人教版2019高中物理选择性必修3【单元测试】2024-2025学年分层训练AB卷原子结构波粒二象性B含解析答案

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原子结构波粒二象性B学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．分别用波长为λ和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1︰2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（  ）A． B． C． D．2．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34ev，那么对氢原子在能量跃迁过程中发射或吸收光子的特征,认识正确的是(   )A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出4种不同频率的光C．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态D．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV3．弗兰克—赫兹实验是研究求原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，G、A向加有0.5V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸气后，发现K、G间电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。仅依据本实验结果构建的微观图景合理的（　　）A．汞原子基态和第一激发微态的能极之差一定大于4.9eVB．相对于K极，在G极附近时电原子更容易使汞原子发生跃迁C．电流增大，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子数减少D．电子运动过程中只可能与汞原子发生一次碰撞4．在玻尔的原子结构理论中，氢原子由高能级向低能级跃迁时能发出一系列不同频率的光，波长可以用巴尔末里德伯公式来计算，式中为波长，R为里德伯常量，n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数，对于每一个k，有，，，…。其中，赖曼系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的，巴尔末系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。若用赖曼系中波长最长的光照射时，遏止电压的大小为；若用巴尔末系中的光照射金属时，遏止电压的大小为。已知电子电荷量的大小为e，真空中的光速为c，里德伯常量为R。普朗克常量和该金属的逸出功分别为（    ）A．， B．，C．， D．，5．如图1所示，闭合开关，通过调节照射光频率和改变滑动变阻器的滑片位置，使得理想微安表的读数刚好为0，得到理想电压表的示数随着照射光频率的变化图像如图2所示。测得直线的斜率为、横截距为υ0，电子所带电荷量的绝对值为e，则（　　）A．图1中端为电源正极B．K板的逸出功为kυ0C．普朗克常量为D．图2中纵截距的绝对值为kυ06．新冠病毒疫情防控工作中，体温枪被广泛使用，成为重要的防疫装备之一、某一种体温枪的工作原理是：任何物体温度高于绝对零度（-273℃）时都会向外发出红外线，红外线照射到体温枪的温度传感器，发生光电效应，将光信号转化为电信号，从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为的红外线，如图甲所示，用该红外光线照射光电管的阴极时，电路中有光电流产生，光电流随电压变化的图像如图乙所示。已知，，则（　　）A．波长的红外线在真空中的频率为B．将图甲中的电源正负极反接，将一定不会产生电信号C．由图乙可知，该光电管的阴极金属逸出功约为0.10eVD．若人体温度升高，则辐射红外线的波长减小，逸出光电子的最大初动能减小7．已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为c，普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的半球体，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。由于太阳光的作用，会使半球体或圆盘受到一个向下的压力。为研究该压力，小杨同学在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以为圆心的圆的直径，CD是以正上方离很近的（图中未画出）为圆心的圆的直径，。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为，其在地面上的投影记为。则下列说法中正确的是（　　）A．