高中 物理 必修第三冊(cè) 第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性《章末過關(guān)檢測(cè)(四)》教學(xué)設(shè)計(jì)

章末過關(guān)檢測(cè)(四)(時(shí)間：75分鐘分值：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求)1．以下物理量中，屬于“量子化”的是()A．溫度計(jì)測(cè)量的溫度 B．天平測(cè)量的質(zhì)量C．人所感受到的時(shí)間 D．油滴所帶電荷量解析：選D。所謂量子化就是指數(shù)據(jù)是分立的不連續(xù)的，即一份一份的。2．關(guān)于熱輻射，下列說法正確的是()A．只有高溫物體才輻射電磁波B．物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)C．黑體的熱輻射實(shí)質(zhì)上是電磁輻射D．黑體不能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波答案：C3．在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，可以估算德布羅意波長(zhǎng)λ＝1.82×10－10m的熱中子動(dòng)量的數(shù)量級(jí)為()A．10－17kg·m/s B．10－19kg·m/sC．10－21kg·m/s D．10－24kg·m/s解析：選D。由德布羅意波公式λ＝eq\f(h,p)得p＝eq\f(h,λ)＝3.64×10－24kg·m/s因此熱中子的動(dòng)量的數(shù)量級(jí)10－24kg·m/s。4．氫原子能級(jí)示意圖如圖所示，已知大量處于基態(tài)的氫原子，當(dāng)它們受到某種頻率的光線照射后，可輻射出6種頻率的光。金屬銫的逸出功為1.90eV。下列說法正確的是()A．氫原子能自發(fā)地從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷B．基態(tài)氫原子受到照射后躍遷到n＝3能級(jí)C．氫原子由n＝4能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)發(fā)出的光子能使金屬銫發(fā)生光電效應(yīng)D．用氫原子由n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)發(fā)出的光子照射金屬銫表面，得到光電子的最大初動(dòng)能為11.7eV答案：C5．用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10－19J。已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108m·s－1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為()A．1×1014Hz B．8×1014HzC．2×1015Hz D．8×1015Hz解析：選B。根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝heq\f(c,λ)－h(huán)νc，代入數(shù)據(jù)解得νc≈8×1014Hz，B正確。6．處于基態(tài)的一群氫原子被一束單色光照射后，最多能發(fā)出6種頻率的光，氫原子的能級(jí)圖如圖所示，如果用這束光照射某一金屬，測(cè)得從該金屬中射出電子的最大初動(dòng)能為10.54eV，則該金屬的逸出功是()A．12.75eV B．12.1eVC．2.21eV D．1.56eV解析：選C。因受到激發(fā)后的氫原子能輻射出6種不同頻率的光子，故氫原子是從n＝4的能級(jí)躍遷的，這束單色光能使處于基態(tài)的氫原子躍遷到n＝4能級(jí)，則hν＝E4－E1＝12.75eV，而從金屬表面逸出的電子具有最大的初動(dòng)能是10.54eV，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程，Ekm＝hν－W0，可得逸出功W0＝hν－Ekm＝2.21eV，符合上述分析的只有C選項(xiàng)。7．如圖甲所示，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用相同頻率的單色光分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個(gè)不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)。圖乙為其中一個(gè)光電管的遏止電壓Uc隨入射光的頻率ν變化的函數(shù)關(guān)系圖像。對(duì)于這兩個(gè)光電管，下列判斷正確的是()A．光電子的最大初動(dòng)能相同B．因?yàn)椴牧喜煌?，逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同C．單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)一定相同，飽和電流也一定相同D．兩個(gè)光電管的Uc－ν圖線的斜率可能不同解析：選B。