专题08 原子结构和波粒二象性（期末真题汇编，河南专用）高二物理下学期

**基本信息** 高二下物理期末专题汇编，聚焦原子结构和波粒二象性，精选河南多地期末真题，融合科技情境与能力梯度设计。 **题型特征** |题型|题量|知识覆盖|命题特色| |----|----|----------|----------| |单选|15|能级跃迁、光电效应方程|结合“羲和号”Hα光谱考查能级跃迁| |多选|11|氢原子光谱、波粒二象性|通过北斗卫星氢原子钟情境分析跃迁光子| |填空|1|核反应方程、物质波波长|联系重离子加速器实验计算德布罗意波长| |解答|1|逸出功、光电子动能|光电效应I-U图像定量求解发光功率|

专题08　原子结构和波粒二象性 2大高频考点概览 考点01 原子结构氢原子光谱分析 考点02 光电效应和波粒二象性 地 城 考点01 原子结构氢原子光谱分析 一、单选题 1．（24-25高二下·河南焦作·期末）在物理学发展过程中，很多物理学家都作出了杰出贡献。下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦提出的光子说成功解释了光电效应现象 B．康普顿提出的物质波假说揭示了实物粒子也具有波动性 C．汤姆孙发现电子并测出电子的电荷量 D．牛顿发现万有引力定律并测出引力常量 2．（24-25高二下·河南南阳·期末）氢原子能级图如图所示，赖曼系是指大量氢原子从激发态向基态跃迁时所产生的相应光谱。现有大量处于n=6激发态的氢原子向低能级跃迁，若用跃迁时产生的赖曼系谱线去照射金属钨（逸出功为4.54eV），则从钨表面逸出的光电子的最大初动能为（　　） A．5.66eV B．8.21eV C．8.52eV D．8.68eV 3．（24-25高二下·河南南阳·期末）大量氢原子处于n=1、2、3、4的四个状态，处于这4个状态的氢原子个数相等，处于较高能级的原子可以向任意一个较低能级等概率跃迁。这时我们可以观测到6种波长的光（包括不可见光）。按照波长从短到长的顺序，这6种光子个数之比为（　　） A．1∶2∶6∶1∶2∶1 B．2∶3∶6∶2∶3∶2 C．1∶2∶1∶6∶2∶1 D．2∶3∶2∶6∶3∶2 4．（24-25高二下·河南焦作·期末）如图为原子的能级示意图，现有大量原子处于的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，光、光和光是其中的三种。若光恰好使某种金属A发生光电效应，下列说法正确的是（　　） A．金属A的逸出功为 B．光照射金属A时一定会发生光电效应 C．光照射金属A时，光电子的最大初动能为 D．分别用光和光照射同一双缝干涉实验装置，则光对应的相邻干涉条纹间距更大 5．（24-25高二下·河南周口·期末）如图所示为氢原子的能级示意图，其为玻尔氢原子理论的重要内容。下列有关玻尔氢原子理论的说法中正确的是（　　） A．用的光子照射能级的氢原子，可使氢原子电离 B．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生6种不同频率的光 C．一个氢原子吸收能量由低能级向高能级跃迁后，核外电子的动能减小 D．从氢原子的能级图可知，氢原子发射的光子的频率是连续的 6．（24-25高二下·河南信阳·期末）1906年，莱曼发现了氢原子的莱曼系谱线，其波长满足的公式为，，，，其中叫里德伯常量；氢原子的基态能量为，激发态的能量为，其中，，，已知普朗克常量为，光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．氢原子从向基态跃迁时放出的光子频率为 B．氢原子的基态能量可以表示为 C．氢原子处在时对应的能量为 D．若氢原子从跃迁到以及跃迁到基态，辐射光的波长分别为、，则从跃迁到基态，辐射光的波长为 7．（24-25高二下·河南南阳·期末）我国太阳探测科学试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ是氢原子分别由n=3、n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线（如图），则下列说法正确的是（　　） A．Hα的光子动量大于Hβ的光子动量 B．Hα是由n=3能级向n=2能级跃迁产生的 C．Hβ的光子能使氢原子从基态跃迁到激发态 D．用同一装置做双缝干涉实验，Hβ的条纹间距比Hα的大 8．（24-25高二下·河南郑州·期末）1885年，瑞士科学家巴耳末在可见光区的四条谱线分析中，找到这些谱线之间的关系，后来把这一组谱线叫巴耳末系。这四条谱线及相应的氢原子能级跃迁图分别如图1和图2所示。谱线、、和按波长从大到小依次排列，其中是红光谱线，则下列说法正确的是（　　） A．原子核外电子的跃迁是原子发光的原因 B．对应的光子能量比对应的光子能量大 C．可能是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 D．处于能级的氢原子能吸收2eV的光子，跃迁到能级 二、多选题 9．（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 10．（24-25高二下·河南驻马店·期末）北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主研发的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、高精度的定位、导航的国家重要基础设施。北斗导航卫星中的“北斗三号”搭载了氢原子钟，原子钟通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图，则（　　） A．用10.5eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态 B．