1、原子结构和波粒二象性(时间：90分钟分值：100分)1(4分)在实验室或工厂的高温炉子上开一小孔，小孔可看作黑体，由小孔的热辐射特征，就可以确定炉内的温度，如图所示，就是黑体的辐射强度与其辐射光波长的关系图像，则下列说法正确的是()AT1T2BT1T2C随着温度的升高，黑体的辐射强度都有所降低D随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动A黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关。随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有所增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。从图中可看出，12，T1T2，故选项A正确。2(4分)一个光子和一个电子具有相同的波长，则()A光子具有较大的动量B光子具有较大
2、的能量C电子与光子的动量相等D电子和光子的动量大小关系不确定C根据德布罗意波长公式，若一个光子的德布罗意波长和一个电子的波长相等，则光子和电子的动量一定相等A、D错误，C正确；光子的能量E光h，电子的能量Eemc2E光，因电子的速度vc，故EeE光，B错误。3(4分)光电效应实验中，下列表述正确的是()A光照时间越长，光电流越大B入射光足够强就会有光电流C遏止电压与入射光的频率成正比D入射光频率大于极限频率才能产生光电子D在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，A、B错误，D正确；由eU0Ek，Ekh
3、W，可知U，即遏止电压与入射光频率有关，但二者间不是正比关系，C错误。4(4分)下列叙述中符合物理学史的有()A汤姆孙通过研究阴极射线实验，发现了电子B卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，证实了原子是可以再分的C查德威克通过对粒子散射实验现象的分析，提出了原子的核式结构模型D玻尔根据氢原子光谱分析，总结出了氢原子光谱可见光区波长公式A汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，A正确；卢瑟福通过对粒子散射实验现象的分析，得出了原子的核式结构模型，B、C错误；巴耳末根据氢原子光谱在可见光区的四条谱线得出巴耳末公式，D错误。5(4分)关于阴极射线的性质，下列说法正确的是()A阴极射线是电子打在玻璃管壁上产生
4、的B阴极射线本质是电子C阴极射线在电磁场中的偏转表明阴极射线带正电D阴极射线的比荷比氢原子核小B阴极射线是原子受激发射出的电子流，A、C错误，B正确；电子带电荷量与氢原子相同，但质量是氢原子的，故阴极射线的比荷比氢原子大，D错误。6(4分)根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景。图中实线表示粒子的运动轨迹。则关于粒子散射实验，下列说法正确的是()A图中大角度偏转的粒子的电势能先减小后增大B图中的粒子反弹是因为粒子与金原子核发生了碰撞C绝大多数粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小D根据粒子散射实验可以估算原子大小C题图中大
5、角度偏转的粒子所受的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，A错误；题图中的粒子反弹是因为粒子与金原子核之间的库仑斥力作用，阻碍粒子运动，但是并没有发生碰撞，B错误；绝大多数粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小，C正确；根据粒子散射实验可以估算原子核大小，D错误。7(4分)如图所示，a、b、c、d分别表示氢原子在不同能级间的四种跃迁，辐射光子频率最大的是()Aa BbCcDdBhaE2E110.2 eV，hbE3E112.09 eV，hcE3E21.89 eV，hdE4E30.66 eV，故频率最大的是b光子，选项B正确。8(6分)为了解释光电效应现象，爱因斯坦
6、提出了光子的概念，并给出了光电效应方程。但这一观点一度受到质疑，密立根通过下述实验来验证其理论的正确与否，实验电路如图甲所示。甲乙(1)为了测量遏止电压Uc与入射光频率的关系，实验中双刀双掷开关应向_闭合。(选填“上”或“下”)(2)如果实验所得Uc图像如图乙所示，其中U1、1、c为已知量，电子电荷量为e，那么：只需将_与普朗克常量h进行比较，若在误差许可的范围内两者相等，则证明光电效应方程是正确的；该实验所用光电管的K极材料的逸出功为_。解析(1)测量遏止电压需要将阴极K接电源的正极，可知实验中双刀双掷开关应向下闭合。(2)根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0结合eUcEk，解得Ucc，结合图
7、像可知斜率k解得普朗克常量h故需将与普朗克常量h进行比较。由图乙可知，截止频率为c，则该金属的逸出功W0hcc。答案(1)下(2)c9(10分)德布罗意认为：任何一个运动着的物体，都有着一种波与它对应，波长是，式中p是运动着的物体的动量，h是普朗克常量。已知某种紫光的波长是440 nm，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的104倍，求：(1)电子的动量的大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波波长的关系，并计算加速电压的大小。电子质量m9.11031 kg，电子电荷量e1.61019 C，普朗克常量h6.61034 Js，加速电压的计算结果取一位有效数字。解析(1)由知电子的动量p1
8、.51023 kgm/s。(2)电子在电场中加速，有eUmv2又mv2解得U8102 V。答案(1)1.51023 kgm/s(2)U8102 V10(10分)氢原子的能级图如图所示。原子从能级n3向n1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应。有一群处于n4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属。普朗克常量h6.631034 Js，求：(1)氢原子向较低能级跃迁时共能发出几种频率的光子；(2)该金属的逸出功和截止频率。解析(1)处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时可产生的光的频率的种数为N6(种)。(2)W0E3E112.09 eV，E3E1h解得2.91015 Hz。答案(
