2021年高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》测试卷(答案解析)(1)

一、选择题
1．彩虹是由阳光射入雨滴（视为球形）时，经一次反射和两次折射而产生色散形成的。

现有白光束由图示方向射入雨滴，a 、b 是经反射和折射后的其中两条出射光线，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A ．光线a 在雨滴中传播时的波长较长
B ．光线a 在雨滴中的折射率较大
C ．光线a 在雨滴中的传播速度较大
D ．若分别让a 、b 两色光分别照射同一光电管，若a 光能引起光电效应，则b 光一定也能 2．对图中的甲、乙、丙、丁图，下列说法中正确的是（ ）
A ．图甲中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子
B ．图乙是一束单色光进入平行玻璃砖后传播的示意图，当入射角i 逐渐增大到某一值后不会再有光线从bb ′面射出
C ．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
D ．图丁中的M 、N 是偏振片，P 是光屏，当M 固定不动缓慢转动N 时，光屏P 上的光亮度将发生变化，此现象表明光是横波
3．如图，是氢原子的能级图，各能级能量关系为12n E E n
=，其中E 1为基态能量，n 为量子数。

当原子从5n =能级跃迁到3n =能级时，释放出的一个光子能量为E ，下列说法正确的是（ ）
A ．一个处于5n =的氢原子向低能级跃迁时，最多能辐射出10种不同频率的光子
B ．从5n =能级向低能级跃迁，跃迁到4n =能级辐射的光波长最短
C ．处于3n =的氢原子跃迁到基态吸收光子能量为12.5E
D ．某金属的逸出功为
E ，用4n =跃迁到2n =辐射的光子照射该金属，逸出光电子的最大初动能为419256
E 4．如图，当电键K 断开时，用光子能量为2.5eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零。

合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V 时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V 时，电流表读数为零。

由此可知阴极材料的逸出功为（ ）
A ．1.9eV
B ．0.6eV
C ．2.5eV
D ．3.1eV 5．氢原子的能级如图所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV 。

下列说法不
正确的( )
A ．处于n ＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离
B ．大量氢原子从高能级向n ＝3能级跃迁时，不可能发出可见光
C ．大量处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光
D ．一个处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可最多可能发出3种不同频率的光 6．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
7．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
8．图为氢原子能级图。

现有一群处于n=4激发态的氢原子，用这些氢原子辐射出的光照射逸出功为2.13eV的某金属，已知电子的电荷量为1.6×10-19C，则（）
A．这群氢原子能够发出8种不同频率的光
B．如果发出的光子中有两种能使某金属产生光电效应，其中一种一定是由n=3能级跃迁到n=1能级发出的
C．从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光的波长最短
D．该金属逸出的所有光电子中，初动能的最大值为1.7×1018J
9．如题图所示，图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I-U图线，U c1、U c2表示遏止电压，下列说法正确的是（）
A．a光的波长大于b光的波长
B．a、c光的强度相等
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 ．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
10．以下说法正确的是（ ）
A ．牛顿定律是用大量实验数据分析及总结前人经验得出的可以直接实验验证
B ．“嫦娥一号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性不同（燃料消耗忽略不计）
C ．在西汉末年《春秋 纬考异邮》中记载有玳瑁吸衣若之说，是属于电磁感应现象
D ．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λ2 的光子，已知λ1＞λ2。

那么原子从 a 能级状态跃迁到 c 能级状态时将要吸收波长1212
λλλλ-的光子 11．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
12．下列说法正确的是（ ）
A ．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B ．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C ．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
D ．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
13．如图，弧光灯发出的光，经过下列实验后产生了两个重要的实验现象。

①经过一狭缝后，在后面的锌板上形成明暗相间的条纹；②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度。

则这两个实验现象分别说明（ ）
A ．①和②都说明光有波动性
B ．①和②都说明光有粒子性
C ．①说明光有粒子性，②说明光有波动性
D ．①说明光有波动性，②说明光有粒子性
14．如图所示是光电管的原理图，已知当有频率为
0ν的光照到阴极K 时，电路中有光电流，则（ ）
A ．若换用频率为1ν（10νν<）的光照射阴极K 时，电路一定没有光电流
B ．若换用频率为2ν（20v v >）的光照射阴极K 时，电路中光电流一定增大
C ．若将变阻器触头P 从图示位置向右滑一些，仍用波长为
0ν的光照射，则电路中光电流一定增大
D ．若将变阻器触头P 从图示位置向左滑过中心O 点时，其他条件不变，则电路中仍可能有光电流
15．某同学采用如图所示的装置来研究光电效应现象．某单色光照射光电管的阴极K 时，会发生光电效应现象，闭合开关S ，在阳极A 和阴极K 之间加反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U 称为反向截止电压．现分别用频率为v 1和v 2的单色光照射阴极，测量到的反向截止电压分别为U 1和U 2设电子质量为m ，电荷量为e ，则下列关系式中不正确的是
A ．频率为1v 的单色光照射阴极K 时光电子的最大初速度12m eU v m =
B ．阴极K 金属的极限频率2112021U v U v v U U -=
- C ．普朗克常量()
2112e U U h v v -=-
D ．阴极K 金属的逸出功()122112
e U v U v W v v -=- 二、填空题
16．已知金属铯的逸出功为1.9eV ，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1.0eV ，则入射光的波长应为___m ．
17．金属中电子吸收一个光子而挣脱金属的束缚，这就是光电效应现象。