用10.5eV的电子束撞击，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态 C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出6种不同频率的光子 D．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出3种不同频率的光子 11．（24-25高二下·河南新乡·期末）随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是（　　） A．卢瑟福的α粒子散射实验证实了中子的存在 B．天然放射现象表明原子核内部具有复杂的结构 C．在所有核反应中，原子核的质量数和电荷数均守恒 D．重核的裂变和轻核的聚变过程中原子核的质量都会增加 12．（24-25高二下·河南三门峡·期末）下列是教材中的四幅图片，对其相关知识的描述，正确的是（　　） A．图（a）是阳光下的肥皂膜呈彩色条纹，这是光的干涉现象 B．图（b）描述光的偏振现象，表明光是一种横波 C．图（c）是粒子散射实验示意图，卢瑟福通过分析实验结果发现了质子 D．图（d）是核聚变示意图，当前我国的核电站就是利用核聚变释放的核能来发电 地 城 考点02 光电效应和波粒二象性 一、单选题 1．（24-25高二下·河南南阳·期末）在核物理实验室中，科学家们使用电场加速氢的三种同位素氕、氘、氚。若氕、氘、氚从静止开始经相同的电压加速（不考虑相对论效应），则它们的德布罗意波长之比为（　　） A． B． C． D． 2．（24-25高二下·河南焦作·期末）在物理学发展过程中，很多物理学家都作出了杰出贡献。下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦提出的光子说成功解释了光电效应现象 B．康普顿提出的物质波假说揭示了实物粒子也具有波动性 C．汤姆孙发现电子并测出电子的电荷量 D．牛顿发现万有引力定律并测出引力常量 3．（24-25高二下·河南许昌·期末）2025年3月7日，华东理工大学的研究团队成功找到了延长钙钛矿太阳能电池寿命的方法，其特点是成本低、更环保。图甲是该团队研究光电效应的电路图，光电管阴极K为钙金属，逸出功为3.2eV，图乙是氢原子的能级图。下列说法正确的是（　　） A．若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极K，一定能发生光电效应现象 B．若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极K，所有光子均能使阴极K发生光电效应现象 C．在光照强度不变的条件下，滑片从左向右滑动过程中，电流表的示数一定一直增大 D．如果将甲图中的电源正负极交换接入电路，调节滑片，一定能使电流表示数为零 4．（24-25高二下·河南驻马店·期末）我国首台纳米角分辨光电子能谱装置研制成功，它可以利用光电效应研究固体的电子结构，成功地打破了国外技术垄断。在光电效应实验中，用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示，图中表示不同曲线的遏止电压。则（　　） A．乙光的强度等于丙光的强度 B．甲光的频率等于丙光的频率 C．乙光照射时该金属的截止频率大于丙光照射时该金属的截止频率 D．甲光照射时所产生的光电子的最大初动能大于乙光照射时所产生的光电子的最大初动能 5．（24-25高二下·河南南阳·期末）图甲是研究光电效应规律的电路图，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满足如图乙所示的规律，普朗克常量h=6.63×10−34J⋅s，元电荷e=1.6×10−19C，真空中的光速c=3.0×108m/s，下列说法正确的是（　　） A．当UAK足够大时，阴极每秒钟发射的光电子数为4.0×1011个 B．光电子飞出阴极K时的最大动能为9.6×10−19J C．该阴极材料的截止频率为4.6×1013Hz D．该阴极材料的极限波长为0.66μm 6．（24-25高二下·河南郑州·期末）利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，遏止电压与入射光频率的关系如图乙所示，图乙中、、均已知，电子电荷量用e表示。下列说法正确的是（　　） A．光电效应实验中产生的光电子从本质上来说就是光子 B．由图像可求得普朗克常量 C．入射光频率为时，光电子的最大初动能 D．滑动变阻器的滑片P向端移动过程中电流表示数一定一直增加 7．（24-25高二下·河南洛阳·期末）氢原子能级图如甲图所示，大量基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光，其中有两种能使乙图中逸出功为2.25eV的K极钾金属发生光电效应，通过乙图实验装置得到这两种光分别实验时的电流和电压值，绘出图丙①②两根曲线，则下列说法正确的是（　　） A．不能使K极金属产生光电效应的光是从n=2跃迁到n=1时产生的 B．乙图中滑动变阻器的滑片向右移动过程中，电流表示数一定是一直增大 C．丙图中②曲线对应的入射光光子能量为12.09eV D．丙图中①曲线对应的入射光光子能使钾金属产生最大初动能为10.20eV的光电子 二、多选题 8．（24-25高二下·河南郑州·期末）图甲为氢原子能级图，一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中只有、、三种光照射到图乙所示电路的阴极上，能发生光电效应，且光恰好发生光电效应。通过实验可测得、、三种光对应的遏止电压分别为、、。已知，则（　　） A．发出的光共5种 B．阴极K的逸出功为 C．光的光子能量为 D．光照射时光电子的最大初动能为 9．（24-25高二下·河南濮阳·期末）光电效应实验电路如图所示，电压表V的零刻度线在正中间，图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。