新高考物理一轮复习专题16.1　原子结构和波粒二象性 精品练习（含解析）

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专题16.1　原子结构和波粒二象性【练】1．（2022·北京·高三专题练习）研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（　　）A．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强B．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强C．当滑动变阻器的滑片在最左端时，电流表示数一定为零D．电压表示数越大，则光电流越大，截止频率越小【答案】  B【解析】AB．蓝光较黄光频率高，根据光电效应方程对溢出的光电子，再根据动能定理可知解得因此蓝光的截止电压更高，2号曲线对应蓝光，1、3曲线对应黄光，而曲线1饱和电流较大，因此对应较强的黄光，曲线2对应较弱的黄光，故A错误，B正确；C．当滑动变阻器在最左端时，外接电压为零，此时光电效应产生的光电流不为零，故电流表示数不为零，故C错误；D．当光电流达到饱和时，光电流的大小和光的强度有关，与外接电压无关，外接电压再增大时，电流大小不变，故D错误。故选B。2．（2022·河北沧州·高三开学考试）1916年密立根测量金属的遏止电压（即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压）与入射光频率v的对应关系，实验中推导计算出普朗克常量h。图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压与入射光频率v的关系图像，已知光电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　　）A．电极K的金属材料的截止频率为B．普朗克常量C．电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小D．光电子最大初动能与入射光频率成正比【答案】  B【解析】A．根据可知因此当时取得截止频率为b，故A错误；B．图像斜率表示因此普朗克常量故B正确；C．逸出功只与金属材本身类有关，故C错误；D．根据可知，光电子最大初动能与入射光频率成一次函数关系，故D错误。故选B。3．（2022·河北秦皇岛·高三开学考试）如图所示，由波长为1和2的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。O是两单色光中央亮条纹的中心位置，P1和P2分别是波长为1和2的光形成的距离O点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面M和N位置射出。已知两束光照射某种金属时均可以发生光电效应。则（　　）A．1<2 B．波长为1的光对应的折射率大C．N是波长为1的光的出射位置 D．波长为1的光对应的电子最大初动能大【答案】  C【解析】AB．由双缝干涉条纹间距的公式可知，当两种色光通过同一双缝干涉装置时，波长越长条纹间距越宽，由屏上亮条纹的位置可知可知两束光频率折射率n1<n2AB错误；C．反射光经过三棱镜后分成两束色光，由图可知进入三棱镜时N光的折射角大，又由折射定律可知，N光的折射率小，所以是波长为的光的出射位置，C正确；D．两束光照射同种金属发生光电效应，入射光频率越小，电子的最大初动能越小，波长为的的光对应的电子最大初动能小，D错误。故选C。4．（2022·内蒙古包头·高三开学考试）图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是（　　）A．a光的光照强度等于c光的光照强度B．a光的光照强度小于b光的光照强度C．a光的频率小于c光的频率D．a光的频率大于b光的频率【答案】  C【解析】CD．根据，可得入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由图像可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为故C正确，D错误；A．a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A错误；B．a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。故选C。5．（多选）（2022·浙江·嘉兴一中高三期中）下列叙述中正确的是（　　）A．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半B．根据玻尔理论，一个处于n=4能级的氢原子回到n=1能级的过程中，最多可放出3种频率不同的光子C．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定小于原来重核的结合能D．吸收一个慢中子后，分裂成和还放出10个中子【答案】  BD【解析】A．一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，有半数原子核 发生衰变，不是总质量仅剩下一半，故A错误；B．根据玻尔理论，一个处于n=4能级的氢原子回到n=1能级的过程中，最多可放出3种频率不同的光子，故B正确；C．