高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 原子结构和波粒二象性综合与测试学案设计

培优提升练

一、选择题

1．(多选)根据黑体辐射的实验规律，以下判断正确的是(　　)

A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大

B．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间

C．温度越高，辐射强度的极大值就越大

D．温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短

答案　BCD

解析　在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大波长与最小波长之间，故A错误，B正确；黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，且黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C、D正确．

2．(多选)下列关于光谱的说法正确的是(　　)

A．炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续谱

B．太阳光谱中的暗线说明太阳大气层中缺少与这些暗线相对应的元素

C．连续谱是不能用来做光谱分析的

D．我们能通过月光的光谱分析鉴别月球的物质成分

答案　AC

解析　炽热固体、液体和高压气体发出的光谱是连续谱，故A正确；太阳光谱是吸收光谱，其中的暗线说明太阳大气层中存在与这些暗线相对应的元素，故B错误；连续谱是不能用来做光谱分析的，故C正确；光谱分析要使用线状谱或吸收光谱，而月亮的光是反射的太阳光，故D错误．

3．关于α粒子散射实验的说法正确的是(　　)

A．绝大多数α粒子经过金箔后，发生了角度不太大的偏转

B．α粒子在接近原子核的过程中，动能减少，电势能减少

C．α粒子离开原子核的过程中，动能增加，电势能也增加

D．对α粒子散射实验的数据进行分析，可以估算出原子核的大小

答案　D

解析　由于原子核很小，α粒子接近它的机会很小，所以绝大多数α粒子基本上仍沿原方向前进，只有极少数发生大角度的偏转，从α粒子散射实验的数据可以估算出原子核直径的大小约为10－15 m．由此可知A错误，D正确．α粒子向原子核射去，当α粒子接近原子核时，克服库仑力做功，所以其动能减少，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑力做正功，其动能增加，电势能减少，所以B、C错误．

4．(2020·南宁三中高二期中)对于物质的波粒二象性，下列说法不正确的是(　　)

A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性

B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道

C．运动的宏观物体，其德布罗意波波长比起物体的尺寸小很多，因此很难观察到它的波动性

D．宏观物体的运动有特定的轨道，所以宏观物体不具有波粒二象性

答案　D

解析　德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确，D错误；物质具有波动性，运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道，故B正确；一切物质都具有波粒二象性，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，故C正确．

5．(多选)(2020·浙江1月选考)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图1所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则(　　)

图1

A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线

B．氢原子从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时会辐射出红外线

C．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离

D．大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光

答案　CD

6.(2020·南昌二中高二月考)如图2所示为一光电管电路图，滑动变阻器滑动触头P位于AB中点，开关S闭合后，用光照射光电管阴极K，电流表G指针无偏转，若要使电流表G指针偏转，可采取的措施是(　　)

图2

A．延长光照时间

B．增大照射光强度

C．用频率更高的光照射

D．换用电动势更大的电源供电

答案　C

解析　光电效应的产生与光的频率有关，根据电路结构可知光电管左端是正极，右端是负极，可知只能通过提高光的频率使电流表G指针偏转，A、B、D错误，C正确．

7．用红光照射光电管阴极发生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek，饱和光电流为I.若改用强度相同的紫光照射同一光电管，产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为Ek′和I′，则(　　)

A．Ek′<Ek，I′>I   B．Ek′>Ek，I′＝I

C．Ek′<Ek，I′＝I   D．Ek′>Ek，I′<I

答案　D

解析　因为紫光的频率比红光的频率高，所以Ek′>Ek，由于两束光的强度相同，即n红hν红＝n紫hν紫，所以红光光子数n红大于紫光光子数n紫，而饱和光电流又由入射的光子数决定，故I′<I.D正确，A、B、C错误．

8．(多选)(2020·合肥一六八中学高二月考)爱因斯坦成功地解释了光电效应现象，提出了光子说，关于与光电效应有关的四个图像如图3所示，下列说法正确的是(　　)

图3

A．如图甲装置，如果先让锌板带负电，再用紫外线照射锌板，则验电器的张角可能变小

B．根据图乙可知，黄光越强，光电流越大，说明光子的能量与光强有关

C．由图丙可知ν2为该金属的截止频率

D．由图丁可知，E等于该金属的逸出功

答案　ACD

解析　如果先让锌板带负电，验电器由于带负电，张开一定的张角，当紫外线照射锌板时，产生光电子，则验电器的张角先变小，故A正确；黄光越强，光子数越多，产生光电子越多，光电流越大，但光子的能量与光强无关，故B错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得Uc＝－＝(ν－νc)，由题图丙可知ν2为该金属的截止频率，故C正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，当ν＝0时，可得：Ek＝－W0，由图像知纵轴截距－E，可知W0＝E，即该金属的逸出功为E，故D正确．

9．(2020·湖北高二期末)爱因斯坦提出了光量子概念，并成功解释了光电效应现象，因此获得了1921年诺贝尔物理奖．光电管就是利用光电效应制作的一种光电器件，把光电管连入图4甲所示的电路可以研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出的图像如图乙所示．已知电子的电荷量为e，电表均为理想电表．下列说法正确的是(　　)

