第四章 原子结构和波粒二象性 单元测试-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** 高中物理第四章原子结构和波粒二象性单元卷，通过基础概念辨析、实验探究设计及科技情境应用，全面考查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|知识覆盖|命题特色| |----|----|----------|----------| |单选题|7|黑体辐射规律、光电效应方程、α粒子散射实验、氢原子能级跃迁|第2题结合普朗克质量考查量纲分析，体现科学推理；第7题通过实验装置图辨析粒子波动性，强化物理观念| |多选题|3|光的折射与干涉、光电效应曲线分析、原子结构实验|第9题对比a、b光光电效应曲线，考查科学论证；第10题关联康普顿效应与α粒子散射实验，突出科学本质观| |实验题|4|光电效应饱和光电流、Uc-ν图像、双缝干涉测波长|第13题通过实验数据绘制Uc-ν图像计算普朗克常量，注重科学探究；第14题结合双缝干涉与光电效应，体现知识综合应用|

第四章 原子结构和波粒二象性 单元测试 一、单选题 1．四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是（     ） A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 B．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小 D．黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况无关，只与温度有关 2．普朗克质量是质量的自然单位，它是宏观尺度与微观尺度的分界点。已知万有引力常量为G、光速为c、普朗克常量为h，K为无单位常数。下列关于普朗克质量的表达式可能正确的是（　　） A． B． C． D． 3．如图甲所示为研究光电效应的实验电路图，阴极K受到光照可以发射光电子，电源的正负极可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压，得到光电流与电压的关系如图乙所示。下列表述正确的是（     ） A．三束单色光的频率大小关系是 B．光照射后产生的光电子最大初动能最大 C．增大光的光强，光照射得到的光电流与电压的关系图线不可能与光重合 D．增大光的光强，光照射时阴极逸出的光电子数目增多，遏止电压增大 4．某同学利用如图1装置来研究光电效应现象。实验中保持入射光频率不变，改变极和极间的电压，测量光电子到达极时的最大动能随的变化关系如图2所示，下列说法正确的是（　　） A．光电效应现象说明光具有波动性 B．电压为时，不发生光电效应 C．光电子离开极时的最大动能随的增大而增大 D．图中倾斜直线的斜率为 5．如图所示为粒子散射的实验装置示意图，关于该实验，下列说法正确的是（     ） A．实验可以在空气中进行 B．粒子发生偏转是因为受到核力的作用 C．显微镜正对放射源时观察到荧光屏上的闪光次数最多 D．实验证明了原子核由质子和中子组成 6．氢原子能级与谱线系如图所示，其中赖曼系谱线的波长满足的公式为，R叫里德伯常量。已知光速、波长、频率的关系式为，下列说法正确的是（　　） A．巴耳末系的光子能量可能大于赖曼系的光子能量 B．氢原子从向跃迁时放出的光在巴耳末系中波长最短 C．氢原子从向跃迁时，放出光的波长为 D．氢原子从向跃迁时，放出光的频率为Rc 7．下列四幅图中表明实物粒子具有波动性的实验是（     ） A．光电效应实验 B．α粒子散射实验 C．电子衍射实验 D．X射线晶体衍射实验 二、多选题 8．光纤无人机具有高隐蔽性、抗干扰能力强等特点。如图所示为一束复色光从空气射入光导纤维后分成、两束单色光，以下说法正确的是（    ） A．光的光子能量比光的光子能量大 B．光在该介质中的速度比光大 C．相同装置的双缝干涉实验，光的相邻亮条纹间距更大 D．光与光在该介质中的波长之比等于它们的折射率之比 9．如图甲所示，某同学用a、b两束单色光分别照射同一光电管的阴极K，正确进行实验后，得到了两条光电流I随电压U变化关系的曲线如图乙所示。则下列说法正确的是（     ） A．a光产生的光电子最大初动能小于b光产生的光电子最大初动能 B．a光的波长大于b光的波长 C．用a光照射时阴极K金属的逸出功小于用b光照射时阴极K金属的逸出功 D．a光的强度小于b光的强度 10．下列关于原子结构与波粒二象性的说法正确的是（     ） A．图甲中的光电效应实验装置可得出遏止电压与光的频率关系图像，该图像斜率代表普朗克常量 B．图乙为康普顿效应示意图，红光动量小于蓝光动量 C．汤姆孙通过图丙所示的实验装置发现了电子并测量电子的电荷量 D．图丁所示的α粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 三、实验题 11．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。 12．氖泡可用于指示和保护电路。在玻璃管中有两个相同的板状金属电极，充入低压氖气，在两极间接入电压使氖气导电，如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光。实验中将氖泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连接。氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以照射到氖泡。（已知普朗克常量为，电子电荷量为） （1）在没有光照的暗室中，当电源电压调为时，氖泡恰能发光。 （2）当电源电压为时，氖泡不发光，但同时用频率为（未知）的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光。两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流相等。 （3）通过实验可知，紫光的光子能量为______。 （4）实验中若保持电压不变，用黄光照射氖泡，氖泡______（填“能”或“不能”）发光。 （5）要出现上述两次实验现象，______（填“能”或“不能”）采用可调交流电源。 13．某实验小组用如图甲所示电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子。请回答以下问题∶ (1)该实验中，滑动变阻器采用的是______接法（选填“分压式”或“限流式”）； (2)断开开关，当入射光的频率增大到某一数值时，电流表示数瞬间不为0，被称为______频率； (3)闭合开关后，在光照条件不变的情况下，当滑片P置于图甲中______区间（选填“Oa”或“Ob”），随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值； (4)测量遏止电压时，滑片P应置于图甲中______区间（选填“Oa”或“Ob”）。经多次实验，测得如下数据∶ 入射光频率（×1014Hz） 5.64 5.89 6.10 6.30 6.50 遏止电压Uc（V） 0.54 0.66 0.71 0.81 0.88 在图乙坐标纸中绘制关系图像______，请描绘剩余的两个点并作出最佳拟合直线，计算得图像的斜率k=______V/Hz（保留两位有效数字），已知电子电荷量为e，则普朗克常量h=______（用字母k、e表示）； (5)若换用逸出功更大的阴极材料，该图线将向_______移动（选填“左”或“右”）。 14．甲实验是是插针法测玻璃砖折射率实验，图甲是某次实验得到的光路图。乙实验是双缝干涉测量光的波长实验，图乙是某次实验中目镜看到的图像。 (1)关于以上两个实验，下列说法正确的是（　　） A．甲实验射入玻璃砖的光线入射角越大，实验误差越小 B．图甲测得玻璃砖折射率 C．乙实验仅将红色滤光片换成蓝色滤光片，可以增加目镜中观测到的条纹个数 D．图乙目镜内未全部被照亮，是因为光源、单缝、双缝、光屏未在同一高度上 (2)若某单色光恰能使铯发生光电效应，用该单色光充当图乙实验的光源，已知双缝宽度为d，光屏到双缝距离为l，测出该单色光的条纹间距为，可知该金属的逸出功________（已知光速为c，普朗克常量为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 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 D B B D C D C BC AB BD 1．D 【详解】A．根据图像可知，在同一温度下，随波长的增大，辐射强度先增大后减小，并不是波长越短的电磁波辐射强度越大，故A错误； B．根据图像可知，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故B错误； C．根据图像可知，随着温度升高，各种波长的辐射强度均增大，故C错误； D．黑体只能够发生热辐射，可知黑体的辐射强度按波长的分布与材料的表面状况无关，只与温度有关，故D正确。 故选D。 2．B 【详解】已知K无单位，普朗克质量量纲为质量量纲，因此根号内的物理量组合量纲要为。首先明确三个常量的量纲（为长度量纲，为时间量纲）：光速c：量纲为 普朗克常量：由，能量，频率，得 引力常量G：由，得 A．的量纲为，与质量量纲不符，故A错误； B．的量纲为，与质量量纲一致，故B正确； C．的量纲为，与质量量纲不符，故C错误； D．的量纲为，与质量量纲不符，故D错误。 故选B。 3．B 【详解】AB．由，， 解得三束单色光的频率大小关系是 单色光照射后遏止电压较大，由知，照射后产生的光电子最大初动能最大，故A错误，B正确； C．两光的频率相等，由于光的饱和光电流较大，则光的光强较大，增大光的光强，光照射得到的光电流与电压的关系图线可能与光重合，故C错误； D．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，故D错误。 故选B。 4．D 【详解】A．光电效应现象说明光具有粒子性，故A错误； B．根据光电效应方程 可知只要，即入射光的频率大于金属的极限频率就会发生光电效应，与和之间的电压无关。故B错误； C．根据光电效应方程，光电子离开K极时的最大动能与U无关，故C错误； D．光电子从极到达极的过程，根据动能定理 根据图2可知电压为时，光电子到达极时的最大动能 解得 整理得，图2中倾斜直线的斜率为e。故D正确。 故选D。 5．C 【详解】A.粒子电离能力较强，在空气中运动时会与空气分子相互作用并损失能量，因此实验必须在真空环境中进行，无法在空气中完成，故A错误； B.粒子发生偏转的原因是受到原子核的库仑斥力作用，核力是短程强相互作用，仅在原子核内部尺度体现，粒子与原子核距离较远时核力可忽略，并非核力导致偏转，故B错误； C.实验中绝大多数粒子穿过金箔后基本沿原方向前进，因此显微镜正对放射源时，荧光屏上接收到的粒子最多，闪光次数最多，故C正确； D.