人教版（2019）选择性必修三册第四章 原子结构和波粒二象性单元测试（含解析）.docx

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1、第四章原子结构和波粒二象性 综合复习本试卷共4页，15小题，满分100分，考试用时75分钟。一、单项选择题：本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只 有一项是符合题目要求的。1.用如图所示的装置研究光电效应现象，用光子能量为lleV的光照射光电管的阴极K,电 流表检测到有电流。调节滑动变阻器滑片，当电流表的示数恰好为零时，电压表的示数为6V, 下列说法正确的是（ ）A.金属板的逸出功为6eVB.若用能量为6eV的光子照射阴极K,不能发生光电效应C.将滑片调至滑动变阻器的最左端，此时电流表示数为饱和光电流D.电子的最大初动能为6eV2.图甲是利用光电管进行光电效应的实验装

2、置。分别用a、b、c三束单色光照射阴极K,调 节A、K间电压U,得到光电流I与电压U的关系图象如图乙所示，由图可知（）直流电源A. b光子的能量小于a光子的能量B.对于b光，A、K间的电压低于Uci时，将不能发生光电效应C. a光和c光的频率相同，但是a光的强度更强D. b光照射时，阴极的逸出功较小3 .美国物理学家密立根用精湛的技术测量了光电效应中几个重要的物理量，其中之一是通 过测量金属的遏止电压5与入射光频率v,计算出普朗克常量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。如图所示为根据某次实验作出的 Uc V图象，下列说法正确的是（）A.该图线的斜率

3、表示普朗克常量:B.该金属的截止频率约为4.3 x 1014Hz0：6C.该金属的截止频率约为5.5 x 1014HzD.该金属的逸出功与入射光的频率成正比4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.54 .氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n = 4的激发态，当向低能级跃迁 时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.54eV的鸨时，下列说法中正 确的是（）A.氢原子能辐射4种不同频率的光子-ocV49.85B.氢原子辐射的光子都能使鸨发生光电效应34.51C.氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大234D.鸨能吸收两个从n = 4向n = 2能级跃迁的

4、光子而发生光电效应1m.6动量也向右，故碰后光子可能沿方向1运动；由于电子动能增加，故光子能量减小，根据E = hv,光子的频率减小，根据c = Q,波长变长； 故答案为：1,变长.13.抓住原子从能级n = 2向n = l跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，求出 金属的逸出功，从而得出金属的截止频率，根据光电效应方程求出光电子的最大初动能。本题考查了能级跃迁与光电效应的综合运用，知道辐射或吸收的光子能量等于两能级间的能级差, 掌握光电效应方程，并能灵活运用。解：原子从能级n = 2向n = l跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，可知两能级间的能级差等于金属的逸出功

5、，Ei = -E。，E2根据E2 E=hv0得金属的截止频率为：Vn = E2-E=若-(-玩)=也0hh4h逸出功为：W0 = E2 E二华，处于n = 4能级的氢原子向较低能级跃迁时放出的最大光子能量为：hv =- Ei =贵-(-Eo)=亮 E0,则光电子的最大初动能为：Ekm = hv Wo= - Eo竽 =14 . (1)根据电流的定义式求解发射的光电子数.(2)根据截止电压求出电子的最大初动能；(3)根据光电效应方程求解极限频率和波长，从而即可求解.理解光电效应中极限频率的意义，会应用能量守恒定律求解频率，此类题目计算量较大，要细心.解：(1)每秒发射光电子个数n=# = 蟹篙-4

6、.0x1012个(2)能量守恒EKm = eU0= 0.6eV = 9.6 x IO-201(3)由光电方程：EKm = h-hv0代入数据：9.6 x IO_20 = 6.63 x IO-34 x 巾、一 6.63 x 10-34700.50X10-6JU极限频率Vo = 4.6 x 1014Hz15 .本题考查爱因斯坦光电效应的综合应用，考查了洛伦兹力充当向心力，爱因斯坦光电效应方 程和物质波。电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸 出功，根据德布罗意物质波长公式求波长。解：(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力mJ = 0丫8

