2020-2021学年新教材高中物理 第四章 原子结构和波粒二象性测评（含解析）新人教版选择性必修第三册.docx

1、第四章测评(时间:60分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.白天的天空各处都是亮的,是大气分子对太阳光散射的结果。美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖。假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后,电子向某一个方向运动,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.频率变大B.动量变大C.光子能量变大D.波长变长解析光子与电子碰撞时,遵守动量守恒定律和能量守恒定律,自由电子被碰前静止,被碰后动量、能量增加,所以光子的动量、能量减小。故选项D正确。答案D2.电子显微镜的最高分

2、辨率高达0.2 nm,如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将()A.小于0.2 nmB.大于0.2 nmC.等于0.2 nmD.以上说法均不正确解析显微镜的分辨能力与波长有关,波长越短其分辨率越高,由=hp知,如果把质子加速到与电子相同的速度,因质子的质量更大,则质子的波长更短,分辨能力更高。答案A3.下列对于氢原子光谱实验规律的认识中,正确的是()A.因为氢原子核外只有一个电子,所以氢原子只能产生一种波长的光B.氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线C.氢原子产生的光谱是一系列亮度不连续的谱线D.氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱有关解析氢原

3、子核外只有一个电子,氢原子只能产生一些特殊频率的谱线,即产生一些特殊波长的光,A选项错误;氢原子产生的光谱是一系列波长不连续的谱线,B选项正确;氢原子光谱是氢原子发射光子时形成的发射光谱,光谱都不是连续的,与亮度无关,C选项错误;氢原子产生的光的波长大小与氢气放电管放电强弱无关,D选项错误。答案B4.(2020上海黄浦区二模)不带电的锌板和验电器用导线相连。若用甲灯照射锌板,验电器的金属箔片不张开;若用乙灯照射锌板,验电器的金属箔片张开,如图所示。则与甲灯相比,乙灯发出的光()A.频率更高B.波长更大C.光强更强D.速率更大解析发生光电效应的条件是:入射光的频率必须大于金属的极限频率才能产生光

4、电效应;由题干知甲灯照射不能发生光电效应,乙灯照射可以发生光电效应,则乙灯发出的光频率比甲发出的高,故A正确,B、C、D错误。答案A5.(2020河北任丘高二月考)如图所示,画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图像,从图像可以看出,随着温度的升高,则下列说法错误的是()A.各种波长的辐射强度都有增加B.只有波长短的辐射强度增加C.辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.辐射强度仍然是随波长的增大而先增大再减小解析由题干图像可以看出,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动,故B错误,A、C正确。随着温度的升高,黑体的辐射强度仍然是随波长的增大而先

5、增大再减小,故D正确。此题选择错误的选项,故选B。答案B6.(2020江苏盐城模拟)如图所示是某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光。在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次减小,则正确的是()解析从第3能级跃迁到第1能级,能级差最大,知a光的频率最大,波长最短,从第3能级跃迁到第2能级,能级差最小,知b光的光子频率最小,波长最长,所以波长依次减小的顺序为b、c、a,故D正确,A、B、C错误。答案D7.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则()A.E=hc,p=0B.E

6、=hc,p=hc2C.E=hc,p=0D.E=hc,p=h解析根据E=h,且=hp,c=可得X射线每个光子的能量为E=hc,每个光子的动量为p=h,故选D。答案D8.(2020辽宁葫芦岛一模)大量氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级,辐射出的光照射下列三种金属,电子电荷量e=1.6010-19 C,普朗克常量h=6.3010-34 Js。下列判断正确的是()金属钨钙钾极限频率(1014Hz)10.957.735.44A.仅钾能产生光电子B.钾、钙能产生光电子C.都能产生光电子D.都不能产生光电子解析氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时,释放出光子的能量为E=-0.85eV-(-3.40eV)

