人教版高中物理精講精練-選擇性必修3第四章《原子結(jié)構(gòu)和波粒二像性》高分必刷鞏固達(dá)標(biāo)檢測卷（培優(yōu)卷） 解析版

第四章《原子結(jié)構(gòu)和波粒二像性》高分必刷鞏固達(dá)標(biāo)檢測卷（培優(yōu)卷）一：單項選擇題：本題共8小題，每小題4分，共32分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．對宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀的研究被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時代的起點(diǎn)。關(guān)于黑體輻射，下列說法正確的是（）A．黑體不會輻射電磁波B．溫度低于0℃的物體不會輻射電磁波C．黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍D．愛因斯坦提出的能量子假說，能夠很好地解釋黑體輻射規(guī)律【答案】C【詳解】AB．一切物體都會輻射電磁波，絕對零度的物體才可能沒有輻射，溫度越高，輻射的電磁波越強(qiáng)，AB錯誤；CD．普朗克假設(shè)黑體輻射中的輻射能量是不連續(xù)的，只能取能量基本單位的整數(shù)倍，從而很好地解釋了黑體輻射的實(shí)驗現(xiàn)象，C正確，D錯誤。故選C。2．如圖所示，甲圖為演示光電效應(yīng)的實(shí)驗裝置；乙圖為a、b、c三種光照射下得到的三條電流表與電壓表讀數(shù)間的關(guān)系曲線。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、b、c三種光的光子能量B．a(chǎn)、b、c兩種光通過同一雙縫干涉裝置后，形成的干涉條紋中，a的條紋最寬C．若b光為綠光，a光可能是紫光D．a(chǎn)、b、c三種光從真空進(jìn)入同一種介質(zhì)后，頻率不變，波長變長【答案】B【詳解】A．根據(jù)光電效應(yīng)方程和動能定理可得，可知光子能量大對應(yīng)的光電子最大初動能大，對應(yīng)的遏止電壓大，由圖乙可知a、b、c三種光的光子能量，故A錯誤；BC．由于三種光的光子能量，則三種光的頻率關(guān)系為若b光為綠光，a光不可能是紫光；三種光的波長關(guān)系為a、b、c兩種光通過同一雙縫干涉裝置后，形成的干涉條紋中，根據(jù)可知a的條紋最寬，故B正確，C錯誤；D．a(chǎn)、b、c三種光從真空進(jìn)入同一種介質(zhì)后，頻率不變，波速變小，波長變短，故D錯誤。故選B。3．氫原子能級圖如圖甲所示。某基態(tài)氫原子受激后可輻射出三種不同頻率的光，其中有兩種能使乙圖中逸出功為2.25eV的K極鉀金屬發(fā)生光電效應(yīng)，通過乙圖實(shí)驗裝置得到這兩種光分別實(shí)驗時的電流和電壓讀數(shù)，繪出圖丙①②兩根曲線，則下列說法正確的是（）A．不能使K極金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的光是從n＝2躍遷到n＝1時產(chǎn)生的B．丙圖中②曲線對應(yīng)的入射光光子能量為12.09eVC．丙圖中①曲線對應(yīng)的入射光光子能使鉀金屬產(chǎn)生最大初動能為10.20eV的光電子D．丙圖中【答案】B【詳解】A．依題意，基態(tài)氫原子受激后可輻射出三種不同頻率的光的光子能量分別為，，可知不能使K極金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的光是從n＝3躍遷到n＝2時產(chǎn)生的。故A錯誤；BD．根據(jù)可知丙圖中②曲線對應(yīng)的入射光光子能量為光子能量較大的光子即12.09eV。丙圖中①曲線的遏制電壓為故B正確，D錯誤；C．丙圖中①曲線對應(yīng)的入射光光子能量為10.20eV，能使鉀金屬產(chǎn)生光電子最大初動能為故C錯誤。故選B。4．關(guān)于物理學(xué)的重要史實(shí)和結(jié)論，下列說法正確的是（）A．通過分光鏡觀察到的氫原子光譜是連續(xù)譜B．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)C．盧瑟福依據(jù)a粒子散射實(shí)驗的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)”理論D．根據(jù)波爾原子結(jié)構(gòu)理論，氫原子的電子繞氫原子核運(yùn)動的半徑可以取任意值【答案】C【詳解】A．氫原子光譜是不連續(xù)的，是線狀譜，因此通過分光鏡觀察到的氫原子光譜是不連續(xù)譜，故A錯誤；BC．