高中 物理 必修第三冊(cè) 第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性《章末過(guò)關(guān)檢測(cè)(四)》教學(xué)設(shè)計(jì)

章末過(guò)關(guān)檢測(cè)(四)(時(shí)間：75分鐘分值：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1．以下物理量中，屬于“量子化”的是()A．溫度計(jì)測(cè)量的溫度 B．天平測(cè)量的質(zhì)量C．人所感受到的時(shí)間 D．油滴所帶電荷量解析：選D。所謂量子化就是指數(shù)據(jù)是分立的不連續(xù)的，即一份一份的。2．關(guān)于熱輻射，下列說(shuō)法正確的是()A．只有高溫物體才輻射電磁波B．物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體的熱輻射實(shí)質(zhì)上是電磁輻射D．黑體不能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波答案：C3．在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布羅意波長(zhǎng)λ＝1.82×10－10m的熱中子動(dòng)量的數(shù)量級(jí)為()A．10－17kg·m/s B．10－19kg·m/sC．10－21kg·m/s D．10－24kg·m/s解析：選D。由德布羅意波公式λ＝eq\f(h,p)得p＝eq\f(h,λ)＝3.64×10－24kg·m/s因此熱中子的動(dòng)量的數(shù)量級(jí)10－24kg·m/s。4．氫原子能級(jí)示意圖如圖所示，已知大量處于基態(tài)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。金屬銫的逸出功為1.90eV。下列說(shuō)法正確的是()A．氫原子能自發(fā)地從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷B．基態(tài)氫原子受到照射后躍遷到n＝3能級(jí)C．氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)發(fā)出的光子能使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)D．用氫原子由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)發(fā)出的光子照射金屬銫表面，得到光電子的最大初動(dòng)能為11.7eV答案：C5．用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz解析：選B。根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)νc，代入數(shù)據(jù)解得νc≈8×1014Hz，B正確。6．處于基態(tài)的一群氫原子被一束單色光照射后，最多能發(fā)出6種頻率的光，氫原子的能級(jí)圖如圖所示，如果用這束光照射某一金屬，測(cè)得從該金屬中射出電子的最大初動(dòng)能為10.54eV，則該金屬的逸出功是()A．12.75eV B．12.1eVC．2.21eV D．1.56eV解析：選C。因受到激發(fā)后的氫原子能輻射出6種不同頻率的光子，故氫原子是從n＝4的能級(jí)躍遷的，這束單色光能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n＝4能級(jí)，則hν＝E4－E1＝12.75eV，而從金屬表面逸出的電子具有最大的初動(dòng)能是10.54eV，由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，Ekm＝hν－W0，可得逸出功W0＝hν－Ekm＝2.21eV，符合上述分析的只有C選項(xiàng)。7．如圖甲所示，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用相同頻率的單色光分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個(gè)不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)。圖乙為其中一個(gè)光電管的遏止電壓Uc隨入射光的頻率ν變化的函數(shù)關(guān)系圖像。對(duì)于這兩個(gè)光電管，下列判斷正確的是()A．光電子的最大初動(dòng)能相同B．因?yàn)椴牧喜煌?，逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同C．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)一定相同，飽和電流也一定相同D．兩個(gè)光電管的Uc－ν圖線的斜率可能不同解析：選B。根據(jù)光電效應(yīng)方程hν－W＝Ek①，由于兩種不同金屬的逸出功不同，因此光電子的最大初動(dòng)能不同，A錯(cuò)誤；又由于Uce＝Ek②，由于兩種金屬的逸出功不同，光電子的最大初動(dòng)能不同，所以遏止電壓Uc也不同，B正確；由于不知道兩束光的光照強(qiáng)度關(guān)系，因此無(wú)法判斷單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)以及飽和電流的大小關(guān)系，C錯(cuò)誤；將①②兩式聯(lián)立可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W,e)，可知兩個(gè)光電管的Uc－ν圖線的斜率均為k＝eq\f(h,e)，D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)8．