章末綜合檢測4原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性(2019人教版選擇性必修第三冊)

章末綜合檢測4原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性(時間：90分鐘，滿分：100分)一、選擇題(每小題5分，共60分)1．下列宏觀概念是“量子化”的是()A．物體的質(zhì)量 B．木棒的長度C．花生米的粒數(shù) D．物體的動能解析粒數(shù)的數(shù)值只能取正整數(shù)，不能取分?jǐn)?shù)或小數(shù)，因而是不連續(xù)的，是量子化的.其他三個物理量的數(shù)值都可以取小數(shù)或分?jǐn)?shù)，甚至取無理數(shù)也可以，因而是連續(xù)的，非量子化的.故只有C正確；故選C.點(diǎn)睛：量子化在高中要求較低，只需明確量子化的定義，知道“量子化”指其物理量的數(shù)值會是一些特定的數(shù)值即可.答案C2．關(guān)于光的波粒二象性，以下說法中正確的是()A．光的波動性與機(jī)械波，光的粒子性與質(zhì)點(diǎn)都是等同的B．光子和質(zhì)子、電子等是一樣的粒子C．大量光子易顯出粒子性，少量光子易顯出波動性D．紫外線、X射線和γ射線中，γ射線的粒子性最強(qiáng)，紫外線的波動性最顯著解析光的波動性與機(jī)械波、光的粒子性與質(zhì)點(diǎn)有本質(zhì)區(qū)別，選項(xiàng)A錯誤；光子實(shí)質(zhì)上是以場的形式存在的一種“粒子”，而電子、質(zhì)子是實(shí)物粒子，故選項(xiàng)B錯誤；光是一種概率波，大量光子往往表現(xiàn)出波動性，少量光子則往往表現(xiàn)出粒子性，選項(xiàng)C錯誤；頻率越高的光的粒子性越強(qiáng)，頻率越低的光的波動性越顯著，故選項(xiàng)D正確．答案D3.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律如圖所示，由圖可知，下列說法錯誤的是()A．隨溫度升高，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加B．隨溫度降低，各種波長的輻射強(qiáng)度都增加C．隨溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動D．隨溫度降低，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動解析黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度越高，黑體輻射的強(qiáng)度越大，A正確、B錯誤；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C、D正確.答案B4.如圖所示，光滑水平面上有兩個大小相同的鋼球A、B，A球的質(zhì)量大于B球的質(zhì)量．開始時A球以一定的速度向右運(yùn)動，B球處于靜止?fàn)顟B(tài)．兩球碰撞后均向右運(yùn)動．設(shè)碰撞前A球的德布羅意波的波長為λ1，碰撞后A、B兩球的德布羅意波的波長分別為λ2和λ3，則下列關(guān)系正確的是()A．λ1＝λ2＝λ3 B．λ1＝λ2＋λ3C．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2－λ3) D．λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)解析球A、B碰撞過程中滿足動量守恒，得p′B－0＝pA－p′A；由λ＝eq\f(h,p)，可得p＝eq\f(h,λ)，所以動量守恒表達(dá)式也可寫成：eq\f(h,λ3)＝eq\f(h,λ1)－eq\f(h,λ2)，所以λ1＝eq\f(λ2λ3,λ2＋λ3)，故選項(xiàng)D正確．答案D5．已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為νc，則()A．當(dāng)照射光的頻率ν小于νc時，只要增大光的強(qiáng)度必能產(chǎn)生光電子B．當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時，若ν增大，則逸出功增大C．當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時，若光的強(qiáng)度增大，則產(chǎn)生的光電子數(shù)必然增加D．當(dāng)照射光的頻率ν大于νc時，若ν增大一倍，則光電子的最大初動能也增大一倍解析只要入射光的頻率大于極限頻率，該金屬才可發(fā)生光電效應(yīng)，故當(dāng)光照頻率小于極限頻率時，不會產(chǎn)生光子，A錯誤；逸出功只和金屬的性質(zhì)有關(guān)，與照射光的頻率無關(guān)，當(dāng)照射光頻率大于極限頻率時，根據(jù)Ekm＝hν－W0可知若頻率增大，則光電子的最大動能增大，但不是正比關(guān)系，BD錯誤；光照強(qiáng)度決定光電子數(shù)目，光照強(qiáng)度越大，光電子數(shù)目必然增大，C正確.答案C6．分別用波長為λ和eq\f(3,4)λ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1∶2，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.eq\f(hc,2λ) B.eq\f(2hc,3λ)C.eq\f(3,4)hcλ D.eq\f(4hλ,5c)解析由光電效應(yīng)方程得heq\f(c,λ)－W0＝Ek1，heq\f(c,\f(3,4)λ)－W0＝Ek2，并且Ek1∶Ek2＝1∶2，可得W0＝eq\f(2hc,3λ).