第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性 單元測試（含解析） 選擇性必修第三冊

第第頁第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性單元測試（含解析）選擇性必修第三冊第四章《原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性》單元測試

學(xué)校_______________姓名_______________班級____________考號_______________

評卷人得分

一、單選題（共21分）

1．（本題3分）分別用a、b、c三種顏色的光照射某金屬板，當(dāng)用b光照射時，發(fā)現(xiàn)從金屬表面有光電子逸出，已知三種光的波長關(guān)系是，則下列判斷正確的是

A．用c光照射這個金屬板時，一定不會有光電子逸出

B．用a光照射這個金屬板時，可能沒有光電子逸出

C．如果b光的照射強度越強，相同時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目就會越多

D．如果b光的照射強度越強，從金屬表面逸出的光電子的動能就會越大

2．（本題3分）關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識歷程，下列說法正確的有（）

A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)

B．湯姆孫通過著名的“油滴實驗”精確測定電子電荷

C．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好的解釋原子中帶正電部分的體積、質(zhì)量占比都很小

D．α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)

3．（本題3分）在19世紀(jì)，科學(xué)家就對原子的結(jié)構(gòu)、組成及能量進(jìn)行了實驗和分析。請你根據(jù)所學(xué)習(xí)的物理學(xué)史，判斷下列說法中正確的是（）

A．湯姆孫在研究陰極射線時，認(rèn)識到原子具有核式結(jié)構(gòu)

B．在粒子散射實驗中，有極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，是它與原子中的電子發(fā)生了碰撞所導(dǎo)致的

C．玻爾原子模型否定了核式結(jié)構(gòu)，完美地揭示了微觀粒子的運動規(guī)律

D．玻爾原子理論告訴我們，原子發(fā)光時產(chǎn)生線狀譜

4．（本題3分）金屬鈉的逸出功為2.49eV，氫原子的能級分布如圖所示，一群氫原子處于n=4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們向較低的能級躍遷時發(fā)出的光照射金屬鈉，能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有

A．1種B．2種C．3種D．4種

5．（本題3分）下列關(guān)于科學(xué)家和他們的貢獻(xiàn)，說法正確的是（）

A．惠更斯發(fā)現(xiàn)了單擺的等時性并確定了單擺的周期公式

B．在研究光的衍射時，泊松通過實驗發(fā)現(xiàn)小圓盤衍射滿足一定條件時，影的中心會出現(xiàn)一個亮斑。后人為了紀(jì)念他，把這個亮斑稱為泊松亮斑。

C．湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)實驗，發(fā)現(xiàn)陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。

D．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，被稱為“稱量地球質(zhì)量第一人”。

6．（本題3分）關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法中正確的是()

A．光電子的最大初動能隨著入射光的強度增大而增大

B．只要入射光的強度足夠強，照射時間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)

C．無論光子能量大小如何，電子吸收光子并積累能量后，總能逸出成為光電子

D．任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能使它發(fā)生光電效應(yīng)

7．（本題3分）某同學(xué)利用如圖所示裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，若入射光都能使光電管發(fā)生光電效應(yīng)，滑動變阻器滑片在中間位置。下列說法正確的是（）

A．滑片向a端移動，電壓表與電流表示數(shù)都變小，最后變?yōu)榱?/p>

B．滑片向b端移動，電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)可能不變

C．換用頻率更高的光照射光電管，電流表示數(shù)一定變大

D．換用頻率更低的光照射光電管，電流表示數(shù)一定變大

評卷人得分

二、多選題（共12分）

8．（本題4分）用光子能量為E的單色光照射容器中大量處于基態(tài)的氫原子，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫原子能夠釋放出六種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為、、、、、，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量E可以表示為（）

A．B．C．D．

9．（本題4分）如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像。由圖像可知（）

A．該金屬的逸出功等于2E

B．該金屬的逸出功等于hν0

C．入射光的頻率為時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為

D．入射光的頻率為2v0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E

10．（本題4分）氫原子能級示意圖如圖所示，已知大量處于能級的氫原子，當(dāng)它們受到某種頻率的光線照射后，可輻射出6種頻率的光，用這些光照射逸出功為1.90eV的金屬絕。下列說法正確的是（）

