新教材2023_2024学年高中物理第4章原子结构和波粒二象性章末综合训练新人教版选择性必修第三册

第四章章末综合训练

一、选择题

1.(2023广东广州华南师大附中阶段练习)下列说法符合事实的是(　　)

A.普朗克提出光量子假说

B.卢瑟福证实阴极射线是电子束流

C.康普顿效应的解释证实光的粒子性

D.玻尔提出的原子结构无法解释氢原子光谱

2.(多选)(2023吉林通化高二阶段练习)下列四幅图涉及的物理知识,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,成为量子力学的奠基人之一

B.图乙:康普顿效应说明光子具有粒子性,光子不但具有能量,还有动量

C.图丙:汤姆孙研究α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型

D.图丁:玻尔研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流

3.(2023河南商丘高二阶段练习)氢原子的能级公式为En=(E1<0,量子数n=2,3,4,…),E1是基态氢原子的能量值,光在真空中的传播速度为c,大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁辐射的多种不同频率的光子中,动量最大值为(　　)

A.- B.

C.- D.

4.(2023河北张家口第四中学阶段练习)用频率分别为ν和2ν的光照射某种金属材料,已知该金属的逸出功为hν,其中h为普朗克常量,则两种情况下测得的该金属材料发生光电效应的遏止电压之比为(　　)

A.1∶2 B.1∶3

C.1∶4 D.1∶5

5.(2023湖北卷)2022年10月,我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6 nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2 eV)。根据如图所示的氢原子能级图,可知此谱线来源于太阳中氢原子(　　)

A.n=2和n=1能级之间的跃迁

B.n=3和n=1能级之间的跃迁

C.n=3和n=2能级之间的跃迁

D.n=4和n=2能级之间的跃迁

6.(2023新课标卷)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率,铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5 eV,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.60×10-19 C)(　　)

A.103 Hz B.106 Hz

C.109 Hz D.1012 Hz

7.(多选)(2023河北张家口第四中学阶段练习)氢原子的能级图如图甲所示,大量处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时,发出的复色光通过玻璃三棱镜后能分成如图乙所示的a、b、c、d四条可见光束。已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间,则下列说法正确的是(　　)

A.四条可见光中a光波长最大

B.四条可见光中d光波长最大

C.b光为第6能级向第2能级跃迁产生的

D.b光为第4能级向第2能级跃迁产生的

8.(2023北京海淀高二阶段练习)某光源发出的光由不同波长的光组成。不同波长的光的强度(表示光的强弱)如图所示。使金属恰好发生光电效应的光的波长,称为极限波长,表中为一些金属的极限波长。用该光源照射表中金属表面,则(　　)

A.只有钠表面有电子逸出

B.只有铂表面有电子逸出

C.钨、铂表面均有电子逸出

D.铂、钨、钠表面均有电子逸出

9.(2023广东肇庆德庆县香山中学期中)如图所示,甲图为研究光电效应规律的实验装置,乙图为用a、b、c三种光分别照射装置甲得到的三条电流表与电压表示数关系的曲线,丙图为氢原子的能级图。下列说法正确的是(　　)

甲

乙

丙

A.若b光为紫光,c光可能是绿光

B.b光的强度等于c光的强度

C.若b光光子能量为11 eV,用它直接照射大量处于基态的氢原子,可使其跃迁

D.若b光光子能量为2.55 eV,用它直接照射大量处于n=2激发态的氢原子,氢原子可以产生6种不同频率的光

二、计算题

10.(2023江苏卷)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子,设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线,卫星探测仪镜头正对着太阳,每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S,卫星离太阳中心的距离为R,普朗克常量为h,光速为c,求:

(1)每个光子的动量p和能量E;

(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。

章末综合训练(四)

1.C　爱因斯坦提出了光量子假说,揭示了光的粒子性,故A错误;汤姆孙研究阴极射线管证实了阴极射线是电子束流,故B错误;物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的粒子性,故C正确;玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律,但不足之处是它保留了经典理论中的一些观点,如电子轨道的概念,对于稍微复杂一点的原子如氦原子,玻尔理论就无法解释它的光谱现象,故D错误。

2.AB　普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一,故A正确;康普顿效应、光电效应说明光具有粒子性,光子具有能量,康普顿效应还表明光子具有动量,故B正确;卢瑟福研究α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型,故C错误;汤姆孙研究阴极射线管证实了阴极射线是带电粒子流,故D错误。

3.A　从n=4能级直接跃迁到n=1能级辐射的光子能量最大,动量最大,即E4-E1==pc,解得p==-,故选A。

4.C　根据W0=hν,hν=W0+Ekm,eUc=Ekm,可求得遏止电压之比为Uc1∶Uc2=1∶4,故选C。

5.A　由能级图可知n=2和n=1能级之间的能量差为ΔE=E2-E1=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,与探测到的谱线对应的光子能量相等,故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。选项A正确。

6.C　根据ΔE=hν,得ν=Hz=2.4×109Hz,选项C正确。

7.AD　由图乙偏折程度可知,a光的折射率最小,d光的折射率最大,所以四条可见光中a光波长最大,d光波长最小,A正确,B错误。根据玻尔原子模型理论,因可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间,故不可能是任何一个较高能级向第1能级跃迁产生的,也不可能是更高能级向第3能级跃迁产生的,所以一定是从较高能级向第2能级跃迁时产生的,即a、b、c、d四条光束只能是第6、5、4、3能级向第2能级跃迁时辐射产生的,且辐射光子能量依次减小;a、b、c、d四条可见光通过三棱镜,根据偏折程度可知,d光光子能量最大,b光光子能量第三,所以b光为第4能级向第2能级跃迁产生的,C错误,D正确。

8.A　根据光电效应方程可知Ek=hν-W0=h-W0,只要照射金属表面的光的波长小于金属的极限波长,就有光电子逸出,由题图可知,该光源发出的光的波长大约在375nm到775nm之间,而三种材料中,钠的极限波长是542nm,在375nm到775nm之间,所以该光源能使钠发生光电效应;该光源发出的光的波长大于钨、铂的极限波长,钨、铂表面没有电子逸出,故A正确,B、C、D错误。

9.D　由图乙可知,b对应的遏止电压等于c对应的遏止电压,由eUc=Ek=hν-W0,知b的频率等于c的频率,b与c是同一种色光,故A错误;由图乙可知,b对应的饱和电流大于c对应的饱和电流,则b光的光照强度大于c光的光照强度,故B错误;若b光光子能量为11eV,用它直接照射大量处于基态的氢原子,如果氢原子吸收该光子,则其能量值变为E=E1+ΔE=-13.6eV+11eV=-2.6eV,氢原子没有对应该能量的能级,所以不能使其跃迁,故C错误;若b光光子能量为2.55eV,用它直接照射大量处于n=2激发态的氢原子,能量值可以达到2.55eV-3.4eV=-0.85eV=E4,即可以使氢原子跃迁到n=4能级,当大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可以产生=6种不同频率的光,故D正确。

10.答案 (1)　h　(2)

解析 (1)每个光子的动量为p=

每个光子的频率为ν=

每个光子的能量为E=hν=h。

(2)卫星离太阳中心的距离为R,球面的表面积为S球=4πR2

单位面积上的功率为P0=

太阳辐射硬X射线的总功率P=S球P0

解得P=。