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，释放核能，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，故C错误；D．根据核反应时质量数和核电荷数守恒，写出反应方程如下故D正确。故选BD。6．（多选）（2022·江西景德镇·二模）如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n=3的激发态，原子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子。若用这些光照射逸出功为2.49eV的金属钠，则下列说法正确的是（　　）A．这群氢原子能发出三种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最长B．这群氢原子能发出两种频率不同的光，其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率最高C．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为11.11eVD．金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为9.60eV【答案】  AD【解析】AB．这群氢原子能发出频率不同的光子数为据光子能量公式可知，其中从n=3跃迁到n=2所发出的光子能量最小，波长最长，从n=3跃迁到n=1所发出的光子能量最大，频率最高，A正确，B错误；CD．据光电效应方程从n=3跃迁到n=1所发出的光子能量最大，为12.09eV，代入解得金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为C错误，D正确。故选AD。7．（多选）（2022·浙江·高三开学考试）如图所示为研究光电效应的实验装置，此时滑片P位于中点O的正上方，用光束照射光电管的极板K，电流表的指针发生偏转。移动滑片P，当电流表示数恰好为0时，电压表指针指向某一刻度，下列说法正确的是（　　）A．滑片P应向右滑动B．电流表示数恰好为0时，电压表示数为遏止电压的大小C．电压表指针指向某一刻度后，再移动滑片P，指针将不再偏转D．用某种频率的光照射，电流表示数恰好为0时，读取电压表示数。换用另一种频率的光，同样操作后也读取电压表示数，若两种光频率和电子电荷量已知，就可以测定普朗克常量【答案】  BD【解析】A．滑片P向左移，光电管加上反向电压，A错误；B．电流表示数刚为0时，电压表的示数为遏止电压的大小，B正确；C．电压表测量所并滑动变阻器部分两端电压，指针一直偏转，C错误；D．由可知，两组数据可以表示出普朗克常量，D正确；故选BD。8．（多选）（2022·甘肃白银·高三开学考试）图甲、乙、丙、丁均为关于光电效应的四幅图像。下列说法正确的是（　　）A．若电子的电荷量为e，则由图甲可得普朗克常量B．由图乙可知，虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功大C．由图丙可知，在光的频率不变（即颜色不变）的情况下，入射光越强，饱和光电流越大D．由图丁可知，光电管两端的电压越高，光电流一定越大【答案】  AC【解析】A．根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理有整理得结合题图甲有解得故A正确；B．根据爱因斯坦光电效应方程可知，图像横截距的绝对值表示极逸出功，因此实线对应金属的逸出功比虚线对应金属的逸出功大，故B错误；C．当入射光的频率一定时，饱和光电流由入射光的强度决定，即在入射光的颜色不变的情况下，入射光越强，光子数越多，饱和光电流越大，故C正确；D．分析题图丁可知，当达到饱和光电流以后，增大光电管两端的电压，光电流不变，故D错误。故选AC。9．（2022·江苏南京·三模）氦原子被电离一个核外电子后，形成类氢结构的氦离子He+，其能级跃迁遵循玻尔原子结构理论，能级图如甲图所示，已知普朗克常量h=6.63×10-34J∙s。若大量处于n=3能级的氦离子跃迁并释放光子。用释放的光子照射光电管阴极，如图乙，K极板的逸出功为4.54eV。调节滑片P使微安表示数恰好为0。求：（1）辐射光子的最长波长；（2）此时电压表的读数。【答案】  （1）；（2）43.82V【解析】（1）氦离子从能级3向能级2跃迁时辐射波长最长的光子又因为所以（2）氦离子从能级3向能级1跃跃迁放出光子能量最大，最大能量为由光电效应方程，可得最大初动能为因为解得10．（2022·山西临汾·高三期中）如图为氢原子的能级示意图。已知可见光光子的能量范围为1.64~3.19V，若使大量处于基态的氢原子被激发后，只能产生2条在可见光区的光谱线，则激发氢原子的光子能量为（　　）A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV【答案】  C【解析】氢原子从高能级向基态跃迁时，所辐射光子能量最小值为因此可见要产生可见光，氢原子吸收能量后最起码要跃迁到n>2能级。由于要使大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，则需要到达n=4能级，氢原子应吸收的能量为故选C。11．（2022·内蒙古赤峰·高三开学考试）氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为，。