高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》测试(含答案解析)

1．(0分)[ID：1301]图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用、、光照射光电管得到的图线，、表示遏止电压，下列说法正确的是（　　）

A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加

B．光的频率小于光的频率

C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关

D．光照射光电管发出光电子的初动能一定小于光照射光电管发出光电子的初动能

2．(0分)[ID：130635]如图所示，圆心为O的半圆形某透明玻璃砖置于水平桌面上，一束复色光从P点入射玻璃砖（法线如图虚线所示），在玻璃砖中分为两束单色光a、b，其中a光与法线夹角为，且在A处恰好发生全反射，b光入射到B点。则下列说法正确的是（　　）

A．a光的光子能量小于b光的光子能量

B．玻璃砖对b光的折射率大于

C．a光从P到A的传播时间小于b光从P到B的传播时间

D．a光从P到A的传播时间等于b光从P到B的传播时间

3．(0分)[ID：130623]如图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁，到n=2的能级时的辐射光，则谱线b是氢原子

A．从n=3的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光

B．从n=5的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光

C．从n=4的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光

D．从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光

4．(0分)[ID：130615]下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法不正确的是（　　）

A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是任意的

B．光电效应实验说明了光具有粒子性

C．电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性

D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子的质量绝大部分集中在很小空间

5．(0分)[ID：130609]如图是氢原子能级示意图的一部分则（  ） 

A．电子在各能级出现的概率是一样的

B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时最多发出 3 种频率的光

C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，一定能使它电离

D．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=1 的轨道跃迁时放出的光子

6．(0分)[ID：130608]下列说法正确的是（  ）

A．布朗运动证明了花粉分子的无规则热运动

B．光电效应彻底否定了光的波动说，证明了光具有粒子性

C．α粒子的散射实验说明了原子核很小且质量很大

D．温度升高物体内分子的动能一定增大

7．(0分)[ID：130598]关于光电效应，以下说法正确的是（　　）

A．光电效应证明了光的波动性

B．金属的极限频率与照射光的强弱及频率无关

C．同种金属分别用不同频率的光照射，遏止电压相同

D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

8．(0分)[ID：130597]有关卢瑟福粒子散射实验的说法，以下正确的是（　　）

A．粒子散射实验说明原子核具有复杂结构

B．在粒子散射实验中观察到大多数粒子发生了较大幅度的偏转

C．通过粒子散射实验，可以得出正电荷均匀分布在整个原子中

D．通过粒子散射实验，可以估算出原子核的大小

9．(0分)[ID：130582]如图所示，是波尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n=4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法正确的是（　　）

A．所辐射的光子的频率最多有6种

B．由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最小

C．从高能级向低能级跃迁时电子的动能减小、原子的势能增加、原子的总能量减小

D．金属钾的逸出功为2.21eV，能使金属钾发生光电效应的光谱线有2条

10．(0分)[ID：130572]如图a为氢原子的能级图，大量处于n=2激发态的氢原子吸收一定频率的光子后跃迁到较高的能级，之后再向低能级跃迁时辐射出10种不同频率的光子。当用这些辐射出的光子去照射如图b所示光电管阴极K时，光电管发生了光电效应，改变电源的正负极并调节滑动变阻器滑片，发现遏止电压最大值为8V。则（　　）

A．该光电管阴极K的逸出功为7.06eV

B．吸收的光子能量为2.86eV

C．跃迁过程中辐射出的光子能量是连续的

D．辐射出来的10种光子中只有3种能使该光电管发生光电效应

11．(0分)[ID：1305]用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.8V时，电流表读数为0，则（　　）

A．电键K断开后，没有电流流过电流表G

B．所有光电子的初动能为0.8eV

C．光电管阴极的逸出功为2.20V

D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小

12．(0分)[ID：130559]一平行板电容器的电容为C，A极板材料发生光电效应的极限波长为，整个装置处于真空中，如图所示。现用一波长为（＜）的单色光持续照射电容器的A极板，B极板接地。若产生的光电子均不会飞出两极板间，则下列说法正确的是（　　）（已知真空中的光速为c，普朗克常量为h，光电子的电量为e）

A．光电子的最大初动能为

B．光电子的最大初动能为

C．平行板电容器可带的电荷量最多为

D．平行板电容器可带的电荷量最多为

二、填空题

13．(0分)[ID：130752]人类对原子结构的认识，涉及许多实验的探究及众多科学家的创造性思想。

（1）17年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是______（填“电磁波”或“电子”），进而认为原子是一个球体提出原子“西瓜模型”或“______模型”；

