人教高中物理同步講義練習(xí)選擇性必修三第四章《原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性》綜合練習(xí)（解析版）

第四章《原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性》綜合練習(xí)一．選擇題（共12小題）1．（2023?泰州學(xué)業(yè)考試）對宇宙微波背景輻射的黑體譜形狀的研究被譽(yù)為是宇宙學(xué)研究進(jìn)入精密科學(xué)時代的起點。關(guān)于黑體輻射，下列說法正確的是（）A．溫度低于0℃的物體不會輻射電磁波 B．黑體不會輻射電磁波 C．愛因斯坦提出的能量子假說，能夠很好地解釋黑體輻射規(guī)律 D．黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍【解答】解：AB.理想黑體可以吸收所有照射到它表面的電磁輻射，并將這些輻射轉(zhuǎn)化為熱輻射；一切物體都會輻射電磁波，故AB錯誤；CD.普朗克在研究黑體輻射時最早提出了能量子假說，能夠很好地解釋黑體輻射規(guī)律，他認(rèn)為黑體輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，故C錯誤，D正確。故選：D。2．（2022秋?楊浦區(qū)校級期末）下列關(guān)于電磁波的說法錯誤的是（）A．自然界的一切物體都在不停地發(fā)射紅外線 B．紫外線有助于人體合成維生素D C．醫(yī)學(xué)上用X射線透視人體，檢查體內(nèi)病變等 D．由于紅外線的波長比可見光長，所以不具有波粒二象性【解答】解：A、一切物體都在不停地發(fā)射紅外線，故A正確；B、適量照曬紫外線有助于人體合成維生素D，故B正確；C、醫(yī)學(xué)上用X射線透視人體，檢查體內(nèi)病變等，故C正確；D、根據(jù)電磁波譜的排列順序可知，紅外線的波長比可見光長，也具有波粒二象性，故D錯誤。本題選錯誤的，故選：D。3．（2023?河南模擬）原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展是指從1803年道爾頓提出的第一個原子結(jié)構(gòu)模型開始，經(jīng)過一代代科學(xué)家不斷地發(fā)現(xiàn)和提出新的原子結(jié)構(gòu)模型的過程?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)光既能像波一樣向前傳播，有時又表現(xiàn)出粒子的特征。因此我們稱光有“波粒二象性”。關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和光的波粒二象性，下列說法正確的是（）A．盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型可以解釋氫原子光譜 B．電子束動量越小，粒子性越顯著 C．康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性 D．光電效應(yīng)可以用經(jīng)典物理學(xué)解釋【解答】解：A．盧瑟福的α粒子散射實驗證明了原子的核式結(jié)構(gòu)，玻爾理論解釋了氫原子光譜的連續(xù)性，故A錯誤；B．根據(jù)p=hλC．康普頓效應(yīng)說明光與電子可以發(fā)生類似于碰撞的情況，說明光具有粒子性，故C正確；D．光電效應(yīng)說明光具有粒子性，不能用經(jīng)典物理學(xué)解釋，故D錯誤。故選：C。4．（2023秋?溫州期中）陰極射線管及方向坐標(biāo)如圖所示。電子束從陰極射出，經(jīng)過狹縫掠射到熒光屏上，顯示出一條射線徑跡，以下情況判斷正確的是（）A．在陰極射線管中加一個方向向上的電場，射線將向上偏轉(zhuǎn) B．在陰極射線管中加一個方向向前的電場，射線將向上偏轉(zhuǎn) C．在陰極射線管正下方放置一根通有強(qiáng)電流的長直導(dǎo)線，電流方向向右，射線將向上偏轉(zhuǎn) D．在陰極射線管正后方放置一根通有強(qiáng)電流的長直導(dǎo)線，電流方向向右，射線將向上偏轉(zhuǎn)【解答】解：AB.電子帶負(fù)電，受電場力與電場線方向相反，如果加一個方向向上的電場，則電子受到的電場力方向向下，射線向下偏轉(zhuǎn)；如果加一個方向向前的電場，電子受到的電場力方向向向后，射線向后偏轉(zhuǎn)，故AB錯誤；CD.在陰極射線管正下方放置一根通有強(qiáng)電流的長直導(dǎo)線，電流方向向右，由安培定則可知陰極射線管中是向前的磁場時，根據(jù)左手定則可知，電子受到的洛倫茲力向上，因此會向上偏轉(zhuǎn)；在陰極射線管正后方放置一根通有強(qiáng)電流的長直導(dǎo)線，電流方向向右，由安培定則可知陰極射線管中是向下的磁場時，根據(jù)左手定則可知，電子受到的洛倫茲力向前，射線向前偏轉(zhuǎn)，故C正確，D錯誤。