单元综合测试十六(波粒二象性 原子结构和原子核) 剖析
2019年高考高三物理波粒二象性、原子结构、原子核单元总结与测知识点分析(含解析)
2019年高考高三物理波粒二象性、原子结构、原子核单元总结与测知识网络学习重点和难点1、光电效应现象的基本规律。
在光电效应中（1）对光的强度的理解，（2）发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比，此处是难点之一；2、玻尔模型中能级的跃迁及计算。
在玻尔原子模型中能级的跃迁问题以及量子化的提出也是难点之一；3、原子核的衰变问题以及核能的产生与计算是本部分重点。
核能的计算与动量和能量的结合既是重点又是难点，要处理好。
知识要点知识梳理知识点一——光的本性1、光电效应（1）产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率（2）入射光频率决定每个光子的能量决定光子逸出后最大初动能（3）入射光强度决定每秒逸出的光子数决定光电流的大小（4）爱因斯坦光电效应方程2、光的波粒二象性光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。
（1）大量光子的传播规律体现波动性；个别光子的行为体现为粒子性。
（2）频率越低，波长越长的光，波动性越显著；频率越高，波长越短的波，粒子性越显著。
（3）可以把光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。
知识点二——原子核式结构1、α粒子散射α粒子散射实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角大于90°，有的甚至被弹回。
2、核式结构模型原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核旋转。
原子半径大约为10-10m，核半径大约为10-15～10-14 m。
知识点三——氢原子跃迁对氢原子跃迁的理解：1、原子跃迁的条件原子从低能级向高能级或从高能级向低能级跃迁时吸收或放出恰好等于发生跃迁时的两能级间的能级差的光子；当光子的能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的动能；原子还可吸收实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于或等于两能级的差值，均可使原子发生能级跃迁。
高考物理真题分类汇编-原子结构、原子核、波粒二象性(详解_精校).docx
高中物理学习材料桑水制作2011年高考物理真题分类汇编（详解+精校）原子结构、原子核、波粒二象性1．（2011年高考·上海卷）卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是A． B． C． D．1.D 解析：本题考查α粒子散射实验的原理，主要考查学生对该实验的轨迹分析和理解。
由于α粒子轰击金箔时，正对金箔中原子核打上去的一定原路返回，故排除A、C选项；越靠近金原子核的α粒子受力越大，轨迹弯曲程度越大，故D正确。
2．（2011年高考·上海卷）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（）A．改用频率更小的紫外线照射 B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间2.B 解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。
根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错；X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。
3．（2011年高考·上海卷）在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。
则（）A．措施①可减缓放射性元素衰变 B．措施②可减缓放射性元素衰变C ．措施③可减缓放射性元素衰变D ．上述措施均无法减缓放射性元素衰变3.D 解析：本题考查衰变及半衰期，要求学生理解半衰期。
原子核的衰变是核内进行的，故半衰期与元素处于化合态、游离态等任何状态无关，与外界温度、压强等任何环境无关，故不改变元素本身，其半衰期不会发生变化，A 、B 、C 三种措施均无法改变，故D 对。
4．（2011年高考·北京理综卷）表示放射性元素碘131（I 13153）β衰变的方程是A ．He Sb I 421275113153+→ B ．e Xe I 013114513153-+→ C ．n I I 101305313153+→D ．H Te I 113012513153+→4.B 解析：A 选项是α衰变，A 错误；B 选项是β衰变，B 正确；C 选项放射的是中子，C 错误；D 选项放射的是质子，D 错误。
《波粒二象性-原子结构和原子核》单元试题
照相底片放射源铅盒+++++-----D C 验电器锌板弧光灯单色光单孔屏双孔屏 像屏BA放射源荧光屏显微镜金箔ab c+P-高二物理《波粒二象性、原子结构》单元试题一、单项选择题（3’×10=30’） 1．下列说法中不正确．．．的是： A ．汤姆生发现电子，并提出原子结构“枣糕模型”B ．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子C ．卢瑟福通过α粒子散射实验，发现原子核有一定的结构D ．爱因斯坦为解释光电效应的实验规律提出了光子说2．如图所示，P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成a 、b 、c 三束．以下判断正确的是：A ．a 为α射线、b 为β射线B ．a 为β射线、b 为γ射线C ．b 为γ射线、c 为β射线D ．b 为α射线、c 为γ射线 3．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是：A ．使光子一个一个地通过单缝，如果曝光时间足够长，底片上将会显示衍射图样B ．只有单个光子通过单缝后，底片上也会出现完整的衍射图样C ．光子通过狭缝的运动路线像水波一样起伏D ．单个光子通过单缝后运动有随机性，大量光子通过单缝后运动也呈现随机性 4． 下列四个实验中，能说明光具有粒子性的是：5．氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是：A ．电子绕核旋转的半径增大B ．氢原子的能量增大C ．氢原子的电势能增大D ．氢原子核外电子的速率增大6．利用光电管研究光电效应的实验电路如图所示，用频率为v 0的可见光照射阴极K ，电流表中有电流通过，则：A ．只用紫外光照射K ，电流表中不一定有电流通过B ．只用红外光照射K ，电流表中一定无电流通过C ．频率为v 0的可见光照射K ，变阻器的滑片移到A 端，电流表中一定无电流通过D ．频率为v 0的可见光照射K ，变阻器的滑片向B 端滑动时，电流表示数可能不变7． 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的，u 夸克带电荷量为＋e 32，d 夸克带电荷量为e 31-，e 为元电荷．下列论断中可能正确的是： A ．质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成 B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成 C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成8．新发现的一种放射性元素X ，它的氧化物X 2O 的半衰期为8天，X 2O 与F 发生化学反应2X 2O+2F 2=4XF+O 2之后，XF 的半衰期为：A ．2天B ．4天C ．8天D ．16天9．氦原子的一个核外电子被电离，会形成类似氢原子结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为E 1=－54.4 eV ，氦离子能级的示意图如图所示．可以推知，在具有下列能量的光子中，不能．．被基态氦离子吸收而发生跃迁的是： A ．40.8 eVB ．43.2 eVC ．51.0 eVD ．54.4 eV10．在匀强磁场中有一个静止的氡原子核（Rn 22286），由于衰变，它沿着与磁场垂直的方向放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，两圆的直径之比为42∶1，如图所示．那么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个： A ．