2023版新教材高中物理第四章原子结构和波粒二象性核心素养检测卷新人教版选择性必修第三册

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第四章核心素养检测卷考试时间：75分钟，满分：100分一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．关于物理学家和他们的贡献，下列说法正确的是(　　)A．汤姆孙发现电子，揭示了原子核内部具有复杂结构B．爱因斯坦的光电效应说明光具有波动性C．卢瑟福通过对阴极射线的研究提出了“枣糕模型”D．玻尔的原子模型成功地解释了氢原子光谱的实验规律2．下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有粒子性3．下列说法正确的是(　　)A．原子的核式结构模型是汤姆孙建立起来的B．在α粒子散射实验中，绝大多数粒子发生了大角度偏转C．玻尔模型能够解释所有原子的光谱D．玻尔认为电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的4．对波粒二象性的理解，下列说法错误的是(　　)A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性B．德布罗意提出实物粒子具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的频率和波长之间遵从ν＝eq \f(ε,h)和λ＝eq \f(h,p)的关系C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显D．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动能也相等5．氢原子第n能级的能量为En＝eq \f(－13.6eV,n2)(n＝1，2，3…)，大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁过程中，下列说法中正确的是(　　)A．氢原子的发射光谱为连续谱B.会辐射出两种不同频率的光子C．由n＝2能级跃迁到n＝1能级时产生的光子频率最小D．辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，能使其发生光电效应的光子有两种6．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则(　　)A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν17．光电管是光控电路的核心元件．如图为一种在自动化控制中常用的光控继电器示意图，当用一束单色光照射光电管时，未能发生光电效应．为使光电管发生光电效应，下列可采取的措施是(　　)A．增大该光的照射强度B．延长该光的照射时间C．改用频率更高的光照射光电管D．改用波长更长的光照射光电管二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)8．关于近代物理实验，下列说法正确的有(　　)A．光电效应实验中，一定频率的可以产生光电效应的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多B．在光电效应实验中，入射光的频率大于金属的截止频率时不发生光电效应C．康普顿效应表明，光子除了具有能量之外还具有动量D．一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波的波长更长9．爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说．与光电效应有关的四个图像如图所示，下列说法正确的是(　　)A．如图1装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角会变小B．根据图2可知，黄光越强，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10.氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为656nm，以下判断不正确的是(　　)A．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，辐射光的波长大于656nmB．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．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D．用波长633nm的光照射，能使氢原子从n＝2能级跃迁到n＝3能级三、非选择题(本题共5小题，共54分)11．(6分)人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想．(1)1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况(图甲)，断定阴极射线是________(填“电磁波”或“电子”)，进而认为原子是一个球体，提出原子“西瓜模型”或“________模型”；(2)1909年，卢瑟福与他的学生进行了α粒子散射实验(图乙)，提出了原子核式结构模型．下列对此实验与模型的说法，正确的是________．A．α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的B．绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为电子的质量太小C．极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力D．α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上12.(10分)美国物理学家密立根通过研究带电油滴在平行金属板间的运动，比较准确地测定了元电荷，获得了1923年的诺贝尔物理学奖．