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后提出了“棗糕式”原子模型，而盧瑟福依據(jù)a粒子散射實(shí)驗的現(xiàn)象提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)”理論，故B錯誤，C正確；D．根據(jù)波爾原子結(jié)構(gòu)理論，電子繞核運(yùn)動的軌道半徑是量子化的，是一些不連續(xù)的特定值，且電子繞核旋轉(zhuǎn)是定態(tài)，故D錯誤。故選C。5．在研究光電效應(yīng)規(guī)律的試驗中，用三束光分別照射同一光電管得到三條光電流和電壓的關(guān)系圖線如圖所示，則下列說法正確的是（）A．三種光的頻率關(guān)系是 B．三種光的頻率關(guān)系是C．光電子的最大初動能 D．光電子的最大初動能【答案】D【詳解】AB．由圖可知，甲、丙光對應(yīng)的遏止電壓相等且小于乙光對應(yīng)的遏止電壓，設(shè)為光電管中陰極的逸出功，由光電效應(yīng)方程由動能定理得所以，甲、丙光頻率相等且小于乙光的頻率，AB錯誤。CD．因為由圖可知，甲、丙對應(yīng)的遏止電壓相等且小于乙光對應(yīng)的遏止電壓，所以，甲光對應(yīng)的光電子最大初動能與丙光相等且小于乙光對應(yīng)的光電子的最大初動能，C錯誤、D正確；故選D。6．在物理學(xué)發(fā)展過程中，觀測、科學(xué)實(shí)驗、假說和邏輯推理等方法都起到了重要作用，下列說法符合歷史事實(shí)的是（）A．貝克勒爾通過對天然放射性現(xiàn)象的研究，發(fā)現(xiàn)了原子中存在原子核B．法拉第在分析了許多實(shí)驗事實(shí)后提出，感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化C．盧瑟福通過粒子散射實(shí)驗，證實(shí)了在原子核內(nèi)存在質(zhì)子D．湯姆孫通過陰極射線在電場和在磁場中的偏轉(zhuǎn)實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并測出了該粒子的比荷【答案】D【詳解】A．貝克勒爾通過對天然放射性研究發(fā)現(xiàn)了原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的，選項A錯誤；B．楞次在分析了許多實(shí)驗事實(shí)后提出，感應(yīng)電流應(yīng)具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，選項B錯誤；C．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，沒有證實(shí)在原子核內(nèi)存在質(zhì)子，選項C錯誤；D．湯姆孫通過對陰極射線在電場及在磁場中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)了陰極射線是由帶負(fù)電的粒子組成，并測定了粒子的比荷，選項D正確。故選D。7．如圖甲為氫原子的能級圖，現(xiàn)用頻率為的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為、、的三條譜線，現(xiàn)用這三種頻率的光去照射圖乙的光電效應(yīng)的實(shí)驗裝置；其中只有a、b兩種光能得到圖丙所示的電流與電壓的關(guān)系曲線；已知圖乙中的陰極材料是表中所給材料中的一種，表是幾種金屬的逸出功和截止頻率。已知。以下說法不正確的是（）

幾種金屬的逸出功和截止頻率金屬W/eVv/×1014Hz鈉2.295.53鉀2.255.44銣2.135.15A．圖乙中的陰極材料一定是銣B．圖丙中C．一定有D．圖丙中的b光照射陰極電流達(dá)到飽和時每秒射出的光電子數(shù)大約4×1012個【答案】C【詳解】A．在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到三條譜線，則說明是從能級向低能級躍遷的，結(jié)合乙圖知則這三種光子的能量分別為，，，由代入a光的數(shù)值解得由表知陰極材料為銣，故A正確；B．圖丙中故B正確；C．用頻率為的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，基態(tài)氫原子吸收光子能量躍遷到高能級，在向低能級躍遷時輻射出三種頻率的光，三種光子能量關(guān)系為又則頻率關(guān)系為，故C錯誤；D．由丙圖知b光的飽和電流為，由知，每秒射出的電荷量為，又已知，則每秒射出的光電子數(shù)大約為故D正確；本題選不正確的，故選C。8．圖甲是研究光電效應(yīng)的實(shí)驗原理圖，陰極由逸出功的金屬鈣制成。圖乙是汞原子的能級圖，用汞原子躍遷發(fā)出的光子照射陰極，下列說法正確的是（）