故選：C。5．（2023秋?寧波期中）一盞電燈的發(fā)光功率為100W，假設(shè)它發(fā)出的光向四周均勻輻射，光的平均頻率為f＝5.0×1014Hz，在距電燈10m運(yùn)處，以電燈為球心的球面上，1m2的面積每秒通過的光子數(shù)約為（取普朗克常量為6.63×10﹣34J?s）（）A．2×1017個 B．2×1016個 C．2×1015個 D．2×1010個【解答】解：設(shè)離燈10m遠(yuǎn)處每平方米面積上燈照射的能量為E0，則有：E0=設(shè)穿過的光子數(shù)為n，則有：nhf＝E0代入數(shù)據(jù)得：n＝2×1017個。故BCD錯誤，A正確。故選：A。6．（2023?成都模擬）分別用波長為λ和2λ的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動能之比為3：1，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為（）A．hc4λ B．hc2λ C【解答】解：根據(jù)光電效應(yīng)方程可得：Ek1=根據(jù)題意可得：Ek1：Ek2＝3：1聯(lián)立解得：W=hc4λ，故故選：A。7．（2022秋?利通區(qū)校級期末）有關(guān)黑體輻射的研究表明：輻射強(qiáng)度、波長分布與輻射體的溫度有密切關(guān)系，此研究對冶金工業(yè)的迅速發(fā)展有巨大貢獻(xiàn)。如圖所示，圖中畫出了四種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系，據(jù)此以下判斷不正確的是（）A．在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長不是最大的，也不是最小的，而是處在最大與最小波長之間 B．在同一溫度下，波長越短的電磁波輻射強(qiáng)度越大 C．隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加 D．隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動【解答】解：AB．在同一溫度下，輻射強(qiáng)度最大的電磁波波長處在最大波長與最小波長之間，故A正確，B錯誤；C．黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，由黑體輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系圖像可知，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加，故C正確；D．隨著溫度的升高，黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，故D正確。本題選擇錯誤的，故選：B。8．（2022秋?利通區(qū)校級期末）如圖所示，氫原子的能級圖。用不同頻率的光分別照射一群處于基態(tài)的氫原子，能夠使基態(tài)氫原子發(fā)生電離的光子的能量值是（）A．10.2eV B．12.09eV C．13.06eV D．14eV【解答】解：能夠使基態(tài)氫原子被電離至少需要E＝0﹣（﹣13.6eV）＝13.6eV的能量，故ABC錯誤，D正確。故選：D。9．（2023秋?奉賢區(qū)期中）目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能級較高的氫原子。已知氫原子第n能級的能量En=-13.6n2eV，金屬鎢的逸出功為4.54eV，如圖是按能量大小排列的電磁波譜，其中可見光的能量區(qū)間為A．紫外線波段的光子均不能使基態(tài)氫原子電離 B．氫原子躍遷時可能會輻射可見光波段的光子 C．用紅外線長時間照射金屬鎢能產(chǎn)生光電效應(yīng) D．用可見光照射處于n＝20能級的氫原子不能使其電離【解答】解：A．基態(tài)氫原子具有的能量為E1＝﹣13.6eV，若基態(tài)氫原子電離，則需要吸收的光子能量E≥13.6eV，由題圖可知紫外線波段中明顯存在光子能量E≥13.6eV的光子，這些光子可以使基態(tài)氫原子電離，故A錯誤；B．可見光的光子能量范圍為1.62eV～3.11eV，從n＝4躍遷到n＝2，兩能級差為E42＝E4﹣E2=-13.642eV﹣（-13.622eVC．金屬鎢的逸出功為4.54eV，由題圖可知，紅外線的光子能量小于4.54eV，故不能讓金屬鎢產(chǎn)生光電效應(yīng)，故C錯誤；D．能級n＝20的氫原子能量為E20=-13.6n2eV=-13.6202eV＝﹣0.034eV故選：B。10．（2023?山西模擬）下列說法正確的是（）A．一個處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時最多能發(fā)出10種不同頻率的光子 B．