第四章 原子结构和波粒二象性 章末检测卷 -2026-2027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“原子结构和波粒二象性”单元卷，75分钟100分，通过单选（11题44分）与非选择（5题56分），覆盖量子理论、黑体辐射、α粒子散射、氢原子光谱等核心知识，融合科学思维与科学探究，适配单元复习巩固与能力提升。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |单选|11/44|普朗克能量子、爱因斯坦光电效应、卢瑟福α粒子散射、氢原子能级跃迁|以基础概念辨析为主，如第1题量子理论核心观念，第8题跃迁光子能量分析，体现物理观念的理解| |非选择|5/56|光电效应实验（第12题）、光子动量计算（第13题）、氢原子跃迁应用（第16题）|结合科技情境（江门中微子实验室），综合考查科学推理（如第16题光压计算）与模型建构（能级跃迁模型），梯度覆盖基础操作到创新应用|

第四章　原子结构和波粒二象性 (时间:75分钟 满分:100分) 一、单项选择题(本题共11小题,每小题4分,共44分) 1.量子理论是现代物理学两大支柱之一,量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论,下列说法错误的是(　　) A.普朗克为解释黑体辐射,首先提出“能量子”的概念,他被称为“量子之父” B.爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应 C.康普顿效应证明光具有动量,也说明光是不连续的 D.爱因斯坦的光电效应说明光具有波动性 2.关于黑体与黑体辐射,下列说法错误的是(　　) A.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 B.一般材料的物体辐射电磁波的强度与温度无关,只与材料的种类及表面情况有关 C.黑体辐射随着温度的升高,各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D.带电微粒辐射和吸收的能量,只能是某一最小能量值的整数倍 3.J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究,采用的科学方法是(　　) A.用阴极射线轰击金箔,观察其散射情况 B.用“油滴实验”精确测定电子所带的电荷量 C.用阴极射线轰击荧光物质,对荧光物质发出的光进行光谱分析 D.让阴极射线通过电场和磁场,通过阴极射线的偏转情况判断其电性和计算其比荷 4.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是(　　) A B C D 5.关于下面四幅图,说法正确的是(　　) 甲 乙 丙 丁 A.图甲是α粒子散射的实验装置示意图,卢瑟福否定了汤姆孙枣糕式原子模型的依据是α粒子散射实验现象中,绝大多数α粒子穿过金箔后,仍沿原来的方向前进 B.图乙说明在康普顿效应中,散射的光子波长变长,光子的能量减小 C.图丙是黑体辐射电磁波的强度与波长的关系,温度升高,所辐射的电磁波的强度都增大,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动 D.图丁所示的电路图研究光电效应,用某一频率的光照射光电管,当电压表示数为Uc时,电流表示数恰好为零,已知阴极K的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子的电荷量大小为e,则该入射光的频率为 6.如图所示,这是氢原子光谱,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线,下列说法正确的是(　　) A.氢原子发射光谱属于连续光谱 B.该光谱由氢原子核的跃迁产生 C.Hδ谱线对应光子的动量最大 D.Hα谱线对应光子的能量最大 7.红外线理疗仪发出的红外线的频率为ν,波长为λ,光子的能量为ε,普朗克常量为h,下列关系式正确的是(　　) A.ε= B.ε=hν C.λ=cν D.λ= 8.玻尔的氢原子电子轨道示意图如图所示。一群处于n=4能级的原子向低能级跃迁,下列说法正确的是(　　) A.一共能产生3种不同的光子 B.一共能产生4种不同的光子 C.其中从n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子动量最小 D.其中从n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大 9.氢原子6种可能的跃迁如图,对这几种情况发出的光,下列说法正确的是(　　) A.a光的波长最短 B.c光的频率最大 C.f光的光子能量最大 D.b、d光的光子能量之和大于e光的光子能量 10.著名物理学家G.P.汤姆孙曾在实验中让电子束通过电场加速后,通过多晶薄膜得到了如图所示的衍射图样,已知电子质量m=9.1×10-31 kg,加速后电子速度v=5.0×105 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则(　　) A.该图样说明了电子具有粒子性 B.该实验中电子的德布罗意波长约为1.5 nm C.加速电压越大,电子的物质波波长越长 D.