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** 聚焦原子结构与波粒二象性，融合2025诺贝尔物理奖、核钟等科技前沿情境，适配高三单元复习，强化物理观念与科学思维。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|7/28|能级跃迁（题1）、光电效应（题4）、氢原子光谱（题6）|题2结合诺贝尔物理奖考量子现象，体现科学态度| |多选|3/18|电磁波（题8）、光压计算（题9）、玻尔模型（题10）|题9光压与光电效应综合，考查科学推理| |非选择|5/54|双缝干涉（题11）、α粒子散射（题12）、光电效应计算（题15）|题13电磁与光电综合，题15经典模型批判，突出科学探究|

2025-2026学年第二学期高三物理人教版（2019） · 选择性必修 第三册 第四章 原子结构和波粒二象性 一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分，每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求。 1．核钟是基于原子核能级跃迁来建立高精度时间标准的装置，原子核可吸收光子发生类似原子的能级跃迁。现有一种激光能够激发某原子核从基态跃迁至激发态，其能级差约为 普朗克常量h= 真空中光速 关于该激光，下列说法正确的是 A．光强倍增，此能级跃迁不能发生 B．光强减半，此能级跃迁不能发生 C．频率约为 D．波长约为 2．2025年诺贝尔物理学奖授予了在宏观量子力学隧穿效应和能量量子化方面取得突破性研究的三位科学家，这些研究为量子技术奠定了坚实基础。下列说法正确的是（　　） A．在光电效应中，只要光照强度足够大，电子就可以从金属表面逸出 B．玻尔的原子模型认为电子在特定轨道上运动时会辐射能量 C．原子从较高能级向较低能级跃迁时，辐射光子的能量是连续的 D．经电场加速的电子束射到晶体上，能观察到衍射图样，证实了电子具有波动性 3．如图为玻尔的氢原子能级图，大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，放出光子的最大能量为（　　） A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.60eV 4．在光电效应实验中，用频率为的单色光照射某种金属表面，发现没有光电效应现象产生。要使该金属发生光电效应，下列办法可行的是（　　） A．增大入射光强度 B．增加光照时间 C．换用频率更大的单色光 D．换用波长更长的单色光 5．某实验小组用图甲所示的电路探究光电效应规律，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的关系曲线（甲、乙、丙）如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．甲的遏止电压比乙的小 B．甲的光照强度比丙的小 C．阴极K的逸出功在乙照射时比丙照射时小 D．要测量饱和光电流，a应为电源负极 6．氢原子光谱在可见光区按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，其中，且为红光，为紫光。下列说法正确的是（　　） A．对应的是电子从n=6能级向n=2能级跃迁所释放光的谱线 B．气体中中性原子的发光光谱都是连续谱 C．若光能使某金属板发生光电效应，则光一定也能使该金属板发生光电效应 D．以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量最小 7．1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（　　） A．常量的单位为 B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量 C．若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为 D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力 二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分，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。 8．下列说法正确的是（　　） A．赫兹通过实验捕捉到了电磁波 B．电动势相同的电源，其储存的电能相同 C．把加热的铁块放入抽成真空的玻璃容器中，铁块的温度保持不变 D．由于恒星表面的温度不同，会看到有的恒星颜色偏红，有的偏蓝，且偏蓝表面温度更高 9．1899年，俄国物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，我们将光对物体单位面积的压力叫压强或光压。已知频率为v的光子的动量为，式中h为普朗克常量（h=6.63×10-34 J·s），c为光速（c=3×108 m/s），某激光器发出的激光功率为P=1000 W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S=1.00 mm2，该激光的波长λ=500 nm，下列说法正确的有（　　） A．该激光器单位时间内发出的光子数可表示为 B．该激光能使金属钨（截止频率为1.095×1015 Hz）发生光电效应 C．该激光能使处于第一激发态的氢原子（E2=-3.4 eV=-5.44×10-19 J）电离 D．若该光束可被元件完全吸收，则其产生的光压约为3.33 Pa 10．现假设真空中有一氢原子，带电量为-e的电子绕一固定的原子核做圆周运动。根据Bohr的量子化假设，电子绕核转动时满足，其中为第n个能级的轨道半径，为电子处于第n个能级时的速度大小，为约化的普朗克常量。已知一电荷量为Q的点电荷在某处产生的电势满足，其中，r为该处到点电荷的距离，k为静电力常数，无穷远处为零势能面。下列说法正确的是（　　） A．在Bohr模型中，电子在定态轨道运行时，由于具有加速度，会不断向外辐射电磁波 B．电子能级越高，运动的周期越小 C． D．电子在第n个能级时体系的总能量 三、非选择题：本题共5小题，共54分。 11．同学们利用图示装置测量某种单色光的波长。