光子动量的变化量大小B．单位时间打到半球面上的光子数C．假设所有照射到球面上的太阳光均被吸收，则面上所受压力大小为D．假设太阳光直接穿过球面照射到上再被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则面上所受压力大小为二、多选题8．为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素。如图所示的是铒离子的能级示意图，标识为的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为的激光把处于基态能级的铒离子激发到能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数。当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为的光子，于是输出的光便大大加强了。根据上述资料你认为下列说法正确的是（　　）A．无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为B．这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿C．大量处在能级的铒离子向下跃迁能产生4种频率的光子D．上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为9．如图所示，为研究某金属材料的遏止电压Uc与入射光频率的关系的电路图，用不同频率的光分别照射甲图中同一光电管的阴极K，调节滑片P测出遏止电压，并描绘Uc关系图如图所示。已知三种光的频率分别设为以、、，光子的能量分别为，测得遏止电压分别为U1=0.8V、U2=1.4V、U3（图中未知）。则下列说法正确的是（　　）A．普朗克常量可表达为B．入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动C．图中频率为的光对应的遏止电压U3=2.0VD．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大10．如图所示为氢原子的发射光谱和氢原子能级图，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线及其波长，分别对应能级图中从量子数为、4、5、6的能级向量子数为的能级跃迁时发出的光谱线。已知可见光波长在400nm~700nm之间，下列说法正确的是（　　）A．该谱线由氢原子的原子核能级跃迁产生B．Hδ谱线对应的光是可见光中的紫光C．四条光谱线中．Hδ谱线对应的光子能量最大D． Hγ谱线对应的光，照射逸出功为2.25eV的金属，可使该金属发生光电效应三、实验题11．如图所示是英国物理学家卢瑟福用粒子轰击金箱的实验装置示意图。  （1）下列关于粒子散射实验的实验准备，下述说法正确的是 。A．粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成B．金箔可用铝箔替代C．荧光屏360°旋转的目的是观察粒子各个角度的散射情况D．粒子源是一个可以将静止粒子加速的电场（2）关于粒子散射实验结论，下述说法中正确的是 。A．实验表明原子的中心有一个很大的核，它占有原子体积的绝大部分B．实验表明原子的中心有个很小的核，集中了原子的全部正电荷C．实验表明原子核集中了原子几乎全部的质量D．实验表明原子核是由质子和中子组成的（3）有关粒子散射实验的下图中，O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的粒子的运动轨迹的是下图中的 。  12．某学习小组决定探究“光电效应”的实验规律，采用如图所示的实验电路，用稳定的黄色强光照射光电管的阴极板：（1）要描绘光电管的伏安曲线，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在 端（选填“a或b”）。（2）实验过程中发现，实验室提供的微电流传感器G（电阻为Rg=1995Ω）量程太小了，该小组同学决定把量程放大400倍，应该给微电流传感器 联一个 Ω的电阻。（3）滑动滑片P，读出电压表示数U，微电流传感器示数I示，并换算成光电管的实际电流I实际，如表：通过所采集的数据描出光电管的伏安曲线，实验证实：随着电压的增大，电流有饱和值的存在。（4）在上述探究“光电效应”中的“饱和电流”实验中，电路图中电源的负极为 端（选填“M或N”）。每个光电子带电量为e=1.6×10-19C，则在第（3）步的实验中每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数约为 个。（结果保留3位有效数字）四、解答题13．根据玻尔理论，氢原子在不同的能量状态，对应着电子在不同的轨道上绕核做匀速圆周运动，电子做圆周运动的轨道半径满足，其中n为量子数，即轨道序号，rn为电子处于第n轨道时的轨道半径，已知电子的电荷量为e，质量为m，电子在第1轨道运动的半径为r1，静电力常量为k。