7、得丫 =詈，电子的最大初动能的笆；2m(2)入射光子的能量E = hv = h,根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为Wo = E - Ek =,c e2r2B2(3)物质波的波长为人=2=蔡。5.北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟，它是利用氢原子 能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟。如图为氢原子能级图，则（）oo04。853-1.51234n1 -13.6A.氢原子从n = l能级向n = 2高能级跃迁时辐射光子B. 13eV的光子可以使基态氢原子发生跃迁C.大量处于处于n = 4能级的氢原子辐射出来光子中波长最长的光子能量为0.66eVD.用大量处于n

8、= 4能级的氢原子辐射出来光子照射逸出功为3.61eV的金属表面，反向遏止 电压为12.75V6.氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于n = 3能级上，下列说法正确的是（）oo04。853-1.51234n1 -13.6A.这些原子跃迁过程中最多可辐射出2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7 .如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为1.633.10eV,若一群氢原子 处于n = 4能级，则下列说法正确

9、的是（）nE/eVoo04-0.853-1.512-3.4A.这群氢原子自发向低能级跃迁时能辐射出4种不同频率的光子8 .氢原子从n = 4能级向n = 3能级跃迁过程中发出的光为可见光C.用能量为0.40eV的光子轰击该群氢原子，可以使氢原子受激发而跃迁到n = 5能级上D.氢原子从n = 4能级向n = 2能级跃迁过程中发出的光照射逸出功为2.3eV的金属钠，能使 金属钠发生光电效应二、多项选择题：本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有 多项符合题目要求。全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。以下说法正确的是（）9 .如图所示，甲、乙、丙、丁是关于

10、光电效应的四个图象,A.图甲是遏止电压比与入射光频率v的关系图象，由图象可求得普朗克常量h = 当乙aB.图乙是光电子最大初动能与入射光频率关系图象，由图象可知实线对应金属的逸出功比虚线的小C.图丙是光电流与电压的关系图象，由图象可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱 和光电流越大D.图丁是光电流与电压的关系图象，由图象可知电压越高则光电流越大10 用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为h,被照射金属的逸出功为Wo, 说法正确的是（）A.甲光的强度大于乙光的强度B.甲光的频率大于乙光的频率C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eUc遏止

11、电压为Uc，电子的电荷量为e,则下列D.乙光的频率为也芈10.某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压J与入射光频率v的关系图像如图所示。则由图像可知（）A.该金属的逸出功等于hv（）B.遏止电压是确定的，与入射光的频率无关C.入射光的频率为2Vo时，产生的光电子的最大初动能为hvD.入射光的频率为3Vo时，产生的光电子的最大初动能为hv0 三、填空题：本题共2小题，每空2分，共10分。11.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v （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

12、”）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 eVo（3）改变照射光的频率，使照射光的频率增加了2.4 x 1014hz,再次实验，作出的I-U图像如 图3所示，已知电子的电量为1.6x10-19。由此求得普朗克常量h=J.s （结果保留 2位有效数字）。12 .康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后, 电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向 运动，并且波长（填“不变”“变小”或“变长”）.hv电子2光子电工I碰前 碰后四、计算题：本题共3小题，13题14分，14题14

13、分，15题16分，共44分。13 .氢原子处于基态的能级值为-E。，普朗克常量为h,原子从能级n = 2向n = 1跃迁所放出 的光子，正好使某种金属材料产生光电效应.有一群处于n = 4能级的氢原子向较低能级跃迁 时所发出的光照射该金属.求该金属的截止频率V。和产生光电子的最大初动能Ek.14 .如图甲所示是研究光电效应规律的光电管.用波长入=0.50 |im的绿光照射阴极K,实 验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h = 6.63 x 10 - 34Js.结合图象，求：(以下所求结果均保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数；(2)光电子飞出阴极K时

14、的最大动能;(3)该阴极材料的极限频率.15 .用波长为人的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最 大半径为r的匀速圆周运动，已知电子的质量为m,电子的电荷量为e.试表示：(1)光电子的最大初动能；(2)金属的逸出功；(3)该电子的物质波的波长是多少？答案解析【答案】1. D2. C3. B4. C 5. C 6. C 7. D8. AC9. AD10. AC11. 有;(2)1.5；(3)6.7x10-34。12. 1；变长13. 解：原子从能级n = 2向n = l跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，可知两能级间的能级差等于金属的逸出功，Et =