用光子能量为3.1eV的单色光照射光电管的阴极K，闭合开关S，调节滑动变阻器滑片P向某个方向滑动，当电压表示数为1.3V时，微安表示数恰好为0，下列说法正确的是（　　） A．要使微安表的示数恰好为0，滑片P应由图示位置向a端移动 B．滑片P从图示位置向b端滑动时，光电流一定一直增大 C．增大入射光的强度，微安表的示数为0时的电压表示数增大 D．改用光子能量为2.4eV的单色光照射阴极K，调节滑片P，微安表示数为0时，电压表示数为0.6V 10．（24-25高二下·河南南阳·期末）A、B两种光子的能量之比为3：2，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EB。则（　　） A．A、B两种光子的动量之比为3：2 B．A、B两种光子的动量之比为2：3 C．该金属的逸出功为 D．该金属的逸出功为 11．（24-25高二下·河南南阳·期末）如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。如图，在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。19世纪，由于冶金、星体测温等需求，人们对热辐射进行了大量的研究。当时物理学家已有能力对热辐射的强度随波长的分布进行比较准确的测量。研究表明，对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关，它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律，人们因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。（　　） A．这个带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体 B．这个空腔壁就可以近似为一个绝对黑体 C．黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 12．（24-25高二下·河南安阳·期末）氢原子的部分能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出不同频率的光，用这些光照射图乙中的光电管，有3种频率的光可让光电管阴极发生光电效应。调节滑片的位置，当电压表的示数为时，微安表示数恰好为零。下列说法中正确的是（　　） A．图乙电路中电源右侧为负极 B．光电管阴极金属材料的逸出功为 C．一群第4能级的氢原子在向低能级跃迁过程中最多可以辐射出6种不同频率的光子 D．用一群能量为的光子照射处于第4能级的氢原子，可以使氢原子发生电离 13．（24-25高二下·河南南阳·期末）如图1为光电效应的实验装置示意图，初始时，滑片P位于滑动变阻器的中点O处。现保持入射光不变，分别用甲、乙两种金属作为K极进行光电效应实验，光电子到达A极时动能的最大值随电压U的变化关系如图所示，则（　　） A．实验时，P是向a端滑动的 B．实验时，P是向b端滑动的 C．金属甲的截止频率小于乙 D．金属甲的截止频率大于乙 14．（24-25高二下·河南南阳·期末）氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K，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1.62eV到3.11eV之间，a光的光子能量为2.86eV。则 （　　） 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．测定遏止电压时，滑片P在c左侧 C．a光照射得到的光电流最弱，所以a光光子动量最小 D．图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有 三、填空题 15．（24-25高二下·河南商丘·期末）我国科学家在重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出射线，核反应方程为，氖核的速度大小为，质子的速度大小为，若质子和光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为、，则氖核的质量数A=________；电荷数Z=_________；氖核物质波波长_________。若放出的氖核和质子均垂直射入某匀强磁场中，则氖核和质子在磁场中做圆周运动的半径之比为_________（、、、表示）。已知普朗克常量为，不考虑相对论效应。 四、解答题 16．（24-25高二下·河南商丘·期末）用某发光器发出频率为的色光照射图甲中的阴极K产生光电子，测得其电流随电压变化的图像如图乙所示。已知电子的电荷量大小为，普朗克常量为。 (1)求该阴极材料的逸出功（结果用焦耳表示）； (2)当电流表示数恰好为零时，将图甲中电源的正负极对调，求光电子到达阳极A时的最大动能（结果用焦耳表示）； (3)若每两个光子可以激发出一个电子，求发光器的发光功率。 试卷第1页，共3页 12 / 12 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08　原子结构和波粒二象性 地 城 考点01 原子结构氢原子光谱分析 1、A 2、D 3、A 4、C 5、C 6、B 7、B 8、A 9、AC 10、BC 11、BC 12、AB 地 城 考点02 光电效应和波粒二象性 1、A 2、A 3、A 4、B 5、D 6、B 7、C 8、CD 9、AD 10、AC 11、ACD 12、CD 13、BC 14、BD 15． 【答案】 20 10 16． 