2023春新教材高中物理專練3原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性新人教版選擇性

專練三原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性1．下列物理學(xué)常量單位正確的是()A．引力常量：N·kg2/s2B．阿伏加德羅常數(shù)：mol－1C．靜電力常量：N·C2/m2D．普朗克常量：J/s【答案】B【解析】根據(jù)F＝Geq\f(Mm,r2)可知，引力常量單位是N·m2/kg2，A錯(cuò)誤；阿伏加德羅常數(shù)是1mol物質(zhì)中含有分子的個(gè)數(shù)，則單位是mol－1，B正確；根據(jù)F＝keq\f(Qq,r2)可知，靜電力常量單位是N·m2/C2，C錯(cuò)誤；根據(jù)E＝hν可知普朗克常量單位是J·s，D錯(cuò)誤．2．電子束衍射實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一．如圖所示是電子束衍射實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了()A．光具有粒子性B．光具有波動(dòng)性C．電子具有粒子性D．電子具有波動(dòng)性【答案】D【解析】電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子具有波動(dòng)性，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．3．科研人員利用冷凍電鏡斷層掃描技術(shù)“拍攝”到新冠病毒的3D清晰影像，冷凍電鏡是利用高速電子具有波動(dòng)性原理，其分辨率比光學(xué)顯微鏡高1000倍以上．下列說(shuō)法正確的是()A．電子的實(shí)物波是電磁波B．電子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)量成正比C．冷凍電鏡的分辨率與電子加速電壓有關(guān)，加速電壓越高，則分辨率越低D．若用相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子，理論上也能“拍攝”到新冠病毒的3D清晰影像【答案】D【解析】電子的實(shí)物波是德布羅意波，不是電磁波，故A錯(cuò)誤；根據(jù)λ＝eq\f(h,p)可知電子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)量成反比，故B錯(cuò)誤；冷凍電鏡的分辨率與電子加速電壓有關(guān)，加速電壓越高，電子速度越大，動(dòng)量越大，德布羅意波長(zhǎng)越小，從而使冷凍電鏡的分辨率越高，故C錯(cuò)誤；實(shí)物粒子的德布羅意波長(zhǎng)與動(dòng)能的關(guān)系為λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,\r(2mEk))，因?yàn)橘|(zhì)子的質(zhì)量比電子的質(zhì)量大，所以在動(dòng)能相同的情況下，質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)比電子的德布羅意波長(zhǎng)更小，分辨率更高，若用相同動(dòng)能的質(zhì)子代替電子，理論上也能“拍攝”到新冠病毒的3D清晰影像，故D正確．4．如圖為氫原子能級(jí)圖，當(dāng)氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)為121nm.以下判斷正確的是()A．氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射光的波長(zhǎng)小于121nmB．用波長(zhǎng)為330nm的光照射，可使氫原子從n＝2能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)C．用波長(zhǎng)為121nm的光照射，能使氫原子從n＝2能級(jí)發(fā)生電離D．一群處于n＝4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線【答案】C【解析】由能級(jí)圖可知，氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，輻射光子的能量(1.89eV)小于從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)輻射光子的能量(10.2eV)，由ΔE＝hν＝heq\f(c,λ)可知，輻射光的波長(zhǎng)大于121nm，A錯(cuò)誤；波長(zhǎng)為330nm光，對(duì)應(yīng)光子的能量為3.77eV，而氫原子從n＝2躍遷到n＝3能級(jí)，所需光子的能量為1.89eV，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)躍遷，B錯(cuò)誤；要使氫原子從n＝2能級(jí)發(fā)生電離，所需光子的能量為ΔE＝E∞－E2＝3.4eV<10.2eV，故用波長(zhǎng)為121nm的光照射，能使氫原子從n＝2能級(jí)發(fā)生電離，C正確；一群處于n＝4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生的譜線種類數(shù)為Ceq\o\al(2,4)＝6，D錯(cuò)誤．