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第四章 原子结构和波粒二象性 单元测试-2023-2024学年高中物理人教版选择性必修第三册
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．瑞士数学家、物理学家巴耳末的主要贡献是建立了氢原子光谱波长的经验公式——巴耳末公式，氢原子从这四个能级跃迁到能级时，得到的是可见光，其中从能级跃迁到能级发出的是红光，从能级跃迁到能级发出的是紫光，氢原子能级图如图所示，则氢原子从能级向低能级跃迁时辐射的电磁波中波长最短的可能是（　　）
A．红外线 B．紫外线 C．射线 D．射线
2．关于光的波动性与粒子性，下列说法正确的是(　　)
①大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性
②频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高波长越短光子的粒子性明显
③光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性
④据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的
A．①② B．①②③ C．①④ D．①②③④
3．奥地利维也纳理工大学的一个科学家团队成功在两个单光子之间建立起强大的相互作用，据科学家介绍：两个相互作用的光子同时到达时显示出与单个光子完全不同的行为，该项成果朝着轻拍校验量子通道或建立光学逻辑门发送信息迈出了重要一步．我们通过学习也了解了光子的初步知识，下列有关光子的现象以及相关说法正确的是( )
A．大量光子产生的效果往往显示出粒子性
B．如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应，改用红光一定不能发生光电效应
C．一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放3种不同频率的光子
D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子之间发生碰撞时，将一部分动量转移给电子，所以光子散射后波长变长
4．下列说法错误的是（　　）
A．α射线能消除纺织过程产生的静电
B．γ射线可用于探测高铁轨道是否有裂缝
C．若质子、电子具有相同动能，则它们的物质波波长相等
D．普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的
5．为了做好疫情防控工作，考试时工作人员利用红外线体温计对考生进行体温检测。红外线体温计的工作原理是：被测人员辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号，该信号再经换算转变为被测目标的温度值。图为氢原子能级示意图，已知普朗克常量为，光在真空中的速度为，元电荷。红外线中只有波长在0.76至14的范围内的才能被捕捉。要使氢原子辐射出的光子可被红外线体温计捕捉，最少应给处于n=1的氢原子提供的能量为（　　）
A．2.55eV B．12.09eV C．12.75eV D．10.20eV
6．一束复色光沿方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，与界面的夹角为。两条出射光光、光与法线的夹角分别为和，半圆形玻璃砖的半径为R，真空中光速为C。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对光的折射率大于对光的折射率
B．在玻璃砖中光的速度小于光的速度
C．在玻璃砖中光光子的动量大于光光子的动量
D．光与光在玻璃砖中传播的时间差为
7．已知某种金属的逸出功为2.5 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，则（　　）
A．氢原子可能辐射4种频率的光子
B．氢原子可能辐射3种频率的光子
C．有4种频率的辐射光子能使该金属发生光电效应
D．有3种频率的辐射光子能使该金属发生光电效应
二、多选题
8．1897年英国物理学家汤姆孙对阴极射线的探究，最终发现了电子，由此被称为“电子之父”，下列关于电子的说法正确的是（　　）
A．任何物质中均有电子
B．不同物质中具有不同性质的电子
C．电子质量是质子质量的1 836倍
D．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元
9．1900年德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时提出了一个大胆的假说，即能量子假说，下列说法属于能量子假说内容的是（ ）
A．物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的
B．能量子假说中将每一份能量单位，称为“能量子”
C．能量子假说中的能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量
D．能量子假说认为能量是连续的，是不可分割的
10．关于氢原子能级的跃迁，下列叙述中正确的是( )
A．用波长为60 nm的X射线照射，可使处于基态的氢原子电离出自由电子
B．用能量为10.2 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
C．用能量为11.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
