广东潮州市高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》经典练习题(课后培优)

一、选择题
1．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．a光的光子能量大于b光的光子能量
B．氢原子从n=4的能级向n=3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C．处于能级n=4的电子的动能大于能级n=2的动能
D．在真空中传播时，b光的波长较短
2．如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接。

用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转。

下列说法不正确的是（）
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
C．电源正极可能与c接线柱连接
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由d→G→f
3．利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（）
A．改用紫外光照射K，电流表中没有电流通过
B．只增加该可见光的强度，电流表中通过的电流将变小
C．若将滑动变阻器的滑片移到A端，电流表中一定无电流通过
D．若将滑动变阻器的滑片向B端移动，电流表示数可能不变
4．在光电效应实验中，先后用两束光照射同一个光电管。

若实验a中光束的入射光的强度和频率分别大于b实验中光束的入射光的强度和频率，a、b两实验中所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列图中正确的是（）
A．B．
C．D．
5．氢原子能级示意如图。

现有大量氢原子处于n=3能级上，下列正确的是（）
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出6种频率的光子
B．从n=3能级跃迁到n=1能级比跃迁到n=2能级辐射的光子频率低
C．从n=3能级跃迁到n=4能级需吸收0.66eV的能量
D．n=3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量
6．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
7．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 8．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
9．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 '= 10．关于α粒子散射实验现象的分析，下列说法正确的有（ ）
A ．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明正电荷在原子内均匀分布，使α粒子受力平衡的结果
B ．绝大多数α粒子沿原方向运动，说明这些α粒子未受到明显的力的作用，说明原子内大部分空间是均匀的
C ．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内质量和电荷量比α粒子大得多的粒子在原子内分布空间很小
D ．极少数α粒子发生大角度偏转，说明原子内的电子对α粒子的吸引力很大 11．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 12．如图所示为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n =4的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子，用这些光照射逸出功为1.90 ev 的金属铯，下列说法正确的是（ ）
A ．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75eV
B ．这群氢原子发出的光子均能使金属铯发生光电效应
C ．这群氢原子最多能发出6种不同频率的光，其中从n =4能级跃迁到n =3 能级 所发出的光波长最长
D ．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.19eV
13．原子从一个能级跃迁到一个较低能级时，可能不发射光子，而把相应的能量转交给另一能级上的电子，并使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应。

以这种方式脱离了原子的电子叫俄歇电子。

若某原子的基态能级为E 1，其处于第一激发态的电子跃迁时将释放能量转交给处于第三激发态上的电子，使之成为俄歇电子。

若假设这种原子的能级公式类似于氢原子能级公式，则上述俄歇电子的动能是（ ）
A ．12336E
B ．12336E -
C ．11116E
D ．11116
E - 14．美国物理学家康普顿在研究石墨对X 射线的散射时，用X 光对静止的电子进行照射，照射后电子获得速度的同时，X 光光子的运动方向也会发生相应的改变．下列说法正确的是
A ．当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把部分动量转移给电子，因此光子散射后频率变大
B ．康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量
C ．X 光散射后与散射前相比，速度变小
D ．散射后的光子虽然改变原来的运动方向，但频率保持不变
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．大量处于某激发态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，则该激发态与基态的能量差为_____，波长为1λ的光子的动量为_____。

（已知普朗克常量为h ，光速为c ）
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．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e m
为：_____。

19．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）
20．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）
21．如图所示是使用光电管的原理图，当频率为 的可见光照射到阴极K上时，电流表中有电流通过．
（1）当变阻器的滑动端P向_____滑动时（填“左”或“右”），通过电流表的电流将会增大．
（2）当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则光电子的最大初动能为________（已知电子电荷量为e）．
（3）如果不改变入射光的频率，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能将_______（填“增加”、“减小”或“不变”）．
22．为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体。

下列图象能正确表示该过程中空气的压强p和体积V关系的是（）
A．B．
C．D．
23．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。

24．当铁块的温度较高时会呈现赤红色，说明此时辐射的电磁波中该颜色的光强度最大（______）
25．①卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是：____________
A．
B．
C．
D．
②这实验α粒子的大角度散射现象说明了原子是______________结构（填“核式”或者“西瓜”）
26．美国物理学家密立根利用光电管对光电效应现象进行研究，得到金属的遏止电压U c与入射光频率ν的关系如图，由此可计算出普朗克常量h。

电子电量用e表示，由图象中的数据可知，这种金属的截止频率为____，计算出普朗克常量表达式为h=______。

三、解答题
27．由阴极K 发射的电子（质量为m ，电量为e ，设其初速度为零）经加速极A 加速后垂直射向一开有两条平行狭缝的屏，电子自狭缝出射后打到一荧光屏上，如图所示。

由于电子具有波动性，荧光屏将出现明暗相间的条纹。

设加速极A 与阴极K 之间的电压为U ，两平行狭缝间的距离为d ，试问：
（1）在整个装置的轴线与荧光屏的交点О处，将出现暗条纹还是亮条纹？
（2）设位于轴线外侧的第一条亮条纹出现在θ角处，写出θ的表示式（以m ，e ，d ，V 及其他有关恒量表示）。

28．已知氢原子基态的能量113.6eV E =-。

大量氢原子处于某一激发态，这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最高的光子能量为10.96E -。

(1)求频率最低的光子的能量。

（结果保留2位有效数字）
(2)这些光子可具有多少种不同的频率？
29．如图所示，用频率不同的光照射某种金属产生光电效应，以测量的遏止电压U c 为纵轴，入射光频率ν为横轴建立平面直角坐标系。

已知电子电荷量e =1.6×10-19C 。

请结合该图像，求：
(1)该金属的截止频率
c ν； (2)普朗克常量h 。

30．用功率P 0=1W 的光源，照射离光源3m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是波长为589nm 的单色光，求：1s 内打到金属1m 2面积上的光子数。

（已知普朗克常量
h=6.63×10-34J.s）。