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A含解析答案

这是一份人教版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A含解析答案，共22页。

原子结构波粒二象性A学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．与下面四幅图相关的说法正确的是（　　）    A．用紫光照射到锌板上可以发生光电效应，用黄光照射锌板也一定能发生光电效应B．在康普顿效应中，散射的光子波长大了，说明该光子的能量减小了C．光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应、单缝衍射说明光具有波动性D．卢瑟福否定了汤姆孙枣糕式原子模型的依据是α粒子散射实验现象中，绝大多数α粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进2．利用如图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压与入射频率之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e，则（　　）A．普朗克常量为B．该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C．若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为D．若要测该金属的遏止电压，则电源右端为负极3．如图所示为氢原子的能级图。 现有大量处于n=5激发态的氢原子向低能级跃迁。 下列说法正确的是（　　）A．能辐射出4种不同频率的光B．由n=5跃迁到n=4时辐射出的光频率最大C．辐射出光子能量的最大值为10. 2eVD．由n=3跃迁到n=1时辐射出的光照射逸出功为6. 34eV的金属铂能发生光电效应4．如图所示，金属板M、N用极限频率分别为和的不同金属制成。现用频率为的单色光持续照射两板内表面，仅M板有光电子逸出，设电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　　）A．B．M板的金属的逸出功是C．从M板逸出的光电子的初动能是D．增大入射光的光照强度，可使N板有光电子逸出5．已知氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，3，4...巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，得到巴尔末公式，4，5，式中R叫做里德伯常量。则里德伯常量R可以表示为（　　）A． B． C． D．6．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是（　　）A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动（已知）B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大C．如图丙所示，金属的遏制电压Uc与入射光的频率ν的图像中，该直线的斜率为hD．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线：甲光、乙光、丙光，如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为7．氢原子能级如图甲所示，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，产生的光照射到图乙所示的真空管。阴极K材料为钠，其逸出功为2.29eV，发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流，则（　　）A．跃迁产生的光中，由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子频率最大B．跃迁产生的光中，只有一种频率的光可以使阴极K发生光电效应C．当滑片P调至最左端时，电流表的示数不为0D．当电源a端为负极，无论滑片P调至何位置，电流表的示数均为0二、多选题8．如图所示，两束激光束对称地射到上下对称的三棱镜上A和B点上，光线方向与三棱镜中心轴平行，A、B与三棱镜中心线距离为d。