15、-E0, E2=4E q根据E2 Ei=hv0得金属的截止频率为：V。= E2-电=卞-(-比)=3EO hh4h逸出功为：Wo = E2 E1=当， 4处于n = 4能级的氢原子向较低能级跃迁时放出的最大光子能量为：hv =Ei = -y (-Eo) = Eo,4lo则光电子的最大初动能为：Ekm = hv Wo=登Eo学 = o lo41614 .解：(1)每秒发射光电子个数n =火=：*：二：=4.0 x IO二个 e 1.0X iu(2)能量守恒Ejm = eU0= 0.6eV = 9.6 x IO-20)(3)由光电方程：EKm = h-hv0代入数据：9.6 x 10-2。= 6.

16、63 x 10-34x 0 :霁_6 - 6-63 乂 1O-34yo极限频率V。= 4.6 x 1014Hz15 .解：(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力mF = evB得v =詈，电子的最大初动能由变； 2m(2)入射光子的能量E = hv = hj,根据爱因斯坦光电效应方程得金属的逸出功为Wo = E - Ek =l c e2r2B2h-入 2m(3)物质波的波长为人=白=焉。【解析】1 .【分析】该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于6时，电流表示数为0,知道光电 子点的最大初动能为6eV,根据光电效应方程求出逸出功；根据光电效应条件判断，用能量为

17、6eV 的光子照射，能否发生光电效应；解决本题的关键掌握光电效应的条件，以及光电效应方程，知道打出的光电子的数目的多少与光 子的数目多少有关。【解答】AD.调节滑动变阻器滑片，当电流表的示数恰好为零时，电压表的示数为6V,知道光电子的最大 初动能为6eV,根据光电效应方程有：Ekm = hv-W0,解得金属板的逸出功：Wo= hv - Ekm= lleV 6eV = 5eV,故 A 错误，D 正确；B.若用能量为6eV的光子照射阴极K, 6eV仍大于金属板的逸出功5eV,所以能发生光电效应，故B 错误；C.将电源的正负极对调，把滑动变阻器的滑动触头向右滑动，当电流表示数不再增加时，此时电 流表

18、的示数为饱和光电流，故C错误。故选Do2 .【分析】逸出功由材料本身决定，与照射光无关；根据光电效应方程求出光电子的最大初动能，分析光子 能量；光电效应的条件时入射光的频率大于金属的极限频率，与电压无关；根据图像分析结合最 大饱和光电流分析光强。解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程，理解I-U图象的横轴截距的 含义，是解题的关键。【解答】A.根据光电效应方程Ekm = hv - W,光电子最大初动能Ekm = eUc，可知b光照射时光电子的最大 初动能较大，b光子的能量大于a光子的能量，故A错误；B.能否产生光电效应与所加电压无关，故B错误；C.由图像可知a, c遏止电压

19、相同，又因为光电子最大初动能Ekm = eUc，所以a光和c光照射时光电 子的最大初动能相同，又因为Ekm = hv-W,故两者的频率相同，由于a光的最大饱和电流更大， 故a光的强度更强，故C正确；D.逸出功由材料本身决定，与照射光无关，故D错误。故选Co3 .【分析】本题主要考查爱因斯坦光电效应方程、光电效应的实验规律、动能定理。【解答】A.由爱因斯坦光电效应方程得Ek = hv W。，根据动能定理得：Ek = eUc,可得5二 一世，所以该图线的斜率表示士故A错误； eBC.Uc = 0时，对应的频率为截止频率，所以该金属的截止频率约为4.3x1014 Hz,故B正确，C 错误；D.逸出功

20、与入射光的频率无关，只与金属材料本身有关，故D错误。故选Bo4 .【分析】解决本题的关键知道光子能量与能级差的关系，即Em -En = hv,以及知道光电效应产生的条件， 并理解数学组合公式的应用。【解答】A、大量的氢原子处于n = 4的激发态，当向低能级跃迁时，依据数学组合公式，第二6,故A错 误；B、一群处于n = 4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子种类数目为6种，对应的能量为AEi =- Ei = 12.75eV, AE2= E4 - E2= 2.55eV, AE3 = E4 - E3 = 0.66eV, AE4 =E3 Ei = 12.09eV, AE5 = E3 - E2 = 1.

