2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性單元素養(yǎng)評價(jià)含解析新人教版選擇性必修3

PAGE11-單元素養(yǎng)評價(jià)(四)(第四章)(90分鐘100分)一、單項(xiàng)選擇題:本題共10小題,每小題3分,共30分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.關(guān)于對黑體的相識,下列說法正確的是 ()A.黑體只汲取電磁波,不反射電磁波,看上去是黑的B.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān)C.黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長的分布只與溫度有關(guān),與材料的種類及表面狀況無關(guān)D.假如在一個(gè)空腔壁上開一個(gè)很小的孔,射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和汲取,最終不能從小孔射出,這個(gè)空腔就成了一個(gè)黑體【解析】選C。能100%地汲取入射到其表面的電磁輻射,這樣的物體稱為黑體,故A錯(cuò)誤;黑體輻射的強(qiáng)度與溫度有關(guān),溫度越高,黑體輻射的強(qiáng)度越大,隨著溫度的上升,黑體輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng),故B錯(cuò)誤,C正確;射入小孔的電磁波在空腔內(nèi)表面經(jīng)多次反射和汲取,最終不能從小孔射出,這個(gè)小孔就成了一個(gè)黑體,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.把“能量子”概念引入物理學(xué)的物理學(xué)家是 ()A.普朗克B.麥克斯韋C.托馬斯·楊 D.赫茲【解析】選A。普朗克引入能量子概念,得出黑體輻射的強(qiáng)度按波長分布的公式,與試驗(yàn)符合得特別好,并由此開創(chuàng)了物理學(xué)的新紀(jì)元,故A正確;麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在,赫茲證明白電磁波的存在,托馬斯·楊首次用試驗(yàn)視察到了光的干涉圖樣,故B、C、D不合題意。故選A。3.關(guān)于近代物理學(xué)史,下列說法正確的是 ()A.湯姆孫發(fā)覺電子后,揣測原子具有核式結(jié)構(gòu)模型B.盧瑟福通過α粒子的散射試驗(yàn)發(fā)覺了電子的存在C.德布羅意提出:實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性D.愛因斯坦在玻爾原子模型的基礎(chǔ)上,提出了光子說【解析】選C。核式結(jié)構(gòu)模型是盧瑟福通過α粒子的散射試驗(yàn)后提出的,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電子的存在是湯姆孫發(fā)覺的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;德布羅意提出實(shí)物粒子像光一樣也有波粒二象性,故實(shí)物粒子也有波動(dòng)性,選項(xiàng)C正確;愛因斯坦在探討光電效應(yīng)的過程中提出了光子說,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。4.如圖所示,用a、b兩種不同頻率的光分別照耀同一金屬板,發(fā)覺當(dāng)a光照耀時(shí)驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn),b光照耀時(shí)指針未偏轉(zhuǎn),以下說法正確的是 ()A.增大a光的強(qiáng)度,驗(yàn)電器的指針偏角肯定減小B.a光照耀金屬板時(shí)驗(yàn)電器的金屬小球帶負(fù)電C.增大b光的強(qiáng)度,驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)D.若a光是氫原子從n=4的能級向n=1的能級躍遷時(shí)產(chǎn)生的,則b光可能是氫原子從n=5的能級向n=2的能級躍遷時(shí)產(chǎn)生的【解析】選D。增大a光的強(qiáng)度,單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)目增多,則驗(yàn)電器的指針偏角增大,故A錯(cuò)誤;a光照耀金屬板時(shí),發(fā)生光電效應(yīng),有光電子逸出,金屬板帶正電,所以驗(yàn)電器金屬小球帶正電,故B錯(cuò)誤;用a、b兩種不同頻率的光分別照耀同一金屬板,發(fā)覺b光照耀時(shí)指針未偏轉(zhuǎn),依據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率可知b的頻率小于該金屬的極限頻率,增大b光的強(qiáng)度,或增大b光的照耀時(shí)間都不能使金屬發(fā)生光電效應(yīng),驗(yàn)電器的指針偏角肯定不偏轉(zhuǎn),故C錯(cuò)誤;因?yàn)閍光的頻率大于b光的頻率,則輻射a光的兩能級差大于輻射b光的兩能級差,因?yàn)閚=4和n=1間的能級差大于n=5和n=2之間的能級差,則從n=5的能級向n=2的能級躍遷時(shí)產(chǎn)生的,可能是b光,故D正確;故選D。5.愛因斯坦提出了光量子概念并勝利地說明白光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示,其中ν0為極限頻率。