其实验原理可简化为如图所示的模型，置于真空中的油滴室内有两块水平放置的平行金属板A、B与电压为U的恒定电源两极相连，平行金属板A、B间距为d，两板间存在竖直方向的匀强电场，喷雾器喷出带同种电荷的油滴，少数油滴通过金属板A的小孔进入平行金属板间，油滴进入金属板间后，有的油滴刚好悬浮不动．(1)已知金属板A带正电，金属板B带负电，则平行金属板A、B间的电场方向________(填“竖直向上”或“竖直向下”)，油滴带________(填“正电”或“负电”).(2)若已知两板间的电场强度大小为eq \f(U,d)，悬浮油滴的质量为m，重力加速度大小为g，忽略空气对油滴的影响，则悬浮油滴带的电荷量为________．(3)现在公认的元电荷的值e＝________C.13.(10分)氢原子的能级图如图所示，某金属的极限频率恰等于氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光的频率．现在用氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出的光去照射该金属，求：(1)该金属的逸出功为多少电子伏特；(2)从该金属表面逸出的光电子的最大初动能是多少电子伏特．14．(12分)如图所示为汤姆孙用来测定电子比荷的装置．当极板P和P′间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O′点，O′点到O点的竖直距离为d，水平距离可忽略不计；此时在P与P′之间的区域里再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，调节磁感应强度，当其大小为B时，亮点重新回到O点．已知极板水平方向长度为L1，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L2.(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小．(2)推导出电子比荷的表达式．15.(16分)研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为W0＝2.25eV，现用光子能量为10.75eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好为零．求：(结果保留两位小数)(1)电压表的示数是多少？(2)若照射光的强度不变，紫外线的频率增大一倍，阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化？到达阳极的光电子动能为多大？(3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多大？第四章核心素养检测卷1．答案：D解析：汤姆孙发现电子，天然放射现象的发现，揭示了原子核内部有复杂结构，A错误；光电效应说明光具有粒子性，并不是波动性，B错误；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，C错误；玻尔将量子化理论引入原子模型，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，D正确．2．答案：B解析：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，爱因斯坦成功的解释了光电效应现象，A错误；波尔提出自己的原子模型，他指出氢原子能级是分立的，解释了原子发射光子的频率是不连续的，B正确；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子核式结构模型，并没有发现质子，C错误；衍射是波的典型特征，根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，D错误．故选B.3．答案：D解析：汤姆孙首先发现了电子，提出了“枣糕”式原子模型，原子的核式结构模型是卢瑟福建立起来的，故A错误；卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转，故B错误；玻尔模型只能够解释氢原子的光谱，故C错误；玻尔理论提出假设：电子的轨道是量子化的，原子的能量也是量子化的，故D正确．4．答案：D解析：光电效应和康普顿效应都揭示了光的粒子性，康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性，故A正确；实物粒子具有波动性，而且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，遵从ν＝eq \f(ε,h)和λ＝eq \f(h,p)的关系，故B正确；光的波长越短，频率越大，根据ε＝hν，知光子能量越大，而且波长越短，光的粒子性越明显，故C正确；如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动量相等，但动能不相等，故D错误．5．答案：D解析：氢原子的发射光谱为线状光谱，不是连续谱，A项错误；大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁过程中会辐射出C eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)) ＝3种不同频率的光子，B项错误；由n＝3能级跃迁到n＝2能级时，能级差最小，则产生的光子频率最小，C项错误；因从2→1和3→1的跃迁中的能级差分别为10.2eV和12.09eV，大于金属钨的逸出功，则辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨，能使其发生光电效应的光子有两种，D项正确．故选D.6．答案：D解析：由于氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，可知能级k最高、n最低，所以氢原子从能级k跃迁到能级m，需辐射光子的能量为hν2－hν1，D正确．7．答案：C解析：是否发生光电效应，取决于入射光的频率是否超过极限频率，故可以改用频率更高的光照射光电管，与入射光的强度及照射时间无关，AB错误，C正确．改用波长更长的光，由ν＝eq \f(v,λ)可知，频率更低，更不可能发生光电效应，D错误．