2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第三册 第4章 章末素养提升（含解析）

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章末素养提升例1　(2022·西安市高二期末)α粒子散射实验被评为世界十大经典物理实验之一，此实验开创了原子结构研究的先河，为建立现代原子核理论打下了基础，关于α粒子散射实验，下列说法正确的是(　　)A．汤姆孙的α粒子散射实验，证明了原子核是可以再分的B．该实验的数据否定了卢瑟福的“西瓜模型”，并估算了原子的大小C．该实验表明原子中心有一个极大的核，它占有原子体积的极大部分D．该实验表明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围内答案　D解析　卢瑟福α粒子散射实验，证明了原子的核式结构，选项A错误；卢瑟福用α粒子散射实验的数据否定了汤姆孙的“西瓜模型”，并估算了原子核的大小，选项B错误；从绝大多数粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分，选项C错误；该实验表明原子中心的核带有原子的全部正电和绝大部分质量，选项D正确。例2　(多选)下列说法正确的是(　　)A．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显B．用E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则E＝eq \f(hc,λ)，p＝eq \f(h,λ)C．由爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D．康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量答案　ABD解析　根据德布罗意波长公式λ＝eq \f(h,p)，速度相同的质子和电子相比，电子的动量小，波长长，波动性明显，故A正确；根据E＝hν，且λ＝eq \f(h,p)，c＝λν，可得X射线每个光子的能量为E＝eq \f(hc,λ)，每个光子的动量为p＝eq \f(h,λ)，故B正确；由爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν是线性关系，但不成正比，故C错误；康普顿效应表明光子除了具有能量之外还有动量，揭示了光的粒子性，故D正确。例3　(2022·宿迁市高二期末)用如图所示的装置研究光电效应现象，闭合S，当用能量为2.5 eV的光子照射到光电管上时，电流表示数不为零。移动滑动变阻器的滑片c，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，则(　　)A．光电管阴极的逸出功为1.8 eVB．S断开后，没有电流流过电流表C．光电子的最大初动能为1.8 eVD．用能量为1.7 eV的光子照射，电流表有电流答案　A解析　该装置所加的电压为反向电压，当电压表的示数大于或等于0.7 V时，电流表示数为0，知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，W0＝1.8 eV，故选项A正确，C错误。S断开后，用能量为2.5 eV的光子照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故选项B错误；改用能量为1.7 eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，故选项D错误。例4　(2022·济南市高二期中)某兴趣小组用如图甲所示的电路探究光电效应的规律。根据实验数据，小刚同学作出了光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图乙所示，小明同学作出了遏止电压与入射光频率的关系图线如图丙所示。已知光电子的电荷量为e，则下列说法正确的是(　　)A．如果图乙、图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则a＝eq \f(c,e)B．如果研究不同金属光电效应的规律，在图乙中将得到经过(b,0)点的一系列直线C．如果研究不同金属光电效应的规律，在图丙中将得到不平行的倾斜直线D．普朗克常量h＝eq \f(a,b)＝eq \f(ce,d)答案　D解析　如果题图乙、题图丙中研究的是同一金属的光电效应规律，则由题图乙可得该金属的逸出功W0＝a，由题图丙可得该金属的逸出功W0＝ec，故有a＝ec，故A错误；如果研究不同金属光电效应的规律，则根据Ek＝hν－W0，可判断不同金属的逸出功不同，故当Ek＝0时，对应的ν不同，故在题图乙中得不到经过(b,0)点的一系列直线，故B错误；如果研究不同金属光电效应的规律，则根据eUc＝hν－W0，可判断直线的斜率为k＝eq \f(h,e)，故在题图丙中将得到一系列平行的倾斜直线，故C错误；由题图乙可得普朗克常量h＝k＝eq \f(a,b)，由题图丙可得，直线斜率为k＝eq \f(c,d)＝eq \f(h,e)，得h＝eq \f(ec,d)，故D正确。例5　(2022·浙江6月选考)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2.29 eV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10.80 eVB．n＝3跃迁到n＝1放出的光电子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n＝4激发态答案　B解析　从n＝3跃迁到n＝1放出的光电子能量最大，根据Ek＝E－W0，可得此时最大初动能为Ek＝9.8 eV，故A错误；从n＝3跃迁到n＝1放出的光电子能量最大，根据p＝eq \f(h,λ)＝eq \f(hν,c)，E＝hν，可知动量也最大，故B正确；大量氢原子从n＝3的激发态跃迁到基态能放出Ceq \o\ar(2,3)＝3种频率的光子，其中从n＝3跃迁到n＝2放出的光子能量为ΔE1＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV<2.29 eV，不能使金属钠发生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n＝3跃迁到n＝4需要吸收的光子能量为ΔE2＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n＝4激发态，故D错误。例6　(多选)(2023·浙江1月选考)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　)A．图甲中的Hα对应的是ⅠB．图乙中的干涉条纹对应的是ⅡC．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大答案　CD解析　根据题意，氢原子发生能级跃迁时，由公式可得Em－En＝hν＝eq \f(hc,λ)，可知可见光Ⅰ的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。题图甲中的Hα对应的是可见光Ⅱ，故A错误；由公式有干涉条纹间距为Δx＝λeq \f(l,d)，题图乙中条纹间距较小，则波长较小，对应的是可见光Ⅰ，故B错误；根据题意，由公式可得光子动量为p＝eq \f(hν,c)＝eq \f(h,λ)，可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；根据光电效应方程及动能定理可得eUc＝hν－W0，可知频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。物理观念普朗克黑体辐射理论(1)随着温度增加各种波长的辐射强度都有所增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动(2)能量子ε＝hν光电效应本质：电子eq \o(―――――→,\s\up7(吸收光子))光电子规律：(1)存在饱和电流(2)存在遏止电压(最大初动能)(3)存在截止频率(4)瞬时性爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0W0只取决于金属本身光子说光子的能量ε＝hν康普顿效应光子的动量p＝eq \f(h,λ)原子的核式结构模型阴极射线―→电子的发现α粒子散射实验及现象卢瑟福的核式结构模型氢原子光谱和玻尔的原子模型光谱发射光谱、吸收光谱、原子特征谱线光谱分析氢原子光谱的实验规律玻尔的原子模型三个基本假设：(1)轨道量子化(2)能量量子化(3)能级跃迁：hν＝En－Em(m