第四章《原子结构和波粒二象性》单元测试（原卷版+解析版）

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第四章《原子结构和波粒二象性》 单元测试 班级___________ 姓名___________ 学号____________ 分数____________ （考试时间：75分钟 试卷满分：100分） 单项选择题（本题共7小题，每小题4分，共28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．电子显微镜通过电子束使微小物体成像，因电子束的波长远小于光学显微镜使用的可见光的波长，故电子显微镜的分辨率远高于光学显微镜的分辨率。已知电子显微镜中，电子质量为，电子束的速率为，普朗克常量为，则电子束产生的德布罗意波波长数量级为（    ） A． B． C． D． 2．如图所示是粒子散射实验装置的示意图。从粒子源发射的粒子射向金箔，利用观测装置观测发现，绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，有少数粒子发生了大角度偏转，极少数粒子偏转的角度大于90°。下列说法正确的是（    ） A．粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的质子流 B．实验结果说明原子中的正电荷弥漫性地均匀分布在原子内 C．粒子发生大角度偏转是金箔中的电子对粒子的作用引起的 D．粒子发生大角度偏转是带正电的原子核对粒子的库仑力引起的 3．下图是在高中物理中出现的几个相似的曲线，下列说法错误的是（　　） A．甲图为某一单摆的共振曲线，若增大摆长，共振曲线的峰值向左偏移 B．乙图为某一纯电阻电路中电源的输出功率随外电阻的变化，由图可知电动势为 C．丙图为某气体在0℃和100℃温度下单位速率区间的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化，图中实线对应氧气分子在时的情形 D．丁图为在、两种温度下黑体的辐射强度与其辐射电磁波波长的关系，由图知温度升高黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 4．在医疗上，氦氖激光主要用于照射病患部位或穴位以治疗疾病，其有消炎、镇痛和扩张血管的作用。氦氖激光器主要产生波长的激光。如图所示，放电管产生电子，电子加速后轰击氖原子，使氖原子核外电子从基态跃迁至激发态，而后氖原子核外电子从激发态向基态跃迁过程中产生频率一致的光子（激光）。普朗克常量，光速，电子电荷量，某氦氖激光器的功率为0.06W，不考虑其他损耗，下列说法正确的是（　　） A．与之间能级差约为3.14eV B．电子必须处于特定的能量状态轰击氖原子，才能使氖原子核外电子跃迁 C．加速后电子能量越高，在轰击氖原子过程中能量损失越大 D．该激光器每秒发射的光子数约为 5．如图甲为氢原子光谱，图乙为氢原子部分能级图。图甲中的Hα、Hβ、Hγ、Hδ属于巴尔末系，都是氢原子从高能级向n=2能级跃迁时产生的谱线。下列说法中正确的是（　　） A．Hβ对应的光子能量比Hγ的大 B．Hβ对应的光子动量比Hγ的大 C．Hδ是氢原子从n=3向n=2能级跃迁时产生的 D．氢原子从高能级向n=1能级跃迁时产生的谱线均在Hδ的左侧 6．如图所示为氢原子的发射光谱和氢原子能级图，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线及其波长，分别对应能级图中从量子数为、4、5、6的能级向量子数为的能级跃迁时发出的光谱线。已知可见光波长在400nm~700nm之间，下列说法正确的是（　　） A．该谱线由氢原子的原子核能级跃迁产生 B．四条光谱线中，能量最大的光子对应的Hα谱线对应的可见光是红光 C．Hγ谱线对应的光，照射逸出功为2.25eV的金属，可使该金属发生光电效应 D．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线 7．如图是通过光电效应实现信号传输控制的设备——光继电器．LED发出波长为的光，光电管阴极K被照射后恰能发生光电效应，从而引起信号接收电路产生电流，实现对外部电路的控制。已知普朗克常量为h，真空中的光速为c，则（　　） A．阴极K的逸出功小于 B．阴极K的截止频率为 C．逸出光电子的最大初动能为 D．信号接收电路中电源的a端是正极 多项选择题（本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有两个或两个以上选项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分） 8．原子钟对提升导航定位、深空探测、电力系统授时等技术具有重要意义，如图所示为某原子钟工作原子的四能级体系。首先，工作原子吸收波长为的光子a，从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ。然后，工作原子自发辐射出波长为的光子，跃迁到“钟跃迁”的上能级2，并在一定条件下跃迁到“钟跃迁”的下能级1，辐射出波长为的光子，实现受激辐射，发出钟激光。最后，工作原子从下能级1回到基态，同时辐射出波长为的光子。则（　　） A．某“振荡器”产生的电磁场能使工作原子从能级1跃迁到能级2，则“振荡器”的振荡频率为 B．该原子钟产生的钟激光的波长 C．光子a的动量一定比钟激光的动量大 D．钟激光可以让某金属材料发生光电效应，光子a一定也可以 9．如图甲所示，某款条形码扫描探头上装有发光二极管和光电管，工作原理图如图乙。打开扫描探头，发光二极管发出红光。将探头对准条形码移动，红光遇到条形码的黑色线条时，光几乎全部被吸收；遇到白色空隙时光被大量反射到探头上，光电管发生光电效应产生光电流。