第四章、原子结构和波粒二象性 一、选择题（共 16 题） 1．原子的核式结构学说是卢瑟福根据以下哪个实验现象提出来的（　　） A．光的衍射实验 B．氢原子光谱实验 C．  粒子散射实验 D．阴极射线实验 2．如图所示，在光电效应实验中，小明用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的 关系曲线甲、乙、丙。下列说法正确的是（　　） A．甲光的频率比乙光的小 B．乙光的波长比丙光的长 C．甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能不同 D．乙、丙两种光照射该光电管阴极的截止频率不同 3．关于原子结构，下列说法错误的是 A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流，并求出了这种粒子的比荷 B．卢瑟福  粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，电子在带正电部分的外面运动 C．各种原子的发射光谱都是连续谱 D．玻尔在原子核式结构模塑的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型 4．巴耳末系谱线波长满足巴耳末公式 1 1 1 ＝R（ 2 － 2 ），n＝3，4，5，…在氢原子光谱可见光区（巴耳  2 n 末系的前四条谱线在可见光区），最长波长与最短波长之比为（　　） A． 8 5 B． 9 5 C． 5．下列说法中正确的是（　　） A．水很难被压缩，这是因为水分子间没有空隙 4 3 D． 9 8 B．被毛皮摩擦过的橡胶棒吸引的小球可能不带电 C．卢瑟福的原子核依据式模型理论，在原子中绕核高速旋转的是质子 D．花开的季节，走近花园就能闻到扑鼻的花香，这是因为分子之间存在引力 6．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是（　　） A．光子通过狭缝的运动路线像水波一样 B．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样 C．光的粒子性是大量光子运动的规律 D．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样 7．下列物理学的发展史，表述正确的是（　　） a3 k 2 A．开普勒得出的开普勒第三定律 T 中，其中 k 是与中心天体质量无关的恒量 B．牛顿发现的万有引力定律 F  G C．库仑发现的库仑定律 F k m1m2 中，引力常量 G 是由牛顿测得 r2 q1q2 r 2 ，并测出了电子的电量  D．普朗克提出了能量子假说 εhν 中，普朗克常量 h 的单位是 J·s 8．于黑体与黑体辐射，下列说法错误的是（ ） A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关 B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射 C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍 D．黑体辐射随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 9．氢原子能级如图所示，已知某金属的逸出功为 2.25eV，当一群氢原子由 4 能级向下跃迁时，会发出很 多种频率的光，其中能使该金属发生光电效应的频率有（　　） A．3 种 B．4 种 C．5 种 D．6 种 10．如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于 n=4 激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光 子。其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极 K 上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙。下 列说法正确的是（　　） A．光电子的最大初动能为 6eV，金属的逸出功 6.75 eV B．氢原子跃迁时共发出 4 种频率的光 C．光电子最大初动能与入射光的频率成正比 D．氢原子跃迁放出的光子中有 2 种频率的光子可以使阴极 K 发生光电效应现象 11．我国高铁技术从无到有，并取得了巨大飞跃，目前处于世界领先水平。高铁将拥有基于北斗卫星导航 系统、5G 通信技术的空天地一体化的“超级大脑”。与 4G 相比，5G 具有“更高网速、低延时、低功率海量 连接、通信使用的电磁波频率更高”等特点。与 4G 相比，5G 使用的电磁波（ ） A．波长更长 B．衍射更明显 C．能量子的能量更大 D．传播速度更快 12．在光电效应实验中，用甲、乙、丙三种色光照射同一光电管，得到了三条光电流与电压之间的关系曲 线如图所示。下列说法正确的是（ ） A．甲光频率大于乙光频率 B．乙光波长小于丙光波长 C．乙光的光强小于丙光的光强 D．甲光所产生的光电子最大初动能大于丙光所产生的光电子最大初动能 13．金属铯的逸出功是 1.9eV。图是氢原子的能级图，根据此图可知：大量处于激发态的氢原子，在下列 四种自发跃迁时辐射的光子能使金属铯产生光电效应且逸出光电子的最大初动能最大的是（　　） A．从 n=4 的能级跃迁到 n=1 的能级 B．从 n=4 的能级跃迁到 n=2 的能级 C．从 n=5 的能级跃迁到 n=2 的能级 D．从 n=5 的能级跃迁到 n=3 的能级 14．如图是氢原子能级图，某个氢原子 A 从 n=3 的激发态直接跃迁到基态，另一氢原子 B 从 n=4 的激发态 直接跃迁到基态，下列说法正确的是（　　） A．