人教版高中物理选择性必修第三册第四章测评含答案

第四章测评

(时间:75分钟　满分:100分)

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.下列有关说法正确的是(　　)

A.玻尔在1 900年把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的传统观念

B.动能相同的一个质子和一个电子,质子的德布罗意波长比电子长

C.康普顿效应表明光子不仅具有能量,还具有动量

D.普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性

2.如图所示是卢瑟福的α粒子散射实验装置,在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的α粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是(　　)

A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据

B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性

C.α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转

D.绝大多数的α粒子发生大角度偏转

3.(2022河南洛阳高二期中)某同学用如图所示实验装置探究光电效应,此时电流表有示数。下列说法正确的是(　　)

A.若减小光的强度,增大光的频率,则无法确定光电子初动能是增大还是减小

B.将P向右移,光电子初动能不变

C.若减小光的频率,则一定不会发生光电效应

D.若减小光的强度,则不再发生光电效应

4.(2022浙江绍兴二模)脉冲燃料激光器以450 μs的脉冲形式发射波长为585 nm的光,这个波长的光可以被血液中的血红蛋白强烈吸收,从而有效清除由血液造成的瘢痕。每个脉冲向瘢痕传送约为5.0×10-3 J的能量,普朗克常量为6.626×10-34 J·s。则(　　)

A.每个光子的能量约为5×10-19 J

B.每个光子的动量约为3.9×10-43 kg·m/s

C.激光器的输出功率不能小于1.24 W

D.每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为1.47×1016

5.(2022江苏如皋中学高二期末)如图所示,分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究,其逸出功的大小关系为W1>W2,保持入射光不变,则光电子到达A极时动能的最大值Ekm随电压U变化关系的图像是(　　)

6.(2022四川宜宾二模)如图所示为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。下列说法正确的是(　　)

A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

B.用能量为10.3 eV的光子照射氢原子,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

C.最容易表现出衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的

D.用n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应

7.太阳帆是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。科学家设想未来的宇航事业中,可以在没有空气阻力存在的太空利用太阳帆,为星际飞船提供加速度。假设该飞船所在地,太阳光垂直射到太阳帆上,太阳光子会连续撞击太阳帆并以原速率反射。若太阳帆面积为S,每秒钟每单位面积接收到的光子数为n,光子的平均波长为λ。飞船总质量为m,光速为c。则下列说法正确的是(　　)

A.每个光子被反射前后动量的变化量为

B.飞船加速度的大小为

C.飞船加速度的大小为

D.每秒钟太阳帆接收到的光子所具有的总平均能量为

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。全部选对得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

8.英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的实验研究发现(　　)

A.阴极射线在电场中偏向正极板一侧

B.阴极射线在磁场中受力情况跟正电荷受力情况相同

C.不同材料所产生的阴极射线的比荷不同

D.汤姆孙并未精确得出阴极射线粒子的电荷量

9.下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长,由表中数据可知(　　)

A.要检测弹子球的波动性几乎不可能

B.无线电波通常情况下只能表现出波动性

C.电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性

D.只有可见光才有波动性

10.(2022湖北武汉高三期末)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线,它们分别是从n为3、4、5、6的能级直接向n=2能级跃迁时产生的。四条谱线中,一条红色、一条蓝色、两条紫色,则下列说法正确的是(　　)

A.红色谱线是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的

B.蓝色谱线是氢原子从n=5能级直接向n=2能级跃迁时产生的

C.若氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n=4能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射将可能使该金属发生光电效应

D.若氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时所产生的辐射能使某金属发生光电效应,则氢原子从n=6能级直接向n=2能级跃迁时所产生的辐射一定能使该金属发生光电效应

三、非选择题(本题共5小题,共54分)

11.(6分)(1)研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中,正确的是　　　　。 

(2)金属中的电子吸收光子的能量,从金属表面逸出,这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中,其动量的大小　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),原因是　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

12.(8分)小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。

(1)图甲中电极A为光电管的　　　　(选填“阴极”或“阳极”); 

(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的极限频率νc=　　　　 Hz,逸出功W0=　　　　 J; 

(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014 Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=　　　 J。 

13.(12分)功率为40 W的白炽灯,有5%的能量转化为可见光。设所发射的可见光的平均波长为580 nm,那么该白炽灯每秒钟辐射的光子数为多少?(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)

14.(12分)金属晶体中晶格大小的数量级是10-10 m。电子经加速电场加速,形成电子束,电子束照射该金属晶体时,获得明显的衍射图样。问这个加速电场的电压约为多少?(已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子的电荷量e=1.6×10-19 C,质量m=0.90×10-30 kg)

15.(16分)将氢原子电离,就是从外部给电子提供能量,使其从基态或激发态脱离原子核的束缚而成为自由电子。电子电荷量e=1.6×10-19 C,电子质量m=9.1×10-31 kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s。其中,E1=-13.6 eV,En=

(1)若要使n=2激发态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射该氢原子?

(2)若用波长为200 nm的紫外线照射n=2激发态的氢原子,则电子飞到离核无穷远处时的速度为多大?

