高中物理滬科版5第二章波和粒子 校賽得獎

章末綜合測評(三)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分.1～5是單選題；6～8是多選題，選對1個得3分，全選對得6分，錯選或不選得0分．)1．在α粒子散射實驗中，少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，這些α粒子()A．一直受到重金屬原子核的斥力作用B．動能不斷減小C．電勢能一直增大D．出現(xiàn)大角度偏轉(zhuǎn)是與電子碰撞的結(jié)果【解析】α粒子一直受到斥力的作用，斥力先做負功后做正功，α粒子的動能先減小后增大，勢能先增大后減?。亮Ｗ拥馁|(zhì)量遠大于電子的質(zhì)量，與電子碰撞后其運動狀態(tài)基本不變，A項正確．【答案】A2．下列敘述中符合物理學史的有()A．湯姆生通過研究陰極射線實驗，發(fā)現(xiàn)了電子B．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，證實了原子是可以再分的C．盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，提出了原子的棗糕模型D．玻爾提出的原子模型，徹底否定了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)學說【解析】湯姆生通過研究陰極射線發(fā)現(xiàn)了電子，A對；盧瑟福通過對α粒子散射實驗現(xiàn)象的分析，得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，B、C錯；玻爾的原子模型是在核式結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上提出的幾條假設(shè)，并沒有否定核式結(jié)構(gòu)學說，D錯．【答案】A3．關(guān)于陰極射線的性質(zhì)，下列說法正確的是()A．陰極射線是電子打在玻璃管壁上產(chǎn)生的B．陰極射線本質(zhì)是質(zhì)子C．陰極射線在電磁場中的偏轉(zhuǎn)表明陰極射線帶正電D．陰極射線的比荷比氫原子核大【解析】陰極射線是原子受激發(fā)射出的電子流，故A、B、C錯；電子帶電量與氫原子相同，但質(zhì)量是氫原子的eq\f(1,1836)，故陰極射線的比荷比氫原子大，D對．【答案】D4．以下關(guān)于玻爾原子理論的說法正確的是()A．電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑是連續(xù)的B．電子在繞原子核做圓周運動時，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射C．電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要輻射光子D．不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收【答案】D5．如圖1所示為氫原子的能級示意圖，若用能量為eV的光子去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則氫原子()【導學號：06092082】圖1A．能躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)上去B．能躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)上去C．能躍遷到n＝4的激發(fā)態(tài)上去D．以上三種說法均不對【解析】當光子的能量等于任意兩個能級之間的能量差時，才能躍遷，題中所給的能量eV不等于任意兩能級之差，所以不能使氫原子發(fā)生躍遷．【答案】D6．下列關(guān)于圖2的說法正確的是()【導學號：06092081】圖2A．玻爾原子理論的基本假設(shè)認為，電子繞核運行軌道的半徑不是任意的B．光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件為：光強大于臨界值C．電子束通過鋁箔時的衍射圖樣證實了運動電子具有波動性D．發(fā)現(xiàn)少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，說明金原子質(zhì)量大而且很堅硬【解析】根據(jù)玻爾理論知道，電子的軌道不是任意的，電子有確定的軌道，且軌道是量子化的，故A正確．光電效應(yīng)實驗產(chǎn)生的條件為：光的頻率大于極限頻率，故B錯誤．電子束通過鋁箔時的衍射圖樣證實了運動電子具有波動性，故C正確．發(fā)現(xiàn)少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，說明原子的質(zhì)量絕大部分集中在很小空間范圍，故D錯誤．【答案】AC7．氫原子的能級如圖3所示．氫原子從n＝4能級直接向n＝1能級躍遷所放出的光子，恰能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，下列判斷正確的是()圖3A．氫原子輻射出光子后，氫原子能量變大B．該金屬的逸出功W0＝eVC．用一群處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬，該金屬仍有光電子逸出D．該金屬的截止頻率為×1015Hz【解析】氫原子發(fā)生躍遷，輻射出光子后，氫原子能量變小，故A錯誤．根據(jù)恰能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，由n＝4躍遷到n＝1，輻射的光子能量最大，ΔE＝－eV＝eV.則逸出功W0＝eV，故B正確．由W0＝hνc，知D正確．一群處于n＝3的氫原子向低能級躍遷時，輻射的能量小于從n＝4能級直接向n＝1能級躍遷所放出的光子能量，則不會發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤．【答案】BD8．關(guān)于氫原子能級的躍遷，下列敘述中正確的是()A．用波長為60nm的X射線照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離出自由電子B．