图4

A．当入射光的频率减小到某一数值，刚好不发生光电效应时的电压是遏止电压

B．当电路断开时，若入射光的频率为ν1，则电压表示数为U1

C．K极的逸出功为hν2－eU1

D．普朗克常量为

答案　D

解析　当入射光的频率减小到某一数值时，使光电子到达阳极的速度刚好为0时，此时的电压为遏止电压，并不是不能发生光电效应，故A错误；当电路断开时，电压表的示数为0，故B错误；K极的逸出功即为不加电压时刚好发生光电效应时光子具有的能量，即为W0＝hν2，故C错误；由光电效应方程Ekm＝hν－W0结合题图乙可知，eU1＝hν1－hν2，解得h＝，故D正确．

10．(2020·牡丹江一中高二月考)关于原子能级跃迁，下列说法正确的是(　　)

A．处于n＝3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射三种频率的光子

B．各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量(频率)不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯

C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能减小

D．已知氢原子从基态跃迁到某一激发态需要吸收的能量为12.09 eV，则动能等于12.09 eV的另一个氢原子与这个氢原子发生正碰，可以使这个原来静止并处于基态的氢原子跃迁到该激发态

答案　B

解析　处于n＝3的一个氢原子回到基态时可能会辐射一种频率的光子，或两种不同频率的光子，处于n＝3的“一群”氢原子回到基态时会辐射三种频率的光子，故A错误；根据玻尔理论，各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量(频率)不同，因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯，故B正确；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，会辐射一定频率的光子，同时氢原子的电势能减小，电子的动能增大，故C错误；根据能量守恒可知，要使原来静止并处于基态的氢原子从基态跃迁到某一激发态，需要吸收的能量为12.09 eV，则必须使动能比12.09 eV大得足够多的另一个氢原子与这个氢原子发生碰撞，才能跃迁到某一激发态，故D错误．

11.如图5所示为氢原子的能级图．已知某金属的逸出功为6.44 eV，则下列说法正确的是(　　)

图5

A．处于基态的氢原子可以吸收能量为12.1 eV的光子而被激发

B．用能量为12.5 eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁

C．用氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子照射该金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为6.31 eV

D．一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线

答案　C

解析　处于基态的氢原子若吸收能量为12.1 eV的光子，其能量变成－13.6 eV＋12.1 eV＝

－1.5 eV，氢原子不存在能量为－1.5 eV的能级，则处于基态的氢原子不能吸收能量为12.1 eV的光子，选项A错误；12.5 eV大于n＝1能级和n＝2能级之间的能量差，则用能量为12.5 eV的电子轰击处于基态的氢原子，能使氢原子发生能级跃迁，选项B错误；从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，则用它照射金属，从金属表面逸出的光电子最大初动能为12.75 eV－6.44 eV＝6.31 eV，选项C正确；一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生C＝6种谱线，选项D错误．

12.研究光电效应规律的实验装置如图6所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为遏止电压U0.在下列表示光电效应实验规律的图像中，不正确的是(　　)

图6

答案　B

解析　反向电压U和频率一定时，发生光电效应产生的光电子数与光强成正比，则单位时间到达阳极A的光电子数与光强也成正比，故光电流i与光强I成正比，故A正确．由动能定理有－eU0＝0－Ekm，又因Ekm＝hν－W0，所以U0＝－，可知遏止电压U0与频率ν是线性关系，不是正比关系，故B错误．光强I与频率ν一定时，光电流i随反向电压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可知C正确．由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的，时间小于10－9 s,10－9 s后，光强I和频率ν一定时，光电流恒定，故D正确．

13．(2019·宁夏育才中学高二下期末)氢原子从能级A跃迁到能级B时，辐射波长为λ1的光子，当从能级B跃迁到能级C时，吸收波长为λ2的光子．已知λ1>λ2，则氢原子从能级C跃迁到能级A时(　　)

A．辐射波长为λ1－λ2的光子

B．辐射波长为的光子

C．吸收波长为λ1－λ2的光子

D．吸收波长为的光子

答案　B

解析　因为λ1>λ2，根据ν＝，知ν1<ν2，则从能级A跃迁到能级B辐射光子的能量小于从能级B跃迁到能级C吸收光子的能量，所以C能级能量比A能级能量大，从能级C跃迁到能级A时辐射光子，C、A间的能级差ΔE＝h－h，又因为ΔE＝h，解得λ3＝，故选B.

二、非选择题

14.如图7所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66 μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50 μm的绿色光照射阴极K，调整两极板间电压，当阳极A电压比阴极K高出2.5 V时，光电流达到饱和，电流计示数为0.64 μA，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，光速c＝3.0×108 m/s，计算结果保留两位有效数字．

图7

(1)求每秒阴极K发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大初动能；

(2)如果把照射到阴极K的绿色光光照强度增大为原来的2倍，求每秒钟阴极K发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能．

答案　(1)4.0×1012个　9.6×10－20 J　(2)8.0×1012个　9.6×10－20 J

解析　(1)光电流达到饱和时，阴极K发射的光电子全部到达阳极A，阴极K每秒发射出的光电子的个数为

n＝＝＝4.0×1012(个)．

根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝h－h≈9.6×10－20 J.

(2)如果照射光的频率不变，光强加倍，阴极K每秒发射的光电子数加倍，即n′＝2n＝8.0×1012(个)．

光电子的最大初动能仍然是Ek＝9.6×10－20 J.