D．用能量为12.5 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
三、实验题
11．采用如图甲所示电路可研究光电效应规律，现分别用a、b两束单色光照射光电管，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系图象如图乙所示。
（1）实验中当灵敏电流表有示数时将滑片P向右滑动，则电流表示数一定不会 （选填“增大”“不变”或“减小”）。
（2）照射阴极材料时， （选填“a光”或“b光”）使其逸出的光电子的最大初动能大。
（3）若a光的光子能量为5eV，图乙中UC2=-2V，则光电管的阴极材料的逸出功为 eV。
12．（1）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，指针保持一定偏角．此时锌板带 电．（填“正”或“负”）．使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 （填“有”或“无”）偏转．
（2）在研究光电效应的实验装置中，如果入射光的频率确定而增加光的强度，则电流表的示数 （填“一定”或“不一定”）增大；如果用绿光照射能产生光电效应，将入射光换成紫光后，光电子的最大初动能 （填“一定”或“不一定”）增大．
13．某研究性学习小组设计了利用光电效应测量普朗克常量的实验，实验原理图如图甲所示，实验中通过测定遏止电压UC和对应入射光频率v的数据，即可求出普朗克常量h。该小组的一次实验数据记录如下：
频率v（1014Hz） 8.213 7.408 6.879 5.490 5.196
遏止电压UC（V） 1.600 1.278 1.074 0.488 0.378
（1）建立UC-v的坐标系，根据表中的数据，在图乙中描绘UC随v变化的图线 ；
（2）已知元电荷e=1.6×10-19C，利用图乙画出的图线求出普朗克常量h J·s（保留两位有效数字）；
（3）由于多种因素的影响，各条谱线对应的遏止电压和理论值相比都相差了ΔU，试分析对普朗克常量h的测量有没有大的影响： 。
14．某科学实验小组用如图1所示的电路测定普朗克常盘．用光照射光电管GD的阴极K时，由于阴极释放出电子而形成阴极光电流．加速电压UAK越大，光电流越大，当UAK增加到一定数值后，光电流不再增大而达到某一饱和值Im．
加速电压UAK变为负值时，阴极电流会迅速减少，当加速电压UAK为某一个负值时，阴极电流变为“0”，与此对应的电压称为遏止电压，用UC来表示．实验中可以通过测量遏止电压UC和入射光频率之间的关系来求解普朗克常量．调整入射光的频率测得多组UC和v的值，根据测量数据作UC－v图象，如图2所示．
（1）实验中图象的斜率经过计算为k＝0.42×10－14，普朗克常量h＝ ，该实验所用光电管的极限频率vC＝ ．
（2）当电流达到某一饱和值Im后，保持光强不变逐渐减小入射光的频率仍能发生光电效应，Im将 （填“增大”“不变”或“减小”）．
《第四章 原子结构和波粒二象性 单元测试-2023-2024学年高中物理人教版选择性必修第三册》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D D C C D C AD ABC AB
1．B
【详解】AB．从氢原子能级图中可知氢原子从能级跃迁到能级时辐射的电磁波能量最高，频率最大，波长最短，其波长比紫光波长短，所以A错误，B正确；
CD．射线不是电磁波，是高速电子流，射线虽然是电磁波，但射线是原子核受激发产生的，氢原子核外电子的跃迁不可能产生射线，所以CD错误；
故选B。
2．D
【详解】①大量光子的行为能明显地表现出波动性，而个别光子的行为往往表现出粒子性，该说法正确；
②频率越低、波长越长的光子波动性明显，而频率越高波长越短光子的粒子性明显，该说法正确；
③光在传播时往往表现出波动性，而光在与物质相互作用时往往显示粒子性，该说法正确；
④据光子说，光子的能量是与频率成正比的，这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的，该说法正确；
故选D。
3．D
【详解】大量光子产生的效果往往显示出波动性，少量光子体现粒子性，故A错误；紫光照射某种金属发生光电效应，改用红光，因红光的频率小于紫光，则照射这种金属不一定发生光电效应，故B错误；根据数学组合，一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放种，但一个处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时最多可以释放2种不同频率的光子，故C错误；康普顿效应中，碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长，故D正确；故选D．
点睛：考查光电效应发生条件，掌握原子核式结构模型内容，掌握康普顿效应中的波长如何变化，注意一个与一群的电子跃迁辐射光子种类的区别．
4．C
【详解】A．α射线有较强的电离能力，所以能消除纺织过程产生的静电，则A正确，不符合题意；
B．γ射线有较强的穿透能力，所以可用于探测高铁轨道是否有裂缝，则B正确，不符合题意；
C．根据德布罗意波长公式，所以若质子、电子具有相同动量，则它们的物质波波长才相等，所以C错误，符合题意；
D．普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的，所以D正确，不符合题意；
故选C。
5．C
【详解】红外线中只有波长在0.76至14的范围内才能被捕捉，光子的能量与频率、波长关系为
代入数据可得能被捕捉的红外线能量范围为