电磁波谱如图所示，其中可见光的波长范围是400nm~760nm，帕邢系中，氢原子可以发出（　　）A．可见光 B．红外线 C．紫外线 D．X射线【答案】  B【解析】由题给公式可知，在帕邢系中，当n=4时，氢原子发出电磁波的波长最长，为当n趋于无穷大时，氢原子发出电磁波的波长最短，为根据电磁波谱可知选项中四种电磁波按波长由小到大排列为：X射线、紫外线、可见光、红外线，由于略大于可见光的最大波长，所以帕邢系中，氢原子可以发出红外线，不可能发出可见光、紫外线和X射线。故选B。12．（2022·北京·高三专题练习）如图所示，一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b，下列判断正确的是（   ）A．在玻璃中的传播速率a光大于b光B．a光的频率大于b光的频率C．在玻璃中a光的波长大于b光的波长D．b光更容易发生光电效应【答案】  B【解析】B．根据光路可逆知识，a光的入射角大于b光，但折射角相等，根据可知介质对a光折射率大于对b光的折射率，根据频率与折射率关系，a光的频率大于b光的频率，B正确；A．a光的频率大于b光的频率，根据可知在玻璃中的传播速率a光小于b光，A错误；C．由，λ0是光在真空中波长，λ是光在介质中波长，因为a光的折射率大，真空中波长小，所以在玻璃中a光的波长小于b光的波长，C错误；D．由于a光的频率高，光子能量大，更容易发生光电效应，D错误。故选B。13．（2022·宁夏六盘山高级中学模拟预测）如图甲所示，用高压激发氢光谱管，使光谱管中的氢原子大量处于第5能级并辐射发光，其中某些光子打在连着验电器的锌板上，事先使锌板带负电，验电器张开一定的角度。已知锌板表面的电子的逸出功是3.3eV，氢原子的能级示意图如图所示，则下列说法错误的是（　　）A．光谱管会放出10种不同频率的光子B．光谱管发出的光都能使锌板发生光电效应C．从锌板中溢出的光电子最大初动能的最大值为9.76eVD．由于锌板表面的自由电子溢出，验电器的指针张角变小【答案】  B【解析】A．光谱管中的氢原子大量处于第5能级并辐射发光，光谱管会放出种不同频率的光子，A正确，不符合题意；B．从第5能级跃迁到第4能级时辐射光子的能量为0.31 eV，该光子不能使锌板发生光电效应，B错误，符合题意；C．从锌板中溢出的光电子最大初动能的最大值为解得C正确，不符合题意；D．由于事先使锌板带负电，验电器张开一定的角度，锌板表面的自由电子溢出后，验电器的指针张角变小，D正确，不符合题意。故选B。14．（多选）（2022·浙江·高三开学考试）下列说法正确的是（    ）A．图甲中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向频率较低的方向移动B．图乙光电效应实验中滑动变阻器的触头向右移动，电流表的示数有可能增大C．图丙粒子散射实验中，粒子与金原子中的电子碰撞可能会发生大角度偏转D．图丁大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中可能释放出6种频率的光子，其中从n＝4的能级跃迁到n＝3能级辐射的光子波长最大【答案】  BD【解析】A．图甲中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故A错误；B．图乙光电效应实验中滑动变阻器的触头向右移动，正向电压增大，电流表的示数有可能增大，故B正确；C．图丙粒子散射实验中，粒子与金原子中的原子核碰撞可能会发生大角度偏转，故C错误；D．图丁大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中可能释放出光子的频率数其中从n＝4的能级跃迁到n＝3能级辐射的光子波长最大，故D正确。故选BD。15．（多选）（2022·重庆·临江中学高三开学考试）如图所示，图甲为演示光电效应的实验装置；图乙为a、b、c三种光照下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线。下列说法正确的是（　　）A．a、b、c三种光的频率各不相同B．b、c两种光的光强可能相同C．若b光为绿光，a光不可能是紫光D．图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的读数可能增大【答案】  CD【解析】A．由光电效应方程及遏止电压的关系可得b、c两种光的遏止电压相同，故频率相同，a光的遏止电压较小，频率较低，A错误；B．饱和光电流与光强成正比，对比题图乙可知，b光较强，B错误；C．a光频率较低，若b光为绿光，a光不可能是紫光，C正确；D．题图甲中的滑动变阻器的滑片向右滑动，增大光电管两端电压，且为正向电压，电流表的读数可能增大，但不会超过饱和光电流，D正确。故选CD。16．（多选）（2022·浙江·高三开学考试）氢原子的能级图如图（a）所示，一群处于能级的氢原子，用其向低能级跃迁过程中发出的光照射如图（b）电路阴极K的金属，只有1种频率的光能使之发生光电效应，产生光电子，测得其电流随电压变化的图像如图（c）所示。电子电荷量为，则下列说法正确的是（　　）A．题述氢原子跃迁一共能发出4种不同频率的光子B．阴极金属的逸出功为C．题述光电子能使处于能级的氢原子电离D．若图（c）中饱和光电流为，则内最少有个氢原子发生跃迁【答案】  CD【解析】A．题述氢原子跃迁一共能发出6种不同频率的光子，故A错误；B．根据波尔定理，跃迁时能够释放出最大光子能量为逸出功为故B错误；C．使n=3能级氢原子电离所需要的能量为1.51eV，题中光电子最大动能大于电离所需要的能量，故能够使n=3能级的氢原子电离，故C正确；D．饱和光电流为3.2μA，则1s内阴极发出的光电子数目为故D正确。故选CD。17．（多选）（2022·福建省福州第一中学模拟预测）1899年，苏联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。已知频率为的光子的动量为，式中h为普朗克常量（h=6.63×10-34J·s），c为光速（c=3×108m/s），某激光器发出的激光功率为P=1000W，该光束垂直射到某平整元件上，其光束截面积为S=1.00mm2，该激光的波长=500nm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．该激光定能使金属钨（截止频率为1.095×1015Hz）发生光电效应C．该激光不能使处于第一激发态的氢原子（E2=-3.4eV=-5.44×10-19J）电离D．该光束可能产生的最大光压约为6.67Pa【答案】  AC【解析】A．单位时间内射到平整元件上的光能为每个光子的能量为则该激光器单位时间内发出的光子数故A正确；B．入射光的频率为入射光的频率小于金属钨的截止频率，不能发生光电效应，故B错误；C．入射光子的能量光子能量小于处于第一激发态的氢原子的电离能，不能使其电离，故C正确；D．对单位时间内发出的光子，根据动量定理根据以上分析可知代入， 可得故D错误。故选AC。18．（2022·江苏苏州·模拟预测）某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象．当用某单色光照射光电管的阴极K时，会发生光电效应现象，闭合开关S，在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此电压表的电压值U称为遏止电压，根据遏止电压，可以计算出光电子的最大初动能Ekm。现分别用频率为和的单色光照射阴极，测量到遏止电压分别为U1和U2，设电子质量为m，电荷量为e，求：（1）用频率为的光照射时，光电子的最大初速度v（2）普朗克常数h（3）阴极K金属的极限频率。【答案】  （1）；（2）；（3）【解析】（1）光电子在电场中做减速运动，根据动能定理可知可得（2）根据光电效应方程有可得：联立解得：（3）将h代入，解得：19．（2022·广东·高考真题）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（　　）A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子【答案】  A【解析】要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为则被吸收的光子是红外线波段的光子。故选A。20．（2022·浙江·高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（　　）A．逸出光电子的最大初动能为10.80eVB．n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态【答案】  B【解析】A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据可得此时最大初动能为故A错误；B．根据又因为从n=3跃迁到n=1放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确；C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；D．由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。故选B。21．（2021·江苏·高考真题）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　）A． B．C． D．【答案】  C【解析】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极时动能的最大值可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。故选C。22．（2020·北京·高考真题）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，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．从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低C．从能级跃迁到能级需吸收的能量D．能级的氢原子电离至少需要吸收的能量【答案】  C【解析】A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为从能级跃迁到能级辐射的光子能量为比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为故C正确；D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；故选C。