7、=2.55eV,由E=h代入数据解得光子的频率为=6.21014Hz,当入射光的频率大于金属钾的极限频率时,金属钾能发生光电效应,故A正确,B、C、D错误。答案A二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。全部选对得4分,选对但选不全的得2分,有错选的得0分)9.(2020北京朝阳区期末)小宇同学参加学校科技嘉年华,设计了一个光电烟雾探测器,如图所示,S为光源,有一束光束,当有烟雾进入探测器时,来自S的光会被烟雾散射进入光电管C,当光射到光电管中的钠表面(钠的极限频率为6.001014 Hz),会产生光电子,当光电流大于10-8 A时,便会触发报警系统报警。下列说法正确的是()A.要使

8、该探测器正常工作,光源S发出的光波波长不能小于0.5 mB.光源S发出的光波能使光电管发生光电效应,那么光源越强,光电烟雾探测器灵敏度越高C.光束遇到烟雾发生散射是一种折射现象D.若5%射向光电管C的光子会使光电管产生光电子,当报警器报警时,每秒射向C中钠表面的光子最少数目是1.251012个解析根据Ek=h-W0=hc-hc。光源S发出的光波最大波长:max=cc=31086.001014m=510-7m=0.5m,即要使该探测器正常工作,光源S发出的光波波长不能大于0.5m,故A错误;光源S发出的光波能使光电管发生光电效应,那么光源越强,被烟雾散射进入光电管C的光越多,越容易探测到烟雾,即

9、光电烟雾探测器灵敏度越高,故B正确;光束遇到烟雾发生散射是一种反射现象,故C错误;光电流等于10-8A时,每秒产生的光电子的个数:n=Ite=10-811.610-19=6.251010个,每秒射向C中钠表面的光子最少数目:N=n5%=6.2510105%=1.251012个,故D正确。答案BD10.下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长,由表中数据可知()质量/kg速度/(ms-1)波长/m弹子球2.010-21.010-23.310-30电子9.110-315.01061.210-10无线电波(1 MHz)3.01083.0102A.要检测弹子球

10、的波动性几乎不可能B.无线电波通常情况下只能表现出波动性C.电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D.只有可见光才有波动性解析由于弹子球德布罗意波长极短,故很难观察其波动性,而无线电波波长为3.0102m,所以通常表现出波动性,很容易发生衍射,而金属晶体的晶格线度大约是10-10m数量级,所以波长为1.210-10m的电子可以观察到明显的衍射现象。故选A、B、C。答案ABC11.(2020江西南昌一模)在卢瑟福的粒子散射实验中,某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图中实线所示,图中P、Q为轨迹上的点,虚线是过P、Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为五个区域,不考虑其他原子核对该粒子

11、的作用,下面说法正确的是()A.粒子受到斥力B.该原子核的位置可能在区域C.根据粒子散射实验可以估算原子大小D.粒子在P、Q间的运动为匀速圆周运动解析根据轨迹弯曲的方向可知,粒子受到的库仑力的方向从金原子指向粒子的方向,可知粒子受到的力是斥力,故A正确;卢瑟福通过粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,正电荷全部集中在原子核内,粒子带正电,同种电荷相互排斥,结合受力的特点与轨迹的特点可知,所以原子核可能在区域,故B正确;根据粒子散射实验可以估算原子核大小,故C错误;粒子受到的库仑力随粒子与金原子之间距离的变化而变化,力的大小是变化的,所以粒子不可能做匀速圆周运动,故D错误。答案AB12.(20

12、20北京模拟)关于波粒二象性,下列说法正确的是()A.图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应,则其他可见光照射到锌板上不一定可以发生光电效应B.图乙中入射光的强度越大,则在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C.图丙说明光子既有粒子性也有波动性D.戴维孙和汤姆孙利用图丁证明了电子具有波动性解析能否发生光电效应与入射光的照射频率有关,当入射光的频率大于极限频率时,才能发生光电效应现象,其他光照射锌板不一定发生光电效应,故A正确。光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与光强无关,故B错误。图丙是康普顿效应,说明光子具有粒子性,故C错误。戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了题图丁的