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据， 根据图乙可知 联立解得 （2）由动能定理有 解得 （3）每秒钟激发的光电子数量 其中 每秒钟发射出光子的能量为 联立解得发光功率 试卷第1页，共3页 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08　原子结构和波粒二象性 2大高频考点概览 考点01 原子结构氢原子光谱分析 考点02 光电效应和波粒二象性 地 城 考点01 原子结构氢原子光谱分析 一、单选题 1．（24-25高二下·河南焦作·期末）在物理学发展过程中，很多物理学家都作出了杰出贡献。下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦提出的光子说成功解释了光电效应现象 B．康普顿提出的物质波假说揭示了实物粒子也具有波动性 C．汤姆孙发现电子并测出电子的电荷量 D．牛顿发现万有引力定律并测出引力常量 【答案】A 【详解】A．爱因斯坦提出光子说，认为光由光子组成，每个光子的能量为 成功解释了光电效应现象，故A正确； B．物质波假说由德布罗意提出，指出实物粒子具有波动性；康普顿的贡献是发现康普顿效应，验证了光的粒子性，故B错误； C．汤姆孙通过阴极射线实验发现电子并测定了电子的比荷，但电子的电荷量由密立根通过油滴实验测得，故C错误； D．牛顿提出万有引力定律，但引力常量的测量由卡文迪许通过扭秤实验完成，故D错误。 故选A。 2．（24-25高二下·河南南阳·期末）氢原子能级图如图所示，赖曼系是指大量氢原子从激发态向基态跃迁时所产生的相应光谱。现有大量处于n=6激发态的氢原子向低能级跃迁，若用跃迁时产生的赖曼系谱线去照射金属钨（逸出功为4.54eV），则从钨表面逸出的光电子的最大初动能为（　　） A．5.66eV B．8.21eV C．8.52eV D．8.68eV 【答案】D 【详解】处于n=6激发态的氢原子向基态跃迁时，产生的赖曼系谱线能量最高，根据玻尔理论可得 结合光电效应方程 代入数据解得从钨表面逸出的光电子的最大初动能 故选D。 3．（24-25高二下·河南南阳·期末）大量氢原子处于n=1、2、3、4的四个状态，处于这4个状态的氢原子个数相等，处于较高能级的原子可以向任意一个较低能级等概率跃迁。这时我们可以观测到6种波长的光（包括不可见光）。按照波长从短到长的顺序，这6种光子个数之比为（　　） A．1∶2∶6∶1∶2∶1 B．2∶3∶6∶2∶3∶2 C．1∶2∶1∶6∶2∶1 D．2∶3∶2∶6∶3∶2 【答案】A 【详解】由 可知波长越短，对应光子的能量越大，即跃迁对应的两个能级的能量差越大，则各种跃迁方式放出的光子按照波长从短到长的顺序排序为4→1、3→1、2→1、4→2、3→2、4→3，假设每个状态都有N个氢原子，则4→1的光子数为 3→1的光子数为 2→1的光子数为 4→2的光子数为 3→2的光子数为 4→3的光子数为 按照波长从短到长的顺序，这6种光子个数之比为 故选A。 4．（24-25高二下·河南焦作·期末）如图为原子的能级示意图，现有大量原子处于的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，光、光和光是其中的三种。若光恰好使某种金属A发生光电效应，下列说法正确的是（　　） A．金属A的逸出功为 B．光照射金属A时一定会发生光电效应 C．光照射金属A时，光电子的最大初动能为 D．分别用光和光照射同一双缝干涉实验装置，则光对应的相邻干涉条纹间距更大 【答案】C 【详解】A．根据光恰好使某种金属A发生光电效应，有，故A错误； B．由能级图可知， 联立各式得 所以光照射金属A时一定不发生光电效应，故B错误； C．光照射金属A时，光电子的最大初动能为，故C正确； D．由能级图可知，所以 由可知，分别用光和光照射同一双缝干涉实验装置，光对应的相邻干涉条纹间距更小，故D错误。 故选C。 5．（24-25高二下·河南周口·期末）如图所示为氢原子的能级示意图，其为玻尔氢原子理论的重要内容。下列有关玻尔氢原子理论的说法中正确的是（　　） A．用的光子照射能级的氢原子，可使氢原子电离 B．一个处于能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生6种不同频率的光 C．一个氢原子吸收能量由低能级向高能级跃迁后，核外电子的动能减小 D．从氢原子的能级图可知，氢原子发射的光子的频率是连续的 【答案】C 【详解】A．由能级图可知，能级的氢原子电离需要的能量至少为，故用的光子照射能级的氢原子，不可使氢原子电离，A错误； B．一个氢原子由能级向低能级的跃迁是随机的，可能直接由跃迁至基态，只辐射一种频率的光，也可能逐级跃迁，即由跃迁至，再跃迁至，最终跃迁至基态，最多辐射3种频率的光，B错误； C．玻尔的氢原子模型继承了卢瑟福核式结构模型，依据该模型氢原子核外电子绕原子核做匀速圆周运动，向心力由库仑力提供，即 所以有 由此可知，当氢原子由低能级向高能级跃迁时，核外电子轨道半径增大，动能减小，C正确；D．从氢原子的能级图可知原子发射的光子的能量是不连续的，所以光子的频率也是不连续的，D错误。 故选C。 6．（24-25高二下·河南信阳·期末）1906年，莱曼发现了氢原子的莱曼系谱线，其波长满足的公式为，，，，其中叫里德伯常量；氢原子的基态能量为，激发态的能量为，其中，，，已知普朗克常量为，光在真空中的传播速度为，下列说法正确的是（　　） A．氢原子从向基态跃迁时放出的光子频率为 B．氢原子的基态能量可以表示为 C．氢原子处在时对应的能量为 D．若氢原子从跃迁到以及跃迁到基态，辐射光的波长分别为、，则从跃迁到基态，辐射光的波长为 【答案】B 【详解】A．氢原子从向基态跃迁时，由可得 结合，可得放出的光子频率为，故A错误； B．对比， 再结合， 可得，故B正确； C．根据可得氢原子处在时对应的能量为，故C错误； D．设氢原子从跃迁到以及跃迁到基态，辐射光的频率分别为、，从跃迁到基态，辐射光的频率为，则有，， 则有 可得从跃迁到基态，辐射光的波长为，故D错误。 