第四章 原子结构和波粒二象性 章节小测2023~2024高中物理人教版（2019）选择性必修第3册（答案）

第四章《原子结构和波粒二象性》章节小测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题4分,共32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.图中画出了氢原子的4个能级,并注明了相应的能量E, 处在n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波。已知金属钾的逸出功为2.22 eV,在这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 (　　)
A.2种　　　　B.3种　　　　C.4种　　　　D.1种
2.如图甲所示是研究光电效应实验规律的电路。当用强度一定的黄光照射到光电管上时,测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　)
A.若改用红光照射光电管,一定不会发生光电效应
B.若改用蓝光照射光电管,图像与横轴交点在黄光照射时的右侧
C.若用频率更高的光照射光电管,则光电管中金属的逸出功变大
D.照射的黄光越强,饱和电流将越大
3.在光电效应实验中,用同一种单色光,先后照射锌和银的表面,都能发生光电效应。对于这两个过程,下列四个物理量中,可能相同的是(　　)
A.遏止电压　　　　　　　　 B.饱和电流
C.光电子的最大初动能　　　　　D.逸出功
4.X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则(　　)
A.E=,p=0　　　　　　　　B.E=,p=
C.E=,p=0　　　　　　　　D.E=,p=
5.1905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有关
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最大初动能都相同
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
6.关于近代物理学史,下列说法正确的是(　　)
A.J.J.汤姆孙发现电子后,猜测原子具有核式结构模型
B.卢瑟福通过α粒子的散射实验发现了电子的存在
C.德布罗意提出:实物粒子也具有波动性
D.爱因斯坦在玻尔原子模型的基础上,提出了光子说
7.按照玻尔的理论,氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值,它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能。当一个氢原子从n=4的能级向低能级跃迁时,下列说法正确的是(　　)
A.氢原子系统的电势能增加,电子的动能增加
B.氢原子系统的电势能减小,电子的动能减小
C.氢原子可能辐射6种不同波长的光
D.氢原子可能辐射3种不同波长的光
8.下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是(　　)
A.图甲:普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成功解释了光电效应
B.图乙:玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率是不连续的
C.图丙:卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,发现了质子和中子
D.图丁:根据电子束通过铝箔后的衍射图样,可以说明电子具有粒子性
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16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4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示为氢原子的能级示意图,假设氢原子从n能级向较低的各能级跃迁的概率均为。则对3 000个处于n=4能级的氢原子,下列说法正确的是(　　)
A.向低能级跃迁时,向外辐射的光子的能量可以是任意值
B.向低能级跃迁时,向外辐射的光子能量的最大值为12.75 eV
C.辐射的光子的总数为5 500个
D.吸收能量大于1 eV的光子时能电离
10.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(　　)
A.13 eV的电子可以使基态氢原子发生跃迁
B.大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时可辐射8种不同频率的光子
C.现用光子能量在10~12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子,在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种
D.氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时产生的光子a与从n=5能级跃迁到n=3能级时产生的光子b的动量之比为97∶255
11.“通过观测的结果,间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段,如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克-赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示,灯丝K发射出初速度不计的电子,K与栅极G间的电场使电子加速,GA间加有0.5 V电压的反向电场使电子减速,电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸气后,发现KG间电压U每升高4.9 V时,电流表的示数I就会显著下降,如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关,玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。下列说法正确的是(　　)
A.汞原子基态和第一激发态的能级之差可能是4.9 eV
B.KG间电压低于4.9 V时,电流随电压增大而上升,是因为电子能量越高,越容易克服反向电压到达A极
C.KG间电压在5~10 V时,出现电流随电压增大而上升的一段图线,是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子个数增加
D.即使KG间电压高于4.9 V,电子也存在始终不与汞原子发生碰撞的可能性
12.如图所示是氢原子的能级图,处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,可以辐射出不同频率的光子,则(　　)
A.处于n=4激发态的一个氢原子向低能级跃迁,可能产生6种不同频率的光子
B.从n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子波长最小,康普顿效应最明显
C.使处于n=4能级的氢原子电离,至少要吸收0.85 eV的能量
D.氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级时,氢原子能量减小,核外电子动能增加
三、非选择题(本题共5小题,共52分)
13.(10分)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率变化的图线(直线与横轴交点的横坐标为4.27×1014 Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5 eV)。试求:(结果都保留三位有效数字)
(1)普朗克常量h;
(2)这种金属的逸出功W0。
14.(6分)如果大量的氢原子处在n=5的能级,它们在向低能级跃迁时会辐射出　　　　种频率的电磁波,其中波长最长的光是从n=　　　　向n=　　　　跃迁形成的。
15.(8分)已知氢原子量子数为n的能级能量值为En=- eV(n=1,2,3,…),试计算处于基态的氢原子吸收频率为多少的光子,电子可以跃迁到n=2的轨道上 (普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,结果保留三位有效数字)
16.(16分)如图是研究光电效应的实验电路和氢原子的能级示意图。现用等离子态的氢气(即电离态,n=∞)向低能级跃迁时所发出的光照射光电管的阴极K,测得电压表的示数是20 V。已知光电管阴极材料的逸出功是3.6 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,结果均保留两位有效数字。求:(e=1.6×10-19 C,c=3×108 m/s)
(1)氢气发光的最短波长;
(2)该光电管阴极材料发生光电效应的极限波长;
(3)光电子到达阳极A的最大动能为多少。
17.(12分)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律,氢原子能级图如图所示。当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时,辐射出某种频率的光子,用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面。已知电子电荷量e=1.60×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。求:(保留两位有效数字)
(1)辐射出光子的频率;
(2)辐射出光子的动量;
(3)钾表面逸出的光电子的最大初动能。
参考答案：
1-5CDBDD
6-8CDB
9.BCD
10.AC
11.ABD
12.BCD
13.
(1)6.50×10-34 J·s　(2)2.78×10-19 J
14.
10(2分)　5(2分)　4(2分)
15.
2.46×1015 Hz
16.
(1)9.1×10-8 m　(2)3.5×10-7 m　(3)30 eV
17.
(1)6.2×1014 Hz　(2)1.4×10-27 kg·m/s　(3)0.30 eV