2022-2023学年人教版选择性必修第三册 第4章 原子结构和波粒二象性 单元测试

这是一份2022-2023学年人教版选择性必修第三册 第4章 原子结构和波粒二象性 单元测试，共10页。
原子结构和波粒二象性 1.在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长λ的关系图像，则下列说法正确的是(　　)A．T1＞T2B．T1＜T2C．随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动A　[黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从图中可看出，λ1＜λ2，T1＞T2，故选项A正确。]2．(2021·浙江6月选考)已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子的质量为9.11×10－31 kg，一个电子和一滴直径约为4 μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为(　　)A．10－8　　B．106　　C．108　　D．1016C　[油滴的密度约为0.8×103 kg/m3，则m＝ρ≈2.68×10－14 kg，根据λ＝＝，联立得＝＝≈1.7×108，选项C正确。]3．光电效应实验中，下列表述正确的是(　　)A．光照时间越长，光电流越大B．入射光足够强就会有光电流C．遏止电压与入射光的频率成正比D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子D　[在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，A、B错误，D正确；由－eU＝0－Ek，Ek＝hν－W，可知U＝，即遏止电压与入射光频率ν有关，但二者间不是正比关系，C错误。]4．下列叙述中符合物理学史的有(　　)A．汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子B．卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的C．查德威克通过对α粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型D．玻尔根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式A　[汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，B、C错误；巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，D错误。]5．(2020·天津卷)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(　　)A.　　　　　　　　　B.C.　　　　　　　　　　D.D　[双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A项错误；光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B项错误；C实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C项错误；卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D项正确。]6．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)A.图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核发生了碰撞C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D．根据α粒子散射实验可以估算原子大小C　[题图中大角度偏转的α粒子所受的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，A错误；题图中的α粒子反弹是因为α粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，阻碍α粒子运动，但是并没有发生碰撞，B错误；绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；根据α粒子散射实验可以估算原子核大小，D错误。]7．(2020·北京卷)氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是(　　)A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量C　[大量氢原子处于n＝3能级跃迁到n＝1最多可辐射出C＝3种不同频率的光子，故A项错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为hν1＝13.6 eV－1.51 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为hν2＝3.4 eV－1.51 eV，比较可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率高，故B项错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，故C项正确；根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量，故D项错误。]8．已知巴耳末系对应的光谱线是可见光，那么莱曼系对应的光谱线与前者相比有(　　)A.可能是紫外线B．可能是红外线C．光的波长会更长D．在真空中的传播速度会更大A　[由图可知，莱曼系对应的光谱中光的频率比巴耳末系对应的光谱中光的频率大，则可能是紫外线，故A正确，B错误；由于莱曼系对应的光谱中光的频率比巴耳末系对应的光谱中光的频率大，根据c＝λν可知对应的波长更小，故C错误；所有光在真空中的传播速度都相同，故D错误。故选A。]9．德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是λ＝，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量。已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的10－4：(1)求电子的动量的大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小。电子质量m＝9.1×10－31 kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，加速电压的计算结果取一位有效数字。[解析]　(1)由λ＝知电子的动量p＝＝1.5×10－23 kg·m/s。(2)电子在电场中加速，有eU＝mv2又mv2＝解得U＝＝≈8×102 V。[答案]　(1)1.5×10－23 kg·m/s　(2)U＝8×102 V10．(多选)(2022·北京朝阳区高二期末)小宇同学参加学校科技嘉年华，设计了一个光电烟雾探测器，如图所示，S为光源，有一束光束，当有烟雾进入探测器时，来自S的光会被烟雾散射进入光电管C，当光射到光电管中的钠表面(钠的极限频率为6.00×1014 Hz)，会产生光电子，当光电流大于10－8 A时，便会触发报警系统报警。电子电荷量e＝1.60×10－19 C，下列说法正确的是(　　)A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于0.5 μmB．光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，光电烟雾探测器灵敏度越高C．光束遇到烟雾发生散射是一种折射现象D．若5%射向光电管C的光子会使光电管产生光电子，当报警器报警时，每秒射向C中钠表面的光子最少数目是1.25×1012个BD　[根据Ek＝hν－W0＝－hνc。