故选B。 7．（24-25高二下·河南南阳·期末）我国太阳探测科学试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ是氢原子分别由n=3、n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线（如图），则下列说法正确的是（　　） A．Hα的光子动量大于Hβ的光子动量 B．Hα是由n=3能级向n=2能级跃迁产生的 C．Hβ的光子能使氢原子从基态跃迁到激发态 D．用同一装置做双缝干涉实验，Hβ的条纹间距比Hα的大 【答案】B 【详解】B．由图可知，Hα的频率小于Hβ的频率，可知Hα对应的光子能量小于Hβ对应的光子能量，则Hα是由n=3能级向n=2能级跃迁产生的，故B正确； A．根据光子动量表达式，由于Hα的波长大，则Hα的光子动量小于Hβ的光子动量，故A错误； C．氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量 而Hβ是由n=4向n=2能级跃迁产生的，由于 故Hβ的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故C错误； D．Hα的频率小，波长大，根据公式，可知Hα的干涉条纹间距大于Hβ的干涉条纹间距，故D错误。 故选B。 8．（24-25高二下·河南郑州·期末）1885年，瑞士科学家巴耳末在可见光区的四条谱线分析中，找到这些谱线之间的关系，后来把这一组谱线叫巴耳末系。这四条谱线及相应的氢原子能级跃迁图分别如图1和图2所示。谱线、、和按波长从大到小依次排列，其中是红光谱线，则下列说法正确的是（　　） A．原子核外电子的跃迁是原子发光的原因 B．对应的光子能量比对应的光子能量大 C．可能是氢原子从能级向能级跃迁时产生的 D．处于能级的氢原子能吸收2eV的光子，跃迁到能级 【答案】A 【详解】A．在氢原子中，当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出特定能量的光子，形成特定的谱线，故A正确； B．如图1所示，光谱的结果显示氢原子只能发出一系列特定波长的光，对应的波长比对应的波长大，根据，知对应的光子频率比对应的光子频率小；根据知，对应的光子能量比对应的光子能量小，故B错误； C．同理，的光子波长最短，频率最大，是氢原子从能级向能级跃迁时产生的，故C错误； D．图2中，处于能级的氢原子要跃迁到能级，需要吸收光子的能量为，故D错误。 故选A。 二、多选题 9．（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 【答案】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。 10．（24-25高二下·河南驻马店·期末）北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主研发的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、高精度的定位、导航的国家重要基础设施。北斗导航卫星中的“北斗三号”搭载了氢原子钟，原子钟通过氢原子能级跃迁产生电磁波校准时钟。氢原子的部分能级结构如图，则（　　） A．用10.5eV的光子照射，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态 B．用10.5eV的电子束撞击，能使处于基态的氢原子跃迁到激发态 C．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出6种不同频率的光子 D．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可以辐射出3种不同频率的光子 【答案】BC 【详解】A．用10.5eV的光子照射，若能使基态的氢原子跃迁，则跃迁后的能级大小为，没有这个能级值大小，故A错误； B．用10.5eV的电子束撞击时，电子能量大于能级差，可以让基态氢原子跃迁到第一激发态，故B正确； CD．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射种光，故C正确，D错误。 故选BC。 11．（24-25高二下·河南新乡·期末）随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是（　　） A．卢瑟福的α粒子散射实验证实了中子的存在 B．天然放射现象表明原子核内部具有复杂的结构 C．在所有核反应中，原子核的质量数和电荷数均守恒 D．重核的裂变和轻核的聚变过程中原子核的质量都会增加 【答案】BC 【详解】A．卢瑟福的α粒子散射实验说明原子具有核式结构模型，该实验并没有证实中子的存在，故A错误； B．天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故B正确； C．核反应中，原子核的质量数和电荷数均守恒，故C正确； D．重核的裂变和轻核的聚变过程中都会有质量亏损，故D错误。 故选BC。 12．（24-25高二下·河南三门峡·期末）下列是教材中的四幅图片，对其相关知识的描述，正确的是（　　） A．图（a）是阳光下的肥皂膜呈彩色条纹，这是光的干涉现象 B．图（b）描述光的偏振现象，表明光是一种横波 C．图（c）是粒子散射实验示意图，卢瑟福通过分析实验结果发现了质子 D．图（d）是核聚变示意图，当前我国的核电站就是利用核聚变释放的核能来发电 【答案】AB 【详解】A．图（a）是阳光下的肥皂膜呈彩色条纹，这是光的干涉现象，故A正确； B．图（b）描述光的偏振现象，表明光是一种横波，故B正确； C．图（c）是粒子散射实验示意图，卢瑟福通过分析实验结果提出原子结构为核式结构，故C错误； D．图（d）是核聚变示意图，当前我国的核电站利用核裂变释放的核能来发电，故D错误。 