2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性測(cè)評(píng)含解析新人教版選擇性必修第三冊(cè)

PAGE10-第四章測(cè)評(píng)(時(shí)間:60分鐘滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1.白天的天空各處都是亮的,是大氣分子對(duì)太陽光散射的結(jié)果。美國物理學(xué)家康普頓由于在這方面的探討而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。假設(shè)一個(gè)運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子碰撞以后,電子向某一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),光子沿另一方向散射出去,則這個(gè)散射光子跟原來的光子相比()A.頻率變大 B.動(dòng)量變大C.光子能量變大 D.波長(zhǎng)變長(zhǎng)解析光子與電子碰撞時(shí),遵守動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律,自由電子被碰前靜止,被碰后動(dòng)量、能量增加,所以光子的動(dòng)量、能量減小。故選項(xiàng)D正確。答案D2.電子顯微鏡的最高辨別率高達(dá)0.2nm,假如有人制造出質(zhì)子顯微鏡,在加速到相同的速度狀況下,質(zhì)子顯微鏡的最高辨別率將()A.小于0.2nm B.大于0.2nmC.等于0.2nm D.以上說法均不正確解析顯微鏡的辨別實(shí)力與波長(zhǎng)有關(guān),波長(zhǎng)越短其辨別率越高,由λ=hp知,假如把質(zhì)子加速到與電子相同的速度,因質(zhì)子的質(zhì)量更大,則質(zhì)子的波長(zhǎng)更短,辨別實(shí)力答案A3.下列對(duì)于氫原子光譜試驗(yàn)規(guī)律的相識(shí)中,正確的是()A.因?yàn)闅湓雍送庵挥幸粋€(gè)電子,所以氫原子只能產(chǎn)生一種波長(zhǎng)的光B.氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長(zhǎng)不連續(xù)的譜線C.氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列亮度不連續(xù)的譜線D.氫原子產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱有關(guān)解析氫原子核外只有一個(gè)電子,氫原子只能產(chǎn)生一些特別頻率的譜線,即產(chǎn)生一些特別波長(zhǎng)的光,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;氫原子產(chǎn)生的光譜是一系列波長(zhǎng)不連續(xù)的譜線,B選項(xiàng)正確;氫原子光譜是氫原子放射光子時(shí)形成的放射光譜,光譜都不是連續(xù)的,與亮度無關(guān),C選項(xiàng)錯(cuò)誤;氫原子產(chǎn)生的光的波長(zhǎng)大小與氫氣放電管放電強(qiáng)弱無關(guān),D選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B4.(2024上海黃浦區(qū)二模)不帶電的鋅板和驗(yàn)電器用導(dǎo)線相連。若用甲燈照耀鋅板,驗(yàn)電器的金屬箔片不張開;若用乙燈照耀鋅板,驗(yàn)電器的金屬箔片張開,如圖所示。則與甲燈相比,乙燈發(fā)出的光()A.頻率更高 B.波長(zhǎng)更大C.光強(qiáng)更強(qiáng) D.速率更大解析發(fā)生光電效應(yīng)的條件是:入射光的頻率必需大于金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng);由題干知甲燈照耀不能發(fā)生光電效應(yīng),乙燈照耀可以發(fā)生光電效應(yīng),則乙燈發(fā)出的光頻率比甲發(fā)出的高,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。答案A5.(2024河北任丘高二月考)如圖所示,畫出了四種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖像,從圖像可以看出,隨著溫度的上升,則下列說法錯(cuò)誤的是()A.各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加B.只有波長(zhǎng)短的輻射強(qiáng)度增加C.輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)D.輻射強(qiáng)度仍舊是隨波長(zhǎng)的增大而先增大再減小解析由題干圖像可以看出,隨著溫度的上升,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加,且輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng),故B錯(cuò)誤,A、C正確。