通过信号处理系统，条形码就被转换成了脉冲电信号，则（　　） A．扫描探头在条形码上移动的速度不能太快，否则光电管来不及发生光电效应 B．若仅将扫描探头的发光强度增大，光电子的最大初动能不变 C．若仅将发光二极管换为发蓝光，也能发生光电效应 D．若将发光二极管发出的光的频率减小，只要照射时间够长，也一定能正常识别条形码 10．英国物理学家卢瑟福根据粒子散射实验结果提出原子的核式结构模型：原子中心存在原子核，电子围绕原子核在高速旋转。在氢原子模型中，设电子质量为m，电荷量为-e，静电力常量为k，电子绕原子核做匀速圆周运动的半径为r。已知点电荷Q的电场中，以无限远处电势为0，则距离该点电荷为r处的电势。下列说法正确的是（　　） A．电子做圆周运动的动能大小为 B．电子绕核运动时电子与核组成的系统电势能不变 C．电子绕核运动时形成环状电流大小为 D．电子绕核运动的动能和电势能的总和为 非选择题（本题共5小题，共54分。请按题目要求作答） 11．（6分）1897年，汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况断定，它的本质是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷，他的研究装置如图所示。 真空管内的阴极发出的电子经加速后，穿过A、B中心的小孔沿直线进入到两块水平正对放置的平行金属板、的区域，金属板、之间未加电场时，射线不偏转，射在屏上点。按图示方式施加电场强度为的电场之后，射线发生偏转并射到屏上点。为了抵消阴极射线的偏转，使它从点回到，需要在两块金属板之间的区域再施加一个大小合适、方向垂直于纸面的匀强磁场。 （1）匀强磁场的方向为 ； （2）若施加的匀强磁场磁感应强度为，求出阴极射线的速度的表达式 。 （3）去掉、间的电场，只保留（2）中的匀强磁场。由于磁场方向与射线运动方向垂直，阴极射线在、之间有磁场的区域内会形成一个半径为的圆弧，使得阴极射线落在屏上点。根据题目所有信息推导电子比荷的表达式为 。 12．（10分）某实验小组用如图甲所示电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量之间的关系。阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，阴极K在受到光照时能够发射光电子。请回答以下问题∶ (1)该实验中，滑动变阻器采用的是 接法（选填“分压式”或“限流式”）； (2)断开开关，当人射光的频率增大到某一数值时，电流表示数瞬间不为0，被称为 频率； (3)闭合开关后，在光照条件不变的情况下，当滑片P置于图甲中 区间（选填“Oa”或“Ob”），随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值； (4)测量遏止电压时，滑片P应置于图甲中 区间（选填“Oa”或“Ob”）。经多次实验，测得如下数据∶ 在图乙坐标纸中绘制关系图像 ，请描绘剩余的两个点并作出最佳拟合直线，计算得图像的斜率k= V/Hz（保留两位有效数字），已知电子电荷量为e，则普朗克常量h= （用字母k、e表示）； (5)若换用逸出功更大的阴极材料，该图线将向 移动（选填“左”或“右”）。 13．（8分）经测量，人体表面热辐射强度的最大值落在波长为9.40 μm处。根据电磁辐射的理论得出，物体最强辐射的波长与物体的绝对温度的关系近似为Tλm = 2.90 × 10−3 m·K，由此估算人体表面的温度和辐射强度的最大值对应波长的能量子的值各是多少？（h = 6.63 × 10−34 J·s，绝对温度T与摄氏度t的换算关系为：T = t + 273 K，T和t的单位分别为K、℃） 14．（10分）用功率P0＝1 W的光源，照射离光源r＝3 m处的某块金属的薄片。已知光源发出的是波长λ＝589 nm的单色光，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s试计算： (1)1 s内打到金属板1 m2面积上的光子数。 (2)若取该金属原子半径r1＝0.5×10－10 m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？ 15．（20分）利用如图所示的装置来研究光电效应。真空中一对半径均为的圆形金属板P、Q，圆心正对平行放置，两板距离为d，Q板中心镀有一层半径为（）的圆形锌金属薄膜。两金属板P、Q之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。当Q板受到频率为的单色光持续照射后，只有锌金属薄膜发生光电效应，光电子向各方向逸出。假设保持光照条件不变，单位时间内从锌薄膜中逸出的光电子数为n，调节金属板P、Q两端电压，当微安表示数恰好为零时，测得遏止电压为；进一步实验发现，当金属板P、Q两端电压大于或等于某一电压值时，微安表示数始终为最大值。（两板带电时板间的电场可视为匀强电场，不考虑平行板的边缘效应；忽略光电子的重力以及光电子之间的相互作用。已知普朗克常量为h，电子的电荷量为e，电子质量为m）求： （1）锌薄膜的逸出功； （2）微安表示数最大值和电压值； （3）某同学进一步查阅资料，获得了以下信息： ①原子半径r大小的数量级为m，普朗克常量； ②某普通光源，发光的频率为Hz，其在1s内垂直照射到1m2面积上光的能量约为J； ③电子吸收一个光子后若能量不足以使其脱离金属表面，会在不超过=s的时间内将能量释放给周围原子而恢复到原状态。请结合以上信息，估算说明在发生光电效应时，一个电子在极短时间内只能吸收一个光子。 入射光频率（×1014Hz）5.645.896.106.306.50遏止电压Uc（V）0.540.660.710.810.88