已知每束激光束的功率均为。三棱镜的顶角为，对激光的折射率为。假若激光射到三棱镜后全部通过，不考虑反射光，下列说法错误的是（　　）A．激光通过三棱镜后方向改变60角B．若不计三棱镜左右厚度，则两激光束在中心轴上交点与三棱镜距离为C．激光束对三棱镜水平方向作用力大小为D．增加三棱镜顶角，激光可能不能通过三棱镜9．如图所示为氢原子的能级图，当一群氢原子从能级向低能级跃迁时，共辐射出三种不同频率的光子，光子的频率分别为、、，且，则下列说法正确的是（　　）A．B．C．从能级跃迁到能级，辐射出的光子频率为D．辐射出频率为的光子能量比频率为的光子能量大10．激光束可以看作是粒子流，其中的粒子以相同的动量沿光传播方向运动。激光照射到物体上，在发生反射、折射和吸收现象的同时，也会对物体产生作用。光镊效应就是一个实例，激光束可以像镊子一样抓住细胞等微小颗粒。一束激光经S点后被分成若干细光束，若不考虑光的反射和吸收，其中光束①和②穿过介质小球的光路如图所示。图中点是介质小球的球心，入射时光束①和②与的夹角均为，出射时光束均与平行。小球折射率大于周围介质的折射率，不考虑光的吸收和反射，光对小球的作用力可以通过光的折射和动量定理分析，关于两光束因折射对小球产生的合力分析正确的是（　　）A．光束①和②强度相同，两光束因折射对小球产生的合力水平向左B．光束①和②强度相同，两光束因折射对小球产生的合力为零C．光束①比②的强度大，两光束因折射对小球产生的合力偏下D．光束①比②的强度大，两光束因折射对小球产生的合力偏上三、实验题11．为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光子”的概念，并给出了光电效应方程。但这一观点一度受到质疑，密立根通过下述实验来验证其理论的正确性，实验电路如图甲所示。(1)为了测量遏止电压与入射光频率的关系，实验中双刀双掷开关应向 闭合（填“上”或“下”）；(2)如果实验所得图象如图乙所示，其中、、为已知量，元电荷带电量为e，那么：①只需将 与普朗克常量h进行比较，若在误差许可的范围内二者相等，则证明“光电效应方程”是正确的；②该实验所用光电管的K极材料的逸出功为 。12．测定金属的逸出功。金属的逸出功是材料科学、电子工程等领域研究和应用的重要参数之一，对现代科技和生活产生着深远影响。(1)用图（a）所示装置得到图（b），选择有效区域后得到图中的间距 ΔX，已知双缝间距为d，双缝到光强分布传感器的距离为D，则激光器中的单色光波长为 。(2)分别用两束单色光a、b在图（c）中研究光电效应，得到光电流和电压的关系如图（d）所示。①判断单色光a、b的光强 I和频率 ν的大小关系 A．频率 νa > νb，光强 Ia > Ib B．频率 νa = νb，光强 Ia > Ib C．频率 νa > νb，光强 Ia = Ib②已知元电荷e，光电子的最大初动能为 。(3)若第（2）题中的光束来自第（1）题中的激光器，则图（c）中金属板K的逸出功W= 。（已知普朗克常量为h，光速为c）四、解答题13．如图是研究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作。用频率为v1的光照射光电管，此时电流表中有电流。调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，记下此时电压表的示数U1；用频率为v2的光照射光电管，重复上述操作，记下电压表的示数U2。（1）实验中滑动变阻器的滑片P应该向a端移动还是向b端移动？（2）已知电子的电荷量为e，请根据以上实验，推导普朗克常量实验测定值的计算式。（3）大功率微波对人和其他生物有一定的杀伤作用。实验表明，当人体单位面积接收的微波功率达到250 W/m2时会引起神经混乱。有一微波武器，其发射功率P为3×107 W。若发射的微波可视为球面波，请估算引起神经混乱的有效攻击的最远距离。（估算中取π ≈ 3）14．一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出几种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图线（如图乙所示），其中b光对应的图线与横轴的交点坐标为。已知氢原子的能级图如图丙所示，电子电荷量为。（1）求该金属逸出功；（2）求用a光照射金属时逸出光电子的最大初动能；（3）只有c光照射金属时，调节光电管两端电压，达到饱和光电流，若入射的光子有75%引发了光电效应。