由题图可知，当氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁时，辐射的光子能量最小值为
才有光子能被捕获，若氢原子处于n=3的激发态，向低能级跃迁时，辐射的光子能量最小值为
辐射的光子均不能被捕获，故至少应使处于n=1的氢原子跃迁到n=4的能级，该提供的能量为
C正确。
故选C。
6．D
【详解】A．OB光的折射率为
OC光的折射率为
故玻璃砖对OC光的折射率小于对OB光的折射率，A错误；
B．根据公式
折射率大的，速度小。所以在玻璃砖中OC光的速度大于OB光的速度，B错误；
C．由于玻璃砖对OC光的折射率小于对OB光的折射率，所以OB光对应的频率大，波长小。而根据公式
可知在玻璃砖中OC光光子的动量小于OB光光子的动量，C错误；
D．OB光在玻璃砖中传播的时间为
OC光在玻璃砖中传播的时间为
所以时间差为
D正确。
故选D。
7．C
【详解】AB．根据知，这群氢原子可能辐射6种频率的光子，故AB两项均错误；
CD．n=4跃迁到n=3辐射的光子能量为0.66eV，n=3跃迁到n=2辐射的光子能量为1.89eV，均小于逸出功，不能发生光电效应，n=4跃迁到n=2辐射的光子能量为2.55eV，大于逸出功，能发生光电效应，其余3种光子能量均大于2.55eV，所以这群氢原子辐射的光中有4种频率的光子能使该金属发生光电效应，故C项正确，D项错误。
8．AD
【详解】A．电子是构成物质的基本粒子，任何物质中均有电子，选项A正确；
B．电子的性质均一样，选项B错误；
C．质子质量是电子质量的1 836倍，选项C错误；
D．电子是一种粒子，是比原子更基本的物质单元，选项D正确。
故选AD。
9．ABC
【详解】AD．能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，故A项符合题意，D项不符合题意；
BC．能量子假说认为，物质发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份进行的，每一份能量单位，称为“能量子”， 能量子的能量，为辐射的频率，为普朗克常量，故BC两项正确。
10．AB
【详解】根据玻尔理论，只有那些能量刚好等于两能级间的能量差的光子才能被氢原子所吸收(即hν＝Em－En)，使氢原子发生跃迁．当氢原子由基态向n＝2、3、4…轨道跃迁时应吸收的光子能量分别为：
ΔE21＝E2－E1＝－E1＝－eV－(－13.6)eV＝10.20 eV，
ΔE31＝E3－E1＝－E1＝－eV－(－13.6)eV＝12.09 eV，
ΔE41＝E4－E1＝－E1＝－eV－(－13.6)eV＝12.75 eV，
ΔE∞1＝0－E1＝－(－13.6 eV)＝13.6 eV(电离)．
波长为λ＝60 nm的X射线，其光子能量E＝h·＝6.63×10－34×J＝3.315×10－18 J＝20.71 eV>ΔE∞1.所以可使氢原子电离，A正确；比较B、C、D选项中的光子能量与各能级与基态的能量差，知道只有B项中光子可使氢原子从基态跃迁到n＝2的激发态，B正确．故选AB.
【点睛】解决本题的关键知道能级间跃迁所满足的规律，即Em-En=hv．能级间发生跃迁吸收的光子能量能用两能级间的能级差．基态的氢原子吸收的能量若大于等于13.61eV，则会发生电离．
11． 减小 b光 3
【详解】(1)[1]由甲图电路可知，光电管加的是正向电压，将滑片向右滑动，增加了电压值，会使原来飞不到对阴极的光电子飞到，故电流表的示数要么不变(已达到饱和电流)，要么增大(未达到饱和电流时)。不会出现减小的情况。
(2)[2]根据光电效应方程，结合乙图中遏止电压关系有
故照射阴极材料时，b光使其逸出的光电子的最大初动能大。
(3)[3]将题目中信息
带入上一空的公式，可得
12． 正 无 一定 一定
【详解】(1)用紫外线灯照射锌板，发生光电效应，发出光电子，锌板和验电器带正电，使静电计指针回到零，再用相同光照强度的钠灯发出的黄光照射锌版，静电计指针无偏转，说明了黄色光不能使锌板发生光电效应，当改用强度更大的红外线灯照射锌板，红光的频率比黄光低，红光也不能使锌板产生光电效应，故静电计的指针无偏转。
(2)某金属在光的照射下，发生了光电效应，增大光的强度，单位时间内发出的光电子数目增加，那么电流表的示数一定增大．根据光电效应方程Ekm=hγ-W0，知最大初动能与入射光的频率有关．当改用紫光照射，由于紫光的频率大于绿光的频率，则光电子的最大初动能一定增大．
【点睛】解决本题的关键知道光电效应的实质，即发生光电效应时有光电子从金属表面逸出，金属板在失去电子后带正电．
13． 6.0×10-34~6.8×10-34 见解析
【详解】（1）[1]根据表格数据，通过一一描点，并作出图象，如图所示：
（2）[2]由爱因斯坦的光电效应方程可得
可得
由图可知，斜率为
解得
h=6.0×10-34J·s
（3）[3]各条谱线对应的遏止电压和理论值相比都增加ΔU，相当于在描出的图线向一侧平移了些许，不影响图像的斜率计第，对h的测量没有大的影响。
14． 6.72×l0－34Js 4.1×l014Hz 增大
【详解】（1）根据光电效应方程可知：，而，则，即，
由题意：斜率k＝=0.42×10－14，解得h=0.42×10－14×1.6×10－19=6.72×l0－34Js.
则UC=0.42×10－14(v-vC)；
由图可知当UC=1.9V时，v=8.5×10－14Hz；
则解得：vC=4.1×l014Hz
（2）当电流达到某一饱和值Im后，保持光强不变逐渐减小入射光的频率，则单位时间打出光电子的数量增多，则饱和光电流Im将增加.

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