對(duì)原子光譜，下列說(shuō)法正確的是()A．線狀譜和吸收光譜可用于光譜分析B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D．連續(xù)譜可以用來(lái)鑒別物質(zhì)中含哪些元素解析：選AC。線狀譜和吸收光譜都含有原子的特征譜線，因此可用于光譜分析，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯(cuò)誤，C正確；對(duì)線狀譜進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，連續(xù)譜不能用于光譜分析，D錯(cuò)誤。9．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()A．在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°，有的甚至被彈回B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來(lái)自帶正電的核及核外電子，當(dāng)α粒子接近核時(shí)是核的斥力使α粒子偏轉(zhuǎn)，當(dāng)α粒子接近電子時(shí)是電子的吸引力使之偏轉(zhuǎn)C．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分D．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和原子的全部質(zhì)量解析：選AC。由α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，A正確；由于電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子的質(zhì)量，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的是原子核的斥力，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，核極小，但含有全部的正電荷和幾乎所有的質(zhì)量，C正確，D錯(cuò)誤。10．關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說(shuō)與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的解析：選BC。由普朗克能量子假說(shuō)可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A錯(cuò)誤，B正確；能量子ε＝hν，與電磁波的頻率ν成正比，C正確；能量子假說(shuō)反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，D錯(cuò)誤。11．關(guān)于對(duì)巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)的理解，正確的是()A．此公式只適用于氫原子發(fā)光的一個(gè)線系B．公式中的n可以是任意數(shù)，故氫原子發(fā)光的波長(zhǎng)是任意的C．公式中的n是大于等于3的正整數(shù)，所以氫原子光譜不是連續(xù)的D．該公式包含了氫原子的所有光譜線解析：選AC。巴耳末公式是分析氫原子的譜線得到的一個(gè)公式，它只反映氫原子譜線的一個(gè)線系，故A正確，D錯(cuò)誤；公式中的n只能取不小于3的正整數(shù)，故B錯(cuò)誤，C正確。三、非選擇題(本題共5小題，共56分)12．(8分)采用如圖甲所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律，現(xiàn)分別用a、b兩束單色光照射光電管，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。(1)實(shí)驗(yàn)中當(dāng)靈敏電流表有示數(shù)時(shí)將滑片P向右滑動(dòng)，則電流表示數(shù)一定不會(huì)____________(選填“增大”“不變”或“減小”)。(2)照射陰極材料時(shí)，____________(選填“a光”或“b光”)使其逸出的光電子的最大初動(dòng)能大。(3)若a光的光子能量為5eV，圖乙中Uc2＝－2V，則光電管的陰極材料的逸出功為_(kāi)___________eV。解析：(1)由題圖甲電路可知，光電管加的是正向電壓，將滑片向右滑動(dòng)，增加了電壓值，會(huì)使原來(lái)飛不到陽(yáng)極的光電子飛到陽(yáng)極，故電流表的示數(shù)要么不變(已達(dá)到飽和電流)，要么增大(未達(dá)到飽和電流時(shí))。不會(huì)出現(xiàn)減小的情況。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程，結(jié)合題圖乙中遏止電壓關(guān)系有Ekm＝eUc＝hν－W0，|Uc1|>|Uc2|故照射陰極材料時(shí)，b光使其逸出的光電子的最大初動(dòng)能大。