量子力学的建立紧密相关，其内容正确的是（　　） A．普朗克黑体辐射理论认为：微观粒子的能量是分立的 B．玻尔的氢原子模型认为：电子绕核运动的轨道可以是任意半径 C．德布罗意的“物质波”假设认为：实物粒子也具有波动性，波长 D．爱因斯坦的光电效应理论认为：光电子的最大初动能与入射光的强弱有关 2．2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（　　） A．从跃迁到 B．从跃迁到 C．从跃迁到 D．从跃迁到 3．下列说法中，正确的是（　　） A．万有引力常量最早由牛顿测量得出 B．电子的电荷量最先是由密立根通过“油滴实验”精确测出 C．爱因斯坦最先发现了光电效应现象 D．J.J汤姆孙发现了电子，随后提出了经典的“核式结构” 4．关于对热辐射的认识，下列说法正确的是（　　） A．热的物体向外辐射电磁波，冷的物体只吸收电磁波 B．物体温度越高，辐射强度越大 C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料种类及表面状况无关 D．常温下我们看到的物体的颜色就是物体辐射电磁波的颜色 5．如图1所示，小明用甲、乙、丙三束单色光分别照射同一光电管的阴极K，调节滑动变阻器的滑片P，得到了三条光电流I随电压U变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．甲光的光子能量最大 B．用乙光照射时饱和光电流最大 C．用乙光照射时光电子的最大初动能最大 D．分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最宽 6．产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as = 1 × 10−18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c = 3.0 × 108m/s，普朗克常量h = 6.6 × 10−34J⋅s，下列说法正确的是（   ） A．对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显 B．此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多 C．此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离 D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期 7．在判断工件表面的几何形状与设计需求是否存有微小差异时，检测人员可用一个精度很高的平面玻璃板（样板），放在被检查工件上面，在样板的一端垫一个薄片，使样板的平面与工件平面之间形成一个楔形空气薄膜，如图甲所示。现用两种颜色不同的平行单色光a、b分别从上向下正面照射，结果看到如图乙所示的两种明、暗相间的条纹，下列说法正确的是（　　）    A．该测量原理是光的衍射现象，出现了等单色光间距且平行的明、暗相间的条纹，则证明工件的表面是平整的 B．通过对图乙条纹进行分析可知单色光a、b在空气薄膜中的波长之比约为3∶4 C．若用单色光a照射某金属不发生光电效应，换用单色光b照射该金属可能会发生光电效应 D．单色光a、b分别通过同一装置进行双缝干涉实验时，单色光a形成的相邻明条纹间距比单色光b小 8．一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（　　） A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．向跃迁发出的光子频率最大 D．向跃迁发出的光子频率最大 9．我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜，其科学目标之一是搜索地外文明。在宇宙中，波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射，一处是波长为的中性氢辐射，另一处是波长为的羟基辐射。在真空中，这两种波长的辐射相比，中性氢辐射的光子（　　） A．频率更大 B．能量更小 C．动量更小 D．传播速度更大 10．如图半球形均匀玻璃砖过球心O的截面为CPD，PO与底面垂直。由黄、紫两种单色光组成的一束细光束从P点以45°入射，折射光分为a、b两束光。下列说法正确的是（　　） A．a光光子动量小于b光光子动量 B．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压Ua>Ub C．a、b两束光从P点到底面所用的时间关系为ta<tb D．a、b两束光从P点射入玻璃砖经底面反射一次到圆弧CP上所用的时间关系为ta=tb 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．（10分）如图所示，一验电器与锌板相连，在处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。   （1）现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将______（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转。