5．愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系．但是，很難直接測(cè)量光電子的動(dòng)能，容易測(cè)量的是遏止電壓Uc.已知某次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖所示，已知電子的電荷量為e＝1.6×10－19C，則()A．圖中A為光電管的陰極B．本實(shí)驗(yàn)電源的左端為正極C．當(dāng)入射光的頻率為1015Hz時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為3.2×10－19JD．根據(jù)圖像可求出二極管內(nèi)金屬的逸出功為3.2×10－20J【答案】C【解析】產(chǎn)生光電效應(yīng)的一側(cè)是陰極，A錯(cuò)誤；為使電子減速，A端為負(fù)極，則電源左側(cè)為負(fù)極，B錯(cuò)誤；當(dāng)入射光的頻率為1015Hz時(shí)，遏止電壓為2.0V，由eUc＝eq\f(1,2)mv2可求得最大初動(dòng)能3.2×10－19J，C正確；根據(jù)圖像可知二極管內(nèi)金屬的截止頻率為5×1014Hz，其逸出功W＝hν≈3.32×10－19J，D錯(cuò)誤．6．氫原子能級(jí)圖如圖所示，處于基態(tài)的一群氫原子被頻率為ν0的單色光照射后，發(fā)出3種頻率的光，頻率關(guān)系為ν1>ν2>ν3，則()A．ν0>ν1 B．hν3＝1.89eVC．hν2＝12.09eV D．hν1＝0.76eV【答案】B【解析】處于基態(tài)的一群氫原子被頻率為ν0的單色光照射后，發(fā)出3種頻率的光，說(shuō)明躍遷至第3能級(jí)，因?yàn)镃eq\o\al(2,3)＝3，故hν0＝E3－E1＝12.09eV，第3能級(jí)躍遷至第1能級(jí)發(fā)出的光，頻率最高，滿足hν1＝hν0＝12.09eV，A、D錯(cuò)誤；由能級(jí)圖可知，頻率為ν2的光為第2能級(jí)躍遷至第1能級(jí)發(fā)出的，即hν2＝E2－E1＝10.2eV，頻率為ν3的光為第3能級(jí)躍遷至第2能級(jí)發(fā)出的，即hν3＝E3－E2＝1.89eV，B正確，C錯(cuò)誤．7．如圖所示，直線為光電子的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系，已知直線的縱、橫截距分別為－a、b，電子電荷量為e，下列表達(dá)式正確的是()A．普朗克常量h＝eq\f(a,b)B．金屬的逸出功W0＝aC．金屬的截止頻率ν0＝bD．若入射光頻率為3b，則光電子最大初動(dòng)能一定為a【答案】C【解析】根據(jù)Uce＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝hν－W0，可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，則eq\f(h,e)＝eq\f(a,b)，即h＝eq\f(ae,b)，則eq\f(W0,e)＝a，金屬的截止頻率νc＝eq\f(W0,h)＝b，A、B錯(cuò)誤，C正確；若入射光頻率為3b，則光電子最大初動(dòng)能一定為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝h·3b－W0＝2ae，D錯(cuò)誤．8．如圖為幾種金屬的逸出功和氫原子能級(jí)圖．現(xiàn)有大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷，結(jié)合圖表信息可知()金屬鎢鈣鉀銣W0/eV4.543.202.252.13A．銣的極限頻率大于鈣的極限頻率B．氫原子躍遷時(shí)對(duì)外輻射連續(xù)光譜C．氫原子輻射的光有3種頻率能使鎢發(fā)生光電效應(yīng)D．氫原子輻射光子后，其繞核運(yùn)動(dòng)的電子動(dòng)能減小【答案】C【解析】由表格數(shù)據(jù)可知銣的逸出功小于鈣的逸出功，故銣的極限頻率小于鈣的極限頻率，A錯(cuò)誤；原子的發(fā)射光譜為線狀譜，故氫原子躍遷時(shí)對(duì)外輻射不連續(xù)的光譜，B錯(cuò)誤；大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，對(duì)外輻射光子的能量分別有ΔE1＝E4－E1＝－0.85eV－(－13.6)eV＝12.75eV，ΔE2＝E3－E1＝－1.51eV－(－13.6)eV＝12.09eV，ΔE3＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV，ΔE4＝E4－E2＝－0.85eV－(－3.4)eV＝2.55eV，ΔE5＝E3－E2＝－1.51eV－(－3.4)eV＝1.89eV，ΔE6＝E4－E3＝－0.85eV－(－1.51)eV＝0.66eV，發(fā)生光電效應(yīng)的條件是ΔE>W0＝4.54eV，可知?dú)湓虞椛涞墓庥?