安徽蚌埠市高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》复习题(含答案解析)

一、选择题
1．如图所示为氢原子能级图，大量处于基态的氢原子吸收某种频率的光子后，跃迁到
3n =能级，再从3n =回到1n =能级，则下列说法正确的是（ ）
A ．基态氢原子吸收的光子能量为1.51eV
B ．大量氢原子从3n =跃迁到1n =能级，可释放两种不同频率的光子
C ．释放的光子能量最小为1.89eV
D ．氢原子从3n =跃迁到1n =能级，氢原子的能量减小，电势能增大
2．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。

表中给出了6次实验的结果。

组
次 入射光子的能量/e V 相对光强 光电流大小/mA 逸出光电子的最大动能/eV 第一组
1
2 3 4.0 4.0 }4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9 第二组
4
5 6
6.0 6.0 6.0
弱 中 强
27 40 55
2.9 2.9 .9
A ．两组实验采用了相同频率的入射光
B ．两组实验所用的金属板材质不同
C ．若入射光子的能量为5.0eV ，逸出光电子的最大动能为2.9eV
D ．若入射光子的能量为5.0eV ，相对光强越强，光电流越大
3．大量处于4n =能级的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为1λ和2λ。

已知普朗克常量为h ，光速为c 。

则4n =能级与3n =能级的能量差为（ ）
A ．1
hc
λ
B ．2
hc
λ
C ．
1212
()hc λλλλ+
D ．
1212
()
hc λλλλ-
4．以下说法正确的是（ ）
A ．密立根用摩擦起电的实验发现了电子；
B ．密立根用摩擦起电的实验测定了元电荷的电荷量；
C ．密立根用油滴实验发现了电子；
D ．密立根用油滴实验测定了元电荷的电荷量．
5．分别用波长为λ和3
4
λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1:2，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（ ）
A ．
12hc
λ
B ．
23hc
λ
C ．3
4hc λ
D ．
45h c
λ
6．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
7．有关卢瑟福α粒子散射实验的说法，以下正确的是（ ） A ．α粒子散射实验说明原子核具有复杂结构
B ．在α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α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α粒子散射实验，可以估算出原子核的大小
8．用红光照射光电管阴极发生光电效应时，光电子的最大初动能为E k ，饱和光电流为I ，
若改用强度相同的绿光照射同一光电管，产生光电子的最大初动能和饱和光电流分别为k
E '和I '，则下列正确的是（ ）
A ．k k
E E '<，I I '< B ．k
k E E '>，I I '> C ．k
k E E '> ，I I '< D ．k k
E E '<，I I '= 9．在α粒子散射实验中，某一α粒子经过某一原子核附近时的运动轨迹如图中实线所示。

图中P 、Q 为轨迹上的点，虚线是过P 、Q 两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为五个区域。

不考虑其他原子核对该α粒子的作用，那么关于该原子核的位置，下列说法中正确的是（ ）
A ．可能在①区域
B ．一定在②区域
C ．可能在③、④区域
D ．一定在⑤区域
10．氢原子能级的示意图如图所示，大量氢原子从n =4的能级向n =2的能级跃迁时辐射出可见光a ，从n =3的能级向n =2的能级跃迁时辐射出可见光b ，则（ ）
A ．真空中，光a 的波长大于光b 的波长
B ．氢原子从n =4的能级向n =3的能级跃迁时可能会辐射出紫外线
C ．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
D ．用可见光a 照射处于n =2能级的氢原子，其一定跃迁到n =4能级 11．温度最高的恒星表面颜色呈现（ ） A ．白色
B ．红色
C ．蓝色
D ．黄色
12．如图所示是氢原子的能级图，大量处于n ＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时（ ）
A ．一共能辐射6种频率的光子
B ．能辐射出3种能量大于10.2eV 的光子
C ．能辐射出3种能量大于12.09eV 的光子
D ．能辐射出能量小于0.31eV 的光子
13．玻尔首先提出能级跃迁。

如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于3n =能级的氢原子向低能级跃迁。

下列说法正确的是（ ）
A ．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
B ．氢原子由3n =能级跃迁到1n =能级产生的光波长最长
C ．处于基态的氢原子吸收12eV 的能量可以跃迁到2n =能级
D ．处于基态的氢原子吸收14eV 的能量可以发生电离
14．用不同频率的紫外线分别照射锌和钨的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E K 随入射光频率ν变化的E K —ν图，已知锌的逸出功是3.24eV ，钨的逸出功是3.28eV ，若将两者的图线画在同一个E K —ν坐标中，用实线表示锌，虚线表示钨，则正确反映这一过程的是如图所示的（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
15．氢原子能级示意图如图所示。

氢原子由高能级向低能级跃迁时，从n ＝3能级跃迁到 n ＝2能级所放出的光子恰能使某种金属发生光电效应，则处在n ＝4能级的一大群氢原子跃迁时所放出的光子中有几种光子能使该金属发生光电效应（ ）
A．4 B．3
C．6 D．5
二、填空题
16．在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能k E与入射光的频率ν的关系如图所示，由实验图线可知该金属的逸出功为_______，若用波长为λ的光照射该金属产生光电子，则光电子的最大初动能为________.（已知普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c）
17．如图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持一定偏角。

(1)验电器带______（填“负电荷”或“正电荷”）；
(2)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角______（填“增大”“减小”或“不变”）；
(3)使验电器指针回到零，再用相同强度的黄光灯照射锌板，验电器指针无偏转。

那么，若
改用光照强度更大的红光灯照射锌板，可观察到验电器指针______（填“有”或“无”或“可能”）偏转；若改用光照强度更弱的蓝光灯照射锌板，可观察到验电器指针______（填“有”或“无”或“可能”）偏转。

18．如图甲所示为氢原子的能级图，大量处于n =4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路阴极K 上时，电路中电流随电压变化的图象如图丙，则金属的逸出功W =_____eV ；将上述各种频率的光分别照射到电路阴极K 上，共有________种频率的光能产生光电流.
19．根据所学知识完成填空：
(1)发生光电效应时，光电子的最大初动能由光的________和________决定．
(2)如图所示是测定光电效应产生的光电子荷质比的实验原理简图：两块平行板相距为d ，放在真空容器中，其中N 金属板受光线照射时发射出沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流表指针偏转．若调节R ，逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U 时，电流恰好为零；切断开关，在MN 间加上垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感强度，也能使电流为零．当磁感强度为B 时，电流恰为零．由此可得光子的荷质比
e
m
=________．（用已知量U 、B 、d 表示）
20．根据玻尔理论，某种原子处于激发态的能量与轨道量子数n 的关系为1
2
n E E n =
（E 1表示处于基态原子的能量，具体数值未知）．一群处于n =4能级的该原子，向低能级跃迁时发出几种光，其中只有两种频率的光能使极限波长为λ0的某种金属发生光电效应，这两种光中频率中较低的为ν．用频率中为ν的光照射该金属产生的光电子的最大初动能为________；该原子处于基态的原子能量E 1为________．已知普朗克常量为h ，真空中的光速为c ．
21．原子从a 能级状态跃迁到b 能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b 能级状态跃迁到c 能级状态时吸收波长为λ2的光子，已知λ1>λ2。

原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时______（填“吸收”或“辐射”）波长为______的光子。

22．某同学用如图1所示装置研究光电效应现象。

保持滑片P 的位置不变，调节滑片P '，
使电压表的示数为零。

(1)用频率为ν（大于阴极K 金属的极限频率）的可见光照射到光电管阴极K 上，此时电流表中____________（填“有”或“没有”）电流通过。

(2)多次调节滑片P '，测得多组电压表和对应的电流表的示数U 、I ，作出I U -图像如图2所示，由图像2可知光电子的最大初动能为______________eV 。

(3)改变照射光的频率，使照射光的频率增加了142.410Hz ⨯，再次实验，作出的I U -图像如图3所示，已知电子的电量为191.610C -⨯，由此求得普朗克常量
h =____________J s ⋅（结果保留2位有效数字）。

23．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______．
24．汤姆孙的“葡萄干蛋糕模型”认为：原子是一个球体，其正电物质
______________________________，而电子则______________________________，整个原子是中性的。

25．如图所示，图甲、图乙是物理史上两个著名实验的示意图，通过这两个实验人们又对光的本性有了比较全面的认识：
(1)图甲是英国物理学家托马斯·杨做的_________实验的示意图，该实验是光的波动说的有力证据。

(2)图乙是光电效应实验的示意图，该实验是光的_________说的有力证据。

26．如图所示，一光电管的阴极K 用极限波长为λ0的金属制成．用波长为λ的紫外线照射阴极K ，加在光电管阳极A 和阴极K 之间的电压为U ，电子电荷量为e ，普朗克常量为h ，光速为c ，光电子到达阳极时的最大动能为____；若将此入射光的强度增大，则光电子的最大初动能____（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
三、解答题
27．下表给出了一些金属材料的逸出功。

已知普朗克常量346.610J s h -=⨯⋅，光速
83.010m/s c =⨯。

现用波长为400nm 的单色光照射下述材料，能产生光电效应的材料有几种？
材料
铯 钙 镁 铍 钛 逸出功/1910J -⨯
3.0
4.3
5.9
6.2
6.6
28．按卢瑟福的原子模型，氢原子的核外电子质量为m ，电荷量为e -，做轨道半径为r 的匀速圆周运动。

求： (1)电子运动的速率和动能； (2)电子绕核转动的频率。

29．某电台发射功率为10kW ，在空气中波长为200 m 的电磁波。

（结果均保留1位有效数字）求：
(1)该电台每秒钟从天线发射多少个光子？（h =6.63×10-34 J 。

s ，取6.63×3=20）
(2)若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2.5 km 处，直径为2 m 的环状天线每秒接收的光子数和天线的接收功率？
30．已知氢原子基态的电子轨道半径为r 1=0.528×10-10m ，量子数为n 的能级值为
2
13.6
eV E n -=。

(1)求电子在基态轨道上运动的动能（结果保留3位有效数字）；
(2)有一群氢原子处于量子数3n =的激发态，这些氢原子能发出几种光谱线；
(3)计算这几种光谱线中波长最短的波长。

（静电力常量是是922910N m /C k =⨯⋅，电子电荷量191.610C e -=⨯，普朗克常量346.6310J s h -=⨯⋅，真空中光速83.010m/s c =⨯。

结果保留3位有效数字）。