e Fr Rn 012228722286-+→ B ．H At Rn 212208522286+→C ．e At Rn 012228522286+→ D ．He Po Rn 422188422286+→二、不定项选择题（6’×4=24’，漏选得3’，错选、不选得0’） 11．关于光谱的产生，下列说法正确的是：Bb aX 射线阳极K A灯线电源A ．正常发光的霓虹灯属稀薄气体发光，产生的是明线光谱B ．白光通过某种温度较低的蒸气后将产生吸收光谱C ．撒上食盐的酒精灯火焰发出的光是明线光谱D ．炽热高压气体发光产生的是明线光谱12．1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家．下列核反应中属于研究“两弹”的基本核反应的是：A ．N 147 +He 42→O 178 +H 11B ．U 23592 +n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 1C ．U 23892 →Th 23490 +He 42D ．H 21+H 31→He 42+n 113．如图是产生X 射线的装置，图中K 是阴极，A 是阳极．通电时由阴极发出的电子打在阳极上，从阳极上激发出X 射线．设其中X 光子能量最大值等于电子到达阳极时的动能．已知电子初速度为零，两极间电势差U ，普朗克常量h ，电子电荷e 和光速c ，则： A ．X 射线是从阴极K 直接发出的 B ．高压电源的a 端为正极C ．X 射线管发出的X 光的最短波长为eU hcD ．X 射线管发出的X 光的最大频率为eUh14．中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它曾由航天飞机携带升空，将安装在阿尔法国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．反物质即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但电性相反的物质，如反质子即为11-H ．假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，沿OO ′穿过速度选择器后进入匀强磁场B 2形成4条径迹，下列说法正确的是：A ．1、2是反粒子的径迹B ．3、4为反粒子的径迹C ．2为反α粒子径迹D ．4为反α粒子径迹 三、填空与实验题（5’×5=25’）15．一个正电子和一个负电子相遇会发生湮灭而转化为一对光子，设正、负电子的质量为m ，普朗克常量为h ，光速为c ，则这一对光子的频率ν=_______． 16．已知一个U 235核吸收一个中子后可能发生的反应是n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+，放出的能量为E ．若U 235核的质量为M ，中子的质量为m 0，Ba 141核的质量为m 1，Kr 92核的质量为m 2，真空中的光速c ，则释放的能量E=__________________．17．氢原子从能级A 跃迁到能级B 时，辐射出波长为λ1的光子；从能级A 跃迁到能级C 时，辐射出波长为λ2的光子；若λ1＞λ2，则氢原子从能级B 跃迁到能级C 时，将_______（填“辐射”或“吸收”）光子，光子的波长λ=_______．18．一瓶无害放射性同位素溶液，其半衰期为20天，测得每分钟衰变6×107次．今将这瓶溶液倒入一水库中，80天后可以认为溶液已均匀分布在水库中，现取1m 3水样本测得每分钟衰变20次，则该水库蓄水量V =_______m 3．四、计算题（7’×3=21’，解题要有必要的步骤、简图或文字）19．若氢原子的核外电子质量为m ，电量为e ，在离核最近的轨道上近似做匀速圆周运动，轨道半径为r 1．试求：（1）电子运动的动能E k 是多少？ （2）电子绕核转动的频率f 是多少？ （3）氢原子核在电子轨道处产生的电场强度E 为多大？20．物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应．根据这一理论，在太阳内部４个氢核（11H ）转化成一个氦核（He 42）和两个正电子（e 01）并放出能量．已知质子质量m p ＝1.0073u ，α粒子的质量m α＝4.0015u ，电子的质量m e ＝0.0005u ．1u 的质量对应931.5MeV 的能量．试求：（1）写出该热核反应方程；（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量?（结果保留四位有效数字）21．云室处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一静止的质量为M 的原子核在云室中发生一次α衰变， α粒子的质量为m ，电量为q ，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内．现测得α粒子的轨道半径为R ，试求在衰变过程中的质量亏损．（提示：涉及动量问题的计算时，亏损的质量可忽略不计）．。
专题8 原子结构、原子核和波粒二象性（解析版）
2020年各地高考模拟物理试题分项解析（二）专题12原子结构、原子核和波粒二象性一．选择题1．（2020年3月武汉质检）硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件，它的工作原理与光电效应类似：当光照射硅光电池，回路里就会产生电流。
关于光电效应，下列说法正确的是A．任意频率的光照射到金属上，只要光照时间足够长就能产生光电流B．只要吸收了光子能量，电子一定能从金属表面逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关D．超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的最大初动能就越大【参考答案】.C【命题意图】本题以直接把光能转换成电能的硅光电池为情景，考查对光电效应规律的理解及其相关知识点，考查的核心素养是能量的观点。
【解题思路】根据光电效应规律，只有频率大于极限频率的光照射到金属上，才会发生光电效应，所以选项A错误；若吸收光子的能量小于金属中电子的逸出功，额电子不能从金属表面逸出，选项B错误；根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子的最大初动能Ek=hv-W，即逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率有关，选项C正确；根据光电效应规律，超过截止频率的入射光光强越强，所产生的光电子的数目就越大，光电子的最大初动能不变，选项D错误。
【易错警示】解答此题常见错误主要有：一是对截止频率、光电效应规律理解掌握不到位；二是对爱因斯坦光电效应方程理解掌握不到位。
2.（2020贵阳一模）下列现象中，与原子核内部变化有关的是A．天然放射现象B．光电效应现象C．原子发光现象D．α粒子散射现象【参考答案】.A【命题意图】本题以与原子核内部变化无关切入，考查对天然放射现象、光电效应现象、原子发光现象、α粒子散射现象的理解及其相关知识点。
【解题思路】天然放射现象是原子核内释放出α粒子、或者β粒子、或者γ光子的现象，属于原子核内部变化，选项A 正确；光电效应现象是频率大于极限频率的光照射金属，使金属中电子逸出的现象，与原子核内部变化无关，选项B 错误；原子发光现象是原子外层电子从高能级向低能级或基态跃迁辐射光子的现象，与原子核内部变化无关，选项C 错误；α粒子散射现象是卢瑟福探究原子内部结构，用α粒子轰击金箔产生的α粒子散射，与原子核内部变化无关，选项D 错误。
2016-2020高考物理分类汇编：专题16 波粒二象性 原子结构 原子核
1专题16 波粒二象性 原子结构 原子核题型一：光子说 光电效应 波粒二象性（2017北京理综·18）2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm （1nm=10-9m ）附近连续可调的世界上个最强的极紫外激光脉冲，大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。
一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。
据此判断，能够电离一个分子的能量约为（ ）（取普朗克常量346.610J s h -=⨯ ，真空光速8310m/s c =⨯）A ．-2110JB ． -1810JC ． -1510JD ． 1210J -【参考答案】B【名师解析】一个处于极紫外波段的光子的能量为：E =h =2×10-18J ，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须相同，故选项B 正确。
（2020年7月浙江选考）下列说法正确的是（ ） A ．质子的德布罗意波长与其动能成正比B ．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是α射线C ．光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关D ．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性 【参考答案】D【名师解析】根据德布罗意物质波公式，p=mv=h/λ，质子的德布罗意波长与其动量成反比，选项A 错误；天然放射的三种射线，穿透能力最强的是γ射线，选项B 错误；光电效应实验中的截止频率只与金属材料本身有关，与入射光的频率无关，选项C 错误；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性，选项D 正确。
（2018年11月浙江选考物理·多选）处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a 、b 两种可见光，a 光照射某金属表面时有光电子逸出，b 光照射该金属表面时没有光电子逸出，则（ ） A. 以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a 光的侧移量小于b 光的 B. 垂直入射到同一单缝衍射装置，a 光的衍射中央亮条纹宽度小于b 光的 C. a 光和b 光的频率之比可能是20/27 D. a 光子的动量大于b 光子的 【参考答案】.BD【命题意图】此题氢原子能级跃迁辐射的两种光照射金属是否逸出光电子切入，考查光电效应、光的折射、单缝衍射、光子能量公式、光子动量公式。
高中物理 专题复习 《 波粒二象性》《原子与原子核》(含答案解析)
第12课时波粒二象性原子与原子核考点光电效应波粒二象性1．光电效应方程(1)光子：频率为ν的光的能量子为hν.(2)方程表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.2．三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0(2)最大初动能与遏止电压：E k＝eU c(3)逸出功与截止频率：W0＝hνc3．两个图象(1)光电流与电压的关系，如图1所示图1①I m为饱和光电流，由光照强度决定．②U c为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定．(2)用图象表示光电效应方程，如图2所示图2①截止频率：图线与ν轴的交点的横坐标νc②逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0③普朗克常量：图线的斜率k＝h.4．两条线索(1)光强大→光子数目多→发射光电子数多→光电流大(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大5．光的波粒二象性(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．例1(2019·河南九师联盟质检)关于光电效应，下列说法正确的是()A．在光电效应实验中，用不同频率的光照射相同的金属表面，这种金属的逸出功不同B.若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时一定能发生光电效应C．用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系D．只要增加光照时间和光照强度照射金属表面，该金属一定能发生光电效应答案 C解析在光电效应实验中，金属的逸出功是由金属本身决定的物理量，与入射光的频率无关，选项A错误；黄光的频率小于紫光，则若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时不一定能发生光电效应，选项B错误；根据E k＝hν－W0可知，用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系，选项C正确；能否发生光电效应，由入射光的频率决定，与光照时间和光照强度无关，选项D错误．变式训练1．(2019·四川综合能力提升卷)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应．现改用紫光照射该金属，下列说法正确的是()A．若紫光强度较小，可能不会产生光电子B．用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大C．用紫光照射时，光电子的最大初动能更大D．两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小答案 C解析因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但用红光照射产生的光电子的动能不一定都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误．例2(多选)(2019·浙江嘉丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图3甲所示．测得该金属的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则()图3A．图甲中电极A为光电管的阳极B．探究遏止电压U c与入射光频率ν关系时，电源的左侧是正极C．该金属的截止频率νc为5.15×1014 HzD．该金属的逸出功为3.41×10－19 eV答案AC解析电子从金属板上射出后被电场加速，知A板为阳极，故选项A正确；探究遏止电压U c与入射光频率ν关系时，应让电子减速，直至光电流为零，故电源左侧是负极，选项B错误；由E k＝hν－W0和eU c＝E k知，当U c＝0时，hνc＝W0.据题图乙知截止频率νc＝5.15×1014Hz，故选项C正确；W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J，故D错误．变式训练2.(2020·山东等级考模拟卷·6)如图4所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K 上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零.已知电容器的电容为C ，带电荷量为Q ，极板间距为d ，普朗克常量为h ，电子电荷量的绝对值为e ，不计电子的重力.关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是( )图4A.带正电，ν0＋Qe ChB.带正电，ν0＋QeChdC.带负电，ν0＋QeChD.带负电，ν0＋QeChd答案 C解析 以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板时速度刚好为零，说明电场力做负功，电场强度方向向右，右侧极板带负电，且－eU ＝0－E k0，由电容器电压与电荷量的关系知U ＝QC ，由最大初动能与单色光入射频率的关系知E k0＝hν－hν0，代入化简可得ν＝ν0＋Qe Ch.3．(2019·浙江宁波市 “十校联考”)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图5.用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在K 、A 之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 0为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )图5A ．U ＝hνe －W 0eB ．U ＝2hνe －W 0eC ．U ＝2hν－W 0D ．U ＝5hν2e －W 0e答案 B解析 发生光电效应时有E k ＝nhν－W 0(n ＝2,3,4…)，在K 、A 间逐渐增大U ，当光电流为零时，由－eU ＝0－E k 得U ＝nhνe －W 0e(n ＝2,3,4…)，故B 项正确．考点氢原子模型与原子结构1.玻尔理论的基本内容(1)能级假设：氢原子E n ＝E 1n2(n 为量子数)．(2)跃迁假设：吸收或释放的能量hν＝E m －E n (m >n )． (3)轨道假设：氢原子r n ＝n 2r 1(n 为量子数)． 2．