從圖中可以確定的是 ()A.逸出功與ν有關(guān)B.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C.當(dāng)ν>ν0時(shí),會(huì)逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量無關(guān)【解析】選C。金屬的逸出功是由金屬自身確定的,與入射光頻率無關(guān),其大小W=hν0,A錯(cuò)誤;依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,可知光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光的強(qiáng)度無關(guān),和入射光的頻率有關(guān),但Ekm與入射光的頻率不是成正比,而是線性關(guān)系,B錯(cuò)誤;要有光電子逸出,則光電子的最大初動(dòng)能Ekm,即只有入射光的頻率大于金屬的極限頻率,即ν>ν0時(shí)才會(huì)有光電子逸出,C正確;依據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,可知=h,D錯(cuò)誤。故選C。6.如圖所示是甲、乙兩種金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像,假如用頻率為ν0的光照耀兩種金屬,光電子的最大初動(dòng)能分別為E甲、E乙,則關(guān)于E甲、E乙大小關(guān)系正確的是 ()A.E甲>E乙 B.E甲=E乙C.E甲<E乙 D.無法推斷【解析】選A。依據(jù)光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W0=hν-hν0,Ekm=eUc,解得Uc=ν-,結(jié)合Uc-ν圖線可知,當(dāng)Uc=0,ν=ν0;由圖像可知,金屬甲的極限頻率小于金屬乙,則金屬甲的逸出功小于乙的,即W甲<W乙。假如用ν0頻率的光照耀兩種金屬,依據(jù)光電效應(yīng)方程,當(dāng)相同頻率的光入射時(shí),則逸出功越大的,其光電子的最大初動(dòng)能越小,因此E甲>E乙,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤;故選A。7.英國物理學(xué)家湯姆孫通過陰極射線的試驗(yàn)探討發(fā)覺 ()A.陰極射線在電場中偏向正極板一側(cè)B.陰極射線在磁場中受力狀況跟正電荷受力狀況相同C.不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷不同D.湯姆孫干脆測到了陰極射線粒子的電荷量【解析】選A。陰極射線在電場中偏向正極板一側(cè),因此陰極射線應(yīng)當(dāng)帶負(fù)電荷,陰極射線在磁場中受力狀況跟負(fù)電荷受力狀況相同,A正確、B錯(cuò)誤;不同材料所產(chǎn)生的陰極射線的比荷相同,C錯(cuò)誤;湯姆孫并沒有干脆測到陰極射線粒子的電荷量,D錯(cuò)誤。8.α粒子散射試驗(yàn)中,不考慮電子和α粒子的碰撞影響,是因?yàn)?()A.α粒子與電子根本無相互作用B.α粒子受電子作用的合力為零,是因?yàn)殡娮邮莿蚍Q分布的C.α粒子和電子碰撞損失能量極少,可忽視不計(jì)D.電子很小,α粒子碰撞不到電子【解析】選C。α粒子與電子之間存在著相互作用力,這個(gè)作用力是庫侖引力,但由于電子質(zhì)量很小,只有α粒子質(zhì)量的,碰撞時(shí)對α粒子的運(yùn)動(dòng)影響微小,幾乎不變更運(yùn)動(dòng)方向,就像一顆子彈撞上一顆塵埃一樣,故C正確。9.關(guān)于光譜和光譜分析,以下說法正確的是 ()A.太陽光譜是連續(xù)譜,氫原子光譜是線狀譜B.光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是靈敏而且快速C.分析某種物質(zhì)的化學(xué)組成,可以使這種物質(zhì)發(fā)出的白光通過另一種物質(zhì)的低溫蒸氣從而取得汲取光譜進(jìn)行分析D.攝下月球的光譜可以分析出月球上有哪些元素【解析】選B。太陽光譜是不連續(xù)譜,氫原子光譜是不連續(xù)的,是線狀譜,A錯(cuò)誤;光譜分析的優(yōu)點(diǎn)是特別靈敏而且快速,能幫助人們發(fā)覺新元素,B正確;分析某種物質(zhì)的化學(xué)組成可以用白光通過這種物質(zhì)的低溫蒸氣取得汲取光譜進(jìn)行分析,C錯(cuò)誤;月球是反射的陽光。分析月光事實(shí)上就是在分析陽光,月球又不像氣體那樣對光譜有汲取作用,因此無法通過分析月球的光譜來得到月球的化學(xué)成分,故D錯(cuò)誤。故選B。10.巴耳末通過對氫原子光譜的探討總結(jié)出巴耳末公式=R(-),n=3,4,5…后人把該公式描述的氫原子譜線系稱為巴耳末系。氫原子光譜的巴耳末系中波長最長的光波的光子頻率為ν1,其次為ν2,則為 ()A.B.C.D.【解析】選A。譜線的波長滿意公式=R(-)(n=3,4,5…)當(dāng)n=3時(shí),波長最長=R(-),即ν1=cR(-)=;當(dāng)n=4時(shí),波長次之=R(-),即ν2=cR(-)=,解得=。故選A。二、多項(xiàng)選擇題:本題共5小題,每小題4分,共20分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分。11.對于玻爾理論,下列說法中正確的是 ()A.繼承了盧瑟福的原子模型,但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設(shè)B.