隨著溫度的上升,黑體的輻射強(qiáng)度仍舊是隨波長(zhǎng)的增大而先增大再減小,故D正確。此題選擇錯(cuò)誤的選項(xiàng),故選B。答案B6.(2024江蘇鹽城模擬)如圖所示是某原子的能級(jí)圖,a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長(zhǎng)的光。在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中,譜線從左向右的波長(zhǎng)依次減小,則正確的是()解析從第3能級(jí)躍遷到第1能級(jí),能級(jí)差最大,知a光的頻率最大,波長(zhǎng)最短,從第3能級(jí)躍遷到第2能級(jí),能級(jí)差最小,知b光的光子頻率最小,波長(zhǎng)最長(zhǎng),所以波長(zhǎng)依次減小的依次為b、c、a,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。答案D7.X射線是一種高頻電磁波,若X射線在真空中的波長(zhǎng)為λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量,則()A.E=hλc,p=0 B.E=hλc,C.E=hcλ,p=0 D.E=hcλ,解析依據(jù)E=hν,且λ=hp,c=λν可得X射線每個(gè)光子的能量為E=hcλ,每個(gè)光子的動(dòng)量為p=答案D8.(2024遼寧葫蘆島一模)大量氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí),輻射出的光照耀下列三種金屬,電子電荷量e=1.60×10-19C,普朗克常量h=6.30×10-34J·s。下列推斷正確的是()金屬鎢鈣鉀極限頻率(1014Hz)10.957.735.44A.僅鉀能產(chǎn)生光電子 B.鉀、鈣能產(chǎn)生光電子C.都能產(chǎn)生光電子 D.都不能產(chǎn)生光電子解析氫原子從n=4的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),釋放出光子的能量為E=-0.85eV-(-3.40eV)=2.55eV,由E=hν代入數(shù)據(jù)解得光子的頻率為ν=6.2×1014Hz,當(dāng)入射光的頻率大于金屬鉀的極限頻率時(shí),金屬鉀能發(fā)生光電效應(yīng),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。答案A二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。全部選對(duì)得4分,選對(duì)但選不全的得2分,有錯(cuò)選的得0分)9.(2024北京朝陽區(qū)期末)小宇同學(xué)參與學(xué)?？萍技文耆A,設(shè)計(jì)了一個(gè)光電煙霧探測(cè)器,如圖所示,S為光源,有一束光束,當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測(cè)器時(shí),來自S的光會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C,當(dāng)光射到光電管中的鈉表面(鈉的極限頻率為6.00×1014Hz),會(huì)產(chǎn)生光電子,當(dāng)光電流大于10-8A時(shí),便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。下列說法正確的是()A.要使該探測(cè)器正常工作,光源S發(fā)出的光波波長(zhǎng)不能小于0.5μmB.光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應(yīng),那么光源越強(qiáng),光電煙霧探測(cè)器靈敏度越高C.光束遇到煙霧發(fā)生散射是一種折射現(xiàn)象D.若5%射向光電管C的光子會(huì)使光電管產(chǎn)生光電子,當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí),每秒射向C中鈉表面的光子最少數(shù)目是1.25×1012個(gè)解析依據(jù)Ek=hν-W0=hcλ-hνc。光源S發(fā)出的光波最大波長(zhǎng):λmax=cνc=3×1086.00×1014m=5×10-7m=0.5μm,即要使該探測(cè)器正常工作,光源S發(fā)出的光波波長(zhǎng)不能大于0.5μm,故A錯(cuò)誤;光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應(yīng),那么光源越強(qiáng),被煙霧散射進(jìn)入光電管C的光越多,越簡(jiǎn)單探測(cè)到煙霧,即光電煙霧探測(cè)器靈敏度越高,故B正確;光束遇到煙霧發(fā)生散射是一種反射現(xiàn)象,故C錯(cuò)誤;光電流等于10-8A時(shí),每秒產(chǎn)生的光電子的個(gè)數(shù):n=Ite=10-8×11答案BD10.