(3)將題目中信息hν＝5eV，|Uc2|＝2V帶入上一空的公式，可得W0＝3eV。答案：(1)減小(2)b光(3)313．(10分)氫原子的核外電子處于第三軌道上，當(dāng)它向能級(jí)較低的軌道躍遷時(shí)，放出光子，則：(1)放出光子的最長(zhǎng)波長(zhǎng)和最短波長(zhǎng)之比是多少？(2)若電離n＝3的氫原子至少需要給它多少能量？(E1＝－13.6eV)解析：(1)當(dāng)大量氫原子處于n＝3能級(jí)時(shí)，可釋放出的光子頻率種類(lèi)為N＝Ceq\o\al(2,3)＝3據(jù)玻爾理論在這3種頻率光子中，當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)，E2＝eq\f(1,22)E1＝eq\f(1,4)E1E3＝eq\f(1,32)E1＝eq\f(1,9)E1則eq\f(hc,λmax)＝E3－E2，λmax＝－eq\f(36hc,5E1)heq\f(c,λmin)＝E3－E1＝－eq\f(8,9)E1，λmin＝－eq\f(9hc,8E1)則eq\f(λmax,λmin)＝eq\f(32,5)。(2)n＝3的氫原子的能量為E3＝eq\f(1,32)E1＝eq\f(1,9)E1＝eq\f(1,9)×(－13.6)eV＝－1.51eV若電離n＝3的氫原子至少需要給它1.51eV的能量。答案：(1)eq\f(32,5)(2)1.51eV14．(10分)氫原子能級(jí)示意圖如圖所示，現(xiàn)有每個(gè)電子的動(dòng)能都是Ee＝12.89eV的電子束與處在基態(tài)的氫原子束射入同一區(qū)域，使電子與氫原子發(fā)生正碰。已知碰撞前一個(gè)電子和一個(gè)氫原子的總動(dòng)量恰好為零。碰撞后氫原子受激發(fā)，躍遷到n＝4的能級(jí)。求碰撞后電子和受激氫原子的總動(dòng)能。已知電子的質(zhì)量me與氫原子的質(zhì)量mH之比為eq\f(me,mH)＝5.445×10－4。解析：用ve和vH表示碰撞前電子的速率和氫原子的速率，根據(jù)題意有meve－mHvH＝0①碰撞前，氫原子與電子的總動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mHveq\o\al(2,H)＋eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e)②解①②兩式并代入數(shù)據(jù)得Ek≈12.90eV③氫原子從基態(tài)激發(fā)到n＝4的能級(jí)所需能量由能級(jí)圖得ΔE＝－0.85eV－(－13.59)eV＝12.74eV④碰撞后電子和受激氫原子的總動(dòng)能Ek′＝Ek－ΔE＝12.90eV－12.74eV＝0.16eV。答案：0.16eV15．(14分)氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類(lèi)氫結(jié)構(gòu)的氦離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示，用一群處于第4能級(jí)的氦離子發(fā)出的光照射處于基態(tài)的氫氣。則：(1)氦離子發(fā)出的光子中，有幾種能使氫原子發(fā)生電離？(2)發(fā)生電離時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能是多少？解析：(1)一群處于第4能級(jí)的氦離子躍遷時(shí)，一共發(fā)出N＝eq\f(n（n－1）,2)＝6種光子，由頻率條件hν＝En－Em知6種光子的能量分別是由n＝4到n＝3hν1＝E4－E3＝2.6eV由n＝4到n＝2hν2＝E4－E2＝10.2eV由n＝4到n＝1hν3＝E4－E1＝51.0eV由n＝3到n＝2hν4＝E3－E2＝7.6eV由n＝3到n＝1hν5＝E3－E1＝48.4eV由n＝2到n＝1hν6＝E2－E1＝40.8eV由發(fā)生電離的條件知，hν3、hν5、hν63種光子可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離；(2)由能量守恒定律知，能量為51.0eV的光子使氫原子電離出的自由電子初動(dòng)能最大，又氫原子處于基態(tài)，W1＝－13.6eV，得自由電子的最大初動(dòng)能Ek＝37.4eV。答案：(1)3種(2)37.4eV16．(14分)用波長(zhǎng)為4×10－7m的紫光照射某金屬，發(fā)出的光電子垂直進(jìn)入3×10－4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，光電子所形成的圓軌道的最大半徑為1.2cm(電子電荷量e＝1.6×10－19C，其質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)。求：(1)紫光光子的能量；(2)光電子的最大初動(dòng)能；(3)該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率。解析：(1)光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,4×10－7)J≈4.97×10－19J；(2)光電子進(jìn)入磁場(chǎng)后，受到的洛倫茲力等于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，qvB＝meq\f(v2,r)，v＝eq\f(qBr,m)，光電子的最大初動(dòng)能：E