答案B7．美國物理學(xué)家密立根利用圖甲所示的電路研究金屬的遏止電壓U0與入射光頻率ν的關(guān)系，描繪出圖乙中的圖象，由此算出普朗克常量h.電子電量用e表示，下列說法正確的是()A．入射光的頻率增大，為了測遏止電壓，則滑動變阻器的滑片P應(yīng)向M端移動B．增大入射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動能也增大C．由UC-ν圖象可知，這種金屬的截止頻率為νcD．由UC-ν圖象可求普朗克常量表達(dá)式為h＝eq\f(U1e,ν1－νc)解析入射光的頻率增大，光電子的最大初動能增大，則遏止電壓增大，測遏止電壓時，應(yīng)使滑動變阻器的滑片P向N端移動，A錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，B錯誤；根據(jù)Ekm＝hν－W0＝eUC，解得UC＝eq\f(hν1,e)－eq\f(hνc,e)，則h＝eq\f(U1e,ν1－νc)；當(dāng)遏止電壓為0時，ν＝νc，C、D正確．答案CD8．太陽光譜是吸收光譜，這是因?yàn)樘杻?nèi)部發(fā)出的白光()A．經(jīng)過太陽大氣層時某些特定頻率的光子被吸收后的結(jié)果B．穿過宇宙空間時部分頻率的光子被吸收的結(jié)果C．進(jìn)入地球的大氣層后，部分頻率的光子被吸收的結(jié)果D．本身發(fā)出時就缺少某些頻率的光子解析太陽光譜是一種吸收光譜，是因?yàn)樘柊l(fā)出的光穿過溫度比太陽本身低得多的太陽大氣層，而在這大氣層里存在著從太陽里蒸發(fā)出來的許多元素的氣體，太陽光穿過它們的時候跟這些元素的特征譜線相同的光都被這些氣體吸收掉了．答案A9．根據(jù)玻爾理論，在氫原子中，量子數(shù)n越大，則()A．電子軌道半徑越小 B．核外電子運(yùn)動速度越大C．原子能量越大 D．電勢能越小解析由rn＝n2r1可知A錯．氫原子在n能級的能量En與基態(tài)能量E1的關(guān)系為En＝eq\f(E1,n2).因?yàn)槟芰縀為負(fù)值，所以n越大，則En越大，所以C正確．核外電子繞核運(yùn)動所需的向心力由庫侖力提供keq\f(e2,req\o\al(2,n))＝eq\f(mveq\o\al(2,n),rn).可知rn越大，速度越小，則B錯．由E＝Ek＋Ep可知D錯．答案C10．光子能量為ε的一束光照射容器中的氫(設(shè)氫原子處于n＝3的能級)，氫原子吸收光子后，能發(fā)出頻率為ν1，ν2，…，ν6的六種光譜線，且ν1＜ν2＜…＜ν6，則ε等于()A．hν1 B．hν6C．h(ν5－ν1) D．h(ν1＋ν2＋…＋ν6)解析對于量子數(shù)n＝3的一群氫原子，當(dāng)它們向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷時，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為eq\f(n（n－1）,2)＝3，由此可判定氫原子吸收光子后的能量的能級是n＝4，且從n＝4到n＝3放出的光子能量最小，頻率最低即為ν1，因此，處于n＝3能級的氫原子吸收頻率為ν1的光子(能量ε＝hν1)，從n＝3能級躍遷到n＝4能級后，方可發(fā)出6種頻率的光譜線，選項(xiàng)A正確．答案A11.可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)．如圖所示，氫原子從第4能級躍遷到低能級的過程中，根據(jù)氫原子能級圖可判斷()A．從第4能級躍遷到第3能級將釋放出紫外線B．從第4能級躍遷到第3能級放出的光子，比從第4能級直接躍遷到第2能級放出的光子頻率更高C．從第4能級躍遷到第3能級放出的光子，比從第4能級直接躍遷到第1能級放出的光子波長更長D．氫原子從第4能級躍遷到第3能級時，原子要吸收一定頻率的光子，原子的能量增加解析從n＝4能級躍遷到n＝3能級時輻射的光子能量ΔE43＝－0.85－(－1.51)＝0.66(eV)，不在可見光光子能量范圍之內(nèi)，屬于紅外線，故A錯誤；從n＝4能級躍遷到n＝2能級時輻射的光子能量ΔE42＝－0.85－(－3.40)＝2.55(eV)＞ΔE43，光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)，所以ν43＜ν42，故B錯誤；從n＝4能級躍遷到n＝1能級時輻射的光子能量ΔE41＝－0.85－(－13.60)＝12.75(eV)＞ΔE43，光子的波長λ＝eq\f(hc,ΔE)，所以λ43＞λ41，故C正確；從第4能級躍遷到第3能級時，原子要輻射一定頻率的光子，原子的能量減少，故D錯誤．答案C12．圖1所示為氫原子能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時能輻射出多種不同頻率的光，其中用從n＝4能級向n＝2能級躍遷時輻射的光照射圖2所示光電管的陰極K時，電路中有光電流產(chǎn)生，則()A．若將滑片右移，電路中光電流增大B．若將電源反接，電路中可能有光電流產(chǎn)生C．若陰極K的逸出功為1.05eV，則逸出的光電子最大初動能為2.4×10－19JD．大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時輻射的光中只有4種光子能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)解析將滑片右移，光電管兩端的電壓增大，但之前光電流是否達(dá)到飽和并不清楚，因此光電管兩端的電壓增大，光電流不一定增大，A錯誤；將電源極性反接，所加電壓阻礙光電子向陽極運(yùn)動，但若eU<Ekm，仍會有一定數(shù)量的光電子可到達(dá)陽極而形成光電流，B正確；若陰極K的逸出功為1.05eV，由光電效應(yīng)方程知，逸出的光電子最大初動能為Ekm＝hν－W逸出＝－0.85eV－(－3.40eV)－1.05eV＝1.5eV＝2.4×10－19J，C正確；由于陰極K的逸出功未知，能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)的光子種數(shù)無法確定，D錯誤.