高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册5 粒子的波动性和量子力学的建立同步测试题

第四章　原子结构和波粒二象性

第1~5节综合拔高练

五年选考练

考点1　光子说和光电效应

1.(2020天津,1,5分,)在物理学发展的进程中,人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究,获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(　　)

2.(2019北京理综,19,6分,)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。

由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)

A.两组实验采用了不同频率的入射光

B.两组实验所用的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eV

D.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大

3.(2018课标Ⅱ,17,6分,)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19 J。已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,真空中的光速为3.00×108 m·s-1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)

A.1×1014 Hz　　　　　　　　B.8×1014 Hz

C.2×1015 Hz　　　　　　　　D.8×1015 Hz

4.(2017北京理综,18,6分,)2017年年初,我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。

一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空光速c=3×108 m/s)(　　)

A.10-21 J　　　　　　　　B.10-18 J　　　　

C.10-15 J　　　　　　　　D.10-12 J

5.[2018江苏单科,12C(2),]光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为 的单色光B照射该金属板时,光电子的最大初动能为　　　　,A、B两种光子的动量之比为　　　　。(已知普朗克常量为h、光速为c) 

6.[2019江苏单科,12(3),]在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。计算结果保留一位有效数字)

考点2　氢原子光谱和玻尔的原子模型

7.(2019课标Ⅰ,14,6分,)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为(　　)

A.12.09 eV　　　　　　　　B.10.20 eV

C.1.89 eV　　　　　　　　D.1.51 eV

8.(2018天津理综,5,6分,)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ,都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定(　　)

A.Hα对应的前后能级之差最小

B.同一介质对Hα的折射率最大

C.同一介质中Hδ的传播速度最大

D.用Hγ照射某一金属能发生光电效应,则Hβ也一定能

考点3　黑体辐射　物质波

9.[2020江苏单科,12(1),]“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的,能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高,则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是　　　　。 

A.I增大,λ增大　　　　　　　　B.I增大,λ减小

C.I减小,λ增大　　　　　　　　D.I减小,λ减小

10.(2020浙江7月选考,5,3分,)下列说法正确的是(　　)

A.质子的德布罗意波长与其动能成正比

B.天然放射的三种射线,穿透能力最强的是α射线

C.光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关

D.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性

三年模拟练

应用实践

1.(2019湖南师大附中高二期末,)关于原子结构的认识历程,下列说法正确的是(　　)

A.J.J.汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内

B.α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据

C.卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释光谱的分立特征和原子的稳定性

D.玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象,说明玻尔提出的原子定态概念是错误的

2.(2020河北正定中学高二下测试,)(多选)对光的认识,下列说法中正确的是(　　)

A.个别光子的行为表现出粒子性,大量光子的行为表现出波动性

B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的

C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了;光表现出粒子性时,就不再具有波动性了

D.光的波粒二象性应理解为:在某种场合下光的波动性表现得明显,在另外的某种场合下,光的粒子性表现得明显

3.(2020四川宜宾四中高二下测试,)若用|E1|表示氢原子处于基态时能量的绝对值,处于第n能级的能量为En=,则在下列各能量值中,可能是氢原子从激发态向基态跃迁时辐射出来的能量的是(　　)

A.|E1|　　　　　　　　B.|E1|

C.|E1|　　　　　　　　D.|E1|

4.(2020吉林长春实验中学高二下期中,)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子极短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意图如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换同样频率为ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场,逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)(　　)

A.U=-　　　　　　　　B.U=-

C.U=2hν-W　　　　　　　　D.U=-

5.(2020重庆“九校联盟”高二上联考,)(多选)如图所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于量子数n=4的激发态,这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态,并向外辐射多种频率的光,则(　　)

A.可以辐射6种不同频率的光

B.波长最长的光是原子从n=4激发态跃迁到基态时产生的

C.使n=4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量

D.若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该金属板发生光电效应

6.(2020山西忻州一中高二下期中,)甲、乙两种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示。下列判断错误的是(　　)

A.甲金属的逸出功等于Ek1

B.乙金属的极限频率大

C.入射光的频率为2ν1时,甲金属产生的光电子的最大初动能为2Ek1

D.Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值,与入射光和金属材料均无关

7.(2020山东多市高三线上模拟,)图甲为氢原子部分能级图,大量的氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁时,会辐射出若干种不同频率的光。用辐射出的光照射图乙光电管的阴极K,已知阴极K的逸出功为4.54 eV,则(　　)

甲

乙

A.这些氢原子能辐射4种不同频率的光子

B.某氢原子辐射出一个光子后,核外电子的速率减小

C.阴极K逸出光电子的最大初动能为8.21 eV

D.若滑动变阻器的滑片右移,电路中的光电流一定增大

迁移创新

8.(2020河北唐山一中高二下期中,)(多选)研究光电效应规律的实验装置如图所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向遏止电压Uc,在下图所表示光电效应实验规律的图像中,正确的是(　　)

答案全解全析

五年选考练

1.D　A项是双缝干涉实验,说明光具有波动性;B项是光电效应实验,说明光具有粒子性;C项是电磁波的发射与接收;导致发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子散射实验,D正确。故选D。

2.B　表格中入射光子的能量不同,根据光子的能量E=hν可知两组实验采用的入射光的频率不同,再由光电效应方程解得两组实验中金属的逸出功都是3.1 eV,所以A选项正确,B选项不正确。当入射光子的能量为5.0 eV时,Ekm=hν-W=1.9 eV,故C选项正确。当入射光子的能量为5.0 eV时,相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,所以D项正确。