（2）1909年，卢瑟福与他的学生进行了粒子散射实验（图乙），提出了原子核式结构模型。下列对此实验与模型的说法，正确的是______；（多选）

A．粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的

B．绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为电子的质量太小

C．极少数粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力

D．粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上

（3）1913年，玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了自己的原子结构假设，即______量子化、定态和跃迁等概念，并成功地解释了图丙中______（填“氢原子”、“氦原子”或“汞原子”）光谱的分立特征的实验规律。

14．(0分)[ID：130740]光电效应实验中，以不同频率的光入射同一金属表面，并测量与各频率ν对应的遏止电压Uc，所得结果如图所示。若图线斜率为k，电子电荷量为e，则普朗克常量h=________（用上述字母表示）。若用频率为3×1014Hz很强的入射光照射到该金属表面________（选填“能”或“不能”）产生光电效应。

15．(0分)[ID：130739]如图所示是对光电效应产生的光电子进行比荷测定的简要原理图，两块平行金属板相距很近，板间距为 d，放在真空中，其中 N 为锌板，受紫外线照射后将激发出沿不同方向的光电子，光电子打在 M 板上形成电流，引起微安表指针偏转，若将变阻器 R的滑动触头向上移动，则伏特表读数将变_____，（填“变大”， “变小”或“不变”）灵敏电流表的读数将变_________，（填“变大”， “变小”或“不变”）当电压表读数为 U 时，电流恰好为零；如果断开开关，而在 MN 之间加一垂直纸面磁感应强度为 B 的匀强磁场，也能使光电流恰好为零，那么光电子的比荷为：_____。

16．(0分)[ID：130735]某激光器能发射波长为λ的激光。设发射功率为P，用c表示真空中的光速，h表示普朗克常量，则激光器每秒钟发射的光子数为_____。

17．(0分)[ID：130731]氢原子能级图如图所示，巴尔末线系是氢原子从n≥3的各个能级跃迁至n=2能级时辐射光的谱线，则巴尔末线系中波长最长的谱线对应光子的能量为____ eV；氢原子从n=4能级跃迁至n=2能级时。辐射光照射金属钾为阴极的光电管，钾的逸出功为2.25eV，则遏止电压Uc= ____V。

18．(0分)[ID：130727]某同学设计了一个烟雾探测器，如图所示，S为光源，当有烟雾进入探测器时，S发出的光被烟雾散射进入光电管C.光射到光电管中的钠表面产生光电子，当光电流大于或等于I时，探测器触发报警系统报警．真空中光速为c，钠的极限频率为。要使该探测器正常工作，光源S发出的光波长应小于________。若入射光子中能激发出光电子的光子数占比为η，电子的电荷量为e，报警时，t时间向光电管钠表面的光子数至少是________个。

19．(0分)[ID：130724]如图，一群处于n＝5能级的氢原子在向n＝1的能级跃迁的过程中，放出____种频率不同的光子；放出的光子的最小能量为 ____eV.

20．(0分)[ID：130675]利用①白炽灯②蜡烛③霓虹灯④在酒精火焰中烧钠或钾的盐所产生的光谱中，能产生连续光谱的有______，能产生明线光谱的有______．

三、解答题

21．(0分)[ID：130823]已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于n=4能级状态，则： 

问题探究：

(1)氢原子可能辐射几种频率的光子？

(2)其中有几种频率的辐射光子能使金属钙发生光电效应？

22．(0分)[ID：130822]科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m。

(1)求飞船加速度的表达式（光子动量p=）；

(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？

23．(0分)[ID：130818]估算运动员跑步时的德布罗意波长，为什么我们观察不到运动员的波动性？

24．(0分)[ID：130791]研究最大尺度的宇宙学理论与研究微观世界的粒子物理、量子理论有密切联系，它们相互沟通、相互支撑。

（1）根据量子理论，光子既有能量也有动量，光子的动量，其中h为普朗克常量，λ为光的波长。太阳光照射到地球表面时，如同大量气体分子频繁碰撞器壁一样，会产生持续均匀的“光压力”。现将问题简化，假设太阳光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到达地球的每一个光子的平均能量为E=4×10-19J，每秒钟照射到地球的光子数为N=4.5×1035，已知真空中光速c=3×108m/s。求太阳光对地球的“光压力”；（结果保留一位有效数字）

（2）目前地球上消耗的能量，追根溯源，绝大部分还是来自太阳内部核聚变时释放的核能，在长期演化过程中，太阳内部的核反应过程非常复杂，我们将其简化为氢转变为氦。已知太阳的质量为M0=2×1030kg，其中氢约占70%，太阳辐射的总功率为P0=4×1026W，氢转变为氦的过程中质量亏损约为1%，1年=3.15×107s。求现有氢中的10%发生聚变需要多少年？（结果保留一位有效数字）

25．(0分)[ID：130790]已知金属铯的极限波长为0.66μm，用波长为0.05μm的光照射铯金属表面，发射光电子的最大初动能为多少？铯金属的逸出功为多少？（h=6.63×10Js）

26．(0分)[ID：130780]如图所示电路可研究光电效应的规律。图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极。理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压。现接通电源，用光子能量为9.5eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为5.0V；现保持滑片P位置不变，求：

(1)光电管阴极材料的逸出功；

(2)若改用光子能量为12.5eV的光照射阴极K，则到达阳极A时光电子的动能的最大值。

【参】

2016-2017年度第*次考试试卷  参

**科目模拟测试

一、选择题

1．B

2．D

3．D

4．A

5．B

6．C

7．B

8．D

9．A

10．B

11．C

12．C

二、填空题

13．电子枣糕CD轨道氢原子

14．ek不能

15．变大减小

16．

17．03

18．

19．031

20．①和②③和④

三、解答题

21．

22．

23．

24．

25．

26．

2016-2017年度第*次考试试卷  参考解析

【参考解析】

**科目模拟测试

一、选择题

1．B

解析：B

A．随着所加电压的增大，电流增大，当达到饱和电流后，再增加电压电流也不会增加，A错误；

B．光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，根据

入射光的频率越高，对应的遏止电压越大．光、光的遏止电压相等，所以光、光的频率相等，而光的遏止电压大，则频率大，B正确；

C．根据光电效应方程可知

光电子的能量，即初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，C错误；

D．根据光电效应方程可知

光的频率小于光的频率，光照射光电管发出光电子的最大初动能一定小于光照射光电管发出光电子的最大初动能，光电子飞出金属表面时，会受到干扰损失动能，所以光照射光电管发出光电子的初动能不一定小于光照射光电管发出光电子的初动能，D错误。

故选B。

2．D

解析：D

A．由图可知，a光的折射率更大，所以a光的频率更大，即a光的光子能量大于b光的光子能量，A错误；

B．由下图可知，a光的临界角为 ，由几何关系可得 

设复色光的入射角为i，由折射率关系及折射定律得

B错误；

CD．设半圆形某透明玻璃的半径为R，则有

光线在玻璃里运动的时间为

所以传播时间相等，C错误，D正确。

故选D。

3．D

解析：D

谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光，波长大于谱线b，所以a光的光子频率小于b光的光子频率；所以b光的光子能量大于n=4和n=2间的能级差．n=3跃迁到n=2，n=4跃迁到n=3，n=5跃迁到n=3的能级差小于n=4和n=2的能级差；只有n=5和n=2间的能级差大于n=4和n=2间的能级差．故选D．

【点睛】

解决本题的关键知道能级差与光子频率的关系，以及知道光子频率大小与波长大小的关系．

4．A

解析：A

A．原子中的电子绕原子核高速运转时，运行轨道的半径是量子化的，只能是某些特定值，A错误；

B．光电效应实验说明了光具有粒子性，B正确；

C．衍射是波的特性，电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性，C正确；

D．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子的质量和正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，D正确。

本题选错误的，故选A。

5．B

解析：B

A．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A错误；

B．一个氢原子从 n=4 的能级向低能级逐级跃迁时光子数最多，从n=4到n=3、n=3到n=2、n=2到n=1，共3种，故B正确。

C．一个动能是 13.6eV 的原子撞击处于基态的氢原子，动能如果不能被全部吸收，那么就不能使它电离，故C错误。

D．根据

得

可知，光子波长越长，对应的能量越低，可见一个氢原子从 n=4 的能级向低能级跃迁时，能辐射出的光子中，波长最长的是从 n=4 到 n=3 的轨道跃迁时放出的光子，故D错误。

故选B。

6．C

解析：C

A．布朗运动是花粉颗粒被液体分子的不平衡的撞击造成的，证明了液体分子的无规则热运动，故A错误。

B．光电效应证明了光具有粒子性，但没有否定光波动说，故B错误。

C．由α粒子的散射实验结果可以看出，绝大部分α粒子的运动方向没有发生改变，极少数α粒子反弹回来，说明了原子核很小且质量很大，故C正确。

D．温度升高物体内大部分分子的动能增大，极少数分子动能可能减小，平均动能增大，故D错误。

故选C。

7．B

解析：B

A．光电效应证明了光的粒子性，故A错误；

B．金属的极限频率

所以极限频率由金属本身决定，与照射光的强弱及频率无关，故B正确；

C．用不同频率的光照射时，由光电效应方程

可知得到光电子的动能不同，由

可知动能不同，截止电压不同，故C错误；

D．由光电效应方程

可知最大初动能与入射光的频率成一次函数关系而非正比关系，故D错误。

故选B。

8．D

解析：D

A．粒子散射实验说明原子具有核式结构模型，天然放射性现象说明原子核具有复杂结构，故A错误；

B．在粒子散射实验中观察到少数粒子发生了较大幅度的偏转，大多数粒子运动方向基本不变，故B错误；

C．通过粒子散射实验，可以得出正电荷集中分布在原子核中，故C错误；

D．通过粒子散射实验数据，卢瑟福估算出原子核的大小，故D正确。

故选D。

9．A

解析：A

A．一群氢原子处于n=4的激发态，所辐射的光子的频率最多有种，故A正确；

B．由n=4跃迁到n=1时放出能量最多，则发出光子的频率最大，故B错误；

C．从高能级向低能级跃迁时静电力对电子做正功，则电子的动能增大、原子的势能减小、原子的总能量减小，故C错误；

D．根据，则有

，，，

金属钾的逸出功为2.21eV，所以能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条，故D错误。

故选A。

10．B

解析：B

A．跃迁过程中所放出的光子最大能量为

由光电效应方程

可得该光电管的逸出功

故A错误；

B．从跃迁到较高能级后能辐射出10种不同频率的光子，由

故吸收的光子能量

故B正确；

C．根据玻尔理论可知跃迁过程中辐射出的光子能量是不连续的，故C错误；

D．由该光电管的逸出功

可知，辐射出的光子能使其发生光电效应的有能级5到基态，能级4到基态，能级3到基态，能级2到基态4种，故D错误。

故选B。

11．C

解析：C

A．当电键K断开后，用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时，光电管还是会由光电子逸出，光电子逸出表面时有初动能，会到达阳极与电流计和电压表形成回路，形成电流，所以A错误；

B．由图可知，光电管接的是反向电压，当电压表的示数大于或等于0.8V时，电流表读数为0，说明此时没有光电子到达阳极，即0.8V是遏止电压，由

可知，光电子的最大初动能是0.8eV，不是所有光电子的初动能都是0.8eV，所以B错误；

C．由爱因斯坦的光电效应方程，可得光电管阴极的逸出功为

所以C正确；

D．由C选项可知，阴极的逸出功为2.2eV，而要想发生光电效应，要求入射光的能量大于逸出功，所以当用能量为1.5eV的光子照射时，不会由光电子逸出，不会形成光电流，所以D错误。

故选C。

12．C

解析：C

AB．根据光电效应方程可知

选项AB错误；

CD．随着电子的不断积聚，两板电压逐渐变大，设最大电压为U，则

且

Q=CU

解得

选项C正确，D错误。

故选C。

二、填空题

13．电子枣糕CD轨道氢原子

解析：电子 枣糕    CD    轨道 氢原子

（1）[1]17年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况（图甲），断定阴极射线是高速飞行的电子流；

[2]汤姆孙认为原子是一个球体提出原子“西瓜模型”或“枣糕模型”；

（2）[3]A．粒子散射实验不能证明原子核内部存在质子，也不会证实原子核由质子和中子组成，故A错误；

B．绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，主要是因为原子内部绝大部分空间是空的，故B错误；

C．极少数粒子穿过金箔后发生大角度偏转，是因为其受到金原子核的强库仑斥力，故C正确；

D．粒子散射实验说明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上，故D正确；

故选CD。

（3）[4][5]1913年，玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了自己的原子结构假设，即轨道量子化、定态和跃迁等概念，并成功地解释了图丙中氢原子光谱的分立特征的实验规律。

14．ek不能

解析：ek 不能

由光电效应方程

和

可得

对照题给的图像，则

(2)由图像的直线与轴的交点可知，遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，该金属板对入射光的截止频率大于Hz ，所以频率为Hz很强的入射光照射到该金属板表面不能产生光电效应。

15．变大减小

解析：变大 减小 

[1]将滑动触头向上移动时，加在伏特表两端的电压升高，因此伏特表读数变大。

[2]由于电容器所加的是反向电压，当电压升高时，打到M板的电子数量减小，因此电流表读数变小。

[3]由题可知

加磁场后电子恰好打不到上极板，板间的距离等于电子运动的直径

两式联立得

16．

每个光子的能量

激光器在每秒钟内发出的能量

故激光器每秒发出的光子数为

17．03

解析：    0.3    

[1]巴尔末线系中波长最长的谱线，其对应的频率最小，即能级差最小，则氢原子从n=3能级跃迁至n=2能级时辐射光的谱线符合，对应光子的能量为

[2]氢原子从n=4能级跃迁至n=2能级时，放出光子的能量为

根据爱因斯坦光电效应方程有

代入，，解得

光电子从阴极飞出，做减速运动，当速度减为零时，根据动能定理有

解得遏止电压

18．

[1]根据c=λγ，那么光源S发出的光波最大波长

λmax=

即要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长小于

[2]光电流等于I时，t秒产生的光电子的个数

n=

t秒射向光电管钠表面的光子最少数目

N=

19．031

解析：

[1]根据，可知，放出10种频率不同的光子，从能级5跃迁到能级1放出的光子能量最大，从能级5跃迁到能级4放出的光子能量最小，即。

20．①和②③和④

解析：①和②和

[1]白炽灯是炽热物体，是连续光谱，蜡烛是化学反应燃烧发光也是连续光谱，所以题中①和②属于连续光谱；

[2]霓虹灯是稀薄气体发光，是明线光谱，在酒精火焰上烧钠或钾的盐，会使钠或钾的盐分解为钠离子或钾离子，即使钠或钾处于电离态，当它们向基态跃迁时，会放出光子形成钠或钾的特征谱线，形成明线光谱，所以题中③和④属于明线光谱。

三、解答题

21．

(1) 6种；(2) 三种

(1)根据

所以可能有6种频率的光子。

(2)辐射光子的能量只要大于2.7eV就可以发生光电效应，只有n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1这三种频率的光子可以。

22．

(1)；(2)

(1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p，设光对太阳帆的压力为F，单位时间打到太阳帆上的光子数为N，则

N=nS

由动量定理有

FΔt=NΔt·2p

所以

F=N·2p

而光子动量，所以

F=

由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为

a==

(2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射（被太阳帆吸收），光子动量变化量为p，故太阳帆上受到的光压力为

F′=

飞船的加速度

a′=

23．

，理由见解析

设运动员的质量为60kg，跑步时的速度为10m/s，则运动员跑步时的德布罗意波长为

因为实际的障碍物或小孔的尺寸远大于运动员跑步时的德布罗意波长，所以观察不到干涉和衍射等波动特性。

24．

（1）6×108N；（2）年

（1）每个光子能量 

每个光子动量

对于t时间内照射到地球表面被吸收的光子

由动量定理有

-Ft=0－NtP     

-Ft=0－Nt    

代入数据可得，太阳光照射到地球表面产生的光压力

F=6×108N 

（2）由ΔE=Δmc2可知，每1s太阳因核聚变亏损的质量

现有氢中的10%发生聚变反应而亏损的质量为

M= M0×70%×1%×10%

需要的时间

年

25．

，

金属铯的截止频率对应的波长为

铯的逸出功为

当用波长为

的光照射金属时，光电子最大初动能为

代入解得

26．

(1)4.5eV；(2)3.0eV

(1)电流计的读数恰好为零，此时电压表的示数为5.0V，可知光电子的最大初动能为5.0eV，根据

代入数据解得

(2)改用光子能量为12.5eV的光照射阴极时，从阴极溢出的光电子的最大初动能为

代入数据解得

则到达阳极时光电子的动能最大值为