随着科技进步，强光源的出现，电子同时吸收多个光子成为可能，这是多光子光电效应现象。

如图所示，光电管阴极金属的逸出功为W 0，单一频率光源发射的光子频率为ν。

在光源照射下，金属
中电子同时吸收两个光子后发生光电效应，从金属逸出电子的最大动能为________，调节滑动变阻器，当电流表示数恰好为零时，电压表示数为________。

（电子量为e，普朗克常量为h）
18．原来不带电的锌板与验电器相连，用紫外线照射锌板，验电器指针张开一个角度，如图所示。

这时锌板带________，验电器指针带________（两空都填正电或负电）
19．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_____。

20．某种金属在光照情况下发生光电效应，光照强度为I，频率为 ，光照金属时，单位时间内逸出的光电子为N个，光电子的最大初动能为3.0eV。

若使用强度为2I的该频率的光照射，单位时间内逸出的光电子数为_______个，光电子的最大初动能为_____J（本空保留两位有效数字）
21．美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据．密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压U c与入射光频率ν，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性．如图所示是根据某次实验作出的U c-ν图象，电子的电荷量为1.6×10-19C．根据图象求得这种金属的截止频率νc=_________，普朗克常量h=___________．（均保留三位有效数字）
22．在做光电效应的实验时,某种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E k与入射光的频率ν的关系如图所示,已知直线的斜率为K，横截距是ν0,由实验图可求出普朗克常量是_________该金属的逸出功是________（用K、ν0表示）
23．如图所示为氢原子的能级图，莱曼线系是氢原子从n =2，3，4，5……激发态跃迁到基态时辐射的光谱线系，辐射出光子的最小频率为______，该光子被某种金属吸收后，逸出的光电子最大初动能为E k ，则该金属的逸出功为_________。

已知普朗克常量为h ，氢原子处于基态时的能级为E 1。

24．氢原子的能级图如图所示，现有一群处于4n =能级上的氢原子，要使它们回到n =2能级过程中，可能辐射______种不同频率的光子．辐射出的光子照射某种金属，该金属的逸出功是2.25eV ，则产生的光电子最大初动能是________eV ．
25．我国科学家用冷冻电镜捕捉到新冠病毒表面蛋白与人体细胞表面蛋白的结合过程。

冷冻电子显微镜比光学显微镜分辨率更高，其原因是电子的物质波波长远小于可见光波长。

由此可知电子比可见光___________（选填“更容易”或“更不容易”或“一样容易”）发生明显衍射。

电子束通过由电场构成的电子透镜实现会聚、发散作用。

电子透镜由金属圆环M 、N 组成，其结构如图甲所示，图乙为其截面图（虚线为等势面）。

显微镜工作时，两圆环的电势N M ϕϕ>。

现有一束电子沿着平行于圆环轴线的方向进入M 。

则电子在穿越电子透镜的过程中速度不断___________（选填“增大”或“减小”或“不变化”）。

26．在光电效应实验中，小明同学用同一实验装置在甲、乙、丙三种光的照射下得到了三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，则甲光和乙光的频率相比较v甲_____v乙（填“>”，“<”或“＝”）；乙光和丙光每一秒照射到金属板上的光子数相比较n乙_____n丙（填“>”，“<”或“＝”）如果知道这种金属的极限频率是v0，（普朗克常量为h，电子电量为 e）则甲入射光的频率v甲=_____
三、解答题
27．如图所示为光电管产生的光电子进行比荷测定的原理装置图。

光电管中两块平行金属板间距离为d，其中N为锌板，受紫外线照射后激发出不同方向的光电子。

开关S闭合，电流表A有读数，若调节变阻器R，逐渐增大极板间的电压，A表读数逐渐减小，当电压表示数为U时，A表读数恰好为零；断开S，在极板间加上垂直纸面的匀强磁场，当磁感应强度为B时，A表读数也恰好为零。

（1）若所加紫外线的波长为 ，则金属锌的逸出功为多大？（已知普朗克常量为h，光速为c，电子的电荷量为e）
（2）求光电子的比荷e
m
为多大？
28．电子质量319.110kg m -=⨯，中子质量271.6710kg m -=⨯，普朗克常量346.6310J s h -=⨯⋅，能量为2000eV 的电子和中子的波长分别是多少？说明为什么中子衍射实验要采用能量很低的慢中子。

29．用功率P ＝1 W 的光源，照射离光源r ＝3 m 处的某金属薄片。

已知光源发出的是波长λ＝5890 Å的单色光，（1 Å＝10－10 m ）试计算：
(1)单位时间内打到金属片单位面积上的光子数；
(2)若取该金属原子的半径r 1＝0.5×10－10 m ，则金属表面上每个原子平均需要隔多长时间才能接收到一个光子？
30．某装置是一个高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J 、波长0.35μm λ=的紫外激光。

已知普朗克常量346.6310J s h -=⨯⋅，求：
（1）紫外激光能量子的值；
（2）该紫外激光所含光子数。