求此时每秒钟照射到阴极K的光子总能量E。15．电荷的定向移动形成电流。已知电子质量为m，元电荷为e。（1）两个截面不同的均匀铜棒接在电路中通以稳恒电流，已知电子定向移动通过导体横截面A形A成的电流为。求时间内通过导体横截面B的电子数N。（2）真空中一对半径均为的圆形金属板P、Q圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为的圆形锌金属薄膜。Q板受到紫外线持续照射后，锌薄膜中的电子可吸收光的能量而逸出。现将两金属板P、Q与两端电压可调的电源、灵敏电流计G连接成如图2所示的电路。已知单位时间内从锌薄膜中逸出的光电子数为n、逸出时的最大动能为，且光电子逸出的方向各不相同。忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用，不考虑平行板的边缘效应，光照条件保持不变，只有锌金属薄膜发生光电效应。a．调整电源两端电压，使灵敏电流计示数恰好为零，求此时电压。b．实验发现，当大于或等于某一电压值时灵敏电流计示数始终为最大值，求和。c．保持不变，仅改变的大小，结合（2）a和（2）b的结论，在图3中分别定性画出当时I随变化的图线①和当时I随变化的图线②。参考答案：1．B【详解】A．能否发生光电效应与入射光的频率有关，当入射光的频率大于极限频率时，才能发生光电效应现象；黄光的频率小于紫光的频率，不一定大于极限频率，所以紫光照射锌板不一定发生光电效应，故A错误；B．在康普顿效应中，根据可知，散射的光子波长大了，说明该光子的能量减小了，故B正确；C．光电效应、康普顿效应都揭示了光的粒子性，单缝衍射说明光具有波动性，故C错误；D．卢瑟福否定了汤姆孙枣糕式原子模型的依据是无法解释α粒子散射实验现象中，少数α粒子发生了较大的角度偏转；极少数α粒子发生了大角度偏转，故D错误。故选B。2．C【详解】A．由爱因斯坦光电效应方程有在光电管中减速，根据动能定理有联立解得知题图乙图线的斜率则普朗克常量该金属的逸出功为故A错误；B．金属的逸出功与入射光的频率无关，故B错误；C．若用频率是的光照射该金属，则最大初动能为故C正确；D．要测该金属的遏止电压，应加反向电压，电源右端为正极，故D错误。故选C。3．D【详解】A．从n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出不同频率的光子种类为种A错误；B．由n=5跃迁到n=4时辐射出的光的波长最长，频率最小，B错误；C．放出光子能量最大值时应是从n=5跃迁到n=1时辐射出的光子能量C错误；D．由n=3跃迁到n=1时辐射出的光子能量因此用该光照射逸出功为6. 34eV的金属铂能发生光电效应，D正确。故选D。4．B【详解】A．已知单色光照射M板发生光电效应，根据光电效应发生条件可知，故A错误；B．根据光电效应方程，光电子的最大初动能当时故B正确；C．光电效应方程求得的是光电子的最大初动能，故C错误；D．能否发生光电效应与光强无关，故D错误。故选B。5．A【详解】若n大于m，由n向m跃迁，释放光子，有根据则有由解得解得里德伯常量故选A。6．D【详解】A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故A错误；B．根据光电效应方程可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；C．根据光电效应有根据能量守恒定律得联立得即可知，该直线的斜率为，故C错误；D．根据入射光的频率越高，对应的遏止电压越大。由图可知，甲光和乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，丙光的遏止电压最大，所以丙光的频率最大，故D正确。故选D。7．C【详解】A．跃迁产生的光中，根据玻尔的跃迁假设，有可知n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子能量最小，频率最小，故A错误；B．跃迁产生的光中，能量大于钠逸出功的有三种光子，分别为n=4能级跃迁到n=2能级、n=4能级跃迁到n=1能级和n=3能级跃迁到n=1能级，则有三种频率的光可以使阴极K发生光电效应，故B错误；C．当滑片P调至最左端时，虽然光电管两端电压为零，但由于有光电子逸出，电路中有光电流，故电流表的示数不为0，故C正确；D．当电源a端为负极，只要反向电压不超过遏止电压，电路中就有光电流，电流表示数就不为0，故D错误。