故选AB 。 地 城 考点02 光电效应和波粒二象性 一、单选题 1．（24-25高二下·河南南阳·期末）在核物理实验室中，科学家们使用电场加速氢的三种同位素氕、氘、氚。若氕、氘、氚从静止开始经相同的电压加速（不考虑相对论效应），则它们的德布罗意波长之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】三种同位素经相同电压U加速后，根据动能定理得 解得 动量为 德布罗意波长公式为 它们的德布罗意波长之比为 故选A。 2．（24-25高二下·河南焦作·期末）在物理学发展过程中，很多物理学家都作出了杰出贡献。下列说法正确的是（　　） A．爱因斯坦提出的光子说成功解释了光电效应现象 B．康普顿提出的物质波假说揭示了实物粒子也具有波动性 C．汤姆孙发现电子并测出电子的电荷量 D．牛顿发现万有引力定律并测出引力常量 【答案】A 【详解】A．爱因斯坦提出光子说，认为光由光子组成，每个光子的能量为 成功解释了光电效应现象，故A正确； B．物质波假说由德布罗意提出，指出实物粒子具有波动性；康普顿的贡献是发现康普顿效应，验证了光的粒子性，故B错误； C．汤姆孙通过阴极射线实验发现电子并测定了电子的比荷，但电子的电荷量由密立根通过油滴实验测得，故C错误； D．牛顿提出万有引力定律，但引力常量的测量由卡文迪许通过扭秤实验完成，故D错误。 故选A。 3．（24-25高二下·河南许昌·期末）2025年3月7日，华东理工大学的研究团队成功找到了延长钙钛矿太阳能电池寿命的方法，其特点是成本低、更环保。图甲是该团队研究光电效应的电路图，光电管阴极K为钙金属，逸出功为3.2eV，图乙是氢原子的能级图。下列说法正确的是（　　） A．若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极K，一定能发生光电效应现象 B．若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极K，所有光子均能使阴极K发生光电效应现象 C．在光照强度不变的条件下，滑片从左向右滑动过程中，电流表的示数一定一直增大 D．如果将甲图中的电源正负极交换接入电路，调节滑片，一定能使电流表示数为零 【答案】A 【详解】A．大量处于n=2能级的氢原子跃迁到n=1能级时能释放光子的能量为10.2eV>3.2eV，可知若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极K，一定能发生光电效应现象，选项A正确； B．用大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射出3种频率不同的光子，其中3→2的跃迁中辐射光子的能量为1.89eV<3.2eV，则不能使阴极K发生光电效应，则若用大量处于能级的氢原子发光照射阴极K，并非所有光子均能使阴极K发生光电效应现象，选项B错误； C．光电管加正向电压，则在光照强度不变的条件下，滑片从左向右滑动过程中，正向电压变大，可知电流表的示数开始时一直增大，达到饱和后保持不变，选项C错误； D．如果将甲图中的电源正负极交换接入电路，则光电管加反向电压，则调节滑片，只有当光电管两端电压达到反向截止电压时电流表的示数才为零，选项D错误。 故选A。 4．（24-25高二下·河南驻马店·期末）我国首台纳米角分辨光电子能谱装置研制成功，它可以利用光电效应研究固体的电子结构，成功地打破了国外技术垄断。在光电效应实验中，用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲、乙、丙），如图所示，图中表示不同曲线的遏止电压。则（　　） A．乙光的强度等于丙光的强度 B．甲光的频率等于丙光的频率 C．乙光照射时该金属的截止频率大于丙光照射时该金属的截止频率 D．甲光照射时所产生的光电子的最大初动能大于乙光照射时所产生的光电子的最大初动能 【答案】B 【详解】A．根据eU=Emax=hν-W0，结合图像可知，乙的遏止电压大于丙，可知乙的频率较大，乙的饱和光电流较大，则单位时间打到单位面积上的光子数较多，可知乙的光强比丙大，选项A错误； B．甲和丙的截止电压相同，可知频率相等，选项B正确； C．金属的截止频率由金属本身决定，与外界因素无关，选项C错误； D．甲光截止电压小于乙光的截止电压，可知甲光照射时所产生的光电子的最大初动能小于乙光照射时所产生的光电子的最大初动能，故D错误。 故选B。 5．（24-25高二下·河南南阳·期末）图甲是研究光电效应规律的电路图，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满足如图乙所示的规律，普朗克常量h=6.63×10−34J⋅s，元电荷e=1.6×10−19C，真空中的光速c=3.0×108m/s，下列说法正确的是（　　） A．当UAK足够大时，阴极每秒钟发射的光电子数为4.0×1011个 B．光电子飞出阴极K时的最大动能为9.6×10−19J C．该阴极材料的截止频率为4.6×1013Hz D．该阴极材料的极限波长为0.66μm 【答案】D 【详解】A．由题图可知，饱和电流为0.64μA，则阴极每秒钟发射的光电子数，故A错误； B．由题图可知，发生光电效应时的遏止电压为0.6V，所以光电子的最大初动能，故B错误； CD．根据光电效应方程有 又 代入数据得ν0=4.55×1014Hz，λ0=0.66μm，故C错误，D正确。 故选D。 6．（24-25高二下·河南郑州·期末）利用如图甲所示的电路完成光电效应实验，遏止电压与入射光频率的关系如图乙所示，图乙中、、均已知，电子电荷量用e表示。下列说法正确的是（　　） A．光电效应实验中产生的光电子从本质上来说就是光子 B．由图像可求得普朗克常量 C．入射光频率为时，光电子的最大初动能 D．滑动变阻器的滑片P向端移动过程中电流表示数一定一直增加 【答案】B 【详解】A．