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

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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，當用b光照射時，發現從金屬表面有光電子逸出，已知三種光的波長關系是，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，相同時間內從金屬表面逸出的光電子數目就會越多

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）關于原子結構的認識歷程，下列說法正確的有（）

A．湯姆孫發現電子后猜想出原子內的正電荷集中在很小的核內

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構模型能夠很好的解釋原子中帶正電部分的體積、質量占比都很小

D．α粒子散射實驗中少數α粒子發生了較大偏轉是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據

3．（本題3分）在19世紀，科學家就對原子的結構、組成及能量進行了實驗和分析。請你根據所學習的物理學史，判斷下列說法中正確的是（）

A．湯姆孫在研究陰極射線時，認識到原子具有核式結構

B．在粒子散射實驗中，有極少數粒子發生了大角度偏轉，是它與原子中的電子發生了碰撞所導致的

C．玻爾原子模型否定了核式結構，完美地揭示了微觀粒子的運動規律

D．玻爾原子理論告訴我們，原子發光時產生線狀譜

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的激發態，當它們向較低的能級躍遷時發出的光照射金屬鈉，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）下列關于科學家和他們的貢獻，說法正確的是（）

A．惠更斯發現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，泊松通過實驗發現小圓盤衍射滿足一定條件時，影的中心會出現一個亮斑。后人為了紀念他，把這個亮斑稱為泊松亮斑。

C．湯姆孫根據陰極射線在電場和磁場中的偏轉實驗，發現陰極射線的本質是帶負電的粒子流并求出了這種粒子的比荷。

D．牛頓發現了萬有引力定律，被稱為“稱量地球質量第一人”。

6．（本題3分）關于光電效應，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，就一定能產生光電效應

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生光電效應

7．（本題3分）某同學利用如圖所示裝置研究光電效應現象，若入射光都能使光電管發生光電效應，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都變小，最后變為零

B．滑片向b端移動，電壓表示數變大，電流表示數可能不變

C．換用頻率更高的光照射光電管，電流表示數一定變大

D．換用頻率更低的光照射光電管，電流表示數一定變大

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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的氫原子，發現該容器內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生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像。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，產生的光電子的最大初動能為

D．入射光的頻率為2v0時，產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）光電效應實驗原理如圖1所示，陰極K和陽極A被封閉在真空管內，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，可以用數字電壓表和數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、藍光、紫光），②滑槽移動光具一個，③GD-28光電盒，④數字電壓表，⑤數字電流表，⑥調節旋鈕，⑦電源換向開關，⑧調光旋鈕。

（3）實驗步驟：

第一步：斷開開關S，打開藍色光源，移動光具，使藍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。如圖3所示。

第二步：閉合開關，加上正向電壓，旋轉調壓旋鈕增大光電管兩端電壓，記錄對應電壓和電流數值，直至達到飽和電流。

第三步：斷開開關，調整電源方向，在光電管兩端加載反向電壓，記錄對應的電壓、電流數值，直至電流為，記錄此刻電壓UC，即遏止電壓。

第四步：調節調光旋鈕，增大藍光光強，重復第一步至第三步，記錄對應的電壓、電流數值。

第五步：更換紅光和紫光，記錄對應的電壓、電流數值。

第六步：以電流I為縱坐標，光電管兩端加載的電壓U為橫坐標，繪出I-U圖像。

（4）數據記錄，部分實驗數據如表1所示。根據表1數據，繪出I-U圖像，如圖4所示。

表1光電效應實驗數據

第一組第二組第三組第四組

藍光（弱）藍光（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）關于圖4所示的實驗結論，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，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現象，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系。

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

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

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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生一定的壓強，這就是“光壓”。光壓的產生機理與氣體壓強產生的機理類似：大量氣體分子與器壁的頻繁碰撞產生持續均勻的壓力，器壁在單位面積上受到的壓力表現為氣體的壓強。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；不考慮器壁發出光子和對光子的吸收，光子的總數保持不變，且單位體積內光子個數為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的表達式（結果用c、h和表示）；

②求出光壓I的表達式（結果用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能。

①求出容器內光子氣體內能U的表達式（結果用V和光壓I表示）；

②若體積為V的容器中存在分子質量為m、單位體積內氣體分子個數為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。求氣體內能U'與體積V和壓強p氣的關系；并從能量和動量之間關系的角度說明光子氣體內能表達式與氣體內能表達式不同的原因。

14．（本題11分）氫原子的能級如圖所示，一群氫原子受激發后處于n=3能級．當它們向基態躍遷時，輻射的光照射光電管陰極K，電子在極短時間內吸收光子形成光電效應．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，電子的質量為）

（1）能否發生光電效應？

（2）若能發生光電效應，則光電子的德布羅意波長最短為多少？

16．（本題10分）請根據巴耳末公式，計算當時的波長。

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

【點睛】解決本題的關鍵掌握光電效應的條件，光電效應方程及單位時間內放出光電子的數目由入射光的強度決定．

2．D

【詳解】A．湯姆孫發現電子后猜想出原子核內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構模型解釋原子中帶正電部分的體積很小，但幾乎占有全部質量，選項C錯誤；

D．α粒子散射實驗中少數α粒子發生了較大偏轉是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據，選項D正確。

故選D。

3．D

【詳解】A．湯姆孫在研究陰極射線時，發現了電子，提出了“棗糕”式原子模型，故A錯誤；

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

C．玻爾首先把普朗克的量子假說推廣到原子內部的能量，來解決盧瑟福原子模型在穩定性方面的困難，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，原子發光時產生線狀譜，故D正確。

故選D。

4．D

【詳解】根據數學組合公式

可知，這群處于n=4激發態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家泊松應用波動理論計算出，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．湯姆孫根據陰極射線在電場和磁場中的偏轉實驗，發現陰極射線的本質是帶負電的粒子流并求出了這種粒子的比荷，故C正確；

D．牛頓發現了萬有引力定律，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，與入射光的強度無關，選項A錯誤；

B．發生光電效應與光強和照射的時間無關，選項B錯誤；

C．金屬內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生光電效應，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，電壓表示數減小，當滑片移到最左端時，電壓表示數為0，電流表示數體現了光電流，當滑片移到最左端時，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不為零，滑片向b端移動，電壓表示數變大，若滑動變阻器滑片在中間位置時已達到飽和光電流，則電流表示數可能不變，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，則電流表示數不一定變大，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，則電流表示數不一定變大，故D錯誤。

故選B。

8．BCD

【詳解】因為氫原子發出6種不同頻率的光子，根據

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．根據光電效應方程，由題圖可知，當ν=0時，有W逸=E；當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，不能發生光電效應，故C錯誤；

D．入射光的頻率為2v0時，代入方程可知，產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，調整電源方向，在光電管兩端加載反向電壓，記錄對應的電壓、電流數值，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

可知遏制電壓相同，選項A錯誤；

B．根據

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，同種顏色光照越強，單位時間內逸出光電子數量越多，則飽和光電流越大，選項D正確。

故選CD。

（3）[3]根據

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方程

可得

結合乙圖可得金屬的截