種頻率能使鎢發(fā)生光電效應(yīng)，C正確；設(shè)電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，質(zhì)子和電子的電荷量大小均為e，電子的質(zhì)量為m，由庫(kù)侖力提供向心力可得keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，解得電子的動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，氫原子輻射光子后，電子從外軌道躍遷到內(nèi)軌道，軌道半徑變小了，故電子動(dòng)能增大了，D錯(cuò)誤．9．用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為3.6eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G有讀數(shù)．移動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.9V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則以下說(shuō)法正確的是()A．光電子的初動(dòng)能可能為0.8eVB．光電管陰極的逸出功為0.9eVC．開關(guān)S斷開后，電流表G示數(shù)為0D．改用能量為2eV的光子照射，電流表G有電流，但電流較小【答案】A【解析】當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.9V時(shí)，電流表的示數(shù)為0，可知遏止電壓為0.9V，根據(jù)eUc＝Ekm，則光電子的最大初動(dòng)能為0.9eV，則光電子的初動(dòng)能可能為0.8eV，A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，則逸出功為W0＝hν－Ekm＝(3.6－0.9)eV＝2.7eV，B錯(cuò)誤；光電管接的是反向電壓，當(dāng)開關(guān)斷開后，光電管兩端的電壓為0，逸出的光電子能夠到達(dá)另一端，則仍然有電流流過(guò)電流表G，C錯(cuò)誤；改用能量為2eV的光子照射，因光電子能量小于逸出功，則不會(huì)發(fā)生光電子效應(yīng)，D錯(cuò)誤．10．光刻機(jī)是制造芯片的核心裝備，利用光源發(fā)出的光將精細(xì)圖投影在涂有光刻膠的硅片上，再經(jīng)技術(shù)處理制成芯片，已知光的波長(zhǎng)越短，成像的精度越高．如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系，這三種光中成像精度最高的是()A．a(chǎn)光 B．b光C．c光 D．三種一樣【答案】B【解析】由題圖可知三種光中，b光的遏止電壓最大，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有eUc＝Ek＝hν－W0，所以b光的頻率最大，波長(zhǎng)最短，成像精度最高．故選B．11．如圖，電路中所有元件完好．當(dāng)光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)指針沒有偏轉(zhuǎn)，其原因是()A．電源的電壓太大B．光照的時(shí)間太短C．入射光的強(qiáng)度太強(qiáng)D．入射光的頻率太低【答案】D【解析】如圖所示，電源正負(fù)極的連接使得光電子在電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)，故無(wú)論電源電壓多大都會(huì)讓靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬間的，與入射光的照射時(shí)間無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；靈敏電流計(jì)指針未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可能是未發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，即入射光的頻率小于金屬的截止頻率(入射光的波長(zhǎng)大于金屬的極限波長(zhǎng))，與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤，D正確．12．如圖甲中所示給出了氫原子光譜中四種可見光譜線對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)，氫原子能級(jí)圖如圖乙所示．由普朗克常量可計(jì)算出這四種可見光的光子能量由大到小排列依次為3.03eV、2.86eV、2.55eV和1.89eV，則下列說(shuō)法中正確的是()A．Hα譜線對(duì)應(yīng)光子的能量是最大的B．Hδ譜線對(duì)應(yīng)光子的能量是最大的C．Hδ光是由處于n＝5的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中產(chǎn)生的D．