波粒二象性和原子结构.doc

高二新课程物理单元过关检测卷（选修3-5·二）
   　　　　　　　编审：百校联盟考试研究中心
第二单元 波粒二象性 原子结构
（90分钟 100分）
一．选择题（本题共10小题，每题4分，满分40分。每题所给的选项中，有的只有一个是正确的，有的有几个是正确的。将正确选项的序号选出填入题后的括号中。全部选对的得4分，部分选对的得2分，有错选或不选的得0分）
1．下列说法正确的是（　　）
A．光波是概率波，物质波是机械波
B．微观粒子的动量和位置的不确定量同时变大，同时变小
C．普朗克的量子化假设是为了解释光电效应而提出的
D．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性
2．卢瑟福提出原子的核式结构学说的根据是粒子轰击金箔的实验，在实验中他发现粒子（ ）
A．全部穿过或发生很小的偏转
B．全部发生很大的偏转，甚至有的被反弹回
C．绝大多数不发生或只发生很小的偏转，有极少数发生很大的偏转，个别甚至被弹回
D．绝大多数发生很大的偏转，甚至被反弹回，只有少数穿过
3.2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验.从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明（ ）
A.光具有波动性
B.光具有波粒二象性
C.微观粒子也具有波动性
D.微观粒子也是一种电磁波
4.下列关于光电效应的说法正确的是（ ）
A.若某材料的逸出功是W，则它的极限频率
B.光电子的初速度和照射光的频率成正比
C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比
D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大
5.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ）
A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子，低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
6．氢原子从能级A跃迁到能级B释放频率为的光子，从能级A跃迁到能级C吸收频率为的光子，若，则当它从能级B跃迁到能级C时，将（ ）
A．放出频率为的光子 B．放出频率为的光子
C．吸收频率为的光子 D．吸收频率为的光子
7．卢瑟福的粒子散射实验的结果显示了下列哪些情况 （ ）
A．原子内存在电子
B．原子的大小为m
C．原子的正电荷均匀分布在它的全部体积上
D．原子的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里
8．关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是 （ ）
A．太阳光谱和白炽灯光谱是线状谱
B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的是光谱是线状谱
C．进行光谱分析时，可以利用线状谱，不能用连续谱
D．观察月亮光谱，可以确定月亮的化学组成
9．根据表格中的内容，判断下列说法正确的是 （ ）
材料
铯
钙
镁
铍
钛
金
逸出功W/eV
1.9
2.7
3.7
3.9
4.1
4.8
A.只要入射光的强度足够大，照射时间足够长，表中的金属均可以发生光电效应
B.用某光照射表中金属，均能够发生光电效应，则从铯表面逸出的光电子的最大初动能最大
C.使表中金属发生光电效应时，铯的极限频率最小
D.使表中金属发生光电效应时，金的极限波长最小
10.在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m=1.67×10-27 kg，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是（ ）
A.10-17 kg·m/s B.10-18 kg·m/s C.10-20 kg·m/s D.10-24 kg·m/s
二．填空题（本题共3小题，每题4分，满分12分；将正确、完整的答案填入相应的横线中。）
11.康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿方向 运动，并且波长 （填“不变”“变小”或“变长”）.
12．有一群氢原子处于量子数3的激发态，当它们跃迁时，有可能放出_______种能量的光子；在能级 与能级 间跃迁时所发出的光子的波长最长，波长是_____________。

GA
V
P
E r
S
N
M
b
a
R0
13. 如图所示是测定光电效应产生的光电子比荷的简要实验原理图，两块平行板相距为d，其中N为金属板，受紫外线照射后，将发射沿不同方向运动的光电子，形成电流，从而引起电流计G的指针偏转，若调节R0逐渐增大极板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U时，电流恰好为零。切断开关，在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，逐渐增大磁感强度，也能使电流为零，当磁感强度为B时，电流恰为零。则光电子的比荷_______。
三．科学探究与实验 （本题共2小题，满分10分）
14.如图所示为研究光电效应的电路,利用能够产生光电效应的两种(或多种)已知频率的光进行实验,
（1）请简要写出实验步骤以及应该测量的物理量
（2）写出根据本实验计算普朗克常量的关系式(用上面的物理量表示)
15. 如右图所示，一验电器与锌板相连，在A处用一紫外线灯照射锌板，关灯后，指针保持一定偏角.
（1）现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将 （填“增大”“减小”或“不变”）.
（2）使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转.那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观察到验电器指针 （填“有”或“无”）偏转.
（3）实验室用功率P=1 500 W的紫外灯演示光电效应.紫外线波长λ=2 53 nm,阴极离光源距离d=0.5 m,原子半径取r=0.5×10-10 m,则阴极表面每个原子每秒钟接收到的光子数为 .
四、题：本题包括4个小题，共38分。要求写出必要的文字说明，方程式或重要的演算步骤，只写出最后答案的，不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。
16．(8分)如图所示为氢原子最低的五个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时，试求：在哪两个能级间跃迁时，所发出光子波长最长？波长是多少？（已知普朗克常数h＝6.63×10－34J·s）

