2025年高考物理復(fù)習(xí)四十四：原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性（含解析）

PAGE四十四原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性(40分鐘72分)【基礎(chǔ)鞏固練】1.(6分)下列說(shuō)法正確的是 ()A.只有高溫物體才輻射電磁波B.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就可以近似為一個(gè)黑體C.黑體只是從外界吸收能量,并不向外界輻射能量D.微觀世界的某些極少數(shù)帶電微粒的能量變化可以是連續(xù)的2.(6分)(2023·南昌模擬)現(xiàn)在市場(chǎng)上常用來(lái)激光打標(biāo)的是355nm紫外納秒固體激光器,該激光器單光子能量高,能直接打斷某種材料的分子鍵,使之從材料表面脫離。據(jù)此判斷,打斷該材料分子鍵需要的能量約為(取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s) ()A.10-22JB.10-19JC.10-16J D.10-13J3.(6分)(2023·湖北選擇考)2022年10月,我國(guó)自主研發(fā)的“夸父一號(hào)”太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡可用于探測(cè)波長(zhǎng)為121.6nm的氫原子譜線(對(duì)應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級(jí)圖,可知此譜線來(lái)源于太陽(yáng)中氫原子 ()A.n=2和n=1能級(jí)之間的躍遷B.n=3和n=1能級(jí)之間的躍遷C.n=3和n=2能級(jí)之間的躍遷D.n=4和n=2能級(jí)之間的躍遷4.(6分)(2023·白山模擬)用甲、乙兩種單色光分別照射鋅板,都能發(fā)生光電效應(yīng)。已知乙光的頻率是甲光頻率的2倍,用甲光照射鋅板逸出的光電子的最大初動(dòng)能為Ek,用乙光照射鋅板逸出的光電子的最大初動(dòng)能為3Ek,則鋅板的逸出功為()A.EkB.32EkC.2EkD.525.(6分)(2023·洛陽(yáng)模擬)巴耳末系是指大量氫原子由高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光譜線。現(xiàn)有大量處于n=5能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光中巴耳末系的譜線數(shù)與全部的譜線數(shù)之比為 ()A.415 B.310 C.25 6.(6分)(2023·新課標(biāo)全國(guó)卷)銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率,銫原子鐘利用的兩能級(jí)的能量差量級(jí)為10-5eV,躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,元電荷e=1.60×10-19C) ()A.103Hz B.106HzC.109Hz D.1012Hz【綜合應(yīng)用練】7.(6分)(2023·重慶模擬)如圖所示,把驗(yàn)電器連接在一塊不帶電的鋅板上,用紫外線燈照射鋅板,驗(yàn)電器指針張開。則 ()A.驗(yàn)電器帶正電B.光電子的最大初動(dòng)能隨紫外線強(qiáng)度的增強(qiáng)而變大C.改用紅光照射鋅板,驗(yàn)電器指針一定會(huì)張開D.用其他金屬板替換鋅板,驗(yàn)電器指針一定會(huì)張開8.(6分)實(shí)驗(yàn)表明:光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時(shí),光的波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)或者不變,這種現(xiàn)象叫康普頓散射;若在散射過(guò)程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子,則該散射被稱為逆康普頓散射。下列說(shuō)法中正確的是 ()A.該過(guò)程不遵循能量守恒定律B.該過(guò)程不遵循動(dòng)量守恒定律C.散射光中存在波長(zhǎng)變長(zhǎng)的成分D.散射光中存在頻率變大的成分9.(6分)(2023·通化模擬)某探究小組在實(shí)驗(yàn)室用相同雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量甲、乙兩種單色光的波長(zhǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)甲光的相鄰亮條紋間距大,乙光的相鄰亮條紋間距小,若用這兩種光分別照射同一金屬板,且都能發(fā)生光電效應(yīng),以下說(shuō)法正確的是()A.甲種單色光對(duì)應(yīng)圖2中的曲線BB.乙種單色光光子的動(dòng)量小C.若想通過(guò)圖1裝置測(cè)得圖2中的UB和UC,需使A極接電源正極,K極接電源的負(fù)極D.若用甲乙兩種單色光,對(duì)同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn),則甲種光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象【加固訓(xùn)練】(多選)用圖甲所示的裝置研究某金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系,圖乙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的圖線。已知電子的電荷量e=1.6×10-19C,則根據(jù)圖像可得()A.普朗克常量h=5.9×10-34J·sB.普朗克常量h=6.2×10-34J·sC.該金屬的逸出功為2.5×10-19JD.該金屬的逸出功為2.5×10-17J10.(6分)(2023·揚(yáng)州模擬)根據(jù)玻爾理論,處于基態(tài)的氫原子能量為E1,電子動(dòng)能為Ek1,吸收頻率為ν的光子后躍遷到n=2的激發(fā)態(tài),此時(shí)氫原子能量為E2,電子動(dòng)能為Ek2。普朗克常量為h,則 ()A.hν=E2-E1 B.hν=Ek2-Ek1C.Ek2>Ek1 D.E2-Ek2=E1-Ek111.(6分)在研究光電效應(yīng)中,當(dāng)不同頻率的光照射某種金屬時(shí),以遏止電壓Uc為縱坐標(biāo),入射光波長(zhǎng)的倒數(shù)1λ為橫坐標(biāo),作出Uc-1λ圖像如圖所示。其橫軸截距為a,縱軸截距為-b,元電荷電量為e。則 (A.普朗克常量為beB.該金屬的截止頻率為1C.該金屬的逸出功為beD.遏止電壓Uc與入射光波長(zhǎng)的倒數(shù)1λ【情境創(chuàng)新練】12.(6分)(多選)如圖甲所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖像(直線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為4.29,與縱軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為0.5),如圖乙所示是可見光譜圖,如圖丙所示是氫原子的能級(jí)圖,已知e=1.6×10-19C,以下說(shuō)法正確的是 ()A.根據(jù)該甲圖像能求出普朗克常量h≈6.6×10-34J·sB.氫原子可能向外輻射出能量為12eV的光子C.大量處在n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷可發(fā)出1種可見光D.用n=4能級(jí)的氫原子躍遷到n=3能級(jí)時(shí)所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)解析版1.(6分)下列說(shuō)法正確的是 ()A.只有高溫物體才輻射電磁波B.如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就可以近似為一個(gè)黑體C.黑體只是從外界吸收能量,并不向外界輻射能量D.微觀世界的某些極少數(shù)帶電微粒的能量變化可以是連續(xù)的【解析】選B。所有的物體都輻射電磁波,故A錯(cuò)誤;如果在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和吸收,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就可以近似為一個(gè)黑體,故B正確;對(duì)黑體加熱時(shí),黑體也向外界輻射電磁波,即輻射能量,且向外界輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布與溫度有關(guān),故C錯(cuò)誤;微觀粒子的能量變化是不連續(xù)的,是量子化的,故D錯(cuò)誤。2.(6分)(2023·南昌模擬)現(xiàn)在市場(chǎng)上常用來(lái)激光打標(biāo)的是355nm紫外納秒固體激光器,該激光器單光子能量高,能直接打斷某種材料的分子鍵,使之從材料表面脫離。據(jù)此判斷,打斷該材料分子鍵需要的能量約為(取普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空光速c=3×108m/s) ()A.10-22JB.10-19JC.10-16J D.10-13J【解析】選B。打斷該材料分子鍵需要的能量為該激光器單光子能量,則該激光的光子能量為ε=hν=?cλ,解得ε=5.6×10-193.(6分)(2023·湖北選擇考)2022年10月,我國(guó)自主研發(fā)的“夸父一號(hào)”太陽(yáng)探測(cè)衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡可用于探測(cè)波長(zhǎng)為121.6nm的氫原子譜線(對(duì)應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級(jí)圖,可知此譜線來(lái)源于太陽(yáng)中氫原子 ()A.n=2和n=1能級(jí)之間的躍遷B.n=3和n=1能級(jí)之間的躍遷C.n=3和n=2能級(jí)之間的躍遷D.n=4和n=2能級(jí)之間的躍遷【解析】選A。由題圖可知n=2和n=1能級(jí)之間的能量差值為ΔE=E2-E1=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,與萊曼阿爾法太陽(yáng)望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到的譜線能量相等,故可知此譜線來(lái)源于太陽(yáng)中氫原子n=2和n=1能級(jí)之間的躍遷,故選A。4.(6分)(2023·白山模擬)用甲、乙兩種單色光分別照射鋅板,都能發(fā)生光電效應(yīng)。已知乙光的頻率是甲光頻率的2倍,用甲光照射鋅板逸出的光電子的最大初動(dòng)能為Ek,用乙光照射鋅板逸出的光電子的最大初動(dòng)能為3Ek,則鋅板的逸出功為()A.EkB.32EkC.2EkD.52【解析】選A。根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0,3Ek=2hν-W0,解得W0=Ek,故選A。5.(6分)(2023·洛陽(yáng)模擬)巴耳末系是指大量氫原子由高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光譜線?，F(xiàn)有大量處于n=5能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出的光中巴耳末系的譜線數(shù)與全部的譜線數(shù)之比為 ()A.415 B.310 C.25 【解析】選B。大量處于n=5能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的全部譜線數(shù)為C52=10種,屬于巴耳末系的有n=5→n=2、n=4→n=2和n=3→n=2,則巴耳末系的譜線數(shù)與全部的譜線數(shù)之比為6.(6分)(2023·新課標(biāo)全國(guó)卷)銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷發(fā)射的光子具有穩(wěn)定的頻率,銫原子鐘利用的兩能級(jí)的能量差量級(jí)為10-5eV,躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,元電荷e=1.60×10-19C) ()A.103Hz B.106HzC.109Hz D.1012Hz【解析】選C。銫原子利用的兩能級(jí)的能量差量級(jí)對(duì)應(yīng)的能量為ε=10-5eV=10-5×1.6×10-19J=1.6×10-24J由光子能量的表達(dá)式ε=hν可得,躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為ν=ε?=1.6×10-躍遷發(fā)射的光子的頻率量級(jí)為109Hz。故選C?！揪C合應(yīng)用練】7.(6分)(2023·重慶模擬)如圖所示,把驗(yàn)電器連接在一塊不帶電的鋅板上,用紫外線燈照射鋅板,驗(yàn)電器指針張開。則 ()A.驗(yàn)電器帶正電B.光電子的最大初動(dòng)能隨紫外線強(qiáng)度的增強(qiáng)而變大C.改用紅光照射鋅板,驗(yàn)電器指針一定會(huì)張開D.用其他金屬板替換鋅板,驗(yàn)電器指針一定會(huì)張開【解析】選A。用紫外線燈照射鋅板,鋅板失去電子帶正電,驗(yàn)電器與鋅板相連,驗(yàn)電器帶正電,故A正確;光電子的最大初動(dòng)能與發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)照射光線的頻率有關(guān),與光強(qiáng)無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤;紅光的頻率小于紫外線的頻率,根據(jù)光電效應(yīng)Ek=hν-W0可知若改用紅光照射鋅板,不一定發(fā)生光電效應(yīng),驗(yàn)電器指針不一定會(huì)張開,故C錯(cuò)誤;用其他金屬板替換鋅板,金屬電子的逸出功發(fā)生變化,驗(yàn)電器指針不一定會(huì)張開,故D錯(cuò)誤。8.(6分)實(shí)驗(yàn)表明:光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時(shí),光的波長(zhǎng)會(huì)變長(zhǎng)或者不變,這種現(xiàn)象叫康普頓散射;若在散射過(guò)程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子,則該散射被稱為逆康普頓散射。下列說(shuō)法中正確的是 ()A.該過(guò)程不遵循能量守恒定律B.該過(guò)程不遵循動(dòng)量守恒定律C.散射光中存在波長(zhǎng)變長(zhǎng)的成分D.散射光中存在頻率變大的成分【解析】選D?？灯疹D認(rèn)為X射線的光子與電子碰撞時(shí)要遵守能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律,可以推知,在逆康普頓散射中,同樣遵循能量守恒定律與動(dòng)量守恒定律,故A、B錯(cuò)誤;由題可知,在逆康普頓散射的過(guò)程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子,則光子的能量增大,根據(jù)公式ε=hν=?cλ9.(6分)(2023·通化模擬)某探究小組在實(shí)驗(yàn)室用相同雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量甲、乙兩種單色光的波長(zhǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)甲光的相鄰亮條紋間距大,乙光的相鄰亮條紋間距小,若用這兩種光分別照射同一金屬板,且都能發(fā)生光電效應(yīng),以下說(shuō)法正確的是()A.甲種單色光對(duì)應(yīng)圖2中的曲線BB.乙種單色光光子的動(dòng)量小C.若想通過(guò)圖1裝置測(cè)得圖2中的UB和UC,需使A極接電源正極,K極接電源的負(fù)極D.若用甲乙兩種單色光,對(duì)同一裝置做單縫衍射實(shí)驗(yàn),則甲種光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象【解析】選D。甲光干涉條紋間距大說(shuō)明甲光波長(zhǎng)較長(zhǎng),頻率較低,使同一金屬板發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),甲光對(duì)應(yīng)的最大初動(dòng)能小,所以遏止電壓小,甲光應(yīng)對(duì)應(yīng)曲線C,據(jù)p=?λ【加固訓(xùn)練】(多選)用圖甲所示的裝置研究某金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系,圖乙是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的圖線。已知電子的電荷量e=1.6×10-19C,則根據(jù)圖像可得()A.普朗克常量h=5.9×10-34J·sB.普朗克常量h=6.2×10-34J·sC.該金屬的逸出功為2.5×10-19JD.該金屬的逸出功為2.5×10-17J【解析】選A、C。由光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0,又eUc=Ekm,聯(lián)立解得Uc=?eν-W0e,則圖乙中直線的斜率為k=?e=0.48(5.5-4.2)×1014V·s≈3.69×10-15V·s,解得h=3.69×10-15×1.6×10-19J·s≈5.9×10-34J·s,A正確,B錯(cuò)誤;金屬逸出功為W0=hν-eUc,將ν=5.5×1010.(6分)(2023·揚(yáng)州模擬)根據(jù)玻爾理論,處于基態(tài)的氫原子能量為E1,電子動(dòng)能為Ek1,吸收頻率為ν的光子后躍遷到n=2的激發(fā)態(tài),此時(shí)氫原子能量為E2,電子動(dòng)能為Ek2。普朗克常量為h,則 ()A.hν=E2-E1 B.hν=Ek2-Ek1C.Ek2>Ek1 D.E2-Ek2=E1-Ek1【解析】選A。根據(jù)輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差,可知E2-E1=ΔE=hν,A正確,B錯(cuò)誤;氫原子吸收光子,氫原子的核外電子由較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)時(shí),軌道半徑增大,能量增大,根據(jù)ke2r2=mv2r可知,核外電子速度減小,動(dòng)能減小,即Ek2<Ek1,C錯(cuò)誤;由于E2-E111.(6分)在研究光電效應(yīng)中,當(dāng)不同頻率的光照射某種金屬時(shí),以遏止電壓Uc為縱坐標(biāo),入射光波長(zhǎng)的倒數(shù)1λ為橫坐標(biāo),作出Uc-1λ圖像如圖所示。其橫軸截距為a,縱軸截距為-b,元電荷電量為