3.B　由光电效应方程得Ek=-W0,而能使锌产生光电效应的单色光的最低频率ν0应满足hν0=W0,联立得ν0=-=8×1014 Hz,故选项B正确。

4.B　由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E=hν=h=2×10-18 J,故选项B正确。

5.答案　　1∶2

解析　由爱因斯坦光电效应方程可知

EkA=h-W0=0,

得W0=h

EkB=h-h=

A种光子的动量pA=

B种光子的动量pB==

得pA∶pB=1∶2

6.答案　5×1016

解析　光子能量ε=,光子数目n=,代入数据得n=5×1016。

7.A　由题图数据分析可知,氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光子能量在可见光光子能量范围内,所以处于基态(n=1)的氢原子最少也要跃迁到n=3能级,氢原子吸收的能量最少为ΔE=E3-E1=12.09 eV,故选A。

8.A　由氢原子能级跃迁可知,=En-E2,Hα的波长最长,故最小,对应能级差最小,选项A正确;同一介质对频率越大的光的折射率越大,波长越短,频率越大,故同一介质对Hα的折射率最小而对Hδ的折射率最大,选项B错误;由n=知,同一介质中Hδ的传播速度最小,选项C错误;Hγ的频率大于Hβ的频率,因此用Hγ照射某一金属能发生光电效应,而Hβ不一定能,故选项D错误。

9.答案　B

解析　黑体辐射规律为:温度升高,辐射强度I增大,I的极大值向波长短的方向偏移,故B选项正确。

10.D　质子的波长λ=,故A选项错误。三种射线中γ射线的穿透能力最强,故B选项错误。金属的截止频率决定于金属材料本身,与入射光的频率无关,故C选项错误。衍射现象是波特有的性质,D选项正确。

三年模拟练

1.B　J.J.汤姆孙发现电子后,猜想出原子内的正电荷均匀分布在原子内,提出了枣糕式原子模型,故A错误;卢瑟福根据α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转,提出了原子核式结构模型,故B正确;卢瑟福提出的原子核式结构模型,无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征,故C错误;玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象,由于原子是稳定的,故玻尔提出的原子定态概念是正确的,故D错误。

2.ABD　大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,故A正确;波粒二象性是光的属性,与光子之间的相互作用无关,故B正确;光既具有波动性又有粒子性,故C错误;光的波粒二象性是指光既具有波动性又有粒子性,少量光子体现粒子性,大量光子体现波动性,故D正确。

3.B　氢原子处于n=2能级时能量E2=,则向基态跃迁时辐射的能量ΔE=|E1|;处于n=3能级时能量E3=,则向基态跃迁时辐射的能量ΔE=|E1|;处于n=4能级时能量为E4=,向基态跃迁时辐射的能量ΔE=|E1|,则B正确。

4.B　一个电子吸收一个光子不能发生光电效应,换用同样频率为ν的强激光照射阴极K,发生了光电效应,即吸收的光子能量为nhν,n=2、3、4、…,根据eU=nhν-W,可知U=-,所以B正确。

5.AC　从n=4的激发态向较低的能量状态跃迁时可以辐射=6种不同频率的光,选项A正确;波长最长的光对应着频率最小,即从n=4跃迁到n=3时产生的,选项B错误;使n=4能级的氢原子电离至少要0-(-0.85 eV)=0.85 eV的能量,选项C正确;从n=2能级跃迁到基态释放的光子能量为-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子不一定能使该金属板发生光电效应,选项D错误。

6.C　根据光电效应方程Ek=hν-W0,图像纵截距的绝对值等于逸出功,则甲的逸出功是Ek1,故A正确,不符合题意;逸出功W0=hνc,由图可知乙金属的逸出功比甲的逸出功大,则乙金属的极限频率比甲的极限频率大,故B正确,不符合题意;根据光电效应方程Ek=hν-W0,当频率为ν1时,有hν1=W0=Ek1,当频率为2ν1时,有Ekmax=h·2ν1-W0=W0=Ek1,故C错误,符合题意;根据光电效应方程,图像的斜率表示普朗克常量h,与入射光和金属材料均无关,故D正确,不符合题意。故选C。

7.C　大量氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁时,会辐射出N==6,即6种不同频率的光子,故A错误;某氢原子辐射出一个光子后,能量减小,轨道半径减小,库仑力做正功,核外电子的速率增大,故B错误;大量氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁时,放出光子的最大能量为ΔE=E4-E1=[-0.85-(-13.6)] eV=12.75 eV,由光电效应方程可知Ekmax=hν-W0=(12.75-4.54) eV=8.21 eV,故C正确;若滑动变阻器的滑片右移,正向电压增大,如果光电流已达到饱和值,则电路中的光电流不变,故D错误。

8.ACD　反向电压U和频率ν一定时,发生光电效应产生的光电子数与光强成正比,则单位时间内到达阳极A的光电子数与光强也成正比,故光电流i与光强I成正比,故A正确;由Ekm=eUc和Ekm=hν-W,得Uc=-,可知遏止电压Uc与频率ν是线性关系,不是正比关系,故B错误;光强I与频率ν一定时,光电流i随反向电压的增大而减小,又根据光电流与正向电压的关系可知C正确;发生光电效应时金属中的电子对光子的吸收几乎是瞬时的,时间小于10-9 s,10-9 s后,光强I和频率ν一定时,光电流恒定,故D正确。