17.（10分）纳米技术现在已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面.将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官.糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因，利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果.一台功率为10 W氩激光器，能发出波长λ=500 nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3 J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？

18.（10分）分别用λ和λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2.以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？

19.（10分）1960年5月15日，年轻的美国物理学家梅曼在实验室中利用红宝石激光器首先获得了激光。红宝石激光器的工作物质红宝石含有铬离子的三氧化二铝晶体，利用其中的铬离子产生激光。铬离子的能级如图所示，E1是基态，E2是亚稳态，E3是激发态，若以脉冲氙灯发出波长为λ1的绿光照射晶体，处于基态的铬离子受激发跃迁到E3，然后自发跃迁到E2，释放波长为λ2的光子，处于亚稳态E2的离子跃迁到基态时辐射出的光就是激光，这种激光的波长为多大？

参考答案
1. Ｄ 2. C 3.C 4. AD 5. AD 6.D 7.D 8. BC 9.BCD 10.D
11. 答案：1 变长
解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由E=hv知，频率变小，再根据c=λv知，波长变长.
12. 答案： 3 3与2
解析：由3的激发态向低能级跃迁的路径为或，故能放出三种能量的光子。上述三种跃迁辐射中，由的跃迁能级差最小，辐射的光子能量最小，波长最长。由氢原子能级图知，3.4eV ， 1.51eV ，，由可得。
13. 答案：
解析：设光电子受紫外线照射后射出的速度为。
在MN间加电场，当电压表示数为U时，由动能定理得：
在MN间加垂直于纸面的匀强磁场，当磁感强度为B时，光电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径：
光电子在磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，所以有：
由上述三式解得：
14.答案：（1）在此电路的光电管上施加反向电压,用已知频率为的光照射阴极,调节电压大小,直到光电管刚好无电流通过,测出此时的遏止电压,用另一已知频率为的光照射, 测出此时的遏止电压.
（2）利用光电效应方程和可得

由以上两式可得出
15.解析（1）当用紫外光照射锌板时，锌板发生光电效应，放出光电子而带上了正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，从而指针发生了偏转.当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏转减小.
（2）使验电器指针回到零，用钠灯黄光照射，验电器指针无偏转，说明钠灯黄光的频率小于极限频率，红外光比钠灯黄光的频率还要低，更不可能发生光电效应.能否发生光电效应与入射光的强度无关.
（3）以紫外灯为圆心，作半径为d的球面，则每个原子每秒钟接收到的光能量为
E=πr2=3.75×10-20J
因此每个原子每秒钟接收到的光子数为
n==5个.
答案5个
16.解析：氢原子由第五能级向第四能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长。根据 (4分)
　(4分)
17.解析（1）根据E=Pt,所以t= s=2×10-4 s. （5分）
（2）由E=n=nh得：
n=个=5×1015个. （5分）
答案2×10-4 s 5×1015个
18.解析：设此金属的逸出功为W,根据光电效应方程得如下两式：
当用波长为λ的光照射时： （3分）
当用波长为λ的光照射时： （3分）
又 （2分）
解方程组得：. （2分）
19.答案：
解析：根据玻尔的量子化原子模型，原子从一个能级跃迁到另一个能级时，需要吸收或发出的光子能量等于这两个能级的能量差，
即hυ=ΔE。 （2分）
根据波长、波速、频率的关系，有：c=λυ （2分）
设所求激光波长为λ，据题意，有：
（1分）
（1分）
（1分）
结合以上三式，有：=- （1分）
解得：λ= （2分）