第四章测评

1.C　普朗克在1900年把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的传统观念,A错误;根据p=,因为质子质量大于电子质量,所以质子动量大于电子的动量,由λ = 知质子的德布罗意波长比电子的短,B错误;康普顿根据p=,对康普顿效应进行解释,其基本思想是光子不仅具有能量,而且具有动量,C正确;德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性,D错误。

2.A　α粒子散射实验的内容是绝大多数α粒子几乎不发生偏转,少数α粒子发生了较大角度的偏转,极少数α粒子发生了大角度偏转(偏转角度超过90°,有的甚至几乎达到180°,被反弹回来)。该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据,故A正确,D错误;α粒子散射实验,卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设,从而否定了汤姆孙原子模型的正确性,故B错误。发生α粒子偏转现象,主要是由于α粒子和原子核发生碰撞的结果,故C错误。

3.B　若减小光的强度,增大光的频率,则每个光子的能量增大,根据光电效应方程可知光电子的最大初动能增大,故A错误;将滑动变阻器滑片P向右移,但光的频率不变, 每个光子的能量不变,根据光电效应方程可知光电子的最大初动能不变,故B正确;若减小光的频率,无法确定该光的频率与金属的截止频率的关系,所以不一定会发生光电效应,故C错误;若仅减小该光入射的强度,由于每个光子的能量不变,入射光的频率仍然大于金属的截止频率,会发生光电效应,故D错误。

4.D　每个光子的能量约为E= J=3.4×10-19 J,选项A错误;每个光子的动量约为p= kg·m/s=1.13×10-27 kg·m/s,选项B错误;激光器的输出功率不能小于P==11.1 W,选项C错误;每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为n==1.47×1016,选项D正确。

5.C　光电管所加电压为正向电压,则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值Ekm=Ue+hν-W,可知Ekm-U图像的斜率相同,均为e;逸出功越大,则图像在纵轴上的截距越小,因W1>W2,则图像C正确,A、B、D错误。

6.C　处于n=4能级的氢原子能发射=6种频率的光,故A错误;原子跃迁能量必须等于能级差,基态的氢原子吸收10.2 eV的能量从n=1能级跃迁到n=2能级,而10.3 eV大于10.2 eV,所以不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态,故B错误;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光的能量为最小值,波长最长,所以最容易表现出衍射现象,故C正确;由n=4能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量为ΔE=-0.85 eV-(-3.4) eV=2.55 eV,小于6.34 eV,所以不能使金属铂发生光电效应,故D错误。

7.B　每个光子被反射前后动量的变化量为Δp=,选项A错误;对飞船由动量定理·S·nΔt=mΔv,解得飞船加速度的大小为a=,选项B正确,C错误;每秒钟太阳帆接收到的光子所具有的总平均能量为E=nS,选项D错误。

8.AD　阴极射线实质上就是高速电子流,所以在电场中偏向正极板一侧,故选项A正确;由于电子带负电,所以其在磁场中受力情况与正电荷不同,故选项B错误;不同材料所产生的阴极射线都是电子流,所以它们的比荷是相同的,故选项C错误;最早精确测出电子电荷量的是美国物理学家密立根,故选项D正确。

9.ABC　由于弹子球德布罗意波长极短,故很难观察其波动性,而无线电波波长为3.0×102 m,所以通常表现出波动性,很容易发生衍射,而金属晶体的晶格线度大约是10-10 m数量级,所以波长为1.2×10-10 m的电子可以观察到明显的衍射现象。故选A、B、C。

10.AD　红光的频率最小,光子的能量最小,故跃迁时对应的能级差最小,所以红色谱线是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的,A正确;紫光的频率最大,光子的能量最大,故紫色谱线是氢原子从n=6能级或n=5能级向n=2能级跃迁时产生的,蓝色谱线是氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁时产生的,B错误;氢原子从n=4能级直接向n=2能级跃迁时产生的光子的频率小于从n=6能级直接向n=2能级跃迁时产生的光子的频率,后者不能使某金属发生光电效应,则后者的频率小于该金属的截止频率,则前者就不可能发生光电效应,C错误;氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的光子的频率小于从n=6能级直接向n=2能级跃迁时产生的光子的频率,若前者能使某金属发生光电效应,则后者一定能使该金属发生光电效应,故D正确。

11.答案 (1)C　(2)减小　光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)

解析 (1)由于光的频率一定,它们的遏止电压相同,A、B错误;光越强,电流越大,C正确,D错误。(2)由于光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功),速度减小,光电子的动量变小。

12.答案 (1)阳极　(2)5.15×1014　3.41×10-19

(3)1.23×10-19

解析 (1)在光电效应中,电子向A极运动,故电极A为光电管的阳极。(2)由题图可知,铷的极限频率νc为5.15×1014 Hz,逸出功W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J=3.41×10-19 J。(3)当入射光的频率为ν=7.00×1014 Hz时,由Ek=hν-hνc得,光电子的最大初动能为Ek=6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014 J=1.23×10-19 J。

13.答案 5.8×1018

解析 波长为λ的光子能量为ε=hν=h ①

设白炽灯每秒内发出的光子数为n,白炽灯电功率为P,则n= ②

式中η=5%是白炽灯的发光效率

联立①②式得n=

代入题给数据得n=5.8×1018。

14.答案 153 V

解析 据发生明显衍射的条件可知,当运动电子的德布罗意波波波长与晶格大小差不多时,可以得到明显的衍射现象。

设加速电场的电压为U,电子经电场加速后获得的速度为v,对加速过程由动能定理得eU=mv2 ①

据德布罗意物质波理论知,电子的德布罗意波波长λ= ②

其中p=mv ③

解①②③联立方程组可得U==153 V。

15.答案 (1)8.21×1014 Hz　(2)1×106 m/s

解析 (1)n=2时,E2= eV=-3.4 eV

n=∞时,E∞=0,所以要使处于n=2激发态的氢原子电离,电离能为ΔE=E∞-E2=3.4 eV

ν= Hz=8.21×1014 Hz。

(2)波长为200 nm的紫外线一个光子所具有的能量

E0=hν=h=6.63×10-34× J=9.945×10-19 J

电离能ΔE=3.4×1.6×10-19 J=5.44×10-19 J

由能量守恒有E0-ΔE=mv2

代入数值解得v=1×106 m/s。