新教材2023_2024学年高中物理第4章原子结构和波粒二象性测评新人教版选择性必修第三册

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第四章测评一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求。1.下列有关说法正确的是(　　)A.玻尔在1900年把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的传统观念B.动能相同的一个质子和一个电子,质子的德布罗意波长比电子长C.康普顿效应表明光子不仅具有能量,还具有动量D.普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性2.(2023江苏无锡高二期中)下列实验,深入地揭示了光的粒子性一面的有(　　)3.某同学用如图所示实验装置探究光电效应,此时电流表有示数。下列说法正确的是(　　)A.若减小光的强度,增大光的频率,则无法确定光电子的最大初动能是增大还是减小B.将P向右移,光电子初动能不变C.若减小光的频率,则一定不会发生光电效应D.若减小光的强度,则不再发生光电效应4.脉冲燃料激光器以450 μs的脉冲形式发射波长为585 nm的光,这个波长的光可以被血液中的血红蛋白强烈吸收,从而有效清除由血液造成的瘢痕。每个脉冲向瘢痕传送约为5.0×10-3 J的能量,普朗克常量为6.626×10-34 J·s。则(　　)A.每个光子的能量约为5×10-19 JB.每个光子的动量约为3.9×10-43 kg·m/sC.激光器的输出功率不能小于1.24 WD.每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为1.47×10165.如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其逸出功的大小关系为W1>W2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　)6.如图所示为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。下列说法正确的是(　　)A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B.用能量为10.3 eV的光子照射氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的D.用n=4能级跃迁到n=2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7.(2023湖南衡阳高二开学考试)氢原子从较高能级跃迁到较低能级时要发射光子,而氩原子从一个能级跃迁到一个较低能级时,可能不发射光子,而是把相应的能量转交给另一能级上的电子,并使之脱离原子,这一现象叫俄歇效应,以这种方式脱离原子的电子叫俄歇电子。若氩原子的基态能量为E1,处于n=2能级的电子跃迁时,将释放的能量转交给处于n=4能级的电子,使之成为俄歇电子a。假设氩原子的能级能量公式类似于氢原子的,即En=(n=1,2,3,…,表示不同能级),则(　　)A.氩原子从n=2能级向n=1能级跃迁时释放的能量为E1B.氩原子从n=2能级向n=1能级跃迁时释放的能量为-E1C.俄歇电子a的动能为-E1D.俄歇电子a的动能为-E1二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。8.(2023广东深圳高二期中)下列表述正确的是(　　)A.光的干涉和衍射实验表明,光是一种电磁波,具有波动性,光电效应和康普顿效应则表明光在与物体相互作用时,表现出粒子性B.由E=hν和p=知,普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁C.在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,要把一部分动量转移给电子,因此,这些光子散射后波长变小D.光电效应实验中,遏止电压由入射光强度决定,入射光强度越大,遏止电压就越大9.(2023山东威海高二月考)氢原子能级图以及从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线如图所示。已知从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光的波长为658 nm,下列叙述正确的有(　　)A.用波长为633 nm的光照射能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级B.四条谱线中频率最大的是HδC.如果Hδ可以使某种金属发生光电效应,只要照射时间足够长,光的强度足够大,Hβ也可以使该金属发生光电效应D.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时,最多产生3种谱线10.(2023山东烟台高二期末)一群处于基态的氢原子受某种光照射后,跃迁到第4能级,发出的光谱中只含有两条可见光a和b。用光a、b照射同一光电效应装置,得到的光电流和电压的关系如图甲所示。氢原子能级图如图乙所示。已知可见光光子的能量范围为1.64~3.19 eV。关于上述物理过程,下列说法正确的是(　　)A.照射氢原子的光子能量E=12.75 eVB.用b光照射时,获得的光电子的初动能大C.氢原子受激发后,可以发出6种不同频率的光D.a光是氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时发出的光三、非选择题:本题共5小题,共54分。11.(6分)(1)研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是　　　　。 (2)金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),原因是　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 12.(8分)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。(1)图甲中电极A为光电管的　　　　(选填“阴极”或“阳极”); (2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的极限频率νc=　　　　 Hz,逸出功W0=　　　　 J; (3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=　　　 J。 13.(10分)功率为40 W的白炽灯,有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm,那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少?(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)       14.(14分)(2023河北邯郸高二月考)光具有波粒二象性,在爱因斯坦提出光子说之后法国物理学家德布罗意提出了物质波的概念,若某激光仪以发光功率P发射波长为λ的单色光束,已知普朗克常量为h,电子质量为m,光在真空中的速度为c,试根据上述条件计算:(1)该激光仪在1 s内能发射出多少个光子?(2)若光束照射逸出功为W0的金属板的表面,其逸出电子对应的德布罗意波最小波长是多少? 15.(16分)(2023河北邢台第一中学月考)氢原子能级图如图甲所示,用某单色光照射轰击大量处于基态的氢原子,氢原子可以跃迁至n=5能级。研究光电效应的电路图如图乙所示,用上述单色光进行实验时发现,当a、b两点电势差Uab=-11.2 V时,电流表示数恰为零。已知电子的电荷量为e,普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c。(1)求阴极K的金属的逸出功。(2)大量上述处于激发态的氢原子,跃迁过程中发出的光,其中能使光电管阴极K发生光电效应的有几种? 
第四章测评1.C　普朗克在1900年把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的传统观念,A错误;根据p=,因为质子质量大于电子质量,所以质子动量大于电子的动量,由λ=知质子的德布罗意波长比电子的短,B错误;康普顿根据p=,对康普顿效应进行解释,其基本思想是光子不仅具有能量,而且具有动量,C正确;德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性,D错误。2.A　X射线被石墨散射后部分波长变长(即康普顿效应),说明光子具有动量,深入地揭示了光的粒子性,故A符合题意;阴极射线通过多晶薄膜后得到的衍射图样,说明电子具有波动性,故B不符合题意;轰击金箔的α粒子中有少数发生较大偏转,说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围,进而揭示了原子具有核式结构,故C不符合题意;氢原子发射的光经三棱镜分光后,呈现线状谱,揭示了氢原子具有分立能级的特征,故D不符合题意。3.B　若减小光的强度,增大光的频率,则每个光子的能量增大,根据光电效应方程可知光电子的最大初动能增大,故A错误;将滑动变阻器滑片P向右移,但光的频率不变, 每个光子的能量不变,根据光电效应方程可知光电子的最大初动能不变,故B正确;若减小光的频率,无法确定该光的频率与金属的截止频率的关系,所以不一定会发生光电效应,故C错误;若仅减小该光入射的强度,由于每个光子的能量不变,入射光的频率仍然大于金属的截止频率,会发生光电效应,故D错误。4.D　每个光子的能量约为E=J=3.4×10-19J,选项A错误;每个光子的动量约为p=kg·m/s=1.13×10-27kg·m/s,选项B错误;激光器的输出功率不能小于P==11.1W,选项C错误;每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为n==1.47×1016,选项D正确。5.C　光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hν-W,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;逸出功越大,则图像在纵轴上的截距越小,因W1>W2,则图像C正确,A、B、D错误。