13、衍射图样,从而证实电子具有波动性,故D正确。答案AD三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(8分)(1)研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是。(2)金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小(选填“增大”“减小”或“不变”),原因是。解析由于光的频率一定,它们的遏止电压相同,A、B错误;光越强,电流越大,C正确,D错误。由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克

14、服逸出功),速度减小,光电子的动量变小。答案(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)14.(10分)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.6310-34 Js。(1)图甲中电极A为光电管的(选填“阴极”或“阳极”);(2)实验中测得铷的遏止电压U0与入射光频率之间的关系如图乙所示,则铷的极限频率0= Hz,逸出功W0= J;(3)如果实验中入射光的频率=7.001014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek= J。解析(1)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极。(2)由题图可知,铷的极限频率0

15、为5.151014Hz,逸出功W0=h0=6.6310-345.151014J=3.4110-19J。(3)当入射光的频率为=7.001014Hz时,由Ek=h-h0得,光电子的最大初动能为Ek=6.6310-34(7.00-5.15)1014J=1.2310-19J。答案(1)阳极(2)5.1510143.4110-19(3)1.2310-1915.(8分)功率为40 W的白炽灯,有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm,那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少?(普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3108 m/s)解析波长为的光子能量为=h=hc设白炽灯

16、每秒内发出的光子数为n,白炽灯电功率为P,则:n=P式中,=5%是白炽灯的发光效率。联立式得n=Phc代入题给数据得n=5.81018(个)答案5.81018个16.(8分)电子所带电荷量的精确数值最早是由美国物理学家密立根通过油滴实验测得的。他测定了数千个带电油滴的电荷量,发现这些电荷量都等于某个最小电荷量的整数倍。这个最小电荷量就是电子所带的电荷量。密立根实验的原理图如图所示,A、B是两块平行放置的水平金属板,A板带正电,B板带负电。从喷雾器嘴喷出的小油滴,落到A、B两板之间的电场中。小油滴由于摩擦而带负电,调节A、B两板间的电压,可使小油滴受到的电场力和重力平衡。已知小油滴静止处的电场强

17、度是1.92105 N/C,油滴半径是1.6410-4 cm,油的密度是0.851 g/cm3,求油滴所带的电荷量。这个电荷量是电子电荷量的多少倍?(g取9.8 m/s2)解析小油滴质量m=V=43r3由题意知mg=qE由两式可得q=4r3g3E=0.8511034(1.6410-6)39.831.92105C=8.0210-19Cqe=8.0210-191.610-19=5因此小油滴所带电荷量q是电子电荷量e的5倍。答案8.0210-19 C517.(12分)金属晶体中晶格大小的数量级是10-10 m。电子经加速电场加速,形成电子束,电子束照射该金属晶体时,获得明显的衍射图样。问这个加速电场

18、的电压约为多少?(已知电子的电荷量e=1.610-19 C,质量m=0.9010-30 kg)解析据发生明显衍射的条件可知,当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时,可以得到明显的衍射现象。设加速电场的电压为U,电子经电场加速后获得的速度为v,对加速过程由动能定理得eU=12mv2据德布罗意物质波理论知,电子的德布罗意波长=hp其中p=mv解联立方程组可得U=h22em2=153V。答案153 V18.(14分)氢原子光谱除了巴耳末系外,还有赖曼系、帕邢系等,其中帕邢系的公式为1=R132-1n2,n=4,5,6,R=1.10107 m-1。若已知帕邢系的氢原子光谱在红外线区域。(1)n=7时,求对应的波长;(2)帕邢系形成的谱线在真空中的波速为多大?n=7时,传播频率为多大?解析(1)由帕邢系公式1=R132-1n2当n=7时,得=1.0010-6m。(2)由帕邢系形成的谱线在红外线区域,而红外线属于电磁波,在真空中以光速传播,故波速为光速c=3108m/s,由v=T=得=c=31081.0010-6Hz=31014Hz。答案(1)1.0010-6 m(2)3108 m/s31014 Hz