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中,每個(gè)狀態(tài)都對應(yīng)肯定的能量C.建立了原子發(fā)光頻率與原子能量變更之間的定量關(guān)系D.氫原子中,量子數(shù)n越大,電子軌道半徑越小【解析】選A、B、C。玻爾的原子模型對應(yīng)的是電子軌道的量子化,盧瑟福的原子模型核外電子可在隨意軌道上運(yùn)動(dòng),故A正確;玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型中,原子的能量是量子化的,盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型中,原子的能量是連續(xù)的,故B正確;玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型中,核外電子從高能級向低能級躍遷后,原子的能量減小,從而建立了hν=E2-E1,故C正確;氫原子中,量子數(shù)n越大,軌道半徑越大,故D錯(cuò)誤;故選A、B、C。12.一束綠光照耀某金屬發(fā)生了光電效應(yīng),則下列說法正確的是 ()A.若增加綠光的照耀強(qiáng)度,則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加B.若增加綠光的照耀強(qiáng)度,則逸出的光電子數(shù)增加C.若改用紅光照耀,則肯定會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)D.若改用紫光照耀,則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加【解析】選B、D。光的強(qiáng)度增大,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目增多,依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,知光電子的最大初動(dòng)能不變,故B正確,A錯(cuò)誤;因?yàn)榧t光的頻率小于綠光的頻率,則不肯定發(fā)生光電效應(yīng),故C錯(cuò)誤;紫光的頻率大于綠光,依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,知光電子的最大初動(dòng)能增加,故D正確。故選B、D。13.用如圖的裝置探討光電效應(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)用光子能量為2.5eV的光照耀到光電管上時(shí),電流表G的讀數(shù)為0.2mA。移動(dòng)變阻器的觸點(diǎn)c,當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí),電流表讀數(shù)為0。則 ()A.光電管陰極的逸出功為1.8eVB.電鍵K斷開后,沒有電流流過電流表GC.光電子的最大初動(dòng)能為0.7eVD.改用能量為1.5eV的光子照耀,電流表G也有電流,但電流較小【解析】選A、C。該裝置所加的電壓為反向電壓,發(fā)覺當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7V時(shí),電流表示數(shù)為0,知道光電子的最大初動(dòng)能為0.7eV,依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,W0=1.8eV,故A、C正確。電鍵K斷開后,用光子能量為2.5eV的光照耀到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng),有光電子逸出,則有電流流過電流表,故B錯(cuò)誤。改用能量為1.5eV的光子照耀,由于光電子的能量小于逸出功,不能發(fā)生光電效應(yīng),無光電流,故D錯(cuò)誤。14.利用光電管探討光電效應(yīng)的試驗(yàn)電路如圖所示,用頻率為ν的可見光照耀陰極K,電流表中有電流通過,則 ()A.改用紫外光照耀K,電流表中沒有電流通過B.只增加該可見光的強(qiáng)度,電流表中通過的電流將變大C.若將滑動(dòng)變阻器的滑片移到A端,電流表中肯定無電流通過D.若將滑動(dòng)變阻器的滑片向B端移動(dòng),電流表示數(shù)可能不變【解析】選B、D。用可見光照耀陰極K,能發(fā)生光電效應(yīng),則可見光的頻率大于該陰極材料的極限頻率,紫外光的頻率大于可見光,故用紫外光照耀K,也肯定能發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò)誤;增加可見光的照耀強(qiáng)度,單位時(shí)間內(nèi)逸出金屬表面的電子數(shù)增多,飽和光電流變大,B正確;變阻器的滑片移到A端,光電管兩端的電壓為零,但光電子有初動(dòng)能,故電流表中仍有電流通過,C錯(cuò)誤;變阻器的滑片向B端滑動(dòng)時(shí),可能電流沒達(dá)到飽和電流,所以電流表示數(shù)可能增大,可能不變,D正確。15.μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子,它在原子核物理的探討中有重要作用。如圖為μ氫原子的能級示意圖,下列說法正確的是 ()A.一個(gè)處于n=4能級的μ氫原子發(fā)生躍遷可以發(fā)出6種頻率的光B.動(dòng)能為2200eV的電子可以使處于基態(tài)的μ氫原子激發(fā)C.處于n=2能級的μ氫原子躍遷到基態(tài),電子的動(dòng)能和電勢能都減小D.處于n=4能級的μ氫原子可以汲取能量為200eV的光子【解析】選B、D。