故选C.8．答案：AC解析：入射光的强度越强，单位时间内照射到金属上的光子数就越多，发射的光电子数就越多，故A正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于金属的截止频率，故B错误；康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故C正确；由Ek＝eq \f(p2,2m)可知，相同动能的一个电子和一个质子，电子的动量小于质子的动量，再由λ＝eq \f(h,p)知，电子的德布罗意波的波长比质子的德布罗意波的波长长，故D错误．9．答案：ACD解析：如果先让锌板带负电，验电器由于带负电张开一定的角度，当用紫外线灯照射锌板时，产生光电子，则验电器的张角会变小，故A正确；黄光越强，光子数越多，产生的光电子越多，光电流越大，但光子的能量与光强无关，故B错误；根据Ek＝hν－W0＝eUc解得Uc＝eq \f(h,e)(ν－νc).由图3可知ν2为该金属的截止频率，故C正确；根据Ek＝hν－W0知，当ν＝0时，可得Ek＝－W0由图像知纵轴截距为－E，所以有W0＝E，即该金属的逸出功为E，故D正确．故选ACD.10．答案：ABD解析：从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长为656nm，即有heq \f(c,656nm)＝[－1.51－(－3.4)]×1.6×10－19J而当从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，辐射能量更多，则频率更高，则波长小于656nm，故A错误；当从n＝1能级跃迁到n＝2能级时，需要吸收的能量为ΔE＝[－3.4－(－13.6)]×1.6×10－19J根据A选项分析，则有eq \f(hc,λ)＝[－3.4－(－13.6)]×1.6×10－19J解得λ＝122nm，故B错误；根据C eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(3)) ＝3，可知一群n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线，故C正确；氢原子从n＝2能级跃迁到n＝3能级，必须吸收的能量为ΔE′，与从n＝3跃迁到n＝2能级时放出的能量相等，因此只能用波长656nm的光照射，故D错误．本题选不正确项，故选ABD.11．答案：(1)电子　枣糕　(2)CD解析：(1)汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况，断定其本质是带负电的粒子流，并断定阴极射线是电子．汤姆孙认为正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”．(2)α粒子散射实验不能证明原子核内部存在质子，也不会证实原子核由质子和中子组成，故A错误；绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为原子内部绝大部分空间是空的，故B错误；极少数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力，故C正确；α粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上，故D正确．12．答案：(1)竖直向下　负电　(2)eq \f(mgd,U)　(3)1.6×10－19(1.60×10－19也正确)解析：(1)根据电场线起于正电荷终于负电荷可知，平行金属板A、B间的电场方向竖直向下．悬浮油滴在两极板间受力平衡，则油滴所受的电场力方向竖直向上，与电场方向相反，所以油滴带负电．(2)悬浮油滴在两极板间受力平衡，则有Eq＝eq \f(Uq,d)＝mg即q＝eq \f(mgd,U)(3)在密立根之后，人们又做了许多测量，现在公认的元电荷的值e＝1.6×10－19C．13．答案：(1)2.55eV　(2)7.65eV解析：(1)因该金属的极限频率恰等于氢原子由n＝4能级跃迁到n＝2能级所发出的光的频率，则有hν0＝W0＝－0.85eV－(－3.4eV)＝2.55eV(2)氢原子由n＝2能级跃迁到n＝1能级时发出光子的能量E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV从该金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek＝E－W0解得Ek＝7.65eV14．答案：(1)eq \f(U,Bb)　(2)eq \f(2Ud,B2bL1（L1＋2L2）)解析：(1)电子在正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速直线运动，有Bev＝Ee＝eq \f(U,b)e，得v＝eq \f(U,Bb)即打到荧光屏O点的电子速度的大小为eq \f(U,Bb).(2)由题意得d＝eq \f(1,2)·eq \f(eU,mb)·(eq \f(L1,v))2＋eq \f(eU,mb)·eq \f(L1L2,v2)，代入v＝eq \f(U,Bb)，解得eq \f(e,m)＝eq \f(2Ud,B2bL1（L1＋2L2）).15．答案：(1)8.50V　(2)减为原来一半，10.75eV　(3)17.00eV解析：(1)由光电效应方程Ek＝hν－W0得光电子最大初动能Ek＝8.50eV光电管两端加有反向电压，光电子由K向A做减速运动．由动能定理－eU＝EkA－Ek因EkA＝0，则U＝eq \f(Ek,e)＝8.50V.(2)设光的强度为nhν，光强不变，频率增大一倍，则每秒入射的光子数n减为原来的一半，阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半，由光电效应方程得光电子的最大初动能E′k＝hν′－W0＝2hν－W0＝19.25eV，电子由阴极向阳极做减速运动．由动能定理－eU＝E′kA－E′k得E′kA＝10.75eV.(3)若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理eU＝E″kA－Ek得E″kA＝17.00eV.