使用电子束工作的电子显微镜中,加速电压越大,分辨本领越弱 11.如图为氢原子能级的示意图,现有一个氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光,下列说法正确的是(　　) A.该氢原子最多可辐射出6种不同频率的光 B.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应 C.波长最长的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的 D.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的 二、非选择题(本题共5小题,共56分。请按题目要求作答) 12.(10分)用某金属制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。 甲 乙　 (1)图甲中电极K为光电管的　　　　(选填“阴极”或“阳极”)。  (2)要观察遏止电压,电源正、负极的接线为　　　　　　　　(选填“左负右正”或“左正右负”)。  (3)用不同频率的光照射该光电管,测遏止电压Uc与入射光频率的关系图像如图乙所示,则该金属的截止频率νc=　　　　　 Hz,逸出功W0=　　　　　 J。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s。(结果均保留两位有效数字)  13.(10分)激光冷却中性原子的原理如图所示,质量为m、速度为v0的原子连续吸收多个迎面射来的频率为ν的光子后,速度减小。不考虑原子质量的变化,光速为c。求: (1)一个光子的动量; (2)原子吸收第一个光子后速度的大小。 14.(12分)人眼对绿光最为敏感,如果每秒有N个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉到。现有一个点光源以功率P均匀向各个方向发射波长为λ的绿光,假设瞳孔在暗处的直径为d,且不计空气对光的吸收,普朗克常量为h,光在真空中传播速度为c,求: (1)单个绿光光子的动量p和能量E; (2)要使眼睛能感觉到光源,人眼离光源的最远距离。 15.(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W0,普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率ν0; (2)若频率为ν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Ek。 16.(14分)一群处于第4能级的氢原子,最终都回到基态,能发出6种不同频率的光,将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上,只能测得3条电流随电压变化的图像(如图乙)。氢原子的能级图如图丙所示。 甲　 　　乙　 　丙 (1)求该金属的逸出功W; (2)求b光照射金属时的遏止电压Ub; (3)光照射到物体表面时,如同大量气体分子与器壁的频繁碰撞一样,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”,用I0表示。一台发光功率为P0的激光器发出一束某频率的激光,光束的横截面积为S。当该激光束垂直照射到某物体表面时,假设光全部被吸收,求其在物体表面引起的光压。(已知光速为c) 参考答案 1.D　解析 为了解释黑体辐射的规律,普朗克首先提出“能量子”的概念,他被称为“量子之父”,故A项正确,不符合题意;爱因斯坦提出了光子说与光电效应方程,实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应,故B项正确,不符合题意;光与粒子发生作用后,光的波长变长,这就是康普顿效应,康普顿效应证明光具有动量,也说明光是不连续的,故C项正确,不符合题意;爱因斯坦的光电效应说明光具有粒子性,故D项错误,符合题意。 2.B　解析 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,这样的物体称为黑体,故A项正确;温度越高,一般材料的物体辐射越强,所以一般材料的物体辐射电磁波的强度与温度有关,故B项错误;温度越高,则黑体辐射越强,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故C项正确;普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,带电微粒辐射和吸收的能量,只能是某一最小能量值的整数倍,故D项正确。本题选错误的,故选B。 3.D　解析 J.J.汤姆孙对阴极射线本质的研究采用的主要方法:让阴极射线通过电场、磁场,通过偏转情况判断其电性,结合类平抛运动与圆周运动的公式,即可计算其比荷,故D项正确。 4.C　解析 α粒子与原子核相互排斥,A、D项错误;运动轨迹与原子核越近,力越大,运动方向变化越明显,B项错误,C项正确。 