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差ΔE . ②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE . ③大于电离能的光子被吸收，原子被电离． 3．四点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差． (2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级的绝对值．(3)一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射光子的种类N ＝C 2n＝n (n －1)2. (4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值．例3(2019·河南濮阳市5月模拟)He －Ne 激光器产生的波长为6.33×10－7 m 的谱线是Ne 原子从激发态能级(用E 1表示)向能量较低的激发态能级(用E 2表示)跃迁时发生的；波长为3.39×10－6 m 的谱线是Ne 原子从激发态能级E 1向能量较低的激发态能级(用E 3表示)跃迁时发生的．已知普朗克常量h 与光速c 的乘积hc ＝1.24×10－6 m·eV .由此可知Ne 的激发态能级E 2与E 3的能量差为(结果保留两位有效数字)( ) A ．1.6 eV B ．2.6 eV C ．3.6 eV D ．4.0 eV答案 A解析 由E m －E n ＝hcλ，有E 2－E 1＝hcλ1，E 3－E 1＝hcλ2，则ΔE ＝E 2－E 3＝hc λ1－hcλ2代入数值得ΔE ≈1.6 eV ，故A 项正确．变式训练4．(2019·四川宜宾市第二次诊断)玻尔首先提出能级跃迁．如图6所示为氢原子的能级图，现有大量处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁．下列说法正确的是( )图6A．这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光B．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级产生的光频率最大C．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最长D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 eV答案 A5．(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图7所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光．要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()图7A．12.09 eV B．10.20 eVC．1.89 eV D．1.51 eV答案 A解析因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A 正确．考点核反应与核能1．核反应的四种类型2.原子核的衰变(1)衰变的实质：α衰变为211H＋210n→42He，即放出α射线；β衰变为10n→11H＋0－1e，即放出β射线，在α衰变或β衰变过程中放出γ射线．(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义．3．核反应方程解答技巧(1)熟记常见基本粒子的符号——是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子( 0+1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律——是正确书写核反应方程或判断核反应方程是否正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒．(3)明白核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．4．核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．例4(2019·安徽A10联盟开年考)关于核反应方程238 92U→X 90Th＋42He，其中X为Th原子核的质量数，则下列说法正确的是()A．该反应属于β衰变B. X 90Th中含有148个中子C.238 92U的平均结合能比X 90Th大D．该反应新生成的粒子X 90Th具有放射性答案 D解析该反应放出α粒子，属于α衰变，选项A错误；根据电荷数守恒可知X＝238－4＝234，则X 90Th中含有234－90＝144个中子，选项B错误；核电荷数越小的平均结合能越大，则238 92U 的平均结合能比X 90Th小，选项C错误；该反应新生成的粒子X 90Th原子序数大于83，具有放射性，选项D正确．变式训练7．(2019·天津市和平区上学期期末)天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的结构．关于原子核，下列说法正确的是()A．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流B．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个C．增大压强不能改变原子核衰变的半衰期D．α射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤答案 C解析β射线是原子核内的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子形成的，故A错误；α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程．α粒子是核电荷数为2、质量数为4的氦核．质子数等于核电荷数2，所以“核内质子数减少4个”是错误的，则B错误；原子核的半衰期有其自身决定，与原子所处的物理、化学状态和外部条件无关，故改变压强不能改变半衰期，C正确；γ射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤，α射线的电离本领最强，D错误．8．(2019·湖北武汉市二月调研)据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突破．该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量．下列说法正确的是() A．钍核232 90Th有90个中子，142个质子B．铀核裂变的核反应方程为233 92U＋10n→142 56Ba＋8936Kr＋310nC．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小答案 B解析钍核232 90Th有90个质子，142个中子，故A错误；根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确；根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C错误；较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增大，故D错误．例5(2019·全国卷Ⅱ·15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2γ，已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeV答案 C解析因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计．核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u －4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确．变式训练9．(多选)(2019·浙江绍兴市3月选考)一座核电站反应堆产生的热功率为3 400 MW，发电功率为1 100 MW.已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200 MeV，下列说法正确的是() A．核裂变的反应方程为23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋210nB．核反应后总质量增加了C．核电站的发电效率约为32%D．每秒钟约有1.1×1020个铀235核发生裂变答案CD解析根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程应为23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，由于释放核能，据ΔE＝Δmc2，总质量一定减小；发电效率η＝1 100 MW3 400 MW×100%≈32%；由Pt＝nE，每秒发生裂变的铀核n＝ 3 400×106 W×1 s≈1.1×1020个．200×106×1.6×10－19J专题突破练级保分练1．(2019·山东日照市上学期期末)用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上，下列说法正确的是()A．频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应B．入射光的频率越大，极限频率就越大C．入射光的频率越大，遏止电压就越大D．入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大答案 C解析只要入射光的频率低于金属的极限频率，无论时间多长，无论光的强度多大，都不会发生光电效应，故A错误；金属材料的性质决定金属的逸出功，而逸出功决定金属的极限频率，与入射光的频率无关，故B错误；根据eU c＝hν－W0可知，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故C正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关，故D错误．2.(多选)(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考) 利用光电效应可以把光信号转变为电信号，因此利用光电效应制作的光电器件在工农业生产、科学技术和文化生活领域内得到了广泛的应用，其中光电管就是应用最普遍的一种光电器件，把光电管接入如图1所示的电路中，闭合开关S，用波长为λ的单色光照射光电管时发生了光电效应，下列说法正确的是()图1A．照射的单色光越强，饱和光电流将越大B．若用波长更长的单色光照射光电管，则光电管中金属的逸出功越大C．若把滑片c向左滑动，电流表G的示数一定增大D．若把电源正负极反接，电流表G的示数可能为零答案AD解析发生光电效应时，保持入射光的频率不变，饱和光电流随入射光强度的增大而增大，A正确；金属的逸出功与入射光的频率(波长)无关，由金属本身决定，B错误；若把滑片c 向左滑动，当电流达到饱和电流后，电流不在随电压的增大而增大，C错误；若把电源正负极反接，则电压为遏止电压，当遏止电压与电子电荷量的乘积大于光电子的最大初动能时，光电子不能到达阳极，光电流为零，D正确．3.(多选)(2019·浙江嘉兴一中高三期末)如图2所示，是某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c与入射光频率ν的关系图象．则由图象可知()图2A．遏止电压与入射光的频率无关B．该金属的逸出功等于hν0C．图象的斜率表示普朗克常量hD．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为2hν0答案BD4．(2019·江西宜春市上学期期末)下列说法中不正确的是()A．光电效应表明光子有能量，康普顿效应表明光子有动量，这两者均证明了光的粒子性B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了所有原子的光谱D．天然放射现象表明原子核有更为精细的结构答案 C解析光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，它们都是光的粒子性的证明，故A正确；卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故B正确；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，不能解释所有原子光谱的实验规律，故C错误；天然放射现象表明原子核有更为精细的结构，故D正确．5．(多选)(2019·贵州部分重点中学教学质量评测)下列说法中正确的是()A．在核反应21H＋31H→42He＋10n，42He与10n的质量和一定小于21H与31H的质量和B．卫星可以在大于地球半径的任意圆轨道上运动，电子也可以在大于基态轨道半径的任意圆轨道上运动C．分别用绿光和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，逸出的光电子的最大初动能可能相等D．随着黑体温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动答案AD解析在核裂变和核聚变反应中有能量释放，对应的有质量亏损，故A正确；由玻尔理论知电子绕原子核的圆周运动轨道半径是不连续的，故B错误；对同一金属来讲逸出功是一定的，紫光光子的能量大于绿光光子的能量，由光电效应方程知用紫光照射同一金属表面，逸出的光电子的最大初动能较绿光大，故C错误；根据黑体辐射理论，黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确．6．(2019·贵州安顺市上学期质量监测)下列说法正确的是()A．电子在核外绕核旋转，向心力为万有引力B．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子吸收光子，能量增加C．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型D．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大答案 C解析电子在核外绕核旋转，向心力为原子核对电子的静电引力，选项A错误；一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子释放光子，能量减小，选项B错误；根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大，选项D错误．7.(2020·山东等级考模拟卷·1)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为42He＋147N→m 8X＋1n Y.以下判断正确的是()A.m＝16，n＝1B.m＝17，n＝1C.m＝16，n＝0D.m＝17，n＝0答案 B解析由质量数和电荷数守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1. 8．(2019·山东临沂市2月质检)氢原子的能级图如图3所示，不同色光的光子能量如下表所示．图3一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，其颜色为() A．红色 B. 黄色 C. 绿色 D. 蓝—靛答案 A解析如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于红色可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝－靛光；由题意，由一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，则一定对应着从第三能级到低能级的跃迁，其可见光的颜色为红色，故选A.9．(多选)(2019·浙江超级全能生2月联考)如图4所示的四幅图，下列说法中正确的是()图4A．根据甲图氢原子的电子云示意图可知，电子在玻尔理论中的某一轨道上稳定运动，应该是一个概率问题B．根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，63Li原子核中的平均核子质量比16 8O的要小C．丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须具有一定的体积或质量D．根据丁图中氡的衰变可知，1 g氡经过38天后还剩0.1 g答案AC10．(2019·山东菏泽市下学期第一次模拟)下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是()A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案 C解析维系原子核稳定的力是核力，核力既可以是核子间的相互吸引力，也可以是排斥力，A项错误；核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大的多，B项错误；比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会亏损质量，释放核能，C项正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，D项错误．级争分练11.(2019·辽宁葫芦岛市一模)如图5所示，氢原子在不同能级间发生的a、b、c三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa、νb、νc，下列关系式正确的是()图5A．νb＝νa＋νcB．νa＝νbνcνb＋νcC．νb＝νaνcνa＋νcD．νc＝νbνaνa＋νb答案 A解析因为E m－E n＝hν，知E b＝E a＋E c，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故选A.12.(2019·湖北恩施州2月教学质量检测)利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟；如图6所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率约为(已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s)()图6A．3.08×1014 Hz B．3.08×1015 HzC．1.93×1014 Hz D．1.93×1015 Hz答案 B解析辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波，即为能量最大的电磁波，根据玻尔理论可知：E4－E1＝hν，解得ν＝[－0.85－(－13.6)]×1.6×10－196.63×10－34Hz≈3.08×1015 Hz，故选B.13.(多选)(2019·浙南名校联盟高三期末)如图7为普通使用的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀核裂变方程：235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，用重水做慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核(21H)每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子的两倍，则下列说法正确的是()图7A ．钡核的比结合能比铀核的大B ．若碰撞前中子的动能为E 0，经过一次弹性碰撞后中子动能变成19E 0 C ．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度D ．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线答案 ABD14．(2019·福建泉州市第一次质量检查)重核裂变的一个核反应方程为235 92U ＋10n →136 54Xe ＋9038Sr＋х10n ，已知235 92U 、136 54Xe 、9038Sr 的平均结合能分别为7.6 MeV 、8.4 MeV 、8.7 MeV ，则( )A ．该核反应方程中x ＝10B.235 92U 的中子数为92 C ．该核反应中质量增加D.235 92U 的平均结合能比136 54Xe 小，235 92U 比136 54Xe 更稳定 答案 A解析 根据质量数和电荷数守恒可知，x ＝10，故A 正确；235 92U 的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143，故B 错误；该核反应是重核裂变，质量会发生亏损，故C 错误；平均结合能越大，表示原子越稳定，故D 错误．15．(多选)(2019·山东实验中学第二次模拟)核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的元素，它可破坏细胞基因，增加患癌的风险．已知钚的一种同位素239 94Pu 的半衰期为24 100年，其衰变方程为239 94Pu →X ＋42He ＋γ，则下列说法中正确的是( )A ．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，穿透能力很强B ．上述衰变方程中的X 含有143个中子。
2017-2021年度高二物理期末复习单元检测：波粒二象性原子结构与原子核含答案解析
【最新】度高二物理期末复习单元检测：波粒二象性原子结构与原子核学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是A ．改用红光照射B ．改用X 射线照射C ．改用强度更大的原紫外线照射D ．延长原紫外线的照射时间2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是（ ）A ．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多B ．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C ．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD ．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生 3．下列说法正确的是（ ）A ．光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B ．比结合能越大，原子核越不稳定C ．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期D ．原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 4．下列核反应方程中，属于α衰变的是( ) A ．B ．238234492902U Th+He → C ．23411120H+H He+n → D ．234234090911Th Pa+e -→5．如图所示是玻尔理论中氢原子的能级图,现让一束单色光照射一群处于基态的氢原子,受激发的氢原子能自发地辐射出三种不同频率的光,则照射氢原子的单色光的光子能量为( )A ．13.6eVB ．12.09eVC ．10.2eVD ．3.4eV6．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为E n ＝2An(n 为能级，A 为基态能量)，一个氢原子中的电子从n ＝4的能级直接跃迁到基态，在此过程中( )A ．氢原子辐射一个能量为1516A的光子 B ．氢原子辐射一个能量为－1516A的光子C ．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为1516AD ．氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为－1516A7．静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示（a 、b 表示长度）．那么碳14的核反应方程可能是（ ）A ．14410624C He Be →+ B ．14014615C e B →+ C ．14014617C e N -→+D ．14212615C H B →+二、多选题8．下列关于波粒二象性的说法正确的是( ) A ．光电效应揭示了光的波动性B ．使光子一个一个地通过单缝，若时间足够长，底片上也会出现衍射图样C ．黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释D ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 9．用中子（10n ）轰击铀核(23592U )产生裂变反应，会产生钡核（14156Ba ）和氪（9236Kr ）并释放中子（10n ），达到某些条件时可发生链式反应，—个铀核(23592U )裂变时，释放的能量约为200MeV （1eV= l.6×10-19J ）.以下说法正确的是: A ．23592U 裂变方程为2351419219256360U Ba Kr n →++B ．23592U 裂变方程为2351141921920563603U n Ba Kr n +→++C ．23592U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关D ．一个23592U 裂变时，质量亏损约为3.6×10-28kg10．研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为v 的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生。