根據(jù)光電效應(yīng)方程hν－W＝Ek①，由于兩種不同金屬的逸出功不同，因此光電子的最大初動(dòng)能不同，A錯(cuò)誤；又由于Uce＝Ek②，由于兩種金屬的逸出功不同，光電子的最大初動(dòng)能不同，所以遏止電壓Uc也不同，B正確；由于不知道兩束光的光照強(qiáng)度關(guān)系，因此無法判斷單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)以及飽和電流的大小關(guān)系，C錯(cuò)誤；將①②兩式聯(lián)立可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W,e)，可知兩個(gè)光電管的Uc－ν圖線的斜率均為k＝eq\f(h,e)，D錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)8．對(duì)原子光譜，下列說法正確的是()A．線狀譜和吸收光譜可用于光譜分析B．由于原子都是由原子核和電子組成的，所以各種原子的原子光譜是相同的C．各種原子的原子結(jié)構(gòu)不同，所以各種原子的原子光譜也不相同D．連續(xù)譜可以用來鑒別物質(zhì)中含哪些元素解析：選AC。線狀譜和吸收光譜都含有原子的特征譜線，因此可用于光譜分析，A正確；各種原子都有自己的特征譜線，故B錯(cuò)誤，C正確；對(duì)線狀譜進(jìn)行光譜分析可鑒別物質(zhì)組成，連續(xù)譜不能用于光譜分析，D錯(cuò)誤。9．關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A．在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度超過90°，有的甚至被彈回B．使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來自帶正電的核及核外電子，當(dāng)α粒子接近核時(shí)是核的斥力使α粒子偏轉(zhuǎn)，當(dāng)α粒子接近電子時(shí)是電子的吸引力使之偏轉(zhuǎn)C．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分D．實(shí)驗(yàn)表明：原子中心的核帶有原子的全部正電荷和原子的全部質(zhì)量解析：選AC。由α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，A正確；由于電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于α粒子的質(zhì)量，對(duì)α粒子的運(yùn)動(dòng)影響極小，使α粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的是原子核的斥力，B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，核極小，但含有全部的正電荷和幾乎所有的質(zhì)量，C正確，D錯(cuò)誤。10．關(guān)于對(duì)普朗克能量子假說的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A．振動(dòng)著的帶電微粒的能量只能是某一能量值εB．帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍C．能量子與電磁波的頻率成正比D．這一假說與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，因而是錯(cuò)誤的解析：選BC。由普朗克能量子假說可知帶電微粒輻射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整數(shù)倍，A錯(cuò)誤，B正確；能量子ε＝hν，與電磁波的頻率ν成正比，C正確；能量子假說反映的是微觀世界的特征，不同于宏觀世界，并不與現(xiàn)實(shí)世界相矛盾，D錯(cuò)誤。11．關(guān)于對(duì)巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)的理解，正確的是()A．此公式只適用于氫原子發(fā)光的一個(gè)線系B．公式中的n可以是任意數(shù)，故氫原子發(fā)光的波長(zhǎng)是任意的C．公式中的n是大于等于3的正整數(shù)，所以氫原子光譜不是連續(xù)的D．該公式包含了氫原子的所有光譜線解析：選AC。巴耳末公式是分析氫原子的譜線得到的一個(gè)公式，它只反映氫原子譜線的一個(gè)線系，故A正確，D錯(cuò)誤；公式中的n只能取不小于3的正整數(shù)，故B錯(cuò)誤，C正確。三、非選擇題(本題共5小題，共56分)12．(8分)采用如圖甲所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律，現(xiàn)分別用a、b兩束單色光照射光電管，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系圖像如圖乙所示。(1)實(shí)驗(yàn)中當(dāng)靈敏電流表有示數(shù)時(shí)將滑片P向右滑動(dòng)，則電流表示數(shù)一定不會(huì)____________(選填“增大”“不變”或“減小”)。(2)照射陰極材料時(shí)，____________(選填“a光”或“b光”)使其逸出的光電子的最大初動(dòng)能大。(3)若a光的光子能量為5eV，圖乙中Uc2＝－2V，則光電管的陰極材料的逸出功為____________eV。解析：(1)由題圖甲電路可知，光電管加的是正向電壓，將滑片向右滑動(dòng)，增加了電壓值，會(huì)使原來飛不到陽(yáng)極的光電子飛到陽(yáng)極，故電流表的示數(shù)要么不變(已達(dá)到飽和電流)，要么增大(未達(dá)到飽和電流時(shí))。不會(huì)出現(xiàn)減小的情況。