下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長(zhǎng)和頻率為1MHz的無線電波的波長(zhǎng),由表中數(shù)據(jù)可知()質(zhì)量/kg速度/(m·s-1)波長(zhǎng)/m彈子球2.0×10-21.0×10-23.3×10-30電子9.1×10-315.0×1061.2×10-10無線電波(1MHz)3.0×1083.0×102A.要檢測(cè)彈子球的波動(dòng)性幾乎不行能B.無線電波通常狀況下只能表現(xiàn)出波動(dòng)性C.電子照耀到金屬晶體上能視察到它的波動(dòng)性D.只有可見光才有波動(dòng)性解析由于彈子球德布羅意波長(zhǎng)極短,故很難視察其波動(dòng)性,而無線電波波長(zhǎng)為3.0×102m,所以通常表現(xiàn)出波動(dòng)性,很簡(jiǎn)單發(fā)生衍射,而金屬晶體的晶格線度大約是10-10m數(shù)量級(jí),所以波長(zhǎng)為1.2×10-10m的電子可以視察到明顯的衍射現(xiàn)象。故選A、B、C。答案ABC11.(2024江西南昌一模)在盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)中,某一α粒子經(jīng)過某一原子核旁邊時(shí)的軌跡如圖中實(shí)線所示,圖中P、Q為軌跡上的點(diǎn),虛線是過P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線,兩虛線和軌跡將平面分為五個(gè)區(qū)域,不考慮其他原子核對(duì)該α粒子的作用,下面說法正確的是()A.α粒子受到斥力B.該原子核的位置可能在③區(qū)域C.依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)可以估算原子大小D.α粒子在P、Q間的運(yùn)動(dòng)為勻速圓周運(yùn)動(dòng)解析依據(jù)軌跡彎曲的方向可知,α粒子受到的庫侖力的方向從金原子指向α粒子的方向,可知α粒子受到的力是斥力,故A正確;盧瑟福通過α粒子散射并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,正電荷全部集中在原子核內(nèi),α粒子帶正電,同種電荷相互排斥,結(jié)合受力的特點(diǎn)與軌跡的特點(diǎn)可知,所以原子核可能在③區(qū)域,故B正確;依據(jù)α粒子散射試驗(yàn)可以估算原子核大小,故C錯(cuò)誤;α粒子受到的庫侖力隨α粒子與金原子之間距離的改變而改變,力的大小是改變的,所以α粒子不行能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。答案AB12.(2024北京模擬)關(guān)于波粒二象性,下列說法正確的是()A.圖甲中紫光照耀到鋅板上可以發(fā)生光電效應(yīng),則其他可見光照耀到鋅板上不肯定可以發(fā)生光電效應(yīng)B.圖乙中入射光的強(qiáng)度越大,則在陰極板上產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能越大C.圖丙說明光子既有粒子性也有波動(dòng)性D.戴維孫和湯姆孫利用圖丁證明白電子具有波動(dòng)性解析能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的照耀頻率有關(guān),當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),才能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,其他光照耀鋅板不肯定發(fā)生光電效應(yīng),故A正確。光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān),與光強(qiáng)無關(guān),故B錯(cuò)誤。圖丙是康普頓效應(yīng),說明光子具有粒子性,故C錯(cuò)誤。戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的試驗(yàn),得到了題圖丁的衍射圖樣,從而證明電子具有波動(dòng)性,故D正確。答案AD三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(8分)(1)探討光電效應(yīng)的電路如圖所示。用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照耀密封真空管的鈉極板(陰極K),鈉極板放射出的光電子被陽極A汲取,在電路中形成光電流。下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖像中,正確的是。