全国高考物理试题分项汇编系列 专题 波粒二象性 原子结构和原子核(含解析)
宽放市用备阳光实验学校【2021】〔〕2021高考物理〔第01期〕试题分项汇编13 波粒二象性 原子结构和原子核本资料以考区的最试题为主，借鉴并吸收了其他最模拟题中对考区具有借鉴价值的典型题，优化组合，合理编排，极限。
一、单项选择题1.【2021·市六区高三下期第二次学业抽测】以下说法中正确的选项是A ．重核裂变需要吸收能量B ．原子核23290Th 经过6次α衰变和4次β衰变后成为原子核20882PbC ．用升温、加压或发生化学反的方法可以改变放射性元素的半衰期D ．β射线比γ射线的穿透能力更强2.【2021•市一中高三5月模拟】在如下图的光电效现象中，光电管阴极K 的极限频率为0ν，现用频率为ν0νν>的光照射在阴极上，假设在A 、K 之间加一数值为U 的反向电压时，光电流恰好为零，那么以下判断错误的选项是A ．阴极材料的逸出功于0h νB ．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示eUC ．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为0h h νν-D ．无光电子逸出，因为光电流为零3.【2021·市高2021级二诊】以下说法正确的选项是A ．α粒子散射说明原子具有复杂结构B ．具有放射性的物体发出的射线对人体都是有害的C ．氢原子能吸收任意频率光子并跃迁到高能态D ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反4.【2021·市高2021级三诊】研究光电效时，已经知道金属钠的逸出功为9eV ，现有一处于n=4能级的氢原子，用它在跃迁过程中发出的光照射金属钠，氢原子的能级结构图如下图，那么以下说法中正确的选项是：A ．跃迁过程中将释放5种频率的光子B ．跃迁过程中释放光子的最小能量为9eVC ．跃迁过程中释放光子的最大能量为1eVD ．跃迁过程中释放的光子有4种能引起光电效5.【2021·市联盟高三4月】仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条别离的不连续的亮线，其原因是( ) A ．氢原子只有几个能级 B ．氢原子只能发出平行光C ．氢原子有时发光，有时不发光D ．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对的光的频率也是不连续的6.【2021·五校高三第三次模拟考试】雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe )而获得了度诺贝尔物理学奖。
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单元综合测试十六(波粒二象性 原子结构和原子核)本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．(2012·北京理综)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U 成正比，即ν＝kU .已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为( )A.h 2eB.2e h C ．2he D.12he解析：根据物理单位知识，表达式及变形式两侧单位是一致的，由本题中涉及的物理量：ν、U 、e 、h 及与其有联系的能量表达式E ＝hν①，E ＝Ue ②，由①②得h 的单位与Ue ν的单位相同，即h 单位可用V·C·s 表示，题中ν＝kU ，即k ＝νU ③，单位可用1V·s表示，选项B 中2e h单位等效于CV·C·s ＝1V·s，故选项B正确，A、C、D错误．答案：B2．(2012·福建理综)关于近代物理，下列说法正确的是()A．α射线是高速运动的氦原子B．核聚变反应方程21H＋31H―→42He＋10n中，10n表示质子C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D．玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征解析：α射线是高速运动的氦原子核，选项A错误；选项B中10n表示中子；根据光电效应方程12m v2＝hν－W可知最大初动能与照射光的频率成线性关系而非正比关系，选项C错误；根据玻尔的原子理论可知，选项D正确．答案：D3．(2012·广东理综)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：B项为轻核聚变，β衰变的实质为一个中子转化为一个质子后释放出一个电子，选项B错误；α衰变的实质是释放氦核(α粒子)，而D项只是重核裂变，并未释放α粒子，选项D错误，正确选项为A、C.答案：AC4．(2012·大纲全国理综)235 92U经过m次α衰变和n次β衰变，变成错误!Pb，则()A．m＝7，n＝3 B．m＝7，n＝4C．m＝14，n＝9 D．m＝14，n＝18解析：发生一次α衰变，质量数减4，电荷数减2，故α衰变次数为m＝14(235－207)＝7，选项C、D错误；发生一次β衰变质量数不变，核电荷数增1，故β衰变次数为n＝7×2－(92－82)＝4次，选项A错误，B正确．答案：B5．(2013·江苏苏、锡、常、镇四市调研)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法不正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性解析：亮条纹是电子到达概率大的地方，该实验说明物质波理论是正确的，该实验说明实物粒子具有波动性，该实验不能说明光子具有波动性，选项C 说法不正确．答案：C6．(2013·江苏淮阴三校联考)下列说法正确的是( )A ．电子的衍射现象说明实物粒子的波动性B ．235U 的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期可能变短C ．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线D ．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小解析：电子的衍射现象说明实物粒子的波动性，选项A 正确；235U 的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，半衰期不变，选项B 错误；原子核内部某个中子转变为质子时，放出β射线，选项C 错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，由k e 2r 2＝m v 2r 知，电子的动能增加，则电势能一定减小，选项D 正确． 答案：AD7．(2013·江苏淮安一模)如图所示为氢原子的能级示意图．现用能量介于10 eV ～12.9 eV 范围内的光子去照射一群处于基态的氢原子，则下列说法正确的是( )A．照射光中只有一种频率的光子被吸收B．照射光中有三种频率的光子被吸收C．氢原子发射出三种不同波长的光D．氢原子发射出六种不同波长的光解析：氢原子只能吸收特定频率的光子，才能从低能态跃迁到高能态，题中氢原子可能吸收的光子能量有：12.75 eV、12.09 eV、10.20 eV、2.55 eV、1.89 eV和0.66 eV，其中只有三种光子能量处在10 eV～12.9 eV范围内，所以照射光中有三种频率的光子被吸收，选项A错误，B正确；氢原子可以吸收大量能量为12.75 eV的光子，从n＝1的基态跃迁到n＝4的激发态，因为大量处于n＝4的激发态的氢原子极不稳＝6种不同定，又会发射出光子跃迁到低能态，共可发射出C24＝4×32波长的光，选项C错误，D正确．答案：BD8．如下图所示是查德威克实验示意图，在这个实验中发现了一种不可见的贯穿能力很强的粒子，这种粒子是()A．正电子B．中子C．光子D．电子解析：查德威克发现中子的核反应方程式：42He＋94Be→12 6C＋10n，是用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be)，选项B正确．答案：B9．核聚变与核裂变相比几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的获取能源的方式．EAST装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的，它成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置．