A．能級氫原子受到照射后躍遷到能級

B．能使金屬絕逸出光電子的光子頻率有4種

C．氫原子由n=4能級躍遷到n=3能級產(chǎn)生的光的波長最大

D．氫原子向低能級躍遷后核外電子的電勢能和動能均減小

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三、實驗題（共18分）

11．（本題9分）（1）光電效應(yīng)實驗原理如圖1所示，陰極K和陽極A被封閉在真空管內(nèi)，在兩極之間加一直流可變電壓，可以對逸出的光電子加減速，可以用數(shù)字電壓表和數(shù)字電流表測出光電管兩端電壓及其中電流。

（2）實驗裝置如圖2所示，亞克力板背景板一塊，用于固定器材①-⑧，①LED光源盒（紅光、藍(lán)光、紫光），②滑槽移動光具一個，③GD-28光電盒，④數(shù)字電壓表，⑤數(shù)字電流表，⑥調(diào)節(jié)旋鈕，⑦電源換向開關(guān)，⑧調(diào)光旋鈕。

（3）實驗步驟：

第一步：斷開開關(guān)S，打開藍(lán)色光源，移動光具，使藍(lán)光透過光電管盒小孔正對光電管讀取電壓表和電流表讀數(shù)。如圖3所示。

第二步：閉合開關(guān)，加上正向電壓，旋轉(zhuǎn)調(diào)壓旋鈕增大光電管兩端電壓，記錄對應(yīng)電壓和電流數(shù)值，直至達(dá)到飽和電流。

第三步：斷開開關(guān)，調(diào)整電源方向，在光電管兩端加載反向電壓，記錄對應(yīng)的電壓、電流數(shù)值，直至電流為，記錄此刻電壓UC，即遏止電壓。

第四步：調(diào)節(jié)調(diào)光旋鈕，增大藍(lán)光光強，重復(fù)第一步至第三步，記錄對應(yīng)的電壓、電流數(shù)值。

第五步：更換紅光和紫光，記錄對應(yīng)的電壓、電流數(shù)值。

第六步：以電流I為縱坐標(biāo)，光電管兩端加載的電壓U為橫坐標(biāo)，繪出I-U圖像。

（4）數(shù)據(jù)記錄，部分實驗數(shù)據(jù)如表1所示。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，繪出I-U圖像，如圖4所示。

表1光電效應(yīng)實驗數(shù)據(jù)

第一組第二組第三組第四組

藍(lán)光（弱）藍(lán)光（強）紫光（弱）紅光（強）

U/VI/AU/VI/AU/VI/AU/VI/A

-0.90.00-0.90.0-1.20.0-0.20.0

0.01.90.02.40.00.80.00.1

1.04.91.06.51.01.61.00.2

2.07.52.010.02.02.12.00.2

3.09.13.013.33.02.43.00.2

4.09.94.015.64.02.54.00.2

（5）關(guān)于圖4所示的實驗結(jié)論，下列說法正確的是()

A．光的顏色相同但強弱不同時，遏制電壓不同

B．不同顏色光的遏制電壓相同

C．紫光的遏制電壓最高

D．飽和光電流的大小與光的強弱有關(guān)，同種顏色光照越強，飽和光電流越大

（6）若圖4中紫光的遏止電壓為-1.68V，陰極材料的逸出功為1.42eV，則紫光的波長為m。（已知普朗克常量為h=6.63×10-34Js）。

12．（本題9分）小明用實驗裝置甲觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。

（1）實驗中加入反向電壓，探究遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系。

（2）實驗中測得的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則金屬物的截止頻率νc=Hz，逸出功W0=J（保留3位有效數(shù)字）。

（3）如果實驗中入射光的頻率ν=7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能為Ek=J（保留3位有效數(shù)字）。

評卷人得分

四、解答題（共49分）

13．（本題14分）光子不僅具有能量，而且具有動量。照到物體表面的光子被物體吸收或被反射時都會對物體產(chǎn)生一定的壓強，這就是“光壓”。光壓的產(chǎn)生機理與氣體壓強產(chǎn)生的機理類似：大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力表現(xiàn)為氣體的壓強。在體積為V的正方體密閉容器中有大量的光子，如圖所示。為簡化問題，我們做如下假定：每個光子的頻率均為，光子與器壁各面碰撞的機會均等，光子與器壁的碰撞為彈性碰撞，且碰撞前后瞬間光子動量方向都與器壁垂直；不考慮器壁發(fā)出光子和對光子的吸收，光子的總數(shù)保持不變，且單位體積內(nèi)光子個數(shù)為n；光子之間無相互作用。已知：單個光子的能量ε和動量p間存在關(guān)系ε=pc（其中c為光速），普朗克常量為h。