5.B　解析 卢瑟福否定了汤姆孙枣糕式原子模型的依据是无法解释α粒子散射实验现象中,少数α粒子发生了较大的角度偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转,故A项错误;在康普顿效应中,根据ε=hν=h可知,散射的光子波长变长,说明该光子的能量减小,故B项正确;温度升高,黑体辐射的电磁波的强度都增大,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故C项错误;根据eUc=Ekm=hν-W0,可得该实验的入射光频率为ν=,故D项错误。 6.C　解析 氢原子发射光谱属于线状谱,A项错误;该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生,B项错误;光子动量为p=,Hδ谱线波长最短,所以Hδ谱线对应的光子动量最大,C项正确;光子的能量为ε=hν,Hα谱线波长最长,频率最小,所以对应的光子能量最小,D项错误。 7.B 8.D　解析 一群处于n=4能级的原子向低能级跃迁,一共能产生6种不同的光子,A、B项错误;光子能量与氢原子能级差成正比,由氢原子的能级公式可知,从能级n=4跃迁到n=1产生的光子能量最大,因而辐射光子的频率也最大,对应的波长最短,根据p=,因此从能级n=4跃迁到n=1产生的光子的动量也最大,故C项错误,D项正确。 9.B　解析 由图可知a光对应n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光,所以a光的光子能量最小,频率最小,波长最长,故A项错误;由图可知c光对应n=4能级跃迁到n=1能级辐射的光,所以c光的光子能量最大,频率最大,故B项正确,C项错误;由图可知b、d光的光子能量之和为εb+εd=E4-E2+E3-E2,e光的光子能量为εe=E3-E1=E3-E2+E2-E1,由于E4-E2<E2-E1,则有εb+εd<εe,故D项错误。 10.B　解析 题图为电子束通过多晶薄膜的衍射图样,因为衍射是波所特有的现象,所以说明了电子具有波动性,故A错误;由波长公式可得λ=,电子的动量p=mv,联立可得λ≈1.5 nm,故B项正确;由动能定理可得eU=mv2,联立求解可得λ=,即加速电压越大,电子的波长越短,衍射现象就越不明显,分辨本领越强,故C、D项错误。 11.B　解析 一个氢原子处于n=4能级的激发态,当向低能级跃迁时,该氢原子最多可辐射出3种不同频率的光,故A项错误;从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量E=-3.40 eV-(-13.6) eV=10.2 eV,大于金属铂的逸出功,能发生光电效应,故B项正确;由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子的能量最大,频率最大,则波长最短,故C项错误;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子的能量最小,频率最小,故D项错误。 12.(1)阴极　(2)左负右正　(3)5.0×1014　3.3×10-19 解析 (1)电子从金属板上射出后被电场加速,由此可知K板为负极,即为阴极。 (2)要观察遏止电压,则加反向电压,电源正、负极的接线为左负右正。 (3)根据爱因斯坦光电方程 Ekm=hν-W0 eUc=Ekm 得eUc=hν-W0 因此当遏止电压为零时 hν=W0 由图像可知,该金属的截止频率 νc=5.0×1014 Hz 根据 hνc=W0 可求得该金属的逸出功大小为 W0=3.3×10-19 J。 13.(1)　(2)v0- 解析 (1)根据德布罗意波长公式有 λ= 可得一个光子的动量为 pc=。 (2)根据动量守恒有 mv0-pc=mv1 所以原子吸收第一个光子后速度的大小为 v1=v0-。 14.(1)　h　(2) 解析 (1)绿光的频率ν= 单个绿光光子的能量E=hν=h 根据质能方程有E=mc2 又有p=mc 解得p=。 (2)每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量是E0=Nh 瞳孔的面积为S1= 以光源为球心,以光源到眼的距离R为半径的球面积是S2=4πR2 于是每秒射入瞳孔引起视觉所需的最低能量有 E0=P= 联立解得R=。 15.(1)　(2)hν-W0 解析 (1)金属的截止频率对应金属的逸出功 则有W0=hν0 解得ν0=。 (2)根据题意,由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0。 16.(1)6.75 eV　(2)5.34 V　(3) 解析 (1)由题图可知,a光的遏止电压Ua=6 V,则a光照射金属时的最大初动能为Ek=eUa=6 eV 则a光为n=4能级跃迁到基态时所辐射出的光,a光的光子能量为Ea=-0.85 eV-(-13.6) eV=12.75 eV 根据光电效应方程,则有Ek=Ea-W 则该金属逸出功为W=12.75 eV-6 eV=6.75 eV。 (2)由题意可知,b光为n=3能级跃迁到基态时所放出的光,b光的光子能量为 Eb=-1.51 eV-(-13.6) eV=12.09 eV 根据光电效应方程有Ek'=Eb-W=eUb 则b光照射金属时的遏止电压Ub为 Ub=5.34 V。 (3)一小段时间Δt内激光器发射的光子数为 n= 光照射物体表面,由动量定理得 FΔt=np 其中p= 产生的光压为I0= 解得I0=。 学科网（北京）股份有限公司 $