放射性元素?zé)o論以單質(zhì)還是以化合物形式存在都具有放射性 C．質(zhì)子和中子間存在核力，質(zhì)子和質(zhì)子間存在相互排斥的電磁力不存在核力 D．核反應(yīng)方程12H+【解答】解：A、一個氫原子從n＝5能級向低能級躍遷，最多輻射4種不同頻率的光子，故A錯誤；B、放射性元素?zé)o論是以單質(zhì)還是以化合物形式存在元素都具有放射性，故B正確；C、核力是短程力，每個核子只跟它鄰近的核子間都存在核力作用，故C錯誤；D、12H+13故選：B。11．（2023秋?湖北期中）食鹽被灼燒時會發(fā)出黃光，主要是由食鹽蒸氣中鈉原子的能級躍遷造成的。在鈉原子光譜的四個線系中，只有主線系的下級是基態(tài)，在光譜學(xué)中，稱主線系的第一組線（雙線）為共振線，鈉原子的共振線就是有名的黃雙線（波長為589.0nm、589.6nm），已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J?s，元電荷e＝1.6×10﹣19C，光速c＝3×108m/s。下列說法正確的是（）A．玻爾理論能解釋鈉原子的光譜現(xiàn)象 B．灼燒時鈉原子處于高能級是因為從火中吸收了能量 C．黃雙線能使逸出功為2.25eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng) D．太陽光譜中有題述兩種波長的光，說明太陽中有鈉元素【解答】解：A．玻爾理論成功解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，但無法解釋復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，這也是玻爾理論的局限性，故A錯誤；B．食鹽被灼燒時，鈉原子吸收能量處于高能級，向低能級躍遷時放出光子，故B正確；C．根據(jù)能量子的計算公式可知，黃雙線的光子能量約為E=hcλ=6.63×10-根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)的條件可知，不能使逸出功為2.25eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故C錯誤；D．太陽光譜是吸收譜，太陽光譜中有題述兩種波長的光，說明太陽大氣層有鈉元素，故D錯誤。故選：B。12．（2023秋?肥西縣期中）圖1為氫原子能級圖，圖2為研究光電效應(yīng)規(guī)律的電路圖。用一群處于n＝3能級的氫原子向外輻射的光照射圖2中的光電管，逸出的光電子的初動能最大值為5.2eV，用一群處于n＝4能級的氫原子向外輻射的光照射圖2中的光電管，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當(dāng)電流表的示數(shù)恰好為零時，電壓表的示數(shù)為（）A．5.42V B．5.86V C．6.89V D．10.20V【解答】解：設(shè)光電管電極K的逸出功為W0，根據(jù)題意知：W＝[﹣1.51﹣（﹣13.6）]eV﹣5.2eV＝6.89eV，用一群處于n＝4能級的氫原子向外輻射光照射圖2中的光電管，逸出的光電子的初動能最大值E1＝[﹣0.85﹣（﹣13.6）]eV﹣6.89eV＝5.86eV，當(dāng)電流表的示數(shù)恰好為零時，Ek＝eU解得U＝5.86V。故B正確，ACD錯誤。故選：B。二．多選題（共3小題）（多選）13．（2022秋?河源期末）紫外燈消毒是醫(yī)院診室和學(xué)校教室消毒的主要方式之一、某一型號的紫外消毒燈發(fā)出頻率為11.5×1014Hz的紫外線，光強(qiáng)度可調(diào)，已知鋅的截止頻率為8.07×1014Hz。下列說法中正確的是（）A．紫外燈工作時，我們看到的紫藍(lán)色輝光就是紫外線 B．當(dāng)該型號紫外消毒燈發(fā)出微弱輝光時，無法使鋅板發(fā)生光電效應(yīng) C．若增強(qiáng)紫外燈的強(qiáng)度，鋅板逸出的光電子最大初動能仍保持不變 D．用該型號紫外消毒燈照射鋅板，能使鋅板帶正電【解答】解：A．紫外線是不可見光，人無法看到紫外線，燈管中的低壓汞受電子轟擊后發(fā)出汞光譜，汞光譜中除了紫外線，還有人眼可見的光，其中包含藍(lán)光和紫光，所以紫外線燈看起來是紫藍(lán)色的，故A錯誤；B．根據(jù)光電子能量表達(dá)式：E＝hν，可得光電效應(yīng)的發(fā)生只與光的頻率有關(guān)，而與光的強(qiáng)度無關(guān)，故B錯誤；C．根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動能為Ek＝hν﹣W0與光的頻率有關(guān)而與光的強(qiáng)度無關(guān)，故增強(qiáng)紫外燈的強(qiáng)度，鋅板逸出的光電子最大初動能仍保持不變，故C正確；D．