用能量為eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)C．用能量為eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)D．用能量為eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)【解析】根據(jù)玻爾理論，只有那些能量剛好等于兩能級間的能量差的光子才能被氫原子所吸收(即hν＝Em－En)，使氫原子發(fā)生躍遷．當氫原子由基態(tài)向n＝2、3、4…軌道躍遷時應(yīng)吸收的光子能量分別為：ΔE21＝E2－E1＝eq\f(E1,22)－E1＝－eq\f,4)eV－(－eV＝eV，ΔE31＝E3－E1＝eq\f(E1,32)－E1＝－eq\f,9)eV－(－eV＝eV，ΔE41＝E4－E1＝eq\f(E1,42)－E1＝－eq\f,16)eV－(－eV＝eV，ΔE∞1＝0－E1＝－(－eV)＝eV(電離)．波長為λ＝60nm的X射線，其光子能量E＝h·eq\f(c,λ)＝×10－34×eq\f(3×108,60×10－9)J＝×10－18J＝eV>ΔE∞1.所以可使氫原子電離，A正確；比較B、C、D選項中的光子能量與各能級與基態(tài)的能量差，知道只有B項中光子可使氫原子從基態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)，B正確．【答案】AB二、非選擇題(本題共5小題，共52分．按題目要求作答．)9．(6分)已知氫原子基態(tài)的軌道半徑為R0，基態(tài)能量為－E0，將該原子置于靜電場中使其電離，已知靜電力常量為k，電子電荷量為q.則靜電場提供的能量至少為________，靜電場場強大小至少為________．【解析】氫原子電離時是核外電子脫離原子核的束縛，消耗能量最少的情況是電子與原子核恰好分離，此時消耗的能量恰好等于其基態(tài)能量的絕對值，故靜電場提供的能量至少為E.從力的角度來看，電子與氫原子核分離時電場力不小于它們之間的靜電力，即qE≥eq\f(kq2,R\o\al(2,0))，故靜電場場強大小至少為eq\f(kq,R\o\al(2,0)).【答案】E0eq\f(kq,R\o\al(2,0))10．(6分)氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級放出光子的頻率為ν，則它從基態(tài)躍遷到n＝4的能級吸收的光子頻率為________．【解析】設(shè)氫原子基態(tài)能量為E1，則由玻爾理論可得：eq\f(1,9)E1－eq\f(1,4)E1＝hν，eq\f(1,16)E1－E1＝hν41，解得：吸收的光子頻率ν41＝eq\f(27,4)ν.【答案】eq\f(27,4)ν11．(12分)有大量的氫原子吸收某種頻率的光子后從基態(tài)躍遷到n＝3的激發(fā)態(tài)，已知氫原子處于基態(tài)時的能量為E1，則吸收光子的頻率ν是多少？當這些處于激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷發(fā)光時，可發(fā)出幾條譜線？輻射光子的能量分別為多少？【解析】據(jù)躍遷理論hν＝E3－E1，而E3＝eq\f(1,9)E1，所以ν＝eq\f(E3－E1,h)＝－eq\f(8E1,9h).由于是大量原子，可從n＝3躍遷到n＝1，從n＝3躍遷到n＝2，再從n＝2躍遷到n＝1，故應(yīng)有三條譜線，光子能量分別為E3－E1，E3－E2，E2－E1，即－eq\f(8,9)E1，－eq\f(5,36)E1，－eq\f(3,4)E1.【答案】見解析12.(12分)氫原子的能級圖如圖4所示．原子從能級n＝3向n＝1躍遷所放出的光子，正好使某種金屬材料產(chǎn)生光電效應(yīng)．有一群處于n＝4能級的氫原子向較低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬．普朗克常量h＝×10－34J·s，求：【導學號：06092033】圖4(1)氫原子向較低能級躍遷時共能發(fā)出幾種頻率的光；(2)該金屬的逸出功和截止頻率．【解析】(1)處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時可產(chǎn)生的光的頻率的種數(shù)為N＝eq\f(nn－1,2)＝eq\f(4×3,2)＝6(種)．(2)W＝E3－E1＝eV，E3－E1＝hν解得ν＝×1015Hz.【答案】(1)6(2)×1015Hz13．(16分)處在激發(fā)態(tài)的氫原子向能量較低的狀態(tài)躍遷時會發(fā)出一系列不同頻率的光，稱為氫光譜．氫光譜線的波長λ可以用下面的巴耳末—里德伯公式表示：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,k2)－\f(1,n2)))，n、k分別表示氫原子躍遷前后所處狀態(tài)的量子數(shù)，k＝1,2,3…對每一個k，有n＝k＋1，k＋2，k＋3…R稱為里德伯常量，是一個已知量．對于k＝1的一系列譜線其波長處在紫外光區(qū)，稱為萊曼系；k＝2的一系列譜線其中四條譜線的波長處在可見光區(qū)，稱為巴耳末系．用氫原子發(fā)出的光照射某種金屬進行光電效應(yīng)實驗．當用萊曼系波長最長的光照射時，遏止電壓的大小為U1，當用巴耳末系波長最短的光照射時，遏止電壓的大小為U2，已知電子電荷量的大小為e，真空中的光速為c，試求普朗克常量和該種金屬的逸出功．【解析】設(shè)金屬的逸出功為W0，光電效應(yīng)所產(chǎn)生的光電子最大初動能為Ekm由動能定理知：Ekm＝eUc對于萊曼系，當n＝2時對應(yīng)的光波長最長，設(shè)為λ1由題中所給公式有：eq\f(1,λ1)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,12)－\f(1,22)))＝eq\f(3,4)R波長λ1的光對應(yīng)的頻率ν1＝eq\f(c,λ1)＝eq\f(3,4)cR對于巴耳末線系，當n＝∞時對應(yīng)的光波長最短，設(shè)為λ2，由題中所給公式有：eq\f(1,λ2)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(