(2)金屬中的電子汲取光子的能量,從金屬表面逸出,這就是光電子。光電子從金屬表面逸出的過程中,其動(dòng)量的大小(選填“增大”“減小”或“不變”),緣由是。

解析由于光的頻率肯定,它們的遏止電壓相同,A、B錯(cuò)誤;光越強(qiáng),電流越大,C正確,D錯(cuò)誤。由于光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(或須要克服逸出功),速度減小,光電子的動(dòng)量變小。答案(1)C(2)減小光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(或須要克服逸出功)14.(10分)小明用金屬銣為陰極的光電管觀測(cè)光電效應(yīng)現(xiàn)象,試驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。(1)圖甲中電極A為光電管的(選填“陰極”或“陽極”);

(2)試驗(yàn)中測(cè)得銣的遏止電壓U0與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示,則銣的極限頻率ν0=Hz,逸出功W0=J;

(3)假如試驗(yàn)中入射光的頻率ν=7.00×1014Hz,則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek=J。

解析(1)在光電效應(yīng)中,電子向A極運(yùn)動(dòng),故電極A為光電管的陽極。(2)由題圖可知,銣的極限頻率ν0為5.15×1014Hz,逸出功W0=hν0=6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19J。(3)當(dāng)入射光的頻率為ν=7.00×1014Hz時(shí),由Ek=hν-hν0得,光電子的最大初動(dòng)能為Ek=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014J=1.23×10-19J。答案(1)陽極(2)5.15×10143.41×10-19(3)1.23×10-1915.(8分)功率為40W的白熾燈,有5%的能量轉(zhuǎn)化為可見光。設(shè)所放射的可見光的平均波長(zhǎng)為580nm,那么該白熾燈每秒鐘輻射的光子數(shù)為多少?(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108m/s)解析波長(zhǎng)為λ的光子能量為ε=hν=hcλ設(shè)白熾燈每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n,白熾燈電功率為P,則:n=ηPε式中,η=5%是白熾燈的發(fā)光效率。聯(lián)立①②式得n=ηPλ代入題給數(shù)據(jù)得n=5.8×1018(個(gè))答案5.8×1018個(gè)16.(8分)電子所帶電荷量的精確數(shù)值最早是由美國物理學(xué)家密立根通過油滴試驗(yàn)測(cè)得的。他測(cè)定了數(shù)千個(gè)帶電油滴的電荷量,發(fā)覺這些電荷量都等于某個(gè)最小電荷量的整數(shù)倍。這個(gè)最小電荷量就是電子所帶的電荷量。密立根試驗(yàn)的原理圖如圖所示,A、B是兩塊平行放置的水平金屬板,A板帶正電,B板帶負(fù)電。從噴霧器嘴噴出的小油滴,落到A、B兩板之間的電場(chǎng)中。小油滴由于摩擦而帶負(fù)電,調(diào)整A、B兩板間的電壓,可使小油滴受到的電場(chǎng)力和重力平衡。已知小油滴靜止處的電場(chǎng)強(qiáng)度是1.92×105N/C,油滴半徑是1.64×10-4cm,油的密度是0.851g/cm3,求油滴所帶的電荷量。這個(gè)電荷量是電子電荷量的多少倍?(g取9.8m/s2)解析小油滴質(zhì)量m=ρV=ρ·43πr3由題意知mg=qE②由①②兩式可得q=ρ·0.851×103×4π×(1.64×10qe=因此小油滴所帶電荷量q是電子電荷量e的5倍。答案8.02×10-19C517.(12分)金屬晶體中晶格大小的數(shù)量級(jí)是10-10m。電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速,形成電子束,電子束照耀該金屬晶體時(shí),獲得明顯的衍射圖樣。問這個(gè)加速電場(chǎng)的電壓約為多少?(已知電子的電荷量e=1.6×10-19C,質(zhì)量m=0.90×10-30kg)解析據(jù)發(fā)生明顯衍射的條件可知,當(dāng)運(yùn)動(dòng)電子的德布羅意波波長(zhǎng)與晶格大小差不多時(shí),可以得到明顯的衍射現(xiàn)象。設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U,電子經(jīng)電場(chǎng)加速后獲得的速度為v,對(duì)加速過程由動(dòng)能定理得eU=12mv2據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知,電子的德布羅意波長(zhǎng)λ=hp其中p=mv③解①②③聯(lián)立方程組可得U=h22