A．大量能級的汞原子向低能級躍遷時只能發(fā)出4種頻率的光B．從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子波長最長C．從能級躍遷到能級發(fā)出的光子能使金屬鈣發(fā)生光電效應(yīng)D．用大量能級躍遷發(fā)出的光子照射，要使微安表示數(shù)為0，滑片P應(yīng)向a端移動【答案】D【詳解】A．大量能級的汞原子向低能級躍遷時只能發(fā)出頻率的光，故A錯誤；B．由公式可知光的能量越小，光的波長越長，結(jié)合能級圖容易知道并不是從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子的能量最小，所以從能級躍遷到基態(tài)發(fā)出的光子波長不是最長的，故B錯誤；C．由可知從能級躍遷到能級發(fā)出的光子的能量為2.80eV，小于金屬鈣的逸出功，所以不能使金屬鈣發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；D．大量能級躍遷發(fā)出的光子照射，當(dāng)滑片P應(yīng)向a端移動，有O點(diǎn)電勢比a點(diǎn)的高，所以這時加在光電管的電壓為反向電壓，即K極加正極。所以有可能使得微安表示數(shù)為0，故D正確。故選D。二：多項選擇題：本題共4小題，每小題5分，共20分。在每小題給出的四個選項中，有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分。9．用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么（）A．a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率B．只增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計G的電流增大C．增加b光的強(qiáng)度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c【答案】AB【詳解】A．用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了光電效應(yīng)，則有a光頻率大于金屬板的截止頻率，單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沒有產(chǎn)生光電效應(yīng)，則知b光頻率小于金屬板的截止頻率，所以a光的頻率一定大于b光的頻率，A正確；B．只增加a光的強(qiáng)度，則單位時間內(nèi)發(fā)出光子數(shù)增多，流經(jīng)電流計G的電流增大，B正確；C．能否產(chǎn)生光電效應(yīng)只與照射光的頻率有關(guān)，因b光頻率小于金屬板的截止頻率，不會產(chǎn)生光電效應(yīng)，所以增加b光的強(qiáng)度也不會產(chǎn)生光電效應(yīng)，C錯誤；D．光電子從K極向A極運(yùn)動，形成的電流方向與電子定向移動方向相反，電流計G中的電流是由c到d，D錯誤。故選AB。10．如圖所示為粒子散射實(shí)驗的示意圖：放射源發(fā)出射線打到金箔上，帶有熒光屏的放大鏡轉(zhuǎn)到不同位置進(jìn)行觀察，圖中①②③為其中的三個位置，下列對實(shí)驗結(jié)果的敘述或依據(jù)實(shí)驗結(jié)果做出的推理錯誤的是（）

A．在位置②接收到的粒子最多B．在位置①接收到粒子說明正電荷不可能均勻分布在原子內(nèi)C．位置②接收到的粒子一定比位置①接收到的粒子所受金原子核斥力的沖量更大D．若正電荷均勻分布在原子內(nèi)，則①②③三個位置接收到粒子的比例應(yīng)相差不多【答案】AC【詳解】A．原子的內(nèi)部是很空闊的，原子核非常小，所以絕大多數(shù)α粒子的運(yùn)動軌跡沒有發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則在位置③接收到的α粒子最多，所以A錯誤，符合題意；B．在位置①接收到α粒子說明正電荷不可能均勻分布在原子內(nèi)，所以B正確，不符合題意；C．位置②接收到的α粒子一定比位置①接收到的α粒子所受金原子核斥力的沖量更小，因為在位置①α粒子速度反向運(yùn)動，則動量的變化量更大，所以沖量更大，則C錯誤，符合題意；D．若正電荷均勻分布在原子內(nèi)，則α粒子與原子正面撞擊，粒子最后反彈，則①②③三個位置接收到α粒子的比例應(yīng)相差較多，所以D正確，不符合題意。故選AC。11．1900年德國物理學(xué)家普朗克在研究黑體輻射時提出了一個大膽的假說，即能量子假說，下列說法屬于能量子假說內(nèi)容的是（）A．物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的B．能量子假說中將每一份能量單位，稱為“能量子”C．能量子假說中的能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量D．