光电效应实验中产生的光电子从本质上来说就是电子，是金属表面受到光照射时发射出来的电子，故A错误； B．根据光电效应方程结合图乙有，其中，根据动能定理有 联立可得普朗克常量为，故B正确； C．在光电效应中，最大初动能与遏止电压的关系为，故C错误； D．滑动变阻器的滑片P向端移动过程中，光电管两端的反向电压增大，则电流表示数逐渐减小，若反向电压足够大，则可减小至零，故D错误。 故选B。 7．（24-25高二下·河南洛阳·期末）氢原子能级图如甲图所示，大量基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光，其中有两种能使乙图中逸出功为2.25eV的K极钾金属发生光电效应，通过乙图实验装置得到这两种光分别实验时的电流和电压值，绘出图丙①②两根曲线，则下列说法正确的是（　　） A．不能使K极金属产生光电效应的光是从n=2跃迁到n=1时产生的 B．乙图中滑动变阻器的滑片向右移动过程中，电流表示数一定是一直增大 C．丙图中②曲线对应的入射光光子能量为12.09eV D．丙图中①曲线对应的入射光光子能使钾金属产生最大初动能为10.20eV的光电子 【答案】C 【详解】A．依题意，基态氢原子受激后可辐射出三种不同频率的光的光子能量分别为，， 显然不能使K极金属产生光电效应的光是从n=3跃迁到n=2时产生的，故A错误； B．乙图中滑动变阻器的滑片向右移动过程中，加在光电管两端的正向电压逐渐增大，电流表示数会增大，但达到饱和电流后，电流表示数将不再增大，故B错误； C．根据 结合图丙可知，图中②曲线对应的入射光光子能量最大，为12.09eV，故C正确； D．丙图中①曲线对应的入射光光子能量为10.20eV，能使钾金属产生光电子的最大初动能为，故D错误。 故选C。 二、多选题 8．（24-25高二下·河南郑州·期末）图甲为氢原子能级图，一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中只有、、三种光照射到图乙所示电路的阴极上，能发生光电效应，且光恰好发生光电效应。通过实验可测得、、三种光对应的遏止电压分别为、、。已知，则（　　） A．发出的光共5种 B．阴极K的逸出功为 C．光的光子能量为 D．光照射时光电子的最大初动能为 【答案】CD 【详解】A．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时，根据 可知发出的光共6种，故A错误； B．发出的光中只有、、三种光照射到图乙所示电路的阴极上，能发生光电效应，且光恰好发生光电效应，可知光的光子能量为 阴极K的逸出功为，故B错误； CD．根据光电效应方程和动能定理可得 实验测得、、三种光对应的遏止电压分别为、、，且，可知光的光子能量为 光的光子能量为 则光照射时光电子的最大初动能为，故CD正确。 故选CD。 9．（24-25高二下·河南濮阳·期末）光电效应实验电路如图所示，电压表V的零刻度线在正中间，图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。用光子能量为3.1eV的单色光照射光电管的阴极K，闭合开关S，调节滑动变阻器滑片P向某个方向滑动，当电压表示数为1.3V时，微安表示数恰好为0，下列说法正确的是（　　） A．要使微安表的示数恰好为0，滑片P应由图示位置向a端移动 B．滑片P从图示位置向b端滑动时，光电流一定一直增大 C．增大入射光的强度，微安表的示数为0时的电压表示数增大 D．改用光子能量为2.4eV的单色光照射阴极K，调节滑片P，微安表示数为0时，电压表示数为0.6V 【答案】AD 【详解】A．要使微安表的示数恰好为0，应该给光电管加上反向电压，则滑片P应由图示位置向a端移动，故A正确； B．滑片P从图示位置向b端滑动时，光电流可能增大，但因为存在饱和光电流，不一定一直增大，故B错误； C．增大入射光的强度，入射光的频率不变，则遏止电压不变，即微安表的示数为0时的电压表示数不变，故C错误； D．由题得， 其中，， 解得 改用光子能量为2.4eV的单色光照射阴极K，调节滑片P，微安表示数为0时，电压表示数为U2=0.6V，故D正确。 故选AD。 10．（24-25高二下·河南南阳·期末）A、B两种光子的能量之比为3：2，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EB。则（　　） A．A、B两种光子的动量之比为3：2 B．A、B两种光子的动量之比为2：3 C．该金属的逸出功为 D．该金属的逸出功为 【答案】AC 【详解】AB．根据光子能量 光子动量 可知A、B两种光子的动量之比等于光子能量之比，即为3：2，故A正确，B错误； CD．对A，根据光电效应方程有 对B，根据光电效应方程有 因为 联立解得逸出功 故C正确，D错误。 故选AC。 11．（24-25高二下·河南南阳·期末）如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。如图，在空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出。19世纪，由于冶金、星体测温等需求，人们对热辐射进行了大量的研究。当时物理学家已有能力对热辐射的强度随波长的分布进行比较准确的测量。研究表明，对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关，它可能反映了某种具有普遍意义的客观规律，人们因此对黑体辐射进行了深入的实验及理论研究。（　　） A．这个带小孔的空腔就可以近似为一个绝对黑体 B．这个空腔壁就可以近似为一个绝对黑体 C．黑体虽然不反射电磁波，却可以向外辐射电磁波 D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关 【答案】ACD 【详解】A．