A 和 B 都只释放出一种频率的光子 B．A 放出 3 种不同频率的光子，B 放出 6 种不同频率的光子 C．若 A 放出的光子能使某金属发生光电效应，则 B 放出的光子也能使该金属发生光电效应 D．若 B 放出的光子能使某金属发生光电效应，则 A 放出的光子也能使该金属发生光电效应 15．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应现象．对于这两个 过程，下列四个物理量中，一定不同的是（ ） A．单位时间内逸出的光电子数 B．反向截止电压 C．饱和光电流 D．光电子的最大初动能 16．COVID-19 引起的肺炎病人在进行 CT 诊断时，肺部影像呈白色（“白肺”），其物理原理是利用 X 射线 穿透人体肺部进行扫描并呈现灰度不同的图像。X 射线的穿透量受物质吸收程度的影响，吸收程度与物质 的密度等因素有关。密度越小，吸收 X 射线的本领越弱，透过人体的量就越多，呈现的图片就越暗，如空 气等。密度越大，吸收 X 射线的本领越强，透过人体的量就越少，呈现的图片为白色，如骨骼等。X 射线 被物质的吸收主要产生两种效应：光电效应和康普顿效应。依据以上信息，下列说法中正确的是（　　） A．光电效应说明光具有波动性 B．X 射线光子被原子中的电子全部吸收从原子中飞出变为具有一定动能的光电子的现象，属于光电效 应，说明 X 射线具有粒子性 C．光电效应中，X 射线频率越高，从同种原子中飞出的光电子的最大初动能越大 D．X 射线光子只被电子部分吸收，电子能量增大，光子被散射出去，散射光子波长变长，这说明光子既 具有能量又具有动量，这属于康普顿效应，说明了 X 射线具有粒子性 二、填空题 7 17．在可见光中，________的光子能量最大，波长为 4 �10 m 的光子的能量为___________J． 18．如图所示，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．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___________． 19．当光照射到光电管的阴极 K 时，电路中产生的电流流过电流表 G 的方向是___________（选填“a 流向 b”或“b 流向 a”）若照射光的频率增大，强度不变，电流表 G 的读数___________（选填“增大”“减小”或“不 变”）。 20．利用金属晶格做为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束射到金属 晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为 m，电量为 e，初速度为零，加速电压为 U，普朗克 常量为 h，则电子的德布罗意波长 λ=_________________． 三、综合题 21．用能量为 E 的光子照射到光电管阴极后，测得光电流与电压的关系如图所示，已知电子的质量为 m、 电荷量为 e，普朗克常量为 h，试求： ① 光电子的最大初动能和对应物质波的波长  ． ② 光电管阴极金属的逸出功 W． 22．氢原子在基态时轨道半径 r1  0.53 �1010 m ，能量 E1  13.6eV .求氢原子处于基态时： (1)电子的动能； (2)原子的电势能； (3)用波长是多少的光照射氢原子可使其电离？ (4)电子在核外旋转的等效电流（已知电子质量 m  9.1�1031 kg ）. 23．经测量，人体表面辐射本领的最大值落在波长为 940μm 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 - 1mK，由此估算人体表面的温度和辐射的能量子的 值各是多少？(h = 6.63×10 - 34J·s) 24．卢瑟福通过 α 粒子轰击金箔的实验中发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构 模型．左下平面示意图中的四条线表示 α 粒子运动的可能轨迹，在图中完成中间两条 α 粒子的运动轨迹． 参考答案： 1．C 【详解】 卢瑟福通过  粒子散射实验，发现绝大多数  粒子不发生偏转，只有极少数  粒子发生大角度偏转，进而 提出了原子的核式结构模型，C 正确，ABD 错误。 故选 C。 2．A 【详解】 AB．根据爱因斯坦光电效应方程结合动能定理可知 eU c  Ek  hv  W 入射光的频率越高，对应的遏止电压 Uc 越大。甲丙光的频率相等比乙光的小，则甲丙光波长相等比乙的 长，故 A 正确 B 错误； C．甲丙光的频率相等，甲、丙两种光所产生光电子的最大初动能相同，故 C 错误； D．光电管阴极的截止频率与入射光无关，故 D 错误。 故选 A。 3．C 【详解】 A．汤姆孙通过研究求出了阴极射线的比荷，明确了阴极射线是电子流，故 A 不符合题意； B．极少数  粒子发生了大角度偏转，表明原子全部正电荷集中在原子中央很小的体积内，电子在带正电 部分的外面运动，故 B 不符合题意； C．各种原子的发射光谱都是线状谱，不是连续谱，故 C 符合题意； D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型，故 D 不符合题 意； 故选 C。 4．A 【详解】 在巴尔末系中，根据 1 1 1  R( 2  2 ) 知当 n=3 时，光子能量最小，λ 最大；当 n=6 时，光子能量最大，波长  2 n 最小。则有 1 1 1 5R ＝R( 2  2 )  max 2 3 36 1 1 1 2R ＝R ( 2  2 )  min 2 6 9 所以 max 8 ＝＝ min 5 故 A 正确，BCD 错误 故选 A。 5．B 【详解】 A．水很难被压缩，是因为水分子间存在着斥力，不是因为没有空隙，故 A 错