6.C　处于n=4能级的氢原子能发射=6种频率的光,故A错误;原子跃迁能量必须等于能级差,基态的氢原子吸收10.2eV的能量从n=1能级跃迁到n=2能级,而10.3eV大于10.2eV,所以不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态,故B错误;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光的能量为最小值,波长最长,所以最容易表现出衍射现象,故C正确;由n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量为ΔE=-0.85eV-(-3.4eV)=2.55eV,小于6.34eV,所以不能使金属铂发生光电效应,故D错误。7.C　由跃迁知识可知,氩原子从n=2能级向n=1能级跃迁时释放的能量等于这两个能级间的能量差ΔE=E2-E1==-E1,选项A、B均错误;n=4能级的电子跃迁到n=¥能级时需要吸收的能量等于这两个能级间的能量差ΔE'=-E4=0-=-E1,剩余的能量为俄歇电子a的动能,即Ek=ΔE-ΔE'=-E1,选项C正确,D错误。8.AB　光是一种电磁波,既有波动性又有粒子性,光的传播主要表现为波动性,如光的干涉和衍射实验,光与物质作用主要表现为粒子性,如光电效应和康普顿效应,故A正确;光子的能量E=hν表现为粒子性,而动量p=表现为波动性,则普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁,故B正确;在康普顿效应中,当入射的光子与晶体中的电子碰撞时,要把一部分动量转移给电子,因此,这些光子散射后的动量变小,由p=可知,波长变长,故C错误;光电效应实验中,由光电效应方程和动能定理可得eUc=Ekm=hν-W0,则可知遏止电压由入射光频率决定,入射光的频率越大,遏止电压就越大,故D错误。9.BD　由题可知,从n=2能级跃迁到n=3能级,需要吸收波长为λ=658nm的光子,故A错误;四种跃迁中,由n=6到n=2能级间的能级差最大,辐射的光子能量最大,辐射光子频率最大,即四条谱线中频率最大的是Hδ,故B正确;由图可知,Hδ的能量值大于Hβ的能量值,所以如果Hδ可以使某种金属发生光电效应,Hβ不一定能使该金属发生光电效应,能否产生光电效应与光的强度和照射时间无关,故C错误;根据N==3,所以一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能辐射3种谱线,故D正确。10.ABC　氢原子从基态跃迁到n=4能级时,照射氢原子的光子能量E=-0.85eV-(-13.6eV)=12.75eV,选项A正确;由图甲可知,b光照射时的遏止电压较大,可知用b光照射时,获得的光电子的初动能大,选项B正确;氢原子受激发后跃迁到第4能级,能够辐射的光子数为=6,故C正确;从n=4能级跃迁到n=2能级时,发出的光子能量为2.55eV,从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光子能量为1.89eV,由图甲可知,在光电效应装置中,a光遏止电压低,根据hν-W=|eUc|可知,a光的光子能量小,a光是从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光,故D错误。11.答案 (1)C　(2)减小　光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)解析 (1)由于光的频率一定,它们的遏止电压相同,A、B错误;光越强,电流越大,C正确,D错误。(2)由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),速度减小,光电子的动量变小。12.答案 (1)阳极　(2)5.15×1014　3.41×10-19(3)1.23×10-19解析 (1)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极。(2)由题图可知,铷的极限频率νc为5.15×1014Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19J。(3)当入射光的频率为ν=7.00×1014Hz时,由Ek=hν-hνc得,光电子的最大初动能为Ek=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014J=1.23×10-19J。13.答案 5.8×1018解析 波长为λ的光子能量为ε=hν=h ①设白炽灯每秒内发出的光子数为n,白炽灯电功率为P,则n= ②式中η=5%是白炽灯的发光效率联立①②式得n=代入题给数据得n=5.8×1018。14.答案 (1)　(2)解析 (1)1s内,激光管发出激光的总能量为E=Pt每个光子的能量为ε=hν=1s内发出激光的光子数为N=。(2)根据爱因斯坦光电效应方程可知逸出光电子的最大初动能为Ekm=hν-W0逸出光电子的最大动量为pmax=其对应的最小德布罗意波的波长为λmin=。15.答案 (1)1.86 eV　(2)7种解析 (1)该单色光光子的能量E=-0.54eV-(-13.6eV)=13.06eV根据爱因斯坦光电方程有E-W0=Ekm根据动能定理有eUab=0-Ekm解得W0=1.86eV。(2)大量上述处于激发态的氢原子,向低能级跃迁时可发出不同频率的光的种数为=10种由ΔE=Em-En可知,其中n=5能级跃迁到n=4能级、n=5能级跃迁到n=3能级、n=4能级跃迁到n=3能级时,放出光子的能量小于阴极K的金属的逸出功,不能使光电管阴极K发生光电效应,则有-3=7种,即能使光电管阴极K发生光电效应的有7种。