一個(gè)處于n=4能級的μ氫原子,最多可輻射出3種頻率的光子,故A錯(cuò)誤;n=1和n=2間的能級差為1897.2eV,汲取2200eV的電子能躍遷到n=2能級,故B正確;處于n=2能級的μ氫原子躍遷到基態(tài),電子的電勢能減小,依據(jù)k=m可知?jiǎng)幽茏兇?選項(xiàng)C錯(cuò)誤;處于n=4能級的μ氫原子,汲取能量為200eV的光子,原子能量大于零,可電離,故D正確;故選B、D。三、計(jì)算題:本題共4小題,共50分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位。16.(10分)湯姆孫用來測定電子的比荷(電子的電荷量與質(zhì)量之比)的試驗(yàn)裝置如圖所示。真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計(jì)初速度、重力和電子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后,穿過A′中心的小孔沿中心軸O1O的方向進(jìn)入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P′間的區(qū)域。當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時(shí),電子束打在熒光屏的中心O點(diǎn)處,形成了一個(gè)亮點(diǎn);加上偏轉(zhuǎn)電壓U后,亮點(diǎn)偏離到O′點(diǎn)(O′點(diǎn)與O點(diǎn)的豎直間距為d,水平間距可忽視不計(jì))。此時(shí),在P和P′間的區(qū)域,再加上一個(gè)方向垂直于紙面對里的勻強(qiáng)磁場。調(diào)整磁場的強(qiáng)弱,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí),亮點(diǎn)重新回到O點(diǎn)。已知極板水平方向的長度為L1,極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為L2(如圖所示)。(1)求打在熒光屏O點(diǎn)的電子速度的大小。(2)推導(dǎo)出電子的比荷的表達(dá)式?！窘馕觥?1)當(dāng)電子受到的電場力與洛倫茲力平衡時(shí),電子做勻速直線運(yùn)動(dòng),亮點(diǎn)重新回到中心O點(diǎn),設(shè)電子的速度為v,P和P′間電場強(qiáng)度為E,則evB=eE,得v=,即v=。 (2分)(2)當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時(shí),電子以速度v進(jìn)入后,豎直方向做勻加速運(yùn)動(dòng),加速度為:a=。 ①(1分)電子在水平方向做勻速運(yùn)動(dòng),在電場內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為:t1=。 ②(1分)這樣,電子在電場中豎直方向上偏轉(zhuǎn)的距離為:d1=a=。 ③(1分)離開電場時(shí)豎直向上的分速度為:v⊥=at1=。 ④(1分)電子離開電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏,t2=。 ⑤(1分)t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離d2=v⊥t2=。 ⑥(1分)這樣,電子向上偏轉(zhuǎn)的總距離為:d=d1+d2=L1, ⑦(1分)可解得:=。 (1分)答案:(1)(2)17.(10分)一群氫原子處于量子數(shù)n=4的能級狀態(tài),氫原子的能級圖如圖所示,則:(1)氫原子可能放射幾種頻率的光子?(2)氫原子由量子數(shù)n=4的能級躍遷到n=2的能級時(shí)輻射光子的能量是多少電子伏?(3)用(2)中的光子照耀表中幾種金屬,哪些金屬能發(fā)生光電效應(yīng)?發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),放射光電子的最大初動(dòng)能是多少電子伏?金屬銫鈣鎂鈦逸出功W/eV1.92.73.74.1【解析】(1)可能放射=6種頻率的光子。 (3分)(2)由玻爾的躍遷規(guī)律可得光子的能量為ε=E4-E2=-0.85eV-(-3.40)eV=2.55eV。(3分)(3)ε只大于銫的逸出功,故光子只有照耀銫金屬上時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。 (1分)依據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可得光電子的最大初動(dòng)能為Ekm=ε-W0=2.55eV-1.9eV=0.65eV。(3分)答案:(1)6(2)2.55eV(3)銫金屬0.65eV18.(14分)玻爾氫原子模型勝利說明白氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律,氫原子能級圖如圖所示。當(dāng)氫原子從n=4的能級躍遷到n=2的能級時(shí),輻射出某種頻率的光子,用該頻率的光照耀逸出功為2.25eV的鉀表面。已知電子電荷量e=1.60×10-19C,普朗克常量h=6.63×10-34J·s(保留二位有效數(shù)字)。求:(1)輻射出光子的頻率。(2)輻射出光子的動(dòng)量。(3)鉀表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能為多少電子伏?！窘馕觥?1)氫原子從n=4的能級躍遷到n=2的能級時(shí),釋放出光