能量子假說認(rèn)為能量是連續(xù)的，是不可分割的【答案】ABC【詳解】能量子假說認(rèn)為，物質(zhì)發(fā)射（或吸收）能量時，能量不是連續(xù)的，而是一份一份進(jìn)行的，每一份能量單位，稱為“能量子”，能量子的能量ε=hν，ν為帶電微粒的振動頻率，h為普朗克常量，故ABC符合題意，D不符合題意。故選ABC。12．1899年，蘇聯(lián)物理學(xué)家列別捷夫首先從實(shí)驗上證實(shí)了“光射到物體表面上時會產(chǎn)生壓力”，我們將光對物體單位面積的壓力叫壓強(qiáng)或光壓。已知頻率為的光子的動量為，式中h為普朗克常量（h=6.63×10-34J·s），c為光速（c=3×108m/s），某激光器發(fā)出的激光功率為P=1000W，該光束垂直射到某平整元件上，其光束截面積為S=1.00mm2，該激光的波長=500nm下列說法正確的有（）A．該激光器單位時間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)可表示為B．該激光定能使金屬鎢（截止頻率為1.095×1015Hz）發(fā)生光電效應(yīng)C．該激光不能使處于第一激發(fā)態(tài)的氫原子（E2=-3.4eV=-5.44×10-19J）電離D．該光束可被完全吸收產(chǎn)生的光壓約為6.67Pa【答案】AC【詳解】A．單位時間內(nèi)射到平整元件上的光能為每個光子的能量為則該激光器單位時間內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)故A正確；B．入射光的頻率為入射光的頻率小于金屬鎢的截止頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯誤；C．入射光子的能量光子能量小于處于第一激發(fā)態(tài)的氫原子的電離能，不能使其電離，故C正確；D．對單位時間內(nèi)發(fā)出的光子，根據(jù)動量定理根據(jù)以上分析可知代入，可得故D錯誤。故選AC。三：實(shí)驗題:本題共2小題，第一小題小題5分，第二小題7分，共12分。13．如圖甲所示，一驗電器與鋅板相連，在O處用的紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，驗電器指針保持一定偏角?，F(xiàn)使驗電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的黃光照射鋅板，驗電器指針無偏轉(zhuǎn)。（1）甲圖中鋅板帶電，指針帶電（“正”、“負(fù)”、“無”）；若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針（填“有”或“無”）偏轉(zhuǎn)。（2）某同學(xué)設(shè)計了如圖乙所示的電路，圖中A和K為光電管的兩極，K為陰極，A為陽極?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為6.4eV的光照射陰極K，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的示數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計的示數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為2.1V，則光電管陰極材料的逸出功為eV，該陰極材料的截止頻率為Hz。（普朗克常量，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（3）如圖丙中Uc為反向遏止電壓，v為入射光頻率，改變?nèi)肷涔忸l率（都大于該光電管的截止頻率）測得如圖丙直線。若用逸出功更小的光電管作陰極材料，在圖丙中畫出可能的圖像?！敬鸢浮空裏o4.3【詳解】（1）[1][2][3]在處用一紫外線燈照射鋅板，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，光電子射出后，鋅板帶正電，驗電器與鋅板連接，所以指針帶正電，改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗電器指針無偏轉(zhuǎn)，因為紅外線不能使鋅板發(fā)生光電效應(yīng)。（2）[4][5]當(dāng)滑至某一位置時電流計的示數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為2.1V，可知，遏止電壓根據(jù)解得電管陰極材料的逸出功為該陰極材料的截止頻率為（3）[6]根據(jù)整理得所以用逸出功更小的光電管作陰極材料，圖像斜率不變，相互平行，但縱截距不同，如下14．氫原子從3.4eV的能級躍遷到0.85eV的能級時，則：（1）該氫原子是（填“輻射”或“吸收”）光子，這種光子的波長是m（計算結(jié)果取一位有效數(shù)字）（2）如圖所示，光電管用金屬材料銫制成，電路中定值電阻R0=0.75Ω，電源電動勢E=1.5V，內(nèi)阻r=0.25Ω，圖中電路在D點(diǎn)交叉，但不相連。R為變阻器，O是變阻器的中間抽頭，位于變阻器的正中央，P為滑動端。變阻器的兩端點(diǎn)ab總阻值為14Ω。當(dāng)用上述氫原子兩能級間躍遷而發(fā)射出來的光照射圖中的光電管，欲使電流計G中電流恰好為零，變阻器P應(yīng)往點(diǎn)（填“a”或“b”）移動，此時變阻器aP間阻值應(yīng)為Ω，已知普朗克常量，金屬銫的逸出功為1.9eV，?！敬鸢浮课誥0.5【詳解】（1）[1]因氫原子是從低能級向高能級躍遷，故應(yīng)是吸收光子。[2]吸收能量為，由與得（2）[3][4]當(dāng)光照射金屬時，逸出電子的最大初動能為欲使電流計G中電流為零，則光電管的電勢左高右低，所以變阻器P應(yīng)往a移動，且電勢差等于0.65V。從電路圖可知：變阻器最大值與定值電阻串聯(lián)；由得那么四：解答題:本題共4小題,第一小題小題6分，第二小題8分，第三小題10分，第四小題12分，共36分。15．我國中微子探測實(shí)驗利用光電管把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖所示，A和K分別是光電管的陽極和陰極，加在A、K之間的電壓為U?，F(xiàn)用發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出頻率為的光全部照射在K上，回路中形成電流。已知光電子到達(dá)A時的最大動能為Ekm，普朗克常量為h，電子電荷量為e。（1）若對調(diào)電源正、負(fù)極，則光電管兩端電壓至少調(diào)為多少，才可使電流表G示數(shù)為零；（2）若電流表G的示數(shù)為I，則平均每入射多少個光子會產(chǎn)生1個光電子，設(shè)所有的光電子都能到達(dá)A?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）根據(jù)光電效應(yīng)方程和動能定理設(shè)遏止電壓為Ue，根據(jù)動能定理得解得（2）設(shè)t時間內(nèi)通過的電荷量為q，根據(jù)電流強(qiáng)度的定義設(shè)產(chǎn)生光電子總數(shù)為N，平均每入射n個光子會產(chǎn)生1個光電子解得16．光譜的結(jié)果顯示氫原子只能發(fā)出一系列特定波長的光，瑞士科學(xué)家巴耳末發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長λ滿足一個簡單的公式，即巴耳末公式，（n=3，4，5…）。已知R為里德伯常量，電子電荷量的大小為e，真空中的光速為c，普朗克常量為h。（1）求氫原子中電子從n=3能級躍遷到n=2時對應(yīng)譜線的波長λ；（2）利用巴耳末系中波長最長的光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，已知遏止電壓為Uc。求該金屬的逸出功W0?！敬鸢浮浚?）；（2）【詳解】（1）由題意可知，在巴耳末系中，氫原子由n=3能級躍遷到n=2時有解得（2）氫原子由n=3能級躍遷到n=2時，輻射光子的能量最小，巴耳末系中波長最長，根據(jù)解得根據(jù)光電效應(yīng)方程有根據(jù)遏止電壓的規(guī)律有解得17．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入地揭示了光的粒子性的一面。前者表明光子具有能量，后者表明光子除了具們能量之外還具有動量。由狹義相對論可知，一定的質(zhì)量m與一定的能量E相對應(yīng)：，其中c為真空中光速。真空中光速c，普朗克常量h均已知。（1）已知某單色光的頻率為，波長為，該單色光光子的能量E=h，其中h為普朗克常量。試借用質(zhì)子、電子等粒子動量的定義：動量=質(zhì)量×速度，推導(dǎo)該單色光光子的動量；（2）光照射到物體表面時，如同大量氣體分與器壁的頻繁碰撞一樣，將產(chǎn)生持續(xù)均勻的壓力，這種壓力會對物體表面產(chǎn)生壓強(qiáng)，這就是“光壓”，用I表示。一臺發(fā)光功率為P0的激光器發(fā)出一束某頻率的激光，光束的橫截面積為S。當(dāng)該激光束垂直照射到某物體表面時，假設(shè)光全部被吸收，試寫出其在物體表而引起的光壓的表達(dá)式；（3）在某次康普頓效應(yīng)中，為簡化問題研究，設(shè)入射光子與靜止的無約束自由電子發(fā)生彈性碰撞，如圖，碰撞后光子的方向恰好與原入射方向成90°，已知：入射光波長，散射后波長為，求碰撞后電子的動能和動量。

【答案】（1）見解析；（2）；（3），【詳解】（1）根據(jù)題意有粒子的動量為聯(lián)立可得單色光光子的動量（2）一小段時間Δ