21、89eV, AE6= E2 -= 10.2eV,其中有3种大于4.54eV,则有3种不同频率的光能使金属发生光电效应，故B错误； 22C、氢原子辐射一个光子后，则轨道半径减小，由库仑引力提供向心力，k = m可知，氢原子 rzr的核外电子的速率增大，故c正确；D、用n = 4能级跃迁到n = 2能级辐射出光的能量为2.55eV,而金属逸出功为4.54eV,所以当光照 射此金属时，不能发生光电效应现象，故D错误； 故选：Co5 .【分析】原子中的跃迁只能吸收或辐射能量差值的光子，从低能级向高能级跃迁，吸收光子，从高能级向 低能级跃迁放出光子，吸收或放出光子的能量一定是能量差值的能量。根据光电效应

22、发生的条件 分析选项Do本题是氢原子能级图和玻尔假设及光电效应的综合题目，常规题目。【解答】A.氢原子从n = 1能级向n = 2高能级跃迁时需要吸收光子，故A错误；B.当吸收的光子能量等于两能级间的能级差，才能发生跃迁，n = 1和n = 4间的能级差为12.75eV, 吸收13eV的光子能量，不能从n = 1跃迁到n = 4能级；n = 1和n = 5间的能级差为13.06eV,不能 吸收13ev的光子能量，也不能从n = l跃迁到n = 5能级，故B错误；C.大量处于处于n = 4能级的氢原子辐射出来光子中频率最小的对应是波长最长的，此时AE =E4 - E3= (-0.85eV) 一

23、(-1.51eV) = 0.66eV,故 C 正确；D.用大量处于n = 4能级的氢原子辐射出来光子，能量最大的为E4 - Ei = (-0.85eV)- (-13.60eV) = 12.75eV,此光照射逸出功为3.61eV的金属表面，得出光电子的最大初动能为Ekm = 12.75eV-3.61eV = 9.14eV,所以反向遏止电压最大为9.14eV,故D错误； 故选Co6 .解:A.大量氢原子处于n = 3能级跃迁到n = 1多可辐射出C：= 3种不同频率的光子，故A错误；B.根据能级图可知从n = 3能级跃迁到n = 1能级辐射的光子能量为：hv】=13.6eV - 1.51eV =

24、12.09eV从n = 3能级跃迁到n = 2能级辐射的光子能量为：hv2= 3.4eV - 1.51eV = 1.89eV 比较可知从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高，故B错误； C.根据能级图可知从n = 3能级跃迁到n = 4能级，需要吸收的能量为：E = 1.51eV - 0.85eV = 0.66eV,故C正确；D.根据能级图可知氢原子处于n = 3能级的能量为-1.51eV,故要使其电离至少需要吸收l.51eV的 能量，故D错误。故选:Co一群氢原子，向低能级跃迁时最多发出的光子种数为C：；利用公式hv = Em-En计算辐射出去的 光子频率

25、，然后比较频率大小；n = 3能级的氢原子电离至少需要吸收1.51eV的能量。本题考查了氢原子的能级公式和跃迁。轨道量子化和能量量子化是量子力学的基础，是近代物理 学的巨大飞跃，学生要能通过简单的计算理解其意义。7 .【分析】用鬣计算氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类；能级间跃迁辐射或吸收的光子能量应等于两 能级间的能级差，根据辐射的光子能量与可见光的光子能量比较进行判断；根据光电效应产生的 条件分析解答D选项。本题主要考查能级、能级跃迁、光电效应的实验规律。【解答】A.这群氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类为鬣=6,即能辐射出6种不同频率的光子，故A 错误；8 .氢原子从n = 4能级跃