电子在第n轨道运动时氢原子的能量En为电子动能与“电子—原子核”这个系统的电势能的总和。理论证明，系统的电势能Ep和电子绕氢原子核做圆周运动的半径r存在关系：（以无穷远为电势能零点），请根据以上条件完成下面的问题。（1）试证明电子在第n轨道运动时氢原子的能量En和电子在第1轨道运动时氢原子的能量E1满足关系式；（2）假设氢原子甲核外做圆周运动的电子从第2轨道跃迁到第1轨道的过程中所释放的能量，恰好被量子数n=4的氢原子乙吸收并使其电离，即其核外在第4轨道做圆周运动的电子脱离氢原子核的作用范围，不考虑电离前后原子核动能的改变，试求氢原子乙电离后电子的动能。14．大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时，只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像（如图乙）。已知a光对应的遏止电压为，氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，普朗克常量为h，电子电荷量为e。（1）求光电管阴极的逸出功和b光对应的遏止电压；（2）若用b光照射，光电管两端加上的电压，求电子到达A极时的最大动能。15．如图所示为一研究导体棒在磁场中运动的装置。两平行光滑金属轨道倾角为30°，导轨间距d=1m。导轨上端通过单刀双掷开关可以分别与1、2相连，其中1连接光电管，2连接一个电容C=0.25F的电容器。两平行导轨间存在着垂直于轨道平面向上的匀强有界磁场，磁感应强度B=IT，磁场长度DE=1m。现利用光电管把光信号转换为电信号，A和K分别是光电管的阳极和阴极，电源电压为U。用发光功率为P的激光器发出频率为的光全部照射在K上，开关与1接通，回路中形成电流。已知阴极K材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，电子电荷量为e。初始时导体棒恰好能静止在磁场上边缘D处，导体棒垂直导轨放置，各处电阻均不计，重力加速度取10m/s2。求：（1）光电子到达A时的最大动能Ekm；（答案用字母表示）（2）假设每个入射的光子会产生1个光电子，所有的光电子都能到达A，激光器发光功率P=13.26w，=6.4×1014Hz、h=6.63×10-34J·S、e=1.6×10-19C，求导体棒的质量m；（3）把开关快速搬到位置2，导体棒向下运动起来，在运动过程中始终与导轨垂直，求导体棒运动到E处时的速度大小。参考答案：1．B【详解】根据爱因斯坦光电效应方程，可知光电子的最大初动能为光子能量为根据题意λ1=λλ2=Ek1︰Ek2=1︰2 联立可得逸出功为故选B。2．D【详解】A、氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2eV，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故A错误；B、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，根据可知，能放出3种不同频率的光，故B错误；C、用能量为10.3eV的光子照射，小于12.09eV，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，要正好等于12.09eV才能跃迁，故C错误；D、氢原子从高能级向n=3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最小为E大=-1.51+13.6=12.09eV，因锌的逸出功是3.34ev，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为EKm=12.09-3.34=8.75eV，故D正确；故选D.3．B【详解】A．由于电压U每升高4.9V时，电流表的示数I就会显著下降，说明汞原子基态和第一激发态之间的能极之差等于4.9eV，A错误；B．相对于K极，在G极附近时电子能量越大，更容易使汞原子发生跃迁，B正确；C．电流增大，即便与汞原子发生碰撞，电压升高后，使电子剩余的能量也足以克服GA间反向电压到达A板，C错误；D．电子运动过程中有可能与汞原子发生一次，也有可能没发生碰撞，还可能发生多次碰撞，D错误。故选B。4．C【详解】在赖曼系中，氢原子由跃到，对应的波长最长设为，则所以所以在巴尔末系中，氢原子由跃迁到，对应的波长为，频率为，则 设、对应的最大动能分别为、，根据光电效应方程有 根据动能定理有故选C。5．D【详解】A．由题意可知，光电管加反向电压，则图1中端为电源负极，选项A错误；BCD．根据光电效应方程可知即由图像可知 则K板的逸出功为普朗克常量为图2中纵截距的绝对值为：选项D正确，BC错误。故选D。6．C【详解】A．由公式可知，波长的红外线在真空中的频率为故A错误；B．将图甲中的电源正负极反接，即为反向电压，只要反向电压小于遏止电压，电路中就会有电信号产生，故B错误；C．由图乙可知，遏止电压为0.02V，则有即故C正确；D．