新教材高二物理下学期暑假巩固练习4原子结构和波粒二象性含答案

4 原子结构和波粒二象性

一、选择题：第1～6题为单选题，第7～10题为多选题。

1．在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是（　　）

A．爱因斯坦在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说

B．汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构

C．卢瑟福的α粒子散射实验，揭示了原子核具有复杂的结构

D．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷

2．某气体在T1、T2两种不同温度下的分子速率分布图象如图甲所示，纵坐标f（v）表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，横坐标v表示分子的速率；而黑体辐射的实验规律如图乙所示，图乙中画出了T1、T2两种不同温度下黑体的辐射强度与波长的关系。下列说法正确的是（　　）

A．图甲中T1>T2，图乙中T1>T2

B．图乙中温度升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动

C．图甲中温度升高，所有分子的速率都增大

D．图乙中黑体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关

3．如图所示，一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比（　　）

A．频率不变     B．波长变长     C．动量变大     D．速度变小

4．如图为氢原子光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，下列说法正确的是（　　）

A．氢原子发射光谱属于连续光谱         B．该光谱是由氢原子核的跃迁产生

C．Hδ谱线对应光子的动量最大           D．Hα谱线对应光子的能量最大

5．氢原子能级示意图如图所示，已知大量处于基态的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光。下列说法正确的是（　　）

A．基态的氢原子受到照射后跃迁到n＝3能级

B．用这些光照射逸出功为3.34 eV的金属锌，能使金属锌逸出光电子的光子频率有4种

C．氢原子向低能级跃迁后核外电子的动能减小

D．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光的波长最长

6．图示为几种金属的逸出功和氢原子能级图。现有大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，结合图表信息可知（　　）

A．铷的极限频率大于钙的极限频率

B．氢原子跃迁时对外辐射连续光谱

C．氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应

D．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能减小

7．2021年开始实行的“十四五”规划提出，把量子技术与人工智能和半导体－起列为重点研发对象。在量子通信技术方面，中国已有量子通信专利数超3000项，领先美国。下列关于量子观点正确的是（　　）

A．普朗克破除“能量连续变化”的传统观念，是量子化的思想基石

B．爱因斯坦成功地解释了康普顿效应，说明了光子具有能量和动量

C．光子是能量子，单光子不可分割

D．玻尔把量子化的观念应用到原子系统，成功地解释了氢原子光谱

8．如图，某氢原子从m能级跃迁至n级，释放的光子的波长为λ1，频率为v1；从m能级跃迁至f能级时，释放的光子的波长为λ2，频率为v2，则从n能级跃迁至f能级时，释放的光子（　　）

A．波长为 B．波长为

C．频率为 D．频率为

9．为检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。用密里根的方法进行实验时得到了某金属的反向截止电压Uc与照射光频率v的几组数据，并作出了如图所示的图线，电子的电量e＝1.6×10－19 C，则由图线可知（　　）

A．该金属的逸出功约为0.48 eV

B．该金属的截止频率约为4.25×1014 Hz

C．图中斜率表示普朗克常量h

D．若用波长为500 nm的紫光照射该金属，能使该金属发生光电效应

10．用如图所示的装置研究光电效应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，光电管阳极与滑动变阻器的滑片P相连，初始时滑片P与抽头c正对，电压表的示数为0（电压表0刻线在表盘中央）。在移动滑片P的过程中，光电流I随电压表示数U变化的图像如图所示，已知入射光的光子能量为1.6 eV。下列说法正确的是（　　）

A．当滑片P与c正对时，电路中有光电流

B．当U＝－0.6 V时，滑片P位于a、c之间

C．阴极材料的逸出功为1.0 eV

D．当U＝0.8 V时，到达阳极的光电子的最大动能为2.4 eV

二、非选择题

11．1919年，科学家卢瑟福通过题图所示的实验装置，首次实现用人工方法把原子核“轰开”，并使原子核发生转变。该实验中，气室内通入的气体是_______。该实验中银箔的作用是使_______恰好无法打到荧光屏上产生光点。该实验中，能够穿过银箔使荧光屏产生光点的粒子是_______。

12．小明同学用如图所示的实验装置测量普朗克常量和某金属的逸出功，通过改变入射光的频率并测出对应的遏止电压U绘制U－v图像如图甲所示，已知电子所带电荷量大小是e。

(1)普朗克常量h＝______，此金属的逸出功W＝______。（用e、U1、U2、v1、v2表示）

(2)另一同学用小明同学的数据绘制U－I（其中I为G的读数）图线如图乙中d所示。他用相同实验装置，但只增大入射光强，则此时图线应是图乙中的______（填“a”“b”或“c”）。

13．已知氢原子的能级公式为，其中基态能级E1＝－13.6 eV，n＝1、2、3、…，现有一群氢原子处于n＝4的激发态，它们自发地向低能级跃迁。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s。

(1)这群氢原子可辐射出几种不同频率的光子？

(2)求辐射的光子波长的最大值（结果保留两位有效数字）。

14．如图甲为研究光电效应的电路图，用某光束进行实验时发现，当Uab大于12 V时电流表示数将保持不变，而当Uab＝－13 V时，电流表示数恰为零，已知电子电量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量为h＝6.63×10－34 J·s，则：

(1)阴极K处的金属表面逸出的光电子最大初动能为多少eV？

(2)若以上述最大初动能逸出的光电子轰击处于基态的氢原子，氢原子可以全部或部分地吸收光电子的能量到达激发态，则受激发后的氢原子最多可放出几种频率的光子（图乙为氢原子能级图）？这几种光子中最长波长为多少？（保留3位有效数字）