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程，結(jié)合題圖乙中遏止電壓關(guān)系有Ekm＝eUc＝hν－W0，|Uc1|>|Uc2|故照射陰極材料時(shí)，b光使其逸出的光電子的最大初動(dòng)能大。(3)將題目中信息hν＝5eV，|Uc2|＝2V帶入上一空的公式，可得W0＝3eV。答案：(1)減小(2)b光(3)313．(10分)氫原子的核外電子處于第三軌道上，當(dāng)它向能級(jí)較低的軌道躍遷時(shí)，放出光子，則：(1)放出光子的最長(zhǎng)波長(zhǎng)和最短波長(zhǎng)之比是多少？(2)若電離n＝3的氫原子至少需要給它多少能量？(E1＝－13.6eV)解析：(1)當(dāng)大量氫原子處于n＝3能級(jí)時(shí)，可釋放出的光子頻率種類為N＝Ceq\o\al(2,3)＝3據(jù)玻爾理論在這3種頻率光子中，當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)，E2＝eq\f(1,22)E1＝eq\f(1,4)E1E3＝eq\f(1,32)E1＝eq\f(1,9)E1則eq\f(hc,λmax)＝E3－E2，λmax＝－eq\f(36hc,5E1)heq\f(c,λmin)＝E3－E1＝－eq\f(8,9)E1，λmin＝－eq\f(9hc,8E1)則eq\f(λmax,λmin)＝eq\f(32,5)。(2)n＝3的氫原子的能量為E3＝eq\f(1,32)E1＝eq\f(1,9)E1＝eq\f(1,9)×(－13.6)eV＝－1.51eV若電離n＝3的氫原子至少需要給它1.51eV的能量。答案：(1)eq\f(32,5)(2)1.51eV14．(10分)氫原子能級(jí)示意圖如圖所示，現(xiàn)有每個(gè)電子的動(dòng)能都是Ee＝12.89eV的電子束與處在基態(tài)的氫原子束射入同一區(qū)域，使電子與氫原子發(fā)生正碰。已知碰撞前一個(gè)電子和一個(gè)氫原子的總動(dòng)量恰好為零。碰撞后氫原子受激發(fā)，躍遷到n＝4的能級(jí)。求碰撞后電子和受激氫原子的總動(dòng)能。已知電子的質(zhì)量me與氫原子的質(zhì)量mH之比為eq\f(me,mH)＝5.445×10－4。解析：用ve和vH表示碰撞前電子的速率和氫原子的速率，根據(jù)題意有meve－mHvH＝0①碰撞前，氫原子與電子的總動(dòng)能為Ek＝eq\f(1,2)mHveq\o\al(2,H)＋eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e)②解①②兩式并代入數(shù)據(jù)得Ek≈12.90eV③氫原子從基態(tài)激發(fā)到n＝4的能級(jí)所需能量由能級(jí)圖得ΔE＝－0.85eV－(－13.59)eV＝12.74eV④碰撞后電子和受激氫原子的總動(dòng)能Ek′＝Ek－ΔE＝12.90eV－12.74eV＝0.16eV。答案：0.16eV15．(14分)氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子。已知基態(tài)的氦離子能量為E1＝－54.4eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示，用一群處于第4能級(jí)的氦離子發(fā)出的光照射處于基態(tài)的氫氣。則：(1)氦離子發(fā)出的光子中，有幾種能使氫原子發(fā)生電離？(2)發(fā)生電離時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能是多少？解析：(1)一群處于第4能級(jí)的氦離子躍遷時(shí)，一共發(fā)出N＝eq\f(n（n－1）,2)＝6種光子，由頻率條件hν＝En－Em知6種光子的能量分別是由n＝4到n＝3hν1＝E4－E3＝2.6eV由n＝4到n＝2hν2＝E4－E2＝10.2eV由n＝4到n＝1hν3＝E4－E1＝51.0eV由n＝3到n＝2hν4＝E3－E2＝7.6eV由n＝3到n＝1hν5＝E3－E1＝48.4eV由n＝2到n＝1hν6＝E2－E1＝40.8eV由發(fā)生電離的條件知，hν3、hν5、hν63種光子可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離；(2)由能量守恒定律知，能量為51.0eV的光子使氫原子電離出的自由電子初動(dòng)能最大，又氫原子處于基態(tài)，W1＝－13.6eV，得自由電子的最大初動(dòng)能Ek＝37.4eV。答案：(1)3種(2)37.4eV16．(14分)用波長(zhǎng)為4×10－7m的紫光照射某金屬，發(fā)出的光電子垂直進(jìn)入3×10－4T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，光電子所形成的圓軌道的最大半徑為1.2cm(電子電荷量e＝1.6×10－19C，其質(zhì)量m＝9.1×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)。求：(1)紫光光子的能量；(2)光電子的最大初動(dòng)能；(3)該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率。解析：(1)光子的能量ε＝hν＝heq\f(c,λ)＝6.63×10－34×eq\f(3×108,4×10－7)J≈4.97×10－19J；(2)光電子進(jìn)入磁場(chǎng)后，受到的洛倫茲力等于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，qvB＝meq\f(v2,r)，v＝eq\f(qBr,m)，光電子的最大初動(dòng)能：E