那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针______（选填“有”或“无”）偏转。 （3）为了进一步研究光电效应的规律，WZH小组设计了如图所示的电路，图中标有和的为光电管，其中为阴极，为阳极。现接通电源，用光子能量为的光照射阴极，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为，则光电管阴极材料的逸出功为______；现保持滑片位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数______（选填“为零”或“不为零”）。 （4）已知黄光的频率小于蓝光的频率，LW小组用强黄光、弱黄光、强蓝光、弱蓝光分别照射同一个光电管做光电效应实验，得到四条光电流I与电压U的关系曲线，如图所示（其中有一条曲线图中未画出），则曲线甲对应的入射光为___________（填“强黄光”、“弱黄光”、“强蓝光”或“弱蓝光”）。    12．（6分）物理学家密立根准确测出元电荷的数值后，从1907年起，他开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要物理量，他的目的是测量金属的遏止电压与入射光的频率，作出图像，由此算出普朗克常量。他在实验中得到的某金属遏止电压与入射光频率的关系图线如图所示。 (1)根据如图所示的数据和爱因斯坦光电效应方程，可以得到普朗克常量_____J・s。（结果保留三位有效数字） (2)普朗克根据黑体辐射的数据通过拟合得到，以此值为参考，普朗克常量测量值的相对误差（相对误差）为_____。（结果保留两位有效数字） (3)该实验结果证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性。若换用逸出功更大的金属重复上述实验，得到的图线斜率将_____（选填“变大”“变小”或“不变”）。 三、解答题 13．（10分）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率； (2)若频率为的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能。 14．（12分）如图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极K金属的逸出功为3.0eV。如图乙是氢原子的能级图。用大量处于能级的氢原子跃迁发出的光照射K极，求： （1）有几种光可以使该金属发生光电效应，其中频率最大的光子能量是多少eV； （2）从图示位置向左移动滑片P至某处，电压表示数为2.29V，光电子到达A极的最大动能为多少eV。 15．（16分）如图所示为研究光电效应的实验装置。闭合开关，某单色光源发出的光能全部照射在阴极上，回路中形成电流。移动滑动变阻器的滑片，分别测得遏止电压为、饱和电流为。已知阴极金属的逸出功为，电子的电荷量为，普朗克常量为，光源发光功率恒定。 (1)求从阴极逸出时光电子的最大动能； (2)求单位时间内到达阳极的光电子数的最大值； (3)若每入射一光子会产生一个光电子，所有的光电子都能到达阳极，求光源的发光功率P。 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 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A D B B C C C BD BC AC 1．A 【详解】A．普朗克黑体辐射理论提出微观粒子的能量是分立的，A正确； B．玻尔的氢原子模型认为电子绕核运动的轨道不是任意半径，B错误； C．德布罗意的“物质波”假设认为实物粒子也具有波动性，波长，C错误； D．爱因斯坦的光电效应理论认为光电子的最大初动能与入射光的频率有关，D错误。 故选A。 2．D 【详解】是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据 可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件 可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。 故选D。 3．B 【详解】A．万有引力常量最早由卡文迪许测量得出，故A错误； B．电子的电荷量最先是由密立根通过“油滴实验”精确测出，B正确； C．光电效应是由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年首次发现的，C错误； D．J.J汤姆孙发现了电子，并提出了“枣糕式原子模型”，卢瑟福提出了经典的“核式结构”，D错误。 故选B。 4．B 【详解】A．所有物体均向外辐射电磁波，故A错误； B．根据黑体辐射的实验规律可知温度越高，辐射强度越大，故B正确； C．热辐射强度与材料种类及表面状况也有关，故C错误； D．常温下我们看到的不透明物体的颜色是物体反射光的颜色，透明物体的颜色是物体透过的光的颜色，故D错误。 故选B。 5．C 【详解】A．根据光电效应方程 根据动能定理 解得， 乙光对应的遏止电压较大，对应的光子能量最大，A错误； B．