带小孔的空腔，射入小孔的电磁波在空腔内表面多次反射和吸收，很难射出，符合黑体能完全吸收入射电磁波不反射的特点，可近似为绝对黑体，故A正确； B．空腔壁不具备黑体 “完全吸收入射电磁波而不反射” 的特性，不能近似为黑体，故B错误； C．黑体虽不反射电磁波，但可向外辐射电磁波，比如高温黑体向外辐射热辐射，故C正确； D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，这是黑体辐射的重要规律，故D正确。 故选ACD。 12．（24-25高二下·河南安阳·期末）氢原子的部分能级图如图甲所示，一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出不同频率的光，用这些光照射图乙中的光电管，有3种频率的光可让光电管阴极发生光电效应。调节滑片的位置，当电压表的示数为时，微安表示数恰好为零。下列说法中正确的是（　　） A．图乙电路中电源右侧为负极 B．光电管阴极金属材料的逸出功为 C．一群第4能级的氢原子在向低能级跃迁过程中最多可以辐射出6种不同频率的光子 D．用一群能量为的光子照射处于第4能级的氢原子，可以使氢原子发生电离 【答案】CD 【详解】A．光电子由阴极向对面的极板运动，形成电流。在调节电压过程能够让电流表示数为0，说明施加的是反向电压，即电源右侧应该为正极，故A错误； B．由图甲可知辐射的最大光子能量为 已知遏止电压为，光电子的初动能为 解得金属材料的逸出功为，故B错误； C．氢原子跃迁放出的光中有种频率不同的光子，故C正确； D．用能量大于的光照射处于第4能级的氢原子，就能使氢原子发生电离，故D正确。 故选CD。 13．（24-25高二下·河南南阳·期末）如图1为光电效应的实验装置示意图，初始时，滑片P位于滑动变阻器的中点O处。现保持入射光不变，分别用甲、乙两种金属作为K极进行光电效应实验，光电子到达A极时动能的最大值随电压U的变化关系如图所示，则（　　） A．实验时，P是向a端滑动的 B．实验时，P是向b端滑动的 C．金属甲的截止频率小于乙 D．金属甲的截止频率大于乙 【答案】BC 【详解】AB．由图2可知，增大，光电子到达A极的动能增大，则A电势比K高，结合图1可知，P应向端滑动，故A错误，B正确； CD．由图2可知，当外加电压为零时，光电子到达A极时，从金属甲逸出的光电子最大动能较大，说明金属甲的逸出功较小，又，所以金属甲的截止频率小于乙，故C正确，D错误。 故选BC。 14．（24-25高二下·河南南阳·期末）氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K，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1.62eV到3.11eV之间，a光的光子能量为2.86eV。则 （　　） 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．测定遏止电压时，滑片P在c左侧 C．a光照射得到的光电流最弱，所以a光光子动量最小 D．图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有 【答案】BD 【详解】A．可见光的光子能量范围约为1.62eV到3.11eV之间。氢原子从能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的光，只有2种可见光，分别为从能级向能级跃迁和从能级向能级跃迁，故A错误； B．当滑片P向a端移动时，施加反向电压，当电流为零时，电压即为遏止电压。故B正确； C．根据 可知频率越大，遏止电压越大，故a光的频率最大，根据 可知频率越大，波长越短，故a光的波长最短，根据 可知a光光子动量最大，故C错误； D．根据氢原子能级图可知氢光谱可见光只有4条，而a光的能量最大，能量为2.86eV，故a光是氢原子从能级向能级跃迁发出的光，则b光是氢原子从能级向能级跃迁发出的光，能量为2.55eV，c光是氢原子从能级向能级跃迁发出的光，能量为1.89eV，故图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有 和 联立可得 故选BD。 三、填空题 16．（24-25高二下·河南商丘·期末）我国科学家在重离子加速器上开展的实验中发现，静止的镁核（）放出两个质子后变成氖核（Ne），并放出射线，核反应方程为，氖核的速度大小为，质子的速度大小为，若质子和光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为、，则氖核的质量数A=________；电荷数Z=_________；氖核物质波波长_________。若放出的氖核和质子均垂直射入某匀强磁场中，则氖核和质子在磁场中做圆周运动的半径之比为_________（、、、表示）。已知普朗克常量为，不考虑相对论效应。 【答案】 20 10 【详解】[1][2]由质量数和电荷守恒可得A=20，Z=10 [3]氖核动量， [4]由洛伦兹力提供向心力可得 解得 代入解得 四、解答题 15．（24-25高二下·河南商丘·期末）用某发光器发出频率为的色光照射图甲中的阴极K产生光电子，测得其电流随电压变化的图像如图乙所示。已知电子的电荷量大小为，普朗克常量为。 (1)求该阴极材料的逸出功（结果用焦耳表示）； (2)当电流表示数恰好为零时，将图甲中电源的正负极对调，求光电子到达阳极A时的最大动能（结果用焦耳表示）； (3)若每两个光子可以激发出一个电子，求发光器的发光功率。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据， 根据图乙可知 联立解得 （2）由动能定理有 解得 （3）每秒钟激发的光电子数量 其中 每秒钟发射出光子的能量为 联立解得发光功率 试卷第1页，共3页 20 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $