《第四篇 微观和宇观世界》试卷及答案_高中物理高二第二学期_沪科版_2024-2025学年

《第四篇微观和宇观世界》试卷(答案在后面)
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、下列关于微观世界的说法正确的是：
A. 电子的质量远小于质子的质量。

B. 光子的质量和电荷均为零。

C. 中子的质量与质子的质量相等。

D. 所有的原子核都由质子和中子组成。

2、一个质子经过某电场从A点运动到B点，根据电场力做功的公式W=qU，以下说法正确的是：
A. 如果A、B两点之间的电势差U=0，则电场力对质子做功一定为0。

B. 如果质子的电量q增加，电场力对质子做功也会增加。

C. 如果电场强度E增加，电场力对质子做功也会增加。

D. 如果电场线方向改变，电场力对质子做功会改变。

3、下列关于原子结构的说法正确的是（）
A、原子核由质子和中子组成，电子在核外空间运动
B、原子的质量主要集中在原子核上，核外电子的质量可以忽略不计
C、原子核内的质子数等于电子数，所以原子对外不显电性
D、原子核由质子和中子组成，中子不带电，质子带正电
4、关于光的衍射现象，以下说法错误的是（）
A、光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会发生衍射现象
B、衍射现象只发生在光波通过小孔或障碍物的边缘时
C、衍射现象的明显程度与障碍物或小孔的尺寸有关，尺寸越小，衍射越明显
D、衍射现象是光的波动性质的表现
5、下列关于分子动理论的说法中，正确的是（）。

A、分子之间同时存在着引力和斥力；B、固体分子之间只有斥力；C、气体分子之间只有引力；D、分子的无规则运动与温度无关。

6、当一个物体在光滑水平面上受到一个持续的水平拉力时，该物体将（）。

A、保持静止；B、做匀速直线运动；C、做加速度逐渐减小的加速运动；D、做加速度逐渐增大的加速运动。

7、以下关于电子的性质描述正确的是：
A、电子的质量约为质子的质量，但电荷量为质子的负值。

B、电子的质量远小于质子和中子的质量，但电荷量与质子和中子的电荷量相等。

C、电子是自旋为1/2的基本粒子，具有波粒二象性。

D、电子的电荷量为零，能够在真空中自由运动。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、以下哪些现象可以用量子力学解释？
A、光电效应
B、黑体辐射
C、原子光谱线
D、宏观物体的运动
2、以下哪些是宇观世界的现象？
A、原子核的衰变
B、行星的运动
C、电子的波动性
D、细胞的分裂
3、关于微观粒子的行为，下列说法中正确的是（）
A、电子的波动性和粒子性表明电子可能同时是波和粒子
B、在光电效应实验中，对于任何一种金属都存在一个“红限频率”，入射光的频率低于该频率就不能产生光电效应
C、爱因斯坦提出的光电效应方程显示了光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系
D、康普顿效应表明，光子同样具有能量，它可以和电子发生弹性碰撞，并导致光子波长的变化
三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目：请根据以下情景，回答下列问题：
情景：小明发现家中的一台旧式电视机屏幕上的图像有些模糊，于是他检查了电视机的电源线和信号线都没有松动，并且电压也正常。

但他还是决定去购买了一台新电视。

问题1：请解释旧式电视机屏幕图像模糊的原因可能是哪些？
问题2：根据情景，小明为什么会选择购买新电视而不是修理旧电视？
第二题
题目：以下是一段关于原子结构的描述，请根据描述回答问题。

描述：原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电。

原子核几乎占据了原子的全部质量，而电子的质量相对较小。

在原子中，电子围绕着原子核做高速运动，电子的运动轨迹不是固定的，而是呈现出概率分布。

根据量子力学理论，电子的某些性质（如能量、动量）不能同时被精确测量。

问题：
（1）根据描述，原子核是由什么粒子构成的？这些粒子的电荷性质如何？
（2）电子在原子中的运动特点是什么？
（3）量子力学理论对电子的哪些性质不能同时被精确测量？
第三题
题目：
在微观和宇观世界中，原子的电子可以类比于行星绕太阳运动，这是由于量子力学中的一个著名理论。

请解释这个理论，并简述其预测的几个关键实验结果。

第四题
一、选择题（每小题5分，共20分）
1.以下是关于微观粒子的描述，其中正确的是：（）
A. 光子既有波动性又有粒子性
B. 电子的质量在运动中会发生变化
C. 质子的电荷量是电子电荷量的负数
D. 中子的电性和电子相同
2.以下哪种现象属于热辐射：？（）
A. 红外线遥控器控制电视
B. 水蒸气遇冷凝结成水滴
C. 恒星表面的原子释放光子
D. 金属棒被加热后颜色变红
3.以下关于röntgen射线的说法，错误的是：（）
A. röntgen射线不带电
B. röntgen射线具有很高的穿透性
C. röntgen射线是由高速运动的电子产生的
D. röntgen射线和可见光同属电磁波谱
4.第四题：已知一个氢原子中电子轨道的半径为0.529 Å（埃），求该电子在这个轨道上的动能。

第五题
题目：某原子核经过一次α衰变和一次β衰变后，其质量数和原子序数的变化情况如下表所示：
衰变前α衰变后β衰变后
质量数238234
原子序数9290
（1）根据上述表格，写出该原子核发生α衰变和β衰变后的新核符号。

（2）若该原子核发生α衰变和β衰变后，放出的α粒子和β粒子的能量分别为E α和Eβ，求Eα和Eβ的关系。

《第四篇微观和宇观世界》试卷及答案
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、下列关于微观世界的说法正确的是：
A. 电子的质量远小于质子的质量。

B. 光子的质量和电荷均为零。

C. 中子的质量与质子的质量相等。

D. 所有的原子核都由质子和中子组成。

答案：A
解析：电子的质量约为9.1×10-31千克，而质子的质量约为1.67×10-27千克，所以电子的质量远小于质子的质量。

选项B中，光子确实无静止质量，但它有电荷量为0。

选项C错误，中子和质子质量极为接近，但并不完全相等。

选项D也不正确，因为有些原子核如氢的同位素氕就只含有一个质子而没有中子。

因此，选项A是正确答案。

2、一个质子经过某电场从A点运动到B点，根据电场力做功的公式W=qU，以下说法正确的是：
A. 如果A、B两点之间的电势差U=0，则电场力对质子做功一定为0。

B. 如果质子的电量q增加，电场力对质子做功也会增加。

C. 如果电场强度E增加，电场力对质子做功也会增加。

D. 如果电场线方向改变，电场力对质子做功会改变。

答案：A
解析：根据电场力做功的公式W=qU，电场力对质子做的功与电势差U和质子的电量q有关。

选项A中，当U=0时，无论q的值如何，W都将等于0，所以选项A正确。

选项B说电量q增加，W也会增加，但如果没有给出电动势是否改变，这个结论是不确定的，因为U可能是固定的。

选项C说电场强度E增加，但并非所有电场强度增加都会导致电势差U增加。

因此，电场力做功W不一定增加。

选项D说电场线方向改变会导致做功改变，实际上只要电场线方向与电势差方向一致，电场力做功不会改变。

因此，正确答案是A。

3、下列关于原子结构的说法正确的是（）
A、原子核由质子和中子组成，电子在核外空间运动
B、原子的质量主要集中在原子核上，核外电子的质量可以忽略不计
C、原子核内的质子数等于电子数，所以原子对外不显电性
D、原子核由质子和中子组成，中子不带电，质子带正电
答案：B
解析：A选项中的说法是正确的，但不是唯一正确的选项。

B选项中提到原子的质量主要集中在原子核上，这是正确的，因为质子和中子的质量远大于电子的质量，而电子的质量可以忽略不计。

C选项中的说法是错误的，因为原子核内的质子数确实等于电子数，但这并不意味着原子对外不显电性，因为质子带正电，电子带负电，它们之间的电性相互抵消。

D选项中的说法是正确的，但是它没有涵盖到A选项的全面内容。

因此，正确答案是B。

4、关于光的衍射现象，以下说法错误的是（）
A、光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会发生衍射现象
B、衍射现象只发生在光波通过小孔或障碍物的边缘时
C、衍射现象的明显程度与障碍物或小孔的尺寸有关，尺寸越小，衍射越明显
D、衍射现象是光的波动性质的表现
答案：B
解析：A选项正确，光的衍射现象确实会在光波遇到障碍物或小孔时发生。

C选项也正确，衍射现象的明显程度确实与障碍物或小孔的尺寸有关，尺寸越小，衍射越明显。

D选项正确，衍射现象是光的波动性质的表现。

B选项错误，因为衍射现象不仅发生在光波通过小孔或障碍物的边缘时，也可以在光波绕过障碍物时发生。

因此，正确答案是B。

5、下列关于分子动理论的说法中，正确的是（）。

A、分子之间同时存在着引力和斥力；B、固体分子之间只有斥力；C、气体分子之间只有引力；D、分子的无规则运动与温度无关。

答案：A
解析：分子之间同时存在着引力和斥力，且随分子间距离的不同，这两种力的大小会发生变化。

在分子间距离较小时，斥力占主导；在分子间距离较大时，引力占主导。

固体、液体和气体分子之间的相互作用力都同时存在引力和斥力，因此选项A是正确的。

6、当一个物体在光滑水平面上受到一个持续的水平拉力时，该物体将（）。

A、保持静止；B、做匀速直线运动；C、做加速度逐渐减小的加速运动；D、做加速度逐渐增大的加速运动。

答案：B
解析：如果一个物体在光滑水平面上受到一个持续的水平拉力作用，依据牛顿第二定律F=ma，物体会产生加速度，做加速运动。

但由于题目中明确说明是“光滑水平面”，即无摩擦作用，因此物体的速度将保持不变，只做匀速直线运动，故选项B是正确答案。

7、以下关于电子的性质描述正确的是：
A、电子的质量约为质子的质量，但电荷量为质子的负值。

B、电子的质量远小于质子和中子的质量，但电荷量与质子和中子的电荷量相等。

C、电子是自旋为1/2的基本粒子，具有波粒二象性。

D、电子的电荷量为零，能够在真空中自由运动。

答案：C
解析：电子是一种基本粒子，具有自旋为1/2的特性，同时具有波粒二象性，即既有粒子的性质也有波的性质。

电子的质量约为质子和中子的1/1836，电荷量为质子的负值。

选项A描述电子的质量与质子相近是不准确的；选项B描述电子的电荷量与质子和中子的电荷量相等也是不正确的；选项D中的电子电荷量为零是错误的。

因此，正确答案是C。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、以下哪些现象可以用量子力学解释？
A、光电效应
B、黑体辐射
C、原子光谱线
D、宏观物体的运动
答案：A、B、C
解析：量子力学主要研究微观粒子的行为，以下现象都可以用量子力学解释：
A、光电效应：当光照射到金属表面时，会引发电子从金属表面逸出的现象，这是量子力学的经典验证实验。

B、黑体辐射：黑体辐射的能量分布无法用经典物理学解释，而量子理论提出了能量量子化的概念，成功解释了黑体辐射。

C、原子光谱线：原子的光谱线是由原子内部电子能级跃迁产生的，这些跃迁遵循量子力学的规则。

D、宏观物体的运动：宏观物体的运动通常用经典力学来解释，不涉及量子力学。

因此，选项D不正确。

2、以下哪些是宇观世界的现象？
A、原子核的衰变
B、行星的运动
C、电子的波动性
D、细胞的分裂
答案：B、D
解析：宇观世界指的是宏观尺度上的物理现象，以下属于宇观世界的现象：
B、行星的运动：行星围绕太阳的轨道运动是宏观尺度上的现象，属于宇观世界的范畴。

D、细胞的分裂：细胞的分裂过程涉及到大量的分子和细胞器的相互作用，是宏观尺度上的生物学现象。

A、原子核的衰变和C、电子的波动性都是微观世界的现象，因为它们涉及的是原子或亚原子尺度上的粒子行为。

3、关于微观粒子的行为，下列说法中正确的是（）
A、电子的波动性和粒子性表明电子可能同时是波和粒子
B、在光电效应实验中，对于任何一种金属都存在一个“红限频率”，入射光的频率低于该频率就不能产生光电效应
C、爱因斯坦提出的光电效应方程显示了光电子的最大初动能与入射光的频率成线
性关系
D、康普顿效应表明，光子同样具有能量，它可以和电子发生弹性碰撞，并导致光子波长的变化
答案：A、B、C、D
解析：
A、选项A正确。

电子的波动性和粒子性是量子力学中的一个基本概念，表明电子既可以表现为波形式也表现为粒子形式。

B、选项B正确。

光电效应实验中，确实存在一个特定频率的光对于某种金属能产生光电效应，这个频率称为“红限频率”。

频率低于红限频率的光无法使这种金属发生光电效应。

C、选项C正确。

根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系。

D、选项D正确。

康普顿效应表明，当光与电子发生弹性碰撞时，入射光子的波长会发生变化，这表明光子携带着能量和动量，即光子也有粒子性。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目：请根据以下情景，回答下列问题：
情景：小明发现家中的一台旧式电视机屏幕上的图像有些模糊，于是他检查了电视机的电源线和信号线都没有松动，并且电压也正常。

但他还是决定去购买了一台新电视。

问题1：请解释旧式电视机屏幕图像模糊的原因可能是哪些？
问题2：根据情景，小明为什么会选择购买新电视而不是修理旧电视？
问题1：旧式电视机屏幕图像模糊的原因可能包括以下几个方面：
1.电视机内部电路老化，信号处理能力下降，导致显示效果变差；
2.电视机的显像管组件（如荧光屏等）老化或者损坏，使得显示效果不清晰；
3.电视机接收到的信号质量下降，例如室外天线老化，或者信号接收不良；
4.电视机连接的电源线、信号线等存在接触不良，导致图像信号传输不稳定；
5.电视机长时间未进行除尘护理，灰尘积累异物遮挡导致图像模糊。

问题2：小明选择购买新电视而不是修理旧电视的原因可能有以下几点：
1.旧电视机的使用寿命已经较长，内部组件老化较为严重，维修成本相对较高；
2.旧电视机可能无法满足小明现在对画质的需求，比如屏幕解析度、响应速度等方面；
3.修理旧电视机可能无法完全解决图像模糊的问题，购买新电视可以获得更好的视觉效果；
4.新电视具有更多功能和更高的性价比，满足小明的生活需求和审美需求；
5.部分旧电视机类型可能已经停产，维修零部件难以获取，使得修理成本高昂。

解析：
问题1：根据电视机的构造和成像原理，我们可以从信号传输、电路部分、显像管组件、天线等方面分析可能导致图像模糊的原因。

在解答时，注意逐一分析每个可能的原因，并结合实际情景进行推理。

问题2：在解答此题时，我们可以从小明的角度出发，考虑经济、实用、美观等因素。

通过分析新旧电视机的优缺点，得出小明选择购买新电视而不是修理旧电视的原因。

在解答时，注意条理清晰，观点明确。

题目：以下是一段关于原子结构的描述，请根据描述回答问题。

描述：原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电。

原子核几乎占据了原子的全部质量，而电子的质量相对较小。

在原子中，电子围绕着原子核做高速运动，电子的运动轨迹不是固定的，而是呈现出概率分布。

根据量子力学理论，电子的某些性质（如能量、动量）不能同时被精确测量。

问题：
（1）根据描述，原子核是由什么粒子构成的？这些粒子的电荷性质如何？
（2）电子在原子中的运动特点是什么？
（3）量子力学理论对电子的哪些性质不能同时被精确测量？
答案：
（1）原子核是由质子和中子构成的。

质子带正电，中子不带电。

（2）电子在原子中的运动特点是围绕原子核做高速运动，其轨迹不是固定的，而是呈现出概率分布。

（3）量子力学理论对电子的能量、动量等某些性质不能同时被精确测量。

解析：
（1）题目中明确指出原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电，因此可以直接得出答案。

（2）题目描述了电子的运动轨迹不是固定的，而是概率分布，这符合量子力学对电子运动的描述。

（3）量子力学的基本原理之一是海森堡不确定性原理，它指出粒子的某些物理量（如位置和动量）不能同时被精确测量，因此电子的能量、动量等性质也不能同时被精
确测量。

第三题
题目：
在微观和宇观世界中，原子的电子可以类比于行星绕太阳运动，这是由于量子力学中的一个著名理论。

请解释这个理论，并简述其预测的几个关键实验结果。

答案：
这个理论是玻尔模型（Bohr model），它由尼尔斯·玻尔在1913年提出，是量子力学发展早期的一个重要模型，用来解释氢原子的光谱现象。

理论解释：
1.轨道量子化：玻尔模型假设电子在原子中只能绕核在一系列固定的轨道上运动，这些轨道是量子化的，即轨道半径、角动量和能量都是量子化的。

2.轨道半径公式：(r n=n2⋅a0), 其中(n)是主量子数，(a0)是玻尔半径。

3.能级公式：(E n=13.6
n2
)eV, 其中(n)是主量子数。

预测的关键实验结果：
1.光谱线的频率公式：根据玻尔模型，电子从一个能级跃迁到另一个能级时会释放或吸收特定频率的光子。

跃迁产生的光子频率（或能量差）为：
[ΔE=E final−E initial=10.2(1
n12−
1
n22
)]
其中，(n1)和(n2)分别是两个能级的主量子数。

2.氢原子的光谱：玻尔模型预言了氢原子光谱中的巴耳末系，其中可见光部分可以通过巴耳末公式计算：
[1
λ
=R H(
1
22
−
1
n2
)]
其中(λ)是波长，(R H≈1.097×107 m−1)是里德伯常量。

解析：
玻尔模型通过引入量子化规则成功地预测了氢原子光谱的频率分布，这一成果极大地推动了量子力学的发展。

虽然玻尔模型在解释更复杂的多电子原子时有所不足，但它阐明了物理学上的量子化概念以及电子轨道和能级的概念。

这些理论不仅在早期量子力学的发展中占有重要地位，还为后续更完善且普适的量子力学理论奠定了坚实的基础。

通过这个题目，可以考察考生对玻尔模型的基本理解和应用能力，能够准确描述量子化和能级的概念，同时还能利用公式进行简单的计算，体现了对理论知识的掌握程度。

第四题
一、选择题（每小题5分，共20分）
1.以下是关于微观粒子的描述，其中正确的是：（）
A. 光子既有波动性又有粒子性
B. 电子的质量在运动中会发生变化
C. 质子的电荷量是电子电荷量的负数
D. 中子的电性和电子相同
答案：A
解析：光子在量子力学中展现出了波粒二象性，因此既有波动性又有粒子性。

电子的质量在运动中可能会发生相对变化，但这里不是最佳选项。

质子的电荷量是正的，而电子的电荷量是负的，所以选项C错误。

中子的电性是中性的，没有电荷，所以选项D 错误。

2.以下哪种现象属于热辐射：？（）
A. 红外线遥控器控制电视
B. 水蒸气遇冷凝结成水滴
C. 恒星表面的原子释放光子
D. 金属棒被加热后颜色变红
答案：C
解析：热辐射是指物体由于温度而发射电磁波的现象。

恒星表面的原子由于高温而释放光子，这是热辐射的一个典型例子。

因此，选项C是正确的。

3.以下关于röntgen射线的说法，错误的是：（）
A. röntgen射线不带电
B. röntgen射线具有很高的穿透性
C. röntgen射线是由高速运动的电子产生的
D. röntgen射线和可见光同属电磁波谱
答案：C
解析：röntgen射线，也称为X射线，确实不带电，具有很高的穿透性，并且属于电磁波谱中的一种。

它是由高速电子撞击物质产生的，而不是高速运动的电子产生的，因此选项C错误。

4.第四题：已知一个氢原子中电子轨道的半径为0.529 Å（埃），求该电子在这个轨道上的动能。

答案：动能 Ek = 13.6 eV
解析：根据玻尔模型，氢原子的电子在第一轨道上的动能可以通过以下公式计算：
[Ek=kZe2 2r
]
其中：
-(k)为库仑常数，约为(8.99×109 N·m2/C2)
-(Z)为氢原子的核电荷数，为1
-(e)为电子电荷，约为(1.602×10−19 C)
-(r)为电子轨道半径，0.529 Å 转换为米为(0.529×10−10 m)将已知数值代入公式计算得到：
[Ek=(8.99×109)(1)(1.602×10−19)2
2×(0.529×10−10)
≈13.6×1.6×10−19 J]
由于1 eV =(1.602×10−19 J)，因此动能 Ek 为 13.6 eV。

第五题
题目：某原子核经过一次α衰变和一次β衰变后，其质量数和原子序数的变化情况如下表所示：
衰变前α衰变后β衰变后
质量数238234
原子序数9290
（1）根据上述表格，写出该原子核发生α衰变和β衰变后的新核符号。

（2）若该原子核发生α衰变和β衰变后，放出的α粒子和β粒子的能量分别为E α和Eβ，求Eα和Eβ的关系。

答案：
（1）α衰变后的新核符号为90234X，β衰变后的新核符号为91234X。

（2）根据质量数和电荷数守恒，α粒子是由2个质子和2个中子组成的氦核，β粒子是电子。

在α衰变中，原子核失去2个质子和2个中子，因此质量数减少4，原子序数减少2。

在β衰变中，一个中子转化为一个质子，放出一个电子（β粒子），因此原子序数增加1。

能量关系：α粒子的质量远大于β粒子，因此α粒子的能量Eα大于β粒子的能量
Eβ。

具体关系可由能量守恒定律和衰变能的计算得出：
其中，(m n)是中子的质量，(mα)是α粒子的质量，(mβ)是β粒子的质量，(c)是光速。

由于α粒子和β粒子的质量差异较大，我们可以近似认为：
因此，Eα和Eβ的关系为：
[Eα≈3Eβ]
解析：
（1）通过α衰变，原子核的质量数减少4，原子序数减少2。

通过β衰变，原子核的质量数不变，原子序数增加1。

根据题目中给出的质量数和原子序数的变化，我们可以确定α衰变后的新核符号为90234X，β衰变后的新核符号为91234X。

（2）根据衰变能的计算公式，α粒子的能量远大于β粒子的能量，因此Eα≈ 3E β。

这是因为在α衰变中，原子核释放了更多的结合能，而β衰变中，中子转化为质子只释放了部分结合能。