（1）①寫出單個光子的動量p的表達(dá)式（結(jié)果用c、h和表示）；

②求出光壓I的表達(dá)式（結(jié)果用n、h和ν表示）；

（2）類比于理想氣體，我們將題目中所述的大量光子的集合稱為光子氣體，把容器中所有光子的能量稱為光子氣體的內(nèi)能。

①求出容器內(nèi)光子氣體內(nèi)能U的表達(dá)式（結(jié)果用V和光壓I表示）；

②若體積為V的容器中存在分子質(zhì)量為m、單位體積內(nèi)氣體分子個數(shù)為n'的理想氣體，分子速率均為v，且與器壁各面碰撞的機會均等；與器壁碰撞前后瞬間，分子速度方向都與器壁垂直，且速率不變。求氣體內(nèi)能U'與體積V和壓強p氣的關(guān)系；并從能量和動量之間關(guān)系的角度說明光子氣體內(nèi)能表達(dá)式與氣體內(nèi)能表達(dá)式不同的原因。

14．（本題11分）氫原子的能級如圖所示，一群氫原子受激發(fā)后處于n=3能級．當(dāng)它們向基態(tài)躍遷時，輻射的光照射光電管陰極K，電子在極短時間內(nèi)吸收光子形成光電效應(yīng)．實驗測得其遏止電壓為10.92V．求：

（1）氫原子從n=3能級向基態(tài)躍遷，輻射光子的能量；

（2）逸出光電子的最大初動能Ek初；

（3）寫出該光電效應(yīng)方程，并求出逸出功．（能量單位用eV表示）

15．（本題14分）已知銫的逸出功為，現(xiàn)用波長為的入射光照射金屬銫。（普朗克常量，元電荷，電子的質(zhì)量為）

（1）能否發(fā)生光電效應(yīng)？

（2）若能發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的德布羅意波長最短為多少？

16．（本題10分）請根據(jù)巴耳末公式，計算當(dāng)時的波長。

試卷第1頁，共3頁

試卷第1頁，共3頁

參考答案：

1．C

【詳解】A、B、波長關(guān)系為λa＜λb＜λc，則由可知，γa＞γb＞γc．b光束照射某種金屬時，能發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)的條件入射光的頻率大于極限頻率，c光照射可能發(fā)生光電效應(yīng)，a光照射一定能發(fā)生光電效應(yīng)．故A錯誤，B錯誤；C、相同時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目與入射光的強度有關(guān)，如果b光的照射強度越強，相同時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目就會越多，故C正確．D、根據(jù)光電效應(yīng)方程：，知釋放出的光電子的最大初動能與光的強度無關(guān)．故D錯誤．故選C.

【點睛】解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)的條件，光電效應(yīng)方程及單位時間內(nèi)放出光電子的數(shù)目由入射光的強度決定．

2．D

【詳解】A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子核內(nèi)的正電荷是均勻分布的，選項A錯誤；

B．密立根通過著名的“油滴實驗”精確測定電子電荷，選項B錯誤；

C．盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)模型解釋原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質(zhì)量，選項C錯誤；

D．α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)，選項D正確。

故選D。

3．D

【詳解】A．湯姆孫在研究陰極射線時，發(fā)現(xiàn)了電子，提出了“棗糕”式原子模型，故A錯誤；

B．在粒子散射實驗中，有極少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，是它與原子中的原子核發(fā)生了碰撞所導(dǎo)致的，故B錯誤；

C．玻爾首先把普朗克的量子假說推廣到原子內(nèi)部的能量，來解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難，故C錯誤；

D．玻爾原子理論成功地解釋了氫原子光譜實驗，他告訴我們，原子發(fā)光時產(chǎn)生線狀譜，故D正確。

故選D。

4．D

【詳解】根據(jù)數(shù)學(xué)組合公式

可知，這群處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子共能輻射出6種不同頻率的光，由圖可知，從到躍遷時放出的能量為0.66eV，小于金屬鈉的逸出功，不能使金屬鈉逸出光電子，同理從到躍遷時放出的能量為1.89eV，小于金屬鈉的逸出功，不能使金屬鈉逸出光電子，所以能使金屬鈉逸出光電子的光子頻率有4種，故D正確。

故選D。

5．C

【詳解】A．伽利略根據(jù)實驗和觀察確定了單擺的等時性，惠更斯提出了單擺周期公式，故A錯誤；

B．泊松亮斑是由法國物理學(xué)家泊松應(yīng)用波動理論計算出，是用來反對光的波動說，后來的實驗表明，亮斑確實存在，故B錯誤；

C．湯姆孫根據(jù)陰極射線在電場和磁場中的偏轉(zhuǎn)實驗，發(fā)現(xiàn)陰極射線的本質(zhì)是帶負(fù)電的粒子流并求出了這種粒子的比荷，故C正確；

