哈尔滨师范大学附属中学高中物理选修三第四章《原子结构和波粒二象性》基础练习(含答案)

一、选择题
1．如图所示，在研究光电效应的实验中，用波长一定的光照到阴极K上时，灵敏电流计G 有示数，则下列判断正确的是（）
A．流经电流计的电流方向为自a向b
B．若将滑片向右移，电路中光电流一定增大
C．若将电源极性反接，电流计读数一定增大
D．若换用波长更长的光照射K，电流计读数一定增大
2．如图为氢原子的能级示意图，已知光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。

要使大量处于基态的氢原子被激发后可辐射出2种可见光光子，原子应吸收的能量为（）
A．10.2eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV
3．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
4.0
4.0
弱
中
29
43
0.9
0.9
3
}4.0 强 60 0.9 第二组 4
5
6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 2
7 40 55 2.9 2.9 .9
由表中数据得出的论断中正确的是（ ）
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
4．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，1c U 、2c U 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 ．a 光的频率小于b 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 ．c 光照射光电管发出光电子的初动能一定小于b 光照射光电管发出光电子的初动能 5．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于4n =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中光电管阴极K 上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙。

下列说法正确的是（ ）
A ．阴极K 的逸出功为6.75eV
B ．氢原子跃迁时共发出4种频率的光
C ．保持入射光不变，向右移动滑片P ，电流表示数一定变大
D ．光电子最大初动能与入射光的频率成正比
6．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．
7．氢原子的能级如图，大量氢原子处于n =4能级上。

当氢原子从n =4能级跃迁到n =3能级时，辐射光的波长为1884nm ，已知可见光光子的能量在1.61eV ～3.10eV 范围内，下列判断正确的是（ ）
A ．氢原子从n =2能级跃迁到n =1能级，辐射的光子是可见光光子
B ．从高能级向低能级跃迁时，氢原子要吸收能量
C ．用氢原子从n =2能级跃迁到n =l 能级辐射的光照射W 逸=6.34eV 的铂，不能发生光电效应
D ．氢原子从n =3能级跃迁到n =2能级时，辐射光的波长小于1884nm
8．关于原子结构理论和α粒子散射实验，描述不正确的是（ ）
A ．卢瑟福做α粒子散射实验发现绝大多数α粒子仍沿着原来的方向前进，说明原子内部很空旷
B ．卢瑟福做α粒子散射实验少数α粒子发生了较大的偏转，极个别α粒子甚至被反弹回来，说明圆周内部有一个质量很大体积很小的带正电的核心
C ．卢瑟福依据α粒子散射实验的现象提出了原子的“核式结构”理论
D ．卢瑟福做α粒子散射实验目的是为了推翻汤姆生的原子“枣糕式”结构
9．如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于n =4激发态的氢原子，当其向低能级跃迁时，下列说法正确的是（ ）
A ．可以产生3种频率的光
B ．由n =2能级跃迁到n =1能级辐射的光波长最大
C ．由n =4的能级跃迁到n =2能级辐射的光频率最大
D ．电子绕核运动的动能增大
10．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 '=
11．1905年爱因斯坦提出光子假设，成功地解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖，下列关于光电效应的说法正确的是（ ）
A ．只有入射光的波长大于金属的极限波长才能发生光电效应
B ．电子脱离某种金属所做的功叫这种金属的逸出功，其与入射光的频率和强度无关
C ．用不同频率的光照射同种金属，发生光电效应时逸出的光电子的初动能都相同
D ．发生光电效应时，保持入射光的频率不变，减弱入射光的强度，单位时间内射出的光电子数将减少
12．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 13．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 ．
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．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）1897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α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 ．α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α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α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．α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。

17．根据玻尔原子结构理论，氦离子(He＋)的能级图如图所示。

电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离______ (选填“近”或“远”)。

当He＋处在n=4的激发态向基态跃迁时辐射光子的能量为______eV。

18．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。

19．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）
20．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.
21．在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为0λ，该金属的逸出功为______。

若用波长为λ（λ<0λ）单色光做实验，则其遏止电压为______。

已知电子的电荷量，真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h。

22．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E1。

23．如图所示是使用光电管的原理图，当用某种可见光照射到阴极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减小，当电流表电流刚减小到零时，电压表的读数为U，则阴极K的逸出功为
______________（已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，可见光的频率为ν）．
（2）如果保持变阻器的滑动端P的位置不变，也不改变入射光的频率，而增大入射光的强度，则光电子的最大初动能将______（填“增大”、“减小”或“不变”），通过电流表的电流将会________（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）如果将电源的正负极对调，将变阻器的滑动端P从A端逐渐向B端移动的过程中，通过电流表的电流先______________后____________（填“增大”、“减小”或“不变”）(电源电压足够大）
24．如图为氢原子的能级图，大量处于n ＝4激发态的氢原子跃迁时，发出______种频率不同的光子.若用其中频率最大的光照射到逸出功为2.7 eV 的光电管上，则加在该光电管上的遏止电压为________V.
25．“光电效应”实验电路如图甲所示，若光电管的阴极材料为铷，已知普朗克常量346.6310J s h -=⨯⋅。

（1）若电源断开，入射光的频率大于铷的截止频率，电流表中_____（填“有”或“无”）光电流通过。

（2）实验中测得铷的遏止电压c U 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率
c ν=_____Hz ，逸出功0W =_____J 。

（结果保留三位有效数字） 26．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为()21/1,2,3,...n E E n
n == (n 为量子数，1E 为基态能级且大小已知)，一个氢原子从3n =的激发态直接跃迁到基态，发射一个光子的频率
是________．(已知普朗克常量为h ) 三、解答题
27．根据玻尔原子结构理论，氦离子（He +）的能级图如图甲所示，大量处在n =4的激发态的氦离子（He +）在向低能级跃迁的过程中会释放出多种能量的光，用其中所释放出的能量最小的光去照射光电管阴极K ，电路图如图乙所示，合上开关，发现电流表读数不为零。

调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.64V 时，电流表示数仍不为零，当电压表读数大于或等于1.64V 时，电流表读数为零。

求：
（1）光电管阴极材料的逸出功W ；
（2）现把电路改为图丙，当电压表读数为2V 时，则电子到达阳极时的最大动能E k 。

28．一群处于第4能级的氢原子，最终都回到基态能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象（如图乙），已知氢原子的能级图如图丙所示。

（1）求a光照射金属时的遇止电压U a和逸出光电子的最大初动能E k；
（2）求该金属逸出功W；
（3）已知d光的能量为E，普朗克常量为h，真空中的光速为c，若一个质量为m的静止电子吸收了一个d光的光子，求电子在吸收光子后的速度大小v。

（不计电子吸收光子后的质量变化）
λ=的绿光照射阴极K，29．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。

用波长为0.50μm
U满足如图乙所示的规律，取
实验测得流过电流表G的电流I与A、K之间的电势差
AK
34
6.6310J s
=⨯⋅。

结果保留两位有效数字，求：
h-
(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大的初动能。

(2)该阴极材料的极限波长（能使该金属产生光电效应的光的最大波长）。

30．氢原子在基态时轨道半径1010.5310m r -=⨯，能量113.6eV E =-.求氢原子处于基态
时：
(1)电子的动能；
(2)原子的电势能；
(3)用波长是多少的光照射氢原子可使其电离？
(4)电子在核外旋转的等效电流（已知电子质量319.110kg m -=⨯）.。