光源S发出的光波最大波长：λmax＝＝ m＝5×10－7 m＝0.5 μm，即要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能大于0.5 μm，故A错误；光源S发出的光波能使光电管发生光电效应，那么光源越强，被烟雾散射进入光电管C的光越多，越容易探测到烟雾，即光电烟雾探测器灵敏度越高，故B正确；光束遇到烟雾发生散射是一种反射现象，故C错误；光电流等于10－8 A时，每秒产生的光电子的个数：n＝＝＝6.25×1010个，每秒射向C中钠表面的光子最少数目：N＝＝＝1.25×1012个，故D正确。]11．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是(　　)A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大AD　[增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hν－W0＝mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确。]12．(多选)处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是(　　)A．电子绕核旋转半径增大B．电子的动能增大C．氢原子的电势能增大D．氢原子的总能量增加ACD　[由玻尔理论可知，氢原子吸收光子后，电子应从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做负功，电势能增加。另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力，故＝，所以Ek＝mv2＝。可见，电子运动轨道半径增大，动能减小，再结合能量守恒定律，氢原子吸收光子，总能量增加，故选项A、C、D正确。]13．(多选)根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时(　　)A．轨道半径之比为1∶4B．速度之比为4∶1C．周期之比为1∶8D．动能之比为4∶1ACD　[由玻尔公式rn＝n2r1，所以轨道半径之比为r1∶r2＝12∶22＝1∶4，故A正确；根据库仑定律和牛顿第二定律有：k＝m，vn＝，所以速度之比为＝＝2∶1，故B错误；根据库仑定律和牛顿第二定律有：k＝mrn，T＝，所以周期之比为＝＝1∶8，故C正确；根据mv＝k，所以动能之比为＝＝4∶1，故D正确。]14．(多选)如图所示的氢原子能级图，可见光的能量范围为1.62～3.11 eV，用可见光照射大量处于n＝2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为E的实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，则(　　)A．一定有4.73 eV>E>1.62 eVB．E的值可能使处于基态的氢原子电离C．E一定大于2.86 eVD．E的值可能使基态氢原子产生可见光BD　[红外线光子能量小于可见光光子能量，由实物粒子轰击大量处于n＝2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，说明处于n＝2能级的氢原子受激发后至少跃迁到n＝5，所以实物粒子的最小能量为E＝E5－E2＝2.86 eV，选项A、C错误；因为E可以为大于或等于2.86 eV的任意值，选项B、D正确。]15．(多选)如图所示为光电管的原理图。已知滑动变阻器的滑片在图示P位置，用黄光照射阴极K时，电流表指针恰好不偏转，下列说法正确的是(　　)A．滑片向左移动到最左端时，电流表指针也不会发生偏转B．滑片向右移动到最右端时，电流表指针不会发生偏转C．滑片在P位置时，换用红光照射，电流表指针会发生偏转D．滑片在P位置时，换用紫光照射，电流表指针会发生偏转BD　[光电管两端加的是反向电压，说明用黄光照射时，光电管的阴极K已发生光电效应，具有最大初动能的光电子恰好能到达A极附近，滑片向左移动到最左端时，反向电压为零，光电子能到达A极并通过电流表，电流表指针会发生偏转，A错误；滑片向右移动到最右端时，反向电压变大，光电子到达不了A极，电流表指针不会发生偏转，B正确；滑片在P位置时，由于红光的频率低于黄光的频率，换用红光照射时，一种可能是K极不会发生光电效应，另一种可能是K极发生光电效应，但从K极逸出的光电子的最大初动能小于用黄光照射时逸出的光电子的最大初动能，光电子也到达不了A极，电流表指针不会发生偏转，C错误；由于紫光的频率大于黄光的频率，换用紫光照射时，逸出光电子的最大初动能变大，光电子能到达A极并通过电流表，电流表指针会发生偏转，D正确。故选BD。]16.氢原子的能级图如图所示。原子从能级n＝3向n＝1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应。有一群处于n＝4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属。普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，求：(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光子；(2)该金属的逸出功和截止频率。[解析]　(1)处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为N＝＝＝6(种)。(2)W0＝E3－E1＝12.09 eV，E3－E1＝hν解得ν＝2.9×1015 Hz。[答案]　(1)6　(2)12.09 eV　2.9×1015 Hz17.如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为λ的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W0，电子质量为m，电荷量为e。求：(1)从B板运动到A板所需时间最短的光电子，到达A板时的动能；(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间。[解析]　(1)根据爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0光子的频率为ν＝所以光电子的最大初动能为Ek＝－W0能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子，设到达A板的动能为Ek1，由动能定理，得eU＝Ek1－Ek所以Ek1＝eU＋－W0。(2)能以最长时间到达A板的光电子，是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子。则d＝at2＝解得t＝d。[答案]　(1)eU＋－W0　(2)d18．玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示。当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出某种频率的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面。已知电子电荷量e＝1.60×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s(保留两位有效数字)。求：(1)辐射出光子的频率。(2)辐射出光子的动量。(3)钾表面逸出的光电子的最大初动能为多少电子伏。[解析]　(1)氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子的能量为E＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV由E＝hν解得光子的频率ν≈6.2×1014 Hz。(2)由p＝＝得p≈1.4×10－27 kg·m/s。(3)用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由光电效应方程Ek＝hν－W0产生光电子的最大初动能为Ek＝(2.55－2.25)eV＝0.30 eV。[答案]　(1)6.2×1014 Hz(2)1.4×10－27 kg·m/s　(3)0.30 eV