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

**基本信息** 本卷为高中物理第四章原子结构和波粒二象性单元检测，覆盖热辐射、α粒子散射、氢原子能级、波粒二象性、光电效应等核心知识点，通过选择、实验、解答题梯度设计，强化物理观念与科学思维，适配单元复习巩固。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择题|10题/46分|热辐射（1）、α粒子散射（2）、氢原子能级（3、6）、波粒二象性（4）、光电效应（5、9）|结合经典实验（α粒子散射）与理论应用（能级跃迁），区分单选多选，考查科学推理| |实验题|2题/约20分|光电效应规律（11：验电器偏转、逸出功计算；12：电路连接、饱和光电流测量）|注重探究过程，涉及电路设计与数据处理，培养科学探究能力| |解答题|3题/约34分|能量子计算（13）、汤姆孙实验比荷（14）、电磁场中粒子运动与X射线（15）|综合电磁场与近代物理，如汤姆孙实验应用，体现模型建构与创新应用|

第四章 原子结构和波粒二象性 单元检测 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．关于热辐射，下列说法正确的是（　　） A．只有高温物体才辐射电磁波 B．物体辐射电磁波的情况只与温度有关 C．黑体的温度越高，辐射出的电磁波总功率越大 D．黑体不能完全吸收入射的各种波长的电磁波 2．如图所示为α粒子散射实验的示意图：放射源发出α射线打到金箔上，带有荧光屏的放大镜转到不同位置进行观察，图中1、2、3为其中的三个位置，下列对实验结果的叙述或者依据实验结果做出的推理，正确的是（　　） A．在位置1接收到的α粒子最多 B．在位置3接收到α粒子，说明正电荷不可能均匀分布在原子内 C．若正电荷均匀分布在原子内，则三个位置接收到α粒子的比例应相差不多 D．在位置1接收到的α粒子一定比在位置2接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更大 3．大量氢原子处于能级上，其能级图如图所示。下列关于这些氢原子能级跃迁过程中所发出的a、b、c三种光的说法正确的是（　　） A．b光光子的动量最大 B．c光光子的频率最低 C．a光光子的波长最短 D．用b光照射处于能级的氢原子，氢原子不会发生电离 4．关于波粒二象性，下列说法正确的是（　　） A．光电效应现象说明光具有粒子性 B．康普顿效应说明光具有波动性 C．一个电子和一个质子具有相同的动能时，电子的德布罗意波长更小 D．在铁轨上运行的动车组、在跑道上跑步的运动员等宏观物体只具有粒子性，不具有波动性 5．某次光电效应实验中，得到某光电管的光电流与电压之间关系曲线如图。据曲线与横轴交点坐标与电子电量e，可计算（　　） A．单位时间内入射光子的数量B．入射光子的能量 C．出射光电子的最大初动能D．光电管内金属的逸出功 6．原子钟依赖于原子中电子的能级跃迁，通过特定频率的微波或激光使电子跃迁到更高的能级。氢原子的能级图如图所示，大量处于n=2能级的氢原子吸收了大量能量为2.55eV的光子，氢原子辐射出光的频率最多有（　　） A．3种 B．4种 C．5种 D．6种 7．如图所示，S是一功率为5W的点光源，向空间各个方向均匀发射波长约为600nm的光子，在距离光源处，与连线垂直的方向上，每平方厘米每秒通过的光子数约为（已知光在真空中的传播速度，普朗克常量，）（　　） A． B． C． D． 8．下列说法正确的是（　　） A．库仑发现了库仑定律，并测出了元电荷电量 B．牛顿提出了万有引力定律，并测得了引力常量的大小 C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 D．麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在 9．如图1所示，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，得到了三条光电流随电压变化关系的曲线如图2所示。下列说法正确的是（     ） A．甲光的光子能量大于丙光的光子能量 B．甲光照射时，阴极K单位时间逸出的光电子最多 C．乙光照射时，光电子的最大初动能最大 D．当光电流为零时，滑片P位于点右侧 10．有一半径为的玻璃半球体，其底面水平，球心为点，AO为与底面垂直的半径，在OB中点放置一点光源，可发出由M和N两种单色光组成的复色光。P为一贴近半球面放置的、与底面平行的光屏。已知该种玻璃对M光的折射率为，对N光的折射率为，从点出射的M光在玻璃中传播的时间与其从点到达光屏的时间相同，则（　　） A．点到光屏的垂直距离为 B．在半球面上存在部分区域仅有M光出射 C．用同一双缝干涉装置进行实验，M光条纹间距比N光宽 D．若使用N光照射锌板，可放出光电子，则使用M光照射相同锌板，也一定能放出光电子 第II卷（非选择题） 本题共5小题，共54分。 二、实验题 11．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．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”） 三、解答题 13．对应于7.4×10－19J的能量子，其电磁辐射的频率是多少？（计算结果保留三位有效数字） 14．在汤姆孙测量阴极射线比荷的实验中，采用了如图所示的阴极射线管，从K出来的阴极射线经过电场加速后，水平射入长度为L的D、G平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑，若在D、G间加上方向向下，电场强度为E的匀强电场，阴极射线将向上偏转；如果在D、G间的电场区再加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出），荧光斑恰好回到荧光屏中心，接着再去掉电场，阴极射线向下偏转，偏转角为，试解决下列问题： (1)说明阴极射线的电性； (2)说明图中磁场沿什么方向； (3)根据L、E、B和，求出阴极射线的比荷。 15．如图所示，粒子源能释放初速可视为0的带电粒子，并从进入加速区，沿连线加速后垂直进入偏转区（长×宽×高）底部中心，随后从狭缝进入接收区，最终被可水平移动的收集板接收。收集板与偏转区右侧面形状相同并对齐，狭缝上点与收集板上点等高；加速区竖直方向存在电压可调的匀强电场；偏转区存在匀强磁场Ⅰ，方向可调且垂直于、、、所构成的竖直平面。 (1)若粒子源产生比荷分别为25k和4k的正离子a和b，当加速电压为U时，正离子a恰能垂直击中。求 ①匀强磁场Ⅰ的磁感应强度B大小； ②收集板能收集到两种正离子时，离狭缝的最大水平距离x； ③若在接收区加上磁感应强度大小为磁场Ⅰ的3倍且水平向右的匀强磁场Ⅱ，则收集板向右移动时，a和b落点的连线在收集板上扫过的区域面积S。 (2)若粒子源产生大量电子且收集板用金属钨制成，当高速电子轰击钨核时，动能以一定的比例转化为辐射能并释放X射线。若动能转化比例为100%，就可辐射出能量最大的X射线，但此类X射线辐射强度几乎为0。X射线辐射强度随波长的具体分布如图乙所示（所有被加速的电子都能全部击中收集板），请利用图中数据计算普朗克常量h。 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 单元检测》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C D C A C D B CD BC AC 1．C 【详解】A．自然界所有物体无论温度高低都在向外辐射电磁波，温度越高辐射电磁波的本领越强，并非只有高温物体才辐射，故A错误； B．一般物体辐射电磁波的情况与温度、材料种类、表面状况均有关，仅黑体的辐射情况只由温度决定，故B错误； C．黑体辐射的总功率随温度升高而增加，温度越高，黑体辐射出的电磁波总功率越大，故C正确； D．黑体的定义是能够完全吸收入射的各种波长的电磁波、不发生反射的理想物体，故D错误。 故选C。 2．D 【详解】A．原子的内部是很空旷的，原子核非常小，所以绝大多数α粒子的运动轨迹没有发生偏转，则在位置3接收到的α粒子最多，故A错误； B．在位置3接收到α粒子，说明原子内部空旷，在位置1接收到α粒子才说明正电荷不可能均匀分布，故B错误； C．若正电荷均匀分布在原子内，则α粒子与原子正面撞击，粒子最后反弹，则三个位置接收到α粒子的比例应相差很多，故C错误； D．位置2接收到的α粒子一定比位置1接收到的α粒子所受金原子核斥力的冲量更小，因为在位置1，α粒子速度几乎反向，则动量的变化量更大，所以冲量更大，故D正确。 故选 D。 3．C 【详解】BC．由能级图可知，a光的频率最高，b光的频率最低，根据 可知a光波长最短，b光波长最长，故B错误，C正确； A．根据光子动量可知，b光光子的动量最小，故A错误； D．b光的光子能量为 故用b光照射处于能级的氢原子，氢原子会发生电离，故D错误。 故选C。 4．A 【详解】A．光电效应现象表明光的能量是一份一份的（以光子形式存在），光子和金属中电子的相互作用满足能量守恒，说明光具有粒子性，故A正确； B．康普顿效应中光子和电子碰撞满足动量守恒、能量守恒，表明光子具有动量，证明光具有粒子性，而非波动性，故B错误； C．德布罗意波长公式为 动能和动量的关系为 联立得 动能相同时，电子质量远小于质子，因此电子的德布罗意波长更大，故C错误； D．宏观物体也具有波粒二象性，只是其动量极大，德布罗意波长极短，波动性难以被观测，并非只具有粒子性，故D错误。 故选A。 5．C 【详解】A．单位时间入射光子的数量需要通过饱和光电流计算，仅靠遏止电压和电子电量无法得到，故A错误； BD．根据爱因斯坦光电效应方程 仅知道，缺少逸出功（或入射光子频率），无法计算入射光子能量和金属逸出功，故BD错误； C．图中是光电效应的遏止电压，根据动能定理，对达到阳极动能减为0的最大初动能光电子有 整理得 因此已知和可以直接计算出射光电子的最大初动能，故C正确； 故选C。 6．D 【详解】大量处于n=2能级的氢原子吸收了大量能量为2.55eV的光子后，电子的能量为 即电子跃迁到能级，辐射出光的频率最多有种。 故选D。 7．B 【详解】由可知发出光子的频率，每个光子的能量 则光源1s内释放的光子数 所以在距离光源处，与连线垂直的方向上单位面积（1平方米）上每秒通过的光子数 每平方厘米每秒通过的光子数约为 解得 故选B。 8．CD 【详解】A．库仑发现了库仑定律，但元电荷电量由密立根通过油滴实验测得，故A错误； B．牛顿提出了万有引力定律，但引力常量由卡文迪许测定，故B错误； C．卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,故C正确； D．麦克斯韦建立了电磁场理论，预言电磁波的存在，并由赫兹实验证实，故D正确。 故选CD。 9．BC 【详解】A．由图可知，甲和丙的遏止电压相同，根据可知，甲光的光子能量等于丙光的光子能量，A错误； B．甲的饱和光电流最大，则甲光照射时，阴极K单位时间逸出的光电子最多，B正确； C．乙的遏止电压最大，则根据可知，乙光照射时，光电子的最大初动能最大，C正确； D．当光电流为零时，光电管加反向电压，则滑片P位于点左侧，D错误。 故选BC。 10．AC 【详解】A．M光在玻璃中的传播速度为 D到A的距离为 M光在玻璃中传播的时间 设M光从A点射出时的入射角和折射角分别为和，则有， 解得 则 设A点到光屏的垂直距离为h，则M光从点到达光屏的时间为 由题意知 解得，故A正确； B．两种光从玻璃射向空气时恰好发生全反射的临界角满足， 则， 即 设半球面上一点E到点D的距离为x，入射到该点的光线入射角为，如图所示 根据余弦定理有 故 故 故在半球面上各处M光和N光均不发生全反射，均可射出，不存在部分区域仅有M光出射，故B错误； C．折射率越大，则频率越大，波长越短，因N光折射率较大，故N光波长较短，根据可知，用同一双缝干涉装置进行实验，M光条纹间距比N光宽，故C正确； D．N光折射率较大，频率较大，若使用N光照射锌板，可放出光电子，说明N光的频率大于锌板的极限频率，但M光频率比N光小，M光频率不一定大于锌板的极限频率，则使用M光照射相同锌板，不一定能放出光电子，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，锌板发生光电效应，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) 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。 13． 【详解】由可得， 14．(1)带负电 (2)垂直纸面向里 (3) 【详解】（1）由于阴极射线向上偏转，因此所受电场力方向向上，又由于匀强电场方向向下，电场力的方向与电场方向相反，所以阴极射线带负电。 （2）由于所加磁场使阴极射线受到向下的洛伦兹力，由左手定则得磁场的方向垂直纸面向里。 （3）设此射线中的粒子带电荷量为，质量为，当射线在间做匀速直线运动时，有 当射线在D、G间的磁场中偏转时，有 如图所示 几何关系可知 联立解得 15．(1)①；②；③ (2) 【详解】（1）①由题意可知， 根据洛伦兹力提供向心力 根据动能定理 可得 ②由题意可知 根据洛伦兹力提供向心力 根据动能定理 可得 根据图中几何关系可知，   可得 ③由题意可知粒子将做螺旋线运动，在与收集板平行的平面内做圆周运动。根据洛伦兹力提供向心力 可得 根据图中几何关系可知 即 故扫过面积总面积为2个直角三角形面积与1个扇形面积之和，即 （2）由题意可知， 利用能谱图可取加速电压30kV时或20kV时，代入数据可得 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 $