用甲光照射时饱和光电流最大，B错误； C．根据动能定理 解得 用乙光照射时光电子的最大初动能最大，C正确； D．乙光的光子能量最大，频率最高，波长最短，分别射入同一单缝衍射装置时，乙光的中央亮条纹最窄，D错误。 故选C。 6．C 【详解】A．此阿秒光脉冲的波长为 λ = cT = 30nm < 550nm 由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时，衍射现象越明显知，波长为550nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，故A错误； B．由知，阿秒光脉冲的光子能量大，故总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少，故B错误； C．阿秒光脉冲的光子能量最小值 故此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离，故C正确； D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，故D错误。 故选C。 7．C 【详解】A．该测量原理是光的干涉现象，出现了等间距且平行的明、暗相间的条纹可以证明工件的表面平整，故A错误； BD．由图乙可知，在空气薄膜中相同的长度下，单色光a、b相邻明条纹的关系满足 解得 相邻明条纹之间空气薄膜的厚度差等于，由几何关系知 故单色光a、b的波长之比约为；单色光a、b分别通过同一装置进行双缝干涉实验时，由双缝干涉条纹间距公式 可知，单色光a形成的相邻明条纹间距比单色光b大一些，故B、D错误； C．根据单色光a、b的波长关系，由公式 可知，单色光a的频率小于单色光b的频率，根据光电效应方程可知，用单色光a、b照射同种金属时，用单色光a照射不发生光电效应，换用单色光b照射可能会发生光电效应，故C正确。 故选C。 8．BD 【详解】A．高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A错误； B．最多能放不同频率光子的种数为 故B正确； CD．从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最大，波长最小，则向跃迁发出的光子频率最大，故D正确，C错误。 故选BD。 9．BC 【详解】D．所有光波在真空中传播的速度相同，都是c，D错误； ABC．由光子频率与波长公式，能量公式，动量与波长公式可知，波长更长，频率更小，能量更小，动量更小，A错误，BC正确。 故选BC。 10．AC 【详解】A．根据折射定律可知，b光的折射率大于a光的折射率 又可知b光在玻璃中传播速度小于a光的速度 由于，可得，所以b光的波长小于a光的波长 代入光子动量，可知a光光子动量小于b光光子动量，故A正确； B．因为b光的波长小于a光的波长，所以b光的频率较大，根据爱因斯坦光电效应方程可知，b光的遏止电压大于a光的遏止电压，故B错误； C．由以上分析可得 又 联立可得 代入可得a、b两束光从P点到底面所用的时间关系为ta<tb，故C正确； D．如图所示可知 又 代入可知ta<tb，故D错误。 故选AC。 11． 减小 无 为零 强黄光 【详解】（1）[1]在处用一紫外线灯照射锌板，钾板发生光电效应，光电子射出后。锌板带正电，用一带少量负电的金属小球与锌板接触，会使锌板上带的正电减少，验电器指针偏角将减小。 （2）[2]用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明黄光不能使锌板产生光电效应；改用红外线灯照射锌板，红外线的频率小于黄光的频率，红外线也不能使锌板产生光电效应，验电器指针无偏转。 （3）[3][4]当滑片滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为，说明反向电压为，即最大初动能，根据 可知，光电管阴极材料的逸出功为。现保持滑片位置不变，增大入射光的强度，电流计的读数为零。 （4）[5]入射光频率越大，遏止电压越大，所以甲、乙为同一种光，且甲、乙的频率小于丙的频率，则甲、乙为黄光，丙为蓝光。而入射光越强，饱和光电流越大，所以甲为强黄光。 12．(1) (2)3.7% (3)不变 【详解】（1）利用光电子的最大初动能和爱因斯坦光电效应方程 可得，图线斜率为 由图像数据得 （2）相对误差 （3）斜率，故更换逸出功更大的金属，不影响图线的斜率。 13．(1) (2) 【详解】（1）根据题意，由光电效应方程有 当时，可得该金属的截止频率 （2）根据题意，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为 14．（1）2种，；（2） 【详解】（1）大量处于能级的氢原子跃迁发出的光子能量分别为 ，，的光子有2种，频率最大的光子能量是 （2）光电子最大初动能为 由图甲可知，向左移动滑片P时，K极电势高于A极，根据动能定理有 可得光电子到达A极的最大动能为 15．(1) (2) (3) 【详解】（1）根据动能定理有 解得 （2）由 可得 （3）光源发出的光的能量 根据光电效应方程有 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 $