已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是221H→32He＋10n＋3.26 MeV若有2 g氘全部发生聚变，则释放的能量是(N A为阿伏加德罗常数)()A．0.5×3.26 MeV B．3.26 MeVC．0.5N A×3.26 MeV D．N A×3.26 MeV解析：根据核反应方程可知，两个氘核聚变释放的能量为 3.26 MeV，那么2 g氘核(即1 mol氘核)聚变释放的能量为0.5N A×3.26 MeV，所以C正确．答案：C10．设氢原子由n ＝3的状态向n ＝2的状态跃迁时放出能量为E 、频率为ν的光子．氢原子( )A ．跃迁时可以放出或吸收能量为任意值的光子B ．由n ＝2的状态向n ＝1的状态跃迁时放出光子的能量大于EC ．由n ＝3的状态向n ＝1的状态跃迁时放出光子的能量等于6.4ED ．由n ＝4的状态向n ＝3的状态跃迁时放出光子的频率大于ν解析：由玻尔理论知，hν＝E 3－E 2＝5|E 1|36.当由n ＝2的状态向n ＝1的状态跃迁时，E ′＝E 2－E 1＝3|E 1|4>5|E 1|36＝E ；由n ＝3的状态向n ＝1的状态跃迁时放出光子的能量为E ″＝E 3－E 1＝8|E 1|9＝6.4E ；由n ＝4的状态向n ＝3的状态跃迁时，hν′＝E 4－E 3＝7|E 1|144<hν.故B 、C 正确．答案：BC第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)11．(2013·江苏淮阴三校联考)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图所示电路可研究光电效应规律．图中标有A 和K 的为光电管，其中K 为阴极，A 为阳极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10.5 eV 的光照射阴极K ，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P 缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)．解析：根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为U＝6.0 V，由动能定理，eU＝E k；由爱因斯坦光电效应方程，E k＝E－W，解得光电管阴极材料的逸出功为W＝4.5 eV；若增大入射光的强度，电流计的读数仍为零．答案：4.5 eV为零12．(2011·海南高考)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有131I和137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1→137 56Ba＋10n B．X2→131 54Xe＋ 0－1eC．X3→137 56Ba＋ 0－1e D．X4→131 54Xe＋11p解析：根据质量数守恒可判断，131I 和137Cs 的衰变方程分别为B 和C.再根据核电荷数守恒，131I 和137Cs 的质子数分别为53和55，则中子数分别为78和82.答案：B C 78 82三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13．如下图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：(1)有可能放出多少种能量的光子．(2)在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？解析：(1)N ＝n (n －1)2＝4×(4－1)2种＝6种． (2)氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长．由hν＝E 4－E 3得h c λ＝E 4－E 3所以λ＝hc E 4－E 3＝6.63×10－34×3×108[－0.85－(－1.51)]×1.6×10－19m≈1.88×10－6 m.答案：(1)6(2)第4能级向第3能级跃迁 1.88×10－6 m14．假设高速运动的α粒子与一个静止于磁感应强度为B的匀强磁场中某点的氮核(14 7N)发生正碰．碰后产生两个新核，在磁场中形成如右图所示的两条半径分别为R和r(R>r)的圆形径迹．其中R是质量较小核的径迹，r是质量较大核的径迹．(1)请写出该核反应方程；(2)求出碰前α粒子的速度(质子质量为m，电荷量为e)．解析：(1)14 7N＋42He―→17 8O＋11H(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛仑兹力提供向心力，则由q v B＝m v2R得17 8O核的动量p O＝m O v O＝8eBr11H核的动量p H＝m H v H＝eBR由动量守恒定律 p He ＝p O ＋p H∴p He ＝eB (8r ＋R )∴v He ＝p He 4m ＝eB (8r ＋R )4m答案：(1)14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H(2)eB (8r ＋R )4m15．用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，产生氚和α粒子并放出4.8 MeV 的能量．(1)写出核反应方程式；(2)求上述反应中的质量亏损为多少(保留两位有效数字)；(3)若中子与锂核是以等大反向的动量相碰，则α粒子和氚的动能之比是多少？解析：(1)63Li ＋10n →31H ＋42He ＋4.8 MeV(2)Δm ＝ΔE c 2＝4.8×106×1.6×10－19(3×108)2kg ≈8.5×10－30 kg(3)设m 1、m 2、v 1、v 2分别为氦核、氚核的质量和速度，由动量守恒定律得0＝m 1v 1＋m 2v 2氦核、氚核的动能之比E k1:E k2＝(m 1v 1)22m 1(m 2v 2)22m 2＝m 2:m 1＝3:4.答案：(1)63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV(2)8.5×10－30 kg(3)3:416．(1)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，但安全是核电站面临的非常严峻的问题．核泄露中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，钚的危险性在于它对人体的毒性，与其他放射性元素相比钚在这方面更强，一旦侵入人体，就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中，破坏细胞基因，提高罹患癌症的风险．已知钚的一种同位素239 94Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为239 94Pu→X＋42He＋γ，下列有关说法正确的是()A．X原子核中含有143个中子B．100个239 94Pu经过24 100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力(2)氢原子核的光谱在可见光范围内有四条谱线，其中在靛紫色区内的一条是处于量子数n＝4的能级氢原子跃迁到n＝2的能级发出的，氢原子的能级如下图所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·S，则该条谱线光子的能量为________ eV，该条谱线光子的频率为________ Hz.(结果保留3位有效数字)(3)已知金属铷的极限频率为5.15×1014 Hz ，现用波长为5.0×10－7 m 的一束光照射金属铷，能否使金属铷产生光电效应？若能，请算出逸出光电子的最大初动能．(结果保留2位有效数字)解析：(1)由衰变过程中核电核数守恒得235 92X ，其中中子数为235－92＝143，A 项对．半衰期对大量原子核的衰变才有意义，B 项错．衰变过程中核子总质量减小，质量必亏损，C 项错．衰变后产生巨大的能量以γ光子的形式释放，D 项对．(2)光子的能量E ＝E 4－E 2＝(－0.85) eV －(－3.4) eV ＝2.55 eV .由E ＝hν得ν＝E h ＝2.55×1.6×10－19 J 6.63×10－34 J·s＝6.15×1014 Hz. (3)因入射光子的频率ν＝c λ得ν＝6.0×1014 Hz ，大于金属铷的极限频率，故能使金属铷产生光电效应由爱因斯坦光电效应方程E km ＝hν－WW＝hν0代入数值得E km＝5.6×10－20 J.答案：(1)AD(2)2.55 6.15×1014 (3)能 5.6×10－20 J。