由于該款紫外消毒燈發(fā)出的紫外線頻率大于鋅的截止頻率，鋅板在該紫外線照射下能夠發(fā)生光電效應(yīng)，打出光電子從而使鋅板帶正電，故D正確。故選：CD。（多選）14．（2023秋?大連期末）下列四幅圖涉及不同的近代物理知識，其中說法正確的是（）A．圖甲：電子束穿過鋁箔的衍射圖樣，證實電子具有波動性，質(zhì)子、原子與分子同樣具有波動性 B．圖乙：盧瑟福通過分析α粒子散射結(jié)果，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子 C．圖丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解釋黑體輻射實驗規(guī)律，他是量子力學(xué)的奠基人之一 D．圖?。翰柼岢鲭娮榆壍朗沁B續(xù)變化的，氫原子能級是分立的，成功解釋氫原子發(fā)光的規(guī)律【解答】解：A.圖甲：電子束穿過鋁箔的衍射圖樣，證實電子具有波動性，質(zhì)子、原子與分子同樣具有波動性，故A正確；B.圖乙：盧瑟福通過分析α粒子散射結(jié)果，提出原子核式結(jié)構(gòu)模型；盧瑟福在用α粒子轟擊氮原子核的實驗中發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，并預(yù)言了中子的存在，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，故B錯誤；C.圖丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解釋黑體輻射實驗規(guī)律，是量子力學(xué)的奠基人之一，故C正確；D.圖丁：玻爾提出電子軌道是量子化的，氫原子能級是分立的，成功解釋氫原子發(fā)光的規(guī)律，故D正確；故選：ACD。（多選）15．（2023春?白山期末）1909年，物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況，其實驗裝置如圖所示。關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法正確的是（）A．少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度大于90° B．α粒子大角度散射是由于它跟電子發(fā)生了碰撞 C．α粒子散射實驗證明了湯姆孫的棗糕模型是正確的 D．α粒子散射實驗說明原子中有一個帶正電的核幾乎占有原子的全部質(zhì)量【解答】解：A、當(dāng)α粒子穿過原子時，電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子質(zhì)量，所以電子對α粒子影響很小，影響α粒子運(yùn)動的主要是原子核，離原子核較遠(yuǎn)時α粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向幾乎不改變。只有當(dāng)α粒子與核十分接近時，才會受到很大庫侖斥力，而原子核很小，α粒子接近它的機(jī)會就很少，所以只有少數(shù)α粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度大于90°，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)，故A正確；B、α粒子大角度散射是由于它受到原子核庫侖斥力的作用，而不是與電子發(fā)生碰撞，故B錯誤；C、α粒子散射實驗證明了湯姆孫的棗糕模型是錯誤的，故C錯誤；D、從絕大多數(shù)α粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可以推測使α粒子受到排斥力的原子核的體積極小，實驗表明原子中心的核帶有原子的全部正電，和幾乎全部質(zhì)量，故D正確。故選：AD。三．實驗題（共2小題）16．（2023春?焦作期末）某同學(xué)要探究“光電效應(yīng)”的實驗規(guī)律，根據(jù)實驗需要設(shè)計了部分電路如圖1所示。圖中A、K是光電管的兩個電極，已知該光電管陰極的截止頻率為ν0，元電荷為e，普朗克常量為h。（1）請你將該同學(xué)的電路圖連接完整。（2）實驗時，將電路圖中的滑動變阻器的滑片移到最左端，用頻率為ν1（大于ν0）的光照射在陰極上，此時會看到電壓表的示數(shù)為零（填“為零”或“不為零”），電流表的示數(shù)不為零（填“為零”或“不為零”），將滑動變阻器的滑片逐漸向右移，會看到電流表的示數(shù)變化情況是逐漸變大后不變。（3）將電源反接，仍將滑動變阻器的滑片從左向右移，當(dāng)電流表的示數(shù)剛好減為零時，理論上電壓表的示數(shù)應(yīng)為U＝he(ν1-ν0)（用（4）換用頻率為ν2的單色光進(jìn)行第二次實驗，兩次實驗測得多組電壓表示數(shù)和電流表示數(shù)，在同一坐標(biāo)系中作I﹣U圖像如圖2所示，若ν1＞ν2，則第一次實驗作出的圖像應(yīng)是b（填“a”或“b”）圖像?！