故选C。8．AC【详解】A．令临界角为C，则有根据几何关系，光线到达三棱镜右侧界面的入射角为由于既有可知此时不能发生全反射，令此时的折射角为，作出光路图如图所示则有解得根据几何关系可知，激光通过三棱镜后方向改变A错误，符合题意；B．作出光路如图所示若不计三棱镜左右厚度，根据几何关系，则两激光束在中心轴上交点与三棱镜距离为B正确，不符合题意；C．两束光在时间内通过三棱镜的光子数目为光子的总动量为通过三棱镜后动量大小不变，根据几何关系，两束光偏折了，则水平方向上动量的变化量大小为根据动量定理有根据牛顿第三定律有解得C错误，符合题意；D．根据上述可知，光线到达三棱镜右侧界面的入射角等于三棱镜的顶角，若增加三棱镜顶角，当入射角大于临界角时，发生全反射，即激光可能不能通过三棱镜，D正确，不符合题意。故选AC。9．BD【详解】AB．由玻尔的跃迁理论可知，电子在定态能级间跃迁时，放出或吸收光子的能量所以所以A错误，B正确；C．由可知，能级差越大，产生的光子的频率越大，所以频率为的光子是电子从n=3跃迁到n=1的结果，C错误；D．电子从n=3跃迁到n=1，辐射出频率为的光子；电子动n=2跃迁到n=1，辐射出频率为的光子，且，故可得辐射出频率为的光子能量比频率为的光子能量大，D正确。故选BD。10．AD【详解】AB．仅考虑光的折射，设时间内每束光穿过小球的粒子数为n，每个粒子动量的大小为p，这些粒子进入小球前的总动量为从小球出射时的总动量为、的方向均沿SO向右。根据动量定理可知，小球对这些粒子的作用力F的方向沿SO向右；根据牛顿第三定律，两光束对小球的合力的方向沿SO向左，故A正确，B错误；CD．建立如图所示的Oxy直角坐标系x方向：根据AB同理可知，两光束对小球的作用力沿x轴负方向。y方向：设时间内，光束①穿过小球的粒子数为n1，光束②穿过小球的粒子数为n2这些粒子进入小球前的总动量为从小球出射时的总动量为根据动量定理可知，小球对这些粒子的作用力的方向沿y轴负方向，根据牛顿第三定律，两光束对小球的作用力沿y轴正方向，所以两光束对小球的合力的方向指向左上方，故D正确。故选AD。11． 下 【详解】(1)[1]测量遏止电压需要将阴极K接电源的正极，可知实验中双刀双掷开关应向下闭合。(2)①[2]根据爱因斯坦光电效应方程：由动能定理得结合图象知解得，普朗克常量②[3]截止频率为，则该金属的逸出功12．(1)(2) B eUc(3)【详解】（1）由图（b）可知，双缝干涉相邻明条纹的间距为根据解得（2）[1]由图（d）可知，单色光a、b的遏止电压相同，根据可知二者频率相同，单色光a的饱和电流较大，所以单色光a的光强较大。故选B。[2]光电子的最大初动能为（3）根据联立解得13．（1）a端；（2）；（3）R = 100 m【详解】（1）由于调节滑动变阻器，使微安表示数恰好变为0，光电管的电压对电子减速，即K电势高，则滑片P向a端移动。  （2）设材料的逸出功为W，据光电效应方程解得                 （3）设有效攻击的最远距离为R，单位面积接收的功率为P0，则有解得               R = 100 m14．（1）；（2）；（3）【详解】解：（1）由题图乙可知：a光、b光、c光分别为电子由、3、2的能级跃迁至基态所释放的光子，b光的光子能量。由题意知，则光电子逸出时的最大初动能由光电效应方程知（2）a光的光子能量，由光电效应方程可知（3）c光的光子能量由得，每秒到达光电管阳极的光电子的总电荷量每秒到达光电管阳极的光电子的个数每秒入射到光电管阴极的光子个数则每秒照射到阴极的光子总能量15．（1）；（2）a．，b．，c．【详解】（1）根据可得单位时间通过导体横截面A的电子数为因为单位时间通过导体横截面A的电子数与通过导体横截面B的电子数相等所以时间Δt内通过导体横截面B的电子数为（2）a．以具有最大动能且沿垂直金属板运动的电子为研究对象，若其刚到达P板时速度刚好减小到0，则不会有电子经过灵敏电流计G，此为I为零的临界情况，意味着UPQ<0。根据动能定理，光电子由Q板到P板的过程中，有得b．当UPQ＞0时，若从锌膜边缘平行Q板射出的动能最大的光电子做匀变速曲线（类平抛）运动，刚好能到达P板边缘时，则所有电子均能到达P板，此时电源两端电压为Um。设电子的初速度为v、运动时间为t，电流的最大值为Im=ne根据牛顿第二定律，光电子运动的加速度为平行于金属板方向的运动有垂直于金属板方向的运动有光电子最大动能与初速度关系为联立可得c．结合上述结论，可定性画出I随UPQ变化的图线如答下图所示。