1.【答案】D

【解析】普朗克在研究黑体辐射问题中提出了能量子假说，故A错误；卢瑟福通过α粒子实验，表明原子具有核式结构，故B错误；汤姆孙发现了电子，揭示了原子核具有复杂的结构，故C错误；汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷，故D正确。

2.【答案】B

【解析】由图甲可知，温度为T2的图线中速率大的分子占据的比例较大，说明其对应的平均分子动能较大，故T2对应的温度较高，所以T2>T1，温度升高使得气体分子的平均速率增大，不一定所有分子的速率都增大。图乙中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，且辐射强度的极大值向波长较短方向移动，故B正确，AC错误；图乙中黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关，故D错误。

3.【答案】B

【解析】光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据，光子的频率减小，故A错误；当入射光子与静止的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据可知，波长变长，故B正确，C错误；碰撞前、后的光子速度不变，故D错误。

4.【答案】C

【解析】氢原子发射光谱属于线状谱，A错误；该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生，B错误；光子动量为，Hδ谱线波长最短，所以Hδ谱线对应光子动量最大，C正确；光子的能量为，Hα谱线波长最长，频率最小，所以光子能量最小，D错误。

5.【答案】D

【解析】基态的氢原子受到照射后跃迁到n＝4能级，可辐射6种频率的光，A错误；这6种频率光子的能量分别为：4跃迁到1，3跃迁到1，2跃迁到1，产生的光子的能量分别为12.75eV，12.09eV，10.2eV，都大于3.34eV，都能使金属锌产生光电效应；4跃迁到2，3跃迁到2，4跃迁到3，产生的光子的能量分别为2.55eV，1.89eV，0.66eV，都小于3.34eV，都不能使金属锌产生光电效应；所以用这些光照射逸出功为3.34eV的金属锌，能使金属锌逸出光电子的光子频率有3种，B错误；根据动能定理得，，解得，氢原子向低能级跃迁后r变小，核外电子的动能增大，C错误；光子的能量，波长，解得，氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小，波长最长，D正确。

6.【答案】C

【解析】由表格数据可知铷的逸出功小于钙的逸出功，故铷的极限频率小于钙的极限频率，A错误；原子的发射光谱为线状谱，故氢原子跃迁时对外辐射不连续的光谱，B错误；大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，对外辐射光子的能量分别有，，，，，。发生光电效应的条件是，可知氢原子辐射的光有3种频率能使钨发生光电效应，C正确；设电子绕氢原子核运动的轨道半径为，质子和电子的电荷量大小均为e，电子的质量为，由库仑力提供向心力可得，解得电子的动能为，氢原子辐射光子后，电子从外轨道跃迁到内轨道，轨道半径变小，故电子动能增大，D错误。

7.【答案】ACD

【解析】普朗克破除“能量连续变化”的传统观念，是量子化的思想基石，故A正确；康普顿根据对康普顿效应进行解释，其基本思想是光子不仅具有能量，而且具有动量，故B错误；光子是能量子，单光子不可分割，故C正确；玻尔把量子化的观念应用到原子系统，成功地解释了氢原子光谱，故D正确。

8.【答案】AD

【解析】由光子能量与频率、波长的关系可知，、之间的能级差，、之间的能级差，设从n能级跃迁至f能级时释放的光子频率为、波长为，从n能级跃迁至f能级时释放的能量为，则有，联立解得，，AD正确，BC错误。

9.【答案】BD

【解析】由图可知，该金属的截止频率约为Hz，则该金属的逸出功约为，故A错误，B正确；由光电效应方程可知，可得，可知图中斜率表示，故C错误；波长为500nm的紫光，其频率为，大于该金属的截止频率，能发生光电效应，故D正确。

10.【答案】AC

【解析】当滑片P与c正对时，光电管两端无电压，由题中右图可以看出光电流不为零，故A正确；由图可知，当时，光电流为0即为遏制电压，即光电管两端接反向电压，则阴极电势应更高，滑片P位于b、c之间，故B错误；由光电效应方程有，由图可知，当时，光电流为0即为遏制电压，则有，联立解得，故C正确；光电子逸出时的最大初动能为，当时由动能定理得，得，故D错误。

11.【答案】氮气     α粒子     质子

【解析】该实验中，气室内通入的气体是氮气。该实验中银箔的作用是使α粒子恰好无法打到荧光屏上产生光点。该实验中，能够穿过银箔使荧光屏产生光点的粒子是质子。

12.【答案】(1)          (2)a

【解析】(1)由题意可知，由光电效应方程可得，由题图甲可得，解得。由题图甲可知，当、时可得，此金属的逸出功。

(2)只增大入射光强，饱和光电流增大，遏止电压与光的频率有关，与光强无关，不会改变，所以则此时图线应是图乙中的为a。

13.【解析】(1)设一群氢原子处于的激发态，自发跃迁时可辐射出N种不同频率的光子，则有

解得

(2)氢原子从向能级跃迁时辐射出的光子能量最小，波长最大。则有

解得。

14.【解析】(1)依题意知，当时，电流表示数恰为零，则有

可得阴极K处的金属表面逸出的光电子最大初动能为

。

(2)到第4能级，即

则最多可产生

即6种不同频率的光子

根据

可知从第4能级到第3能级时波长最长，有

。