粒子散射实验证明了原子的核式结构模型，无法证明原子核由质子和中子组成，故D错误。 故选C。 6．D 【详解】A．赖曼系：跃迁到基态（），光子能量范围从到 巴耳末系：跃迁到第一激发态（），光子能量范围从到 因此，巴耳末系光子能量最大为，赖曼系光子能量最小为，故巴耳末系能量始终小于赖曼系，故A错误； B．由可得，巴耳末系波长最短对应能量最大的跃迁，即从向跃迁时能量最大 从向跃迁时能量最小，波长最长，故B错误； C．将代入赖曼系公式 解得，故C错误； D．由选项C得，又 解得，故D正确。 故选D。 7．C 【详解】A．光电效应实验说明光具有粒子性，不能证明实物粒子的波动性，故A错误； B．粒子散射实验为原子的核式结构模型提供了实验依据，与实物粒子的波动性无关，故B错误； C．衍射是波特有的现象，电子是实物粒子，电子衍射现象直接证明了实物粒子具有波动性，故C正确； D．射线是电磁波，不属于实物粒子，该实验证明的是射线的波动性，不能说明实物粒子的波动性，故D错误。 故选C。 8．BC 【详解】B．由图可知，a光的偏折程度较小，即a光的折射率较小，根据可知，光在该介质中的速度比光大，故B正确； A．a光的折射率较小，即a光的频率较小，根据可知，光的光子能量比光的光子能量小，故A错误； C．a光的频率较小，根据可知，a光的波长较大，根据可知，相同装置的双缝干涉实验，光的相邻亮条纹间距更大，故C正确； D．根据和可得 则光与光在该介质中的波长之比为，故D错误。 故选BC。 9．AB 【详解】AB．从图可知光的遏止电压比光的遏止电压小，则根据 可得，光产生的光电子最大初动能比光产生的光电子最大初动能小，又根据爱因斯坦光电效应方程 可得，光的频率较小，则光的波长大于光的波长，故A、B正确； C．金属的逸出功与照射光的频率无关，由金属本身决定，故C错误； D．饱和光电流的大小与照射光的强度有关，照射光的强度越大，饱和光电流越大，从图可知用光照射时饱和光电流较大，则光的强度大于光的强度，故D错误。 故选AB。 10．BD 【详解】A．根据爱因斯坦光电效应方程 且光电子最大初动能满足 整理得 因此图像的斜率为，不是普朗克常量，故A错误； B．光子动量公式为 ，红光波长大于蓝光波长（），因此，故B正确； C．汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，但电子电荷量是密立根通过油滴实验测量得到的，故C错误； D． 卢瑟福通过粒子散射实验，观察到大多数粒子直线穿过，少数发生大角度偏转，以此为依据建立了原子核式结构模型，故D正确。 故选BD。 11．(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。 12． 不能 能 【详解】（3）[1]如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光。假设恰好能让氖气发光的电子动能为，电极中的电子脱离金属电极至少需要的能量为，在没有光照的暗室中，当电源电压为时，氖泡恰能发光，设发光时电路中的电流为，保护电阻的阻值为，则有 当电源电压为时，同时用频率为的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光，则有 联立解得 （4）[2]由于黄光的频率小于紫光的频率，因此黄光光子能量小于紫光光子能量，若保持电压不变，用黄光照射氖泡，则氖泡不能发光。 （5）[3]实验中若采用交流电源，则当电压达到时，也能观察到上述现象。 13．(1)分压式 (2)截止（或极限） (3)Oa (4) Ob (5)右 【详解】（1）根据图甲可知，滑动变阻器采用的是分压式接法。 （2）断开开关，即阴极K和阳极A之间没有电场，当入射光的频率增大到某一数值时，电流表示数瞬间不为0，被称为截止（或极限）频率。 （3）为了使光电流趋于一个饱和值，即达到饱和电流，阴极K和阳极A之间的电场应为加速电场，即电子向左加速，电子所受电场力方向向左，电场强度方向向右，阳极A的电势比阴极K的电势高，可知，当滑片P置于图甲中“Oa”，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。 （4）[1]测量遏止电压时，阴极K和阳极A之间的电场应为减速电场，即电子向左减速，电子所受电场力方向向右，电场强度方向向左，阳极A的电势比阴极K的电势低，可知，滑片P应置于图甲中的Ob区间。 [2]根据表格中的数据描点，用直线将点迹连接起来，使点迹均匀分布在直线两侧，如图所示 [3]根据上述所描绘的关系图像有 [4]根据光电效应方程有 根据动能定理有 解得 结合关系图像有 解得 （5）结合上述有 可知，若换用逸出功更大的阴极材料，图像斜率不变，纵轴截距的绝对值增大，则该图线将向右移动。 14．(1)CD (2) 【详解】（1）AB．图甲中根据折射定律，可得玻璃砖的折射率为 显然，射入玻璃砖的光线入射角适当大些，与测量的相对误差就越小，但并非越大越好，故AB错误； C．根据双缝干涉条纹间距公式，可知乙实验仅将红色滤光片换成蓝色滤光片，波长减小，则相邻明条纹（或暗条纹）之间的距离减小，则目镜中观测到的条纹个数将增加，故C正确； D．图乙目镜内未全部被照亮，是因为光源、单缝、双缝、光屏未在同一高度上，故D正确。 故选CD。 （2）根据双缝条纹间距公式，可得该单色光的频率为 用该单色光照射金属铯恰好能发生光电效应，则根据爱因斯坦光电效应方程方程可得，该金属的逸出功为 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 $