故選：BC.答案BC二、非選擇題(每題10分，共40分)13．德布羅意認(rèn)為，任何一個運(yùn)動著的物體，都有一種波與它對應(yīng)，波長是λ＝eq\f(h,p)，式中p是運(yùn)動物體的動量，h是普朗克常量.已知某種紫光的波長是440nm，若將電子加速，使它的德布羅意波波長是這種紫光波長的10－4倍.(1)求電子的動量大小；(2)試推導(dǎo)加速電壓跟德布羅意波波長的關(guān)系.解析根據(jù)德布羅意波波長公式與動量表達(dá)式，即可求解；根據(jù)動能定理，即可求解.(1)根據(jù)德布羅意波波長公式：λ＝eq\f(h,p)，電子的動量為：p＝eq\f(h,λ)，代入數(shù)據(jù)解得：p＝1.5×10－23kg·m/s.(2)根據(jù)動能定理：eU＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，又因：p＝eq\f(h,λ)，聯(lián)立以上解得：U＝eq\f(h2,2emλ2).答案(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U＝eq\f(h2,2emλ2)14．如圖所示裝置，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬制成．若閉合開關(guān)S，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極，調(diào)整兩個極板電壓，使電流表示數(shù)最大為0.64μA，求：(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能；(2)如果將照射陰極的綠光的光強(qiáng)增大為原來的2倍，求每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時的最大初動能．解析(1)陰極每秒鐘發(fā)射的光電子個數(shù)：n＝eq\f(Imt,e)＝eq\f(0.64×10－6×1,1.6×10－19)個＝4.0×1012個．根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動能應(yīng)為：Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0).代入數(shù)據(jù)可得：Ek＝9.6×10－20J.(2)如果照射光的頻率不變，光強(qiáng)加倍，則每秒鐘發(fā)射的光電子數(shù)也加倍，飽和光電流也增大為原來的2倍．根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律可得陰極每秒鐘發(fā)射的光電子個數(shù)為n′＝2n＝8.0×1012個．光子子的最大初動能仍然為：Ek＝hν－W0＝9.6×10－20J.答案(1)4.0×1012個9.6×10－20J(2)8.0×1012個9.6×10－20J15．原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而能發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是完全非彈性碰撞)．一個具有13.6eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰．(1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級躍遷(氫原子能級如圖所示)?(2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離，則氫原子的初動能至少為多少？解析(1)設(shè)運(yùn)動氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被基態(tài)原子吸收．若ΔE＝10.2eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2.由動量守恒和能量守恒有：mv0＝mv，①eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mv2＋eq\f(1,2)mv2＋ΔE，②eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝Ek，③Ek＝13.6eV.④解①②③④得，ΔE＝eq\f(1,2)·eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝6.8eV.因?yàn)棣＝6.8eV＜10.2eV，所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷．(2)若使基態(tài)氫原子電離，則ΔE＝13.6eV，代入①②③得Ek＝27.2eV.答案(1)不能(2)27.2eV16．已知?dú)湓犹幱诨鶓B(tài)時，原子的能量E1＝－13.6eV，電子軌道半徑r1＝0.53×10－10m；氫原子處于n＝2能級時，原子的能量E2＝－3.4eV，此時電子軌道半徑r2＝4r1，元電荷e＝1.6×10－19C，靜電力常量k＝9.0×109N·m2·C－2.(1)氫原子處于基態(tài)時，電子的動能是多少？原子系統(tǒng)的電勢能是多少？(2)氫原子處于n＝2能級時，電子的動能是多少？原子系統(tǒng)的電勢能又是多少？(3)你能否根據(jù)計(jì)算結(jié)果猜想處于n能