D．牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，卡文迪許通過實驗測出萬有引力常量，被稱為“稱量地球質(zhì)量第一人”，故D錯誤。

故選C。

6．D

【詳解】A．光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，選項A錯誤；

B．發(fā)生光電效應(yīng)與光強和照射的時間無關(guān)，選項B錯誤；

C．金屬內(nèi)部的電子要想成為光電子必須要吸收大于逸出功的能量，選項C錯誤；

D．任何一種金屬都有一個極限頻率，低于這個頻率的光不能使它發(fā)生光電效應(yīng)，選項D正確；

故選D.

7．B

【詳解】AB．由圖可知，光電管兩端所加電壓為正向電壓，滑片向a端移動時，電壓表示數(shù)減小，當(dāng)滑片移到最左端時，電壓表示數(shù)為0，電流表示數(shù)體現(xiàn)了光電流，當(dāng)滑片移到最左端時，即光電管兩端不加電壓時，電路中仍有光電流即電流表示數(shù)不為零，滑片向b端移動，電壓表示數(shù)變大，若滑動變阻器滑片在中間位置時已達(dá)到飽和光電流，則電流表示數(shù)可能不變，故A錯誤，B正確；

C．換用頻率更高的光照射光電管，逸出光電子的最大初動能增大，由于飽和光電流與光的強度有關(guān)，則電流表示數(shù)不一定變大，故C錯誤；

D．換用頻率更低的光照射光電管，逸出光電子的最大初動能減小，由于飽和光電流與光的強度有關(guān)，則電流表示數(shù)不一定變大，故D錯誤。

故選B。

8．BCD

【詳解】因為氫原子發(fā)出6種不同頻率的光子，根據(jù)

可得

氫原子吸收能量后躍遷到第4能級，則吸收的能量等于n=1和n=4能級間的能級差，釋放出六種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為、、、、、，則

，，

，，

單色光的光子能量

又

，

故BCD正確，A錯誤。

故選BCD。

9．BD

【詳解】AB．根據(jù)光電效應(yīng)方程，由題圖可知，當(dāng)ν=0時，有W逸=E；當(dāng)Ekm=0時，有，故A錯誤，B正確；

C．如果入射光的頻率為時，因為小于其極限頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；

D．入射光的頻率為2v0時，代入方程可知，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E，故D正確。

故選BD。

10．ABC

【詳解】A．受到某種頻率的光線照射后，可輻射出6種頻率的光，說明氫原子是從n=4向低能級躍遷的，所以n=2能級氫原子受到照射后躍遷到n=4能級，A正確；

B．從n=4向低能級躍遷輻射的光子中，從4到3和3到2躍遷時輻射的光子能量低于金屬銫的逸出功，其他四種均大于金屬銫的逸出功，B正確；

C．根據(jù)光子能量方程得

輻射的光子能量越小，波長越長，所以從4到3躍遷，輻射的光子波長最長，C正確；

D．氫原子向低能級躍遷后核外電子在較低的軌道運動，庫侖力做正功，電子的動能增大勢能減少，D錯誤；

故選ABC。

11．零CD/DC4.0×10-7

【詳解】（3）[1]第三步：斷開開關(guān)，調(diào)整電源方向，在光電管兩端加載反向電壓，記錄對應(yīng)的電壓、電流數(shù)值，直至電流為零，記錄此刻電壓UC，即遏止電壓。

（5）[2]A．光的顏色相同，即頻率一定，根據(jù)

可知遏制電壓相同，選項A錯誤；

B．根據(jù)

可知，不同顏色光的頻率不同，則遏制電壓不相同，選項B錯誤；

C．紫光的頻率最大，則遏制電壓最高，選項C正確；

D．飽和光電流的大小與光的強弱有關(guān)，同種顏色光照越強，單位時間內(nèi)逸出光電子數(shù)量越多，則飽和光電流越大，選項D正確。

故選CD。

（3）[3]根據(jù)

可得

12．5.15×1014（5.12×1014~5.18×1014）3.41×10-19（3.39×10-19~3.43×10-19）1.23×10-19（1.21×10-19~1.25×10-19）

【詳解】（2）[1]由愛因斯坦光電效應(yīng)方程

可得

結(jié)合乙圖可得金屬的截