9、1)6(2)12.09 eV2.91015 Hz11(4分)(多选)关于粒子散射实验，下列说法正确的是()A在实验中观察到的现象是：绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，少数发生了较大偏转，极少数偏转角度超过90，有的甚至被弹回B使粒子发生明显偏转的力是来自带正电的核及核外电子，当粒子接近核时是核的斥力使粒子偏转，当粒子接近电子时是电子的吸引力使之偏转C实验表明：原子中心有一个极小的核，它占有原子体积的极小部分D实验表明：原子中心的核带有原子的全部正电荷和原子的全部质量AC由粒子散射实验结果知，A正确；由于电子的质量远小于粒子的质量，对粒子的运动影响极小，使粒子发生明显偏转的是原子核的斥力，
10、B错误；实验表明：原子具有核式结构，核极小，但含有全部的正电荷和几乎所有的质量，根据实验可以确定核半径的数量级，C正确，D错误。12(4分)(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大AD增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误；用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照
11、射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hW0mv2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确。13(4分)(多选)处于基态的氢原子吸收一个光子后，则下列说法正确的是()A电子绕核旋转半径增大B电子的动能增大C氢原子的电势能增大D氢原子的总能量增加ACD由玻尔理论可知，氢原子吸收光子后，应从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做负功，电势能增加。另由经典电磁理论知，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电子的库仑力，故，所以Ekmv2。可见，电子运动轨道半径增大，动能减小，再结合能量守恒定律，氢原子吸收光子，总能量增加
12、，故选项A、C、D正确。14(4分)(多选)根据氢原子的玻尔模型，氢原子核外电子在第一轨道和第二轨道运行时()A轨道半径之比为14B速度之比为41C周期之比为18D动能之比为41ACD由玻尔公式rnn2r1，所以轨道半径之比为r1r2122214，故A正确；根据库仑定律和牛顿第二定律有：km，vn，所以速度之比为21，故B错误；根据库仑定律和牛顿第二定律有：kmrn，T，所以周期之比为18，故C正确；根据mvk，所以动能之比为41，故D正确。15(4分)(多选)如图所示的氢原子能级图，可见光的能量范围为1.623.11 eV，用可见光照射大量处于n2能级的氢原子，可观察到多条谱线，若是用能量为
13、E的实物粒子轰击大量处于n2能级的氢原子，至少可观察到两条具有显著热效应的红外线，则()A一定有4.73 eVE1.62 eVBE的值可能使处于基态的氢原子电离CE一定大于2.86 eVDE的值可能使基态氢原子产生可见光BD红外线光子能量小于可见光光子能量，由实物粒子轰击大量处于n2能级的氢原子，至少可观察到两种红外线光子，说明处于n2能级的氢原子受激发后至少跃迁到n5，所以实物粒子的最小能量为EE5E22.86 eV，选项A、C错误；因为E可以为大于或等于2.86 eV的任意值，选项B、D正确。16(6分)氢原子基态的能量为E113.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的
14、所有的光子中，频率最大的光子能量为0.96E1，频率最小的光子的能量为_eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有_种不同的频率。解析频率最大的光子对应从最高能级向基态的跃迁，则有EnE10.96E1，又因为EnE1，故可得n5，因而频率最小的光子对应从n5到n4的能级跃迁，具有的能量EE5E40.31 eV，因氢原子是大量的，故由C10知，这些光子可具有10种不同的频率。答案0.311017(10分)如图所示，相距为d的两平行金属板A、B足够大，板间电压恒为U，有一波长为的细激光束照射到B板中央，使B板发生光电效应，已知普朗克常量为h，金属板B的逸出功为W0，电子质量为m，电荷量为e。求：(1
15、)从B板运动到A板所需时间最短的光电子，到达A板时的动能；(2)光电子从B板运动到A板时所需的最长时间。解析(1)根据爱因斯坦光电效应方程得EkhW0光子的频率为所以光电子的最大初动能为EkW0能以最短时间到达A板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B板的电子，设到达A板的动能为Ek1，由动能定理，得eUEk1Ek所以Ek1eUW0。(2)能以最长时间到达A板的光电子，是离开B板时的初速度为零或运动方向平行于B板的光电子。则dat2解得td。答案(1)eUW0(2)d18(10分)实验室考查氢原子跃迁时的微观效应。已知氢原子能级图如图所示，氢原子质量为mH1.671027 kg。设原来处于静止状态的大量激发态氢原子处于n5的能级状态。(1)这些氢原子由高能级向低能级跃迁时，可能发射出多少种不同频率的光？(2)若跃迁后光子沿某一方向飞出，且光子的动量可以用p表示(h为普朗克常量，为光子频率，c为真空中光速)，求发生电子跃迁后氢原子的最大反冲速率。(保留3位有效数字，1 eV1.601019 J)解析(1)不同频率的光的种类为NC10种。(2)由动量守恒mHvHp光子知：当最大时，反冲速率vH最大又hmaxE5E10.54 eV(13.6 eV)13.06 eV2.091018 J故最大反冲速率vH m/s4.17 m/s。答案(1)10(2)4.17 m/s