实验时，接通电源使光源（灯泡）正常发光，调整仪器从目镜中可以观察到干涉条纹。 （1）若想增加从目镜中观察到的条纹个数，下列操作可行的是　 　。 A.将单缝向双缝靠近 B.将屏向靠近双缝的方向移动 C.将屏向远离双缝的方向移动 D.使用间距更小的双缝 （2）若双缝的间距为d，屏与双缝间的距离为。测得第一条亮纹中央到第n条亮纹中央间距离为x，则单色光的波长=　 　。 （3）若只将滤光片去掉，下列说法正确的是　 　。 A.屏上出现彩色衍射条纹，中央是紫色亮纹 B.屏上出现彩色衍射条纹，中央是白色亮纹 C.屏上出现彩色干涉条纹，中央是红色亮纹 D.屏上出现彩色干涉条纹，中央是白色亮纹 （4）随着学习的不断深入，同学们对光的本性有了更为丰富的认识。现在我们知道光线具有波动性，又具有粒子性。光电效应现象是证明光具有粒子性的重要证据。在研究光电效应的实验中，得到如图所示的光电流与电压的关系，对此图像的下列说法中，正确的是　 　。 A.图线①所对应的照射光频率高于图线②对应的 B.图线①所对应的照射光频率高于图线③对应的 C.图线①所对应的照射光强度大于图线③对应的 D.若图线①对应的照射光是绿光，图线②对应的可能是红光 12．英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箔的实验装置示意图如图所示。 （1）下列关于该实验的描述正确的是____。 A．粒子轰击金箔的实验可以在有空气的条件下完成 B．该实验揭示了原子具有核式结构 C．实验结果表明绝大多数粒子穿过金箔后发生大角度偏转 D．该实验证实了汤姆逊原子模型的正确性 （2）下述关于粒子散射实验的说法正确的是____。 A．实验表明原子的中心有一个很大的核，它占有原子体积的绝大部分 B．实验表明原子的中心有个很小的核，集中了原子的全部电子 C．实验表明原子核集中了原子几乎全部的质量 D．实验表明原子核是由质子和中子组成的 （3）有关粒子散射实验的图中，O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的粒子的运动轨迹的是下列选项中的____。 A． B． C． D． 13． 如图，两根相距无限长的平行光滑金属轨固定放置。导轨平面与水平面的夹角为θ（sinθ=0.6）。导轨间区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B。将导轨与阻值为R的电阻、开关S、真空器件P用导线连接，P侧面开有可开闭的通光窗N，其余部分不透光；P内有阴极K和阳极A，阴极材料的逸出功为W。断开S，质量为m的的导体棒ab与导轨垂直且接触良好，沿导轨由静止下滑，下滑过程中始终保持水平，除R外，其余电阻均不计重力加速度大小为g。电子电荷量为e，普朗克常数为h。 （1）求ab开始下滑瞬间的加速度大小； （2）求ab速度能达到的最大值； （3）关闭N，闭合S，ab重新达到匀速运动状态后打开N，用单色光照射K，若ab保持运动状态不变，求单色光的最大频率。 14．当一束光的反射光与折射光垂直时，对应的入射角称为布儒斯特角。布儒斯特角通过控制光的偏振态，在需要高精度偏振控制或低反射干扰的场景中发挥关键作用。如图所示，截面为矩形的玻璃砖的厚度L=3cm，若某波长为λ的单色光从上表面射入，入射角i=60°，反射光与折射光刚好垂直。已知普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，求： （1）该单色光的能量子ε的值（用λ、h、c表示）； （2）该玻璃砖的折射率n； （3）从下表面射出玻璃砖的光线相对于入射光线的侧移距离d。 15．图中K、A是密封在真空管中的两电极，电极K受到紫外线照射时能够发射电子。K、A间的电压大小可调，电源的正、负极亦可对调（当电极A的电势高于电极K的电势时，电压为正）。保持光强不变，改变电源的正、负极，以及移动变阻器的滑片，可得图所示电流表示数I与电压表示数U之间的关系，当电压分别为和时，对应光电流的大小分别为0和，光电流的最大值为，已知电子电荷量为。 （1）求光电子的最大初动能； （2）当所加电压为时，求单位时间内由电极K发出的光电子数n； （3）一种经典模型，计算光电效应中电子获得逸出金属表面所需能量的时间的方法如下：一功率的紫外光源（可看作点光源）向四周均匀辐射能量，距离光源处放置一小块钾。假设：钾原子为球状且紧密排列，紫外光的能量连续且平稳地被这块钾正对光源的表面的原子全部吸收，并且每个原子吸收的能量全部给钾的最外层电子，使之逸出成为光电子。已知钾的逸出功、其原子半径，取元电荷。根据上述信息，计算的大小（结果保留三位有效数字）。并将计算结果与光电效应实验中“电子几乎是瞬时（约为量级）逸出金属表面的”实验结果作比较，判断上述经典模型是否合理。 参考答案 1．【答案】D 2．【答案】D 3．【答案】C 4．【答案】C 5．【答案】B 6．【答案】C 7．【答案】D 8．【答案】A,D 9．【答案】A,D 10．【答案】C,D 11．【答案】B；；D；C 12．【答案】（1）B （2）C （3）B 13．【答案】（1）解： 金属杆由静止释放瞬间，金属杆还没有切割磁感线，没有感应电流，不受安培力，根据牛顿第二定律得 解得 （2）解： 当金属杆匀速运动时，速度最大，设为vm，由平衡条件得 而金属杆产生的感应电动势 感应电流为 联立解得 （3）解： 若ab保持运动状态不变，可知P中不产生光电流，设单色光的最大频率为，根据光电效应方程可知 同时 解得 14．【答案】（1）解：根据光子能量公式 解得该单色光的能量子为 （2）解：由题意知反射光与折射光垂直，根据几何关系可知入射角 与折射角 之和为，即 已知，则折射角，根据折射定律 代入数据得 （3）解：光线穿过平行玻璃砖发生侧移，设玻璃砖厚度为，折射角为，入射角为。光在玻璃砖内的路径长度 侧移距离 为入射光线延长线与出射光线间的垂直距离，由几何关系可得 代入，，，得 15．【答案】（1）解：根据题意，由动能定理有 （2）解：依题意，知光电流的最大值为，可得单位时间内由电极K发出的光电子数为 （3）解：由于该点光源均匀地向四周辐射能量，在离光源r处，单位时间、单位面积的能量 在时间内，正对光源的1个钾原子的投影面积内接受的能量为 如果电子要从表面层中逸出，则其吸收的能量至少等于钾的逸出功，即联立以上各式，可以解得 代入数据，可得 可见，，说明该经典模型不合理。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $