备考2024届高考物理一轮复习分层练习第十六章近代物理第1讲原子结构和波粒二象性

这是一份备考2024届高考物理一轮复习分层练习第十六章近代物理第1讲原子结构和波粒二象性，共6页。
A.原子中绝大部分是“空”的，原子核很小
B.电子在核外绕核旋转的向心力由原子核对它的库仑力提供
C.原子的全部正电荷和质量都集中在原子核里
D.原子核的直径约是10－10m
解析 由于原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内，而原子核又很小，所以原子内绝大部分区域是“空”的，A正确，C错误；电子绕原子核的圆周运动由原子核与电子间的库仑力提供向心力，B正确；对于一般的原子核，其直径的数量级是10－15m，D错误.
2.[2023湖南长沙长郡中学模拟]下列说法正确的是（ B ）
A.图甲α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
B.图乙中大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中能释放出6种频率的光子
C.图丙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向频率较低的方向移动
D.图丁光电效应实验中，滑动变阻器的触头向右移动，电流表的示数一定增大
解析 题图甲α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A错误；题图乙中大量氢原子处于n＝4的激发态，跃迁过程中能释放出C42＝6种频率的光子，故B正确；题图丙中随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短即频率较高的方向移动，故C错误；题图丁光电效应实验中，滑动变阻器的触头向右移动，正向电压增大，若光电流已经达到饱和电流，光电流则不会继续增大，D错误.
3.[能级跃迁中的能量关系/2023山东]“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义.如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态.该原子钟产生的钟激光的频率ν2为（ D ）
A.ν0＋ν1＋ν3B.ν0＋ν1－ν3
C.ν0－ν1＋ν3D.ν0－ν1－ν3
解析 原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时，有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态能级Ⅰ的过程，有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，D正确.
4.[2024贵州贵阳摸底考试/多选]利用如图所示的电路做光电效应实验.实验时，闭合开关S，用两种已知频率的入射光照射光电管，在电路中均出现了光电流.电子的电荷量已知，现把电源的正负极对调后，通过实验可以测出（ ABD ）
A.普朗克常量
B.K极金属材料的逸出功
C.一定光强下的饱和光电流
D.光电子脱离金属后的最大初动能
解析 电源的正负极对调后，光电管中加反向电压，缓慢调节滑动变阻器的滑片使电流表示数恰好减为零，记下此时电压表的示数U，即遏止电压，由动能定理有－eU＝0－Ek，由爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，设两束光的频率分别为ν1、ν2，对应的遏止电压分别为U1、U2，则分别代入上述各式联立得普朗克常量h＝U1-U2ν1-ν2e，K极金属材料的逸出功W0＝U1ν2-U2ν1ν1-ν2e，光电子脱离金属后的最大初动能Ek1＝eU1，Ek2＝eU2，故A、B、D正确；由于饱和光电流是在光强不变的情况下，随着所加正向电压的增大，光电流所趋于的一个饱和值，即电源的正负极对调前，调节滑动变阻器，当电流表的示数不变时，所对应的电流为此光强下的饱和光电流，所以将电源的正负极对调后，无法测出，C错误.
5.[2024山东青岛调研检测]目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子.已知氢原子第n能级的能量En＝－13.6n2eV，金属钨的逸出功为4.54eV，如图是按能量大小排列的电磁波谱，其中可见光的能量区间为1.62eV～3.11eV.下列说法正确的是（ B ）
A.紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离
B.氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子
C.用红外线长时间照射金属钨能产生光电效应
D.用可见光照射处于n＝20能级的氢原子不能使其电离
解析 处于基态的氢原子的能量E1＝－13.612 eV＝－13.6 eV，由电磁波谱图可知，紫外线波段的光子能量有大于13.6 eV的部分，这部分光子能使基态氢原子电离，A错误；同理，处于n＝20能级的氢原子的能量为E20＝－13.6202 eV＝－0.034 eV，可见光波段的光子能量均大于0.034 eV，故用可见光照射处于n＝20能级的氢原子能使其电离，D错误；氢原子从n＝3、4、5、6能级直接跃迁到n＝2能级时产生的光子的能量都在可见光的能量区间内【点拨：原子在发生能级跃迁时，辐射的光子的能量等于两能级之间的能量差】，B正确；根据电磁波谱图可知，红外线的光子能量均小于1.62 eV，更小于金属钨的逸出功，故其不能使金属钨发生光电效应【易错：能否发生光电效应与入射光的光子能量有关，而与光照时间没有关系】，C错误.
6.[2024山东青岛调研检测]透射电子显微镜（TEM）使用高能电子作为光源，简称透射电镜.透射电镜工作时电子经过高压加速和强磁场聚焦后得到观察样品的像.已知显微镜的分辨率与使用光源（光子或电子）的波长成正比，普通光学显微镜分辨率为0.2μm，透射电镜能清晰地观察到直径为2nm的金原子.若光学显微镜使用的可见光平均波长为600nm，动量大小为1.1×10－27N·s.关于高能电子，下列说法正确的是（ D ）
A.波长约为2nm
B.波长约为6×10－6nm
C.动量大小约为1.1×10－29N·s
D.动量大小约为1.1×10－25N·s
解析 因为显微镜的分辨率与使用光源(光子或电子)的波长成正比，则有d＝kλ，即d1λ1＝d2λ2，代入数据解得λ2＝6 nm，A、B错误；根据德布罗意波长公式λ＝hp有p1λ1＝p2λ2，代入数据解得p2＝1.1×10－25 N·s，C错误，D正确.
7.氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子，已知基态的氦离子能量为E1＝－54.4eV，氦离子的能级图如图所示.在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ A ）
（光子）（电子）
（电子）（光子）
解析 入射光子使氦离子跃迁时，其能量应正好等于氦离子的两能级间的能量差，而电子使氦离子跃迁时，其能量大于等于氦离子两能级间的能量差即可，发生电离而使氦离子跃迁时入射光子的能量要大于等于54.4eV，故选A.
8.[2023吉林长春质量检测/多选]爱因斯坦提出了光子说，很好地解释了光电效应实验中的各种现象.与光电效应实验有关的四幅图如图所示，下列说法正确的是（ CD ）
A.如图1，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角变大
B.由图2可知，黄光越强，饱和光电流越大，说明光子的能量与光强有关
C.由图3可知，ν2为该金属的截止频率
D.由图4可知，E等于该金属的逸出功
解析 紫光照射锌板发生光电效应，锌板表面逸出光电子，锌板带负电的阶段，所带负电逐渐减少，验电器的张角减小，A错；黄光越强，产生的饱和光电流越大，说明饱和光电流的大小和光的强度有关，无法说明光子的能量与光的强度有关，B错；根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能为Ek＝hν－W0，结合图4可知逸出功W0＝E，D对；当Ek＝0时，对应的频率ν0为截止频率，即hν0＝W0，遏止电压满足eUc＝hν－W0，变形得Uc＝hνe－hν0e，结合图3可知ν2＝ν0，C对.
9.被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界.天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R.若天体射向天眼的辐射光子中，有η（η＜1）倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子.普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为（ A ）
A.4NL2hνR2ηB.2NL2hνR2ηC.ηL2hν4R2ND.ηL2hν2R2N
解析 设该天体发射频率为ν的光子的功率为P，则t时间内该天体向外辐射的光子的总能量为E＝Pt，以天体为圆心、L为半径的球面面积为S1＝4πL2，则地球上单位面积接收到的光子的能量为E0＝ES1＝Pt4πL2，又“中国天眼”的接收面积为S2＝πR2，所以t时间内“中国天眼”接收的光子能量为E'＝ηE0S2＝ηPtR24L2，又由题意可知t时间内“中国天眼”接收的光子能量也可表达为E'＝Nhνt，解得P＝4NL2hνR2η，A正确，B、C、D错误.
10.[新信息中的能级跃迁/2023辽宁]原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂.某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④.若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（ A ）
A.①和③的能量相等
B.②的频率大于④的频率
C.用②照射该金属一定能发生光电效应
D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek
解析 由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等，A正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式E＝hν可知②的频率小于④的频率，B错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应，但由于②的能量小于①的能量，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应，C错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为Ek，由于④的能量大于①的能量，则由Ek＝hν－W0可知用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于Ek，D错误.
11.[物质波的双缝干涉/2023浙江6月/多选]有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0.当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束.用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx，已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（ AD ）
A.电子的动量pe＝hLdΔx
B.电子的动能Ek＝hL22md2Δx2
C.光子的能量E＝W0＋chLdΔx
D.光子的动量p＝W0c＋h2L22cmd2Δx2
解析 由条纹间距Δx＝Ldλ、电子动量pe＝hλ联立解得pe＝hLdΔx，A对；电子的动能Ek＝12mv2＝pe22m，解得Ek＝h2L22md2Δx2，B错；光子的能量E＝W0＋Ek，故E＝W0＋h2L22md2Δx2，C错；光子的动量p＝hλ＝hνc＝Ec，解得p＝W0c＋h2L22cmd2Δx2，D对.