若人体温度升高，辐射红外线的能量增大，频率增大，波长减小，由爱因斯坦光电效应方程可知，逸出光电子的最大初动能增大，故D错误。故选C。7．D【详解】A．若光被反射，反射前后频率不变，则方向垂直于S1面，如图所示故A错误；B．单位时间打到半球面上的光子数故B错误；C．在时间内，射到S1面上的光子数为光子被完全吸收，根据动量定理，光子受到的力大小为F1，则得根据牛顿第三定律，S1面受到的力大小为故C错误；D．在时间内，射到S2面上的光子数为太阳光直接穿过球面照射到上再被反射，反射前后频率不变根据动量定理，光子受到的力大小为F2得由于得根据牛顿第三定律，S2面受到的力大小为故D正确。故选D。8．AD【详解】A．电子从轨道跃迁到轨道得能量，电子从轨道跃迁到轨道得能量。则无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为故A正确；B．由可得这种光纤传输只有频率为的光信号衰减才能得到有效补偿，故B错误；C．大量处在能级的铒离子向下跃迁有以下几种情况，，因为能级跃迁到能级是无辐射跃迁，所以不会放出光子，故处在能级的铒离子向下跃迁能产生2种频率的光子，故C错误；D．由可得带入数据可解得光纤中传输的光信号波长约为，故D正确。故选AD。9．BC【详解】A．由光电效应方程及动能定理可得代入数据可得联立解得A错误；B．入射光的频率增大，电子最大初动能增大，相应遏止电压增大，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，B正确；C．由于Uc-为一次函数，由图线特点可得代入数据可得U3=2.0VC正确；D．光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，D错误。故选BC。10．BCD【详解】A．该谱线由氢原子的原子能级跃迁产生，即原子的核外电子跃迁产生，A错误；B．可见光中紫光的波长最小，Hδ谱线对应的光是可见光中的紫光，B正确；C．四条光谱线中． Hδ谱线对应的光子波长最小，频率最大，由可知，对应的光子能量最大，C正确；D．Hγ谱线对应的光，是从n=5到n=2能级跃迁产生的，能量为照射逸出功为2.25eV的金属，可使该金属发生光电效应，D正确。故选BCD。11． AC/CA BC/CB B【详解】（1）[1] A．粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成，避免粒子和空气中的原子碰撞影响实验结果，故A正确；B．如果不用金箔改用铝箔也会发生散射现象，只是铝的延展性不如金好，不可以做到很薄，所以实验结果会受到影响，故B错误；C．荧光屏360°旋转的目的是观察粒子各个角度的散射情况，故C正确；D．粒子源是用以提供所需的粒子，不能加速，故D错误。故选AC。（2）[2] ABC．粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的核是一个极小的核，并带有原子的全部正电，故A错误，BC正确；D．卢瑟福发现了质子，查德威克发现了中子，不是这个实验得出，故D错误。故选BC。（3）[3]在粒子的散射实验现象中，粒子所受原子核的作用力为斥力，指向轨迹弯曲的内测，大多数粒子都穿过金属箔，偏转很小，少数粒子发生角度很大的偏转。故选B。12． a 并 5 N 7.19×1010【详解】（1）[1]．为了保护电表和光电管，开关闭合前，滑动变阻器的滑片P应该在a端。（2）[2][3]．根据电表改装原理，小量程的电流表改装成大量程的电流表需要并联分流电阻，根据并联电路的规律可知IgRg=（I-Ig）R并解得并联电阻R并=5Ω。（4）[4]．研究“光电效应”的“饱和电流”需要在光电管两端加正向电压，电路图中电源的负极为N端；[5]．分析光电管的伏安曲线可知，饱和电流I=115×10-10A=1.15×10-8A根据电流的定义式可知，每秒钟阴极板上被光照射而逸出的光电子个数13．（1）证明见解析；（2）【详解】（1）设电子在第1轨道上运动的速度大小为v1，根据牛顿第二定律有电子在第1轨道运动的动能电子在第1轨道运动时氢原子的能量即动能和势能之和同理，电子在第n轨道运动时氢原子的能量又因为则有命题得证（2）由（1）可知，电子在第1轨道运动时氢原子的能量电子在第2轨道运动时氢原子的能量电子从第2轨道跃迁到第1轨道所释放的能量电子在第4轨道运动时氢原子的能量设氢原子电离后电子具有的动能为，根据能量守恒有解得14．（1），；（2）【详解】解：（1）只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像，说明只有能级差最大的两种光发生光电效应，即a光照射时解得b光照射时解得（2）由能量守恒定律有解得15．(1)；(2)；(3)【详解】（1）根据光电效应方程可知逸出的电子在电场中加速向A运动，根据动能定理联立解得(2)每秒钟到达K极的光子数量为n，则每秒钟逸出电子个数为n个，则回路的电流强度得，由平衡条件知，初始时刻解得(3)开关拨向2后，导体棒开始在磁场中运动，当速度为v时，由牛顿运动定律得由满足联立代入数据可解得所以从D到E处做匀加速运动=