26、迁到n = 3能级时辐射出的能量为0.66eV,可见光光子的能量在1.61eV3.10eV范围内，不在可见光光子能量范围之内，故B错误；C.氢原子从n = 4能级跃迁到n = 5能级时吸收的能量必须等于两能级之差，应为0.31eV,所以用 能量为0.40eV的光子轰击该群氢原子，不可以使氢原子受激发而跃迁到n = 5能级上，故C错误; D.氢原子从n = 4能级跃迁到n = 2能级时辐射出的能量为2.55eV,大于钠的逸出功2.3eV,所以能 发生光电效应，故D正确。故选Do8.【分析】光照越强，光电流越大，说明饱和光电流与光的强度有关；入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，遏止电压增大；

27、根据光电效应方程得出Uc-v的关系式，通过关系式得出斜率、截距表示的含义；根据光电效应方程，结合图线的纵轴截距求出金属的逸出功，结合横轴截距得出金属的极限频率， 从而得出逸出功。该题考查对光电效应的规律以及与光电效应有关的几个图象的理解，可以结合以下两个方面对题 目进行解答：1 ,几个名词解释(1)遏止电压：使光电流减小到零时的最小反向电压U-(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。 不同的金属对应着不同的截止频率。(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的逸出功。2 ,光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率

28、必须大于极限频率才能产生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。(3)只要入射光的频率大于金属的极限频率，照到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般 不超过10-9s,与光的强度无关。(4)当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。【解答】A、根据Ekm = hv W = eUc，计算得出以=型3 图线的斜率k = D = 4,则h =挥 所以 e ee 3a-a2aA正确；B、根据爱因斯坦光电效应方程可知+ / H ,纵轴截距的绝对值表示逸出功，则实线对应 金属的逸出功比虚线大，故B错误；C、图丙中，从光电流与电压

29、的关系图象中可以看出，电压相同时，光照越强，光电流越大，因此 光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，故C正确；D、图丁是光电流与电压的关系图象，由图象可知当电压高到一定值时，光电流不变，故D错误。 故选ACo9.【分析】根据光的强度越强，形成的光电流越大，并根据光电效应方程，即可求解。本题考查了产生光电效应的原理和电子的最大初动能公式，理解光电效应方程的应用，注意光电 流影响因素。【解答】A.根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大，故A 正确；B.由光电效应方程?mv2 = hv - W(), 1mv2= Uce,由图可知，甲乙的截止电压相同，

30、故甲乙的频率相同，故B错误；C.甲光照射时产生的光电子的最大初动能为eUc，而不是均为eUc，故C错误；D.根据mV? = hv - Wo= Uce,可得v = Ucew,故 d正确。故选ADo10 .【分析】解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道遏止电压与最大初动能之间的关系。【解答】A.当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以Wo = hvo,故A正确;B.光电效应方程Ekm = hv Wo和eUc = Ekm得，上二型也，当入射光的频率大于极限频率时, e e遏止电压与入射光的频率成线性关系，故B错误；C.从图象上可知，逸出功Wo = hv。根据光电效应方程Ek

31、m = hv - Wo,则当入射光的频率为2Vo时，产生的光电子的最大初动能为Ekm = hv - Wo = hv0,故C正确；D.入射光的频率为3Vo时，产生的光电子的最大初动能为Ekm = hv-Wo = 2hv0,故D错误。故选ACo11 .【分析】(1)发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率；(2)根据Ek = eUc求解最大初动能；(3)根据Ek = hv - hv。和Ek = eUc求解即可;本题是光电效应的常规题目，中等难度。【解答】(1)由于用频率为v(大于阴极K金属的极限频率)的可见光照射光电管的阴极K,会发生光电效应， 有光电流，因此电流表中有电流通过；(2)由题图2可知，打出光电子的最大初动能为Ek = eUc= 1.5eV；(3)由爱因斯坦光电效应方程可得Ek = hv - hv0又Ek = eUc则 eUi = hv1hv0eU2 = hv2 hv0解得h = e(U2U1) = I61.s = 6,7 x 10-34J sv2-vi 2.4X1014 JJ12 .【分析】光子与电子碰撞过程系统动量守恒，系统的动量不变，动量是矢量，合成遵循平行四边形定则.根据能量守恒判定光子能量减小，根据能量与频率、波长知识可知光子波长变长。【解答】光子与电子碰撞过程系统动量守恒，系统动量的矢量和不变，碰前动量向右，故碰撞后系统的总