若四種光均能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則Hα光獲取的光電子的最大初動(dòng)能較大【答案】B【解析】由λ＝eq\f(c,ν)、E＝hν，可知，Hα譜線的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最小，能量最小，故Hδ譜線對(duì)應(yīng)光子的能量是最大的，A錯(cuò)誤，B正確；Hδ譜線的波長(zhǎng)最短，頻率最大，能量為3.03eV，不是從n＝5的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中產(chǎn)生的，C錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，入射光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，飛出的光電子的最大初動(dòng)能越小，D錯(cuò)誤．13．如圖所示，分別用1、2兩種材料作為K極進(jìn)行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1<ν2，若保持入射光不變，則光電子到達(dá)A極時(shí)動(dòng)能的最大值Ekm隨電壓U變化的關(guān)系圖像正確的是()ABCD【答案】A【解析】根據(jù)光電效應(yīng)方程，有Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0，光電管兩端電壓對(duì)光電子做負(fù)功，有－eU＝Ekm－Ek，聯(lián)立可得Ekm＝－eU＋hν－h(huán)ν0，易知圖像的斜率為－e，截距為hν－h(huán)ν0，依題意，入射光相同，且ν1<ν2，可得hν－h(huán)ν1>hν－h(huán)ν2，即實(shí)驗(yàn)所得兩種材料的圖線斜率小于零，相互平行，且材料1對(duì)應(yīng)的圖線的縱軸截距較大．故選A．14．(多選)著名物理學(xué)家湯姆孫曾在實(shí)驗(yàn)中讓電子束通過(guò)電場(chǎng)加速后，通過(guò)多晶薄膜得到了如圖所示的衍射圖樣，已知電子質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，加速后電子速度v＝5.0×105m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則()A．該圖樣說(shuō)明了電子具有粒子性B．該實(shí)驗(yàn)中電子的德布羅意波的波長(zhǎng)約為0.15nmC．加速電壓越大，電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)越大D．使用電子束工作的電子顯微鏡中，加速電壓越大，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)【答案】BD【解析】題圖為電子束通過(guò)多晶薄膜的衍射圖樣，因?yàn)檠苌涫遣ㄋ赜械默F(xiàn)象，所以說(shuō)明了電子具有波動(dòng)性，A錯(cuò)誤；由德布羅意波長(zhǎng)公式可得λ＝eq\f(h,p)，而動(dòng)量p＝mv，兩式聯(lián)立得λ＝eq\f(h,mv)＝0.15nm，該實(shí)驗(yàn)中電子的德布羅意波長(zhǎng)約為0.15nm，B正確；由德布羅意波長(zhǎng)公式可得λ＝eq\f(h,p)，而動(dòng)量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，兩式聯(lián)立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，加速電壓越大，電子的波長(zhǎng)越短，衍射現(xiàn)象就越不明顯，分辨本領(lǐng)越強(qiáng)，C錯(cuò)誤，D正確．15．(多選)北斗二期導(dǎo)航系統(tǒng)的“心臟”是上海天文臺(tái)自主研發(fā)的星載氫原子鐘，它是利用氫原子能級(jí)躍遷時(shí)輻射出來(lái)的電磁波去控制校準(zhǔn)石英鐘．如圖為氫原子能級(jí)圖，則()A．13eV的電子可以使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷B．大量處于n＝5能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)可輻射8種不同頻率的光子C．現(xiàn)用光子能量介于10～12.9eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種D．設(shè)原子能級(jí)為En，則E4躍遷到E2時(shí)產(chǎn)生的光子a與E5躍遷到E3時(shí)產(chǎn)生的光子b的能量之比為97∶255【答案】AC【解析】由于實(shí)物粒子碰撞過(guò)程有能量損失，故實(shí)物粒子的能量大于兩能級(jí)差即可使氫原子發(fā)生躍遷，A正確；大量處于n＝5能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子的種類數(shù)為