窘獯稹拷猓海?）為了使電壓有較大的調(diào)節(jié)范圍，滑動變阻器采用分壓式連接，電路圖連接如圖所示：（2）將電路圖中的滑動變阻器的滑片移到最左端，光電管的正向電壓為零，即此時會看到電壓表的示數(shù)為零；用頻率為ν1（大于ν0）的光照射在陰極上，會發(fā)生光電效應(yīng)，則電流表的示數(shù)不為零，將滑動變阻器的滑片逐漸向右移，會看到電流表的示數(shù)變化情況是逐漸變大后不變。（3）將電源反接，仍將滑動變阻器的滑片從左向右移，當(dāng)電流表的示數(shù)剛好減為零時；根據(jù)動能定理Ue可得電壓表的示數(shù)應(yīng)為U（4）根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程hν＝Ek+W0根據(jù)動能定理eUC＝Ek聯(lián)立解得U若ν1＞ν2，則U1＞U2則由圖像可知，第一次實驗作出的圖像應(yīng)是b。故答案為：（1）見解析；（2）為零；不為零；（3）he(ν1-17．（2022春?武功縣期中）如圖1所示是英國物理學(xué)家盧瑟福用α粒子轟擊金箱的實驗裝置示意圖。（1）下列關(guān)于該實驗的描述正確的是AB。A.α粒子轟擊金箔的實驗需要在真空條件下完成B.該實驗揭示了原子具有核式結(jié)構(gòu)C.實驗結(jié)果表明絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D.該實驗證實了湯姆生原子模型的正確性（2）關(guān)于α粒子散射實驗的下述說法中正確的是BC。A.實驗表明原子的中心有一個很大的核，它占有原子體積的絕大部分B.實驗表明原子中心的有個很小的核，集中了原子的全部正電荷C.實驗表明原子核集中了原子幾乎全部的質(zhì)量D.實驗表明原子核是由質(zhì)子和中子組成的（3）有關(guān)α粒子散射實驗的圖2中，O表示金原子核的位置，則能正確表示該實驗中經(jīng)過金原子核附近的α粒子的運(yùn)動軌跡的是圖2中的B?！窘獯稹拷猓海?）當(dāng)α粒子穿過原子時，電子對α粒子影響很小，影響α粒子運(yùn)動的主要是原子核，離核遠(yuǎn)則α粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向改變小。只有當(dāng)α粒子與核十分接近時，才會受到很大庫侖斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的機(jī)會就很少，所以只有極少數(shù)大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)，A、α粒子轟擊金箔的實驗需在真空條件下完成，為了避免α粒子和空氣中的原子碰撞而影響實驗結(jié)果，故A正確；B、α粒子的散射實驗揭示了原子具有復(fù)雜的核式結(jié)構(gòu)，故B正確；C、實驗結(jié)果表明絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，只有極少數(shù)大角度的偏轉(zhuǎn)，故C錯誤；D、該實驗否定了湯姆孫原子模型的正確性，故D錯誤。故選：AB。（2）ABC、α粒子散射實驗說明占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的那部分物質(zhì)集中在很小的空間范圍內(nèi)，故BC正確，A錯誤；D、盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，故D錯誤；故選：BC。（3）A、在α粒子的散射現(xiàn)象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故斥力指向軌跡的內(nèi)側(cè)，顯然A中下方粒子受力指向軌跡的外側(cè)，故A錯誤；BCD、在α粒子的散射現(xiàn)象中絕大多數(shù)的α粒子都照直穿過薄金箔，偏轉(zhuǎn)很小，但有少數(shù)α粒子發(fā)生角度很大的偏轉(zhuǎn)，個別的α粒子偏轉(zhuǎn)角大于90°，極少數(shù)的α粒子偏轉(zhuǎn)角大于150°，甚至個別粒子沿原方向彈回．原因在α粒子的散射現(xiàn)象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，軌跡的偏轉(zhuǎn)角越大，故B正確，CD錯誤．故選：B．故答案為：（1）AB；（2）BC；（3）B。四．計算題（共2小題）18．（2022秋?高郵市期末）氫原子的能級圖如圖1所示，大量處于n＝4能級的氫原子向基態(tài)躍遷輻射出光子，用這些光子照射如圖2電路中光電管的陰極金屬K，得到光電流與電壓的關(guān)系如圖3所示，已知陰極金屬的逸出功為W0，元電荷數(shù)值為e，普朗克常量為h，各能級能量分別為E