第十六章 原子物理（教师用书）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（普高基础版）

第十六章　原子物理 第一讲　光电效应　波粒二象性 课前 [精要回顾] [微点判断] (1)光子和光电子都是实物粒子。 (×) (2)只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。 (×) (3)要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。 (√) (4)(人教选择性必修3 P98T1·改编)用同一束单色光在同一条件下先后照射锌板和银板，都能产生光电效应，则光电子的最大初动能是相同的。 (×) (5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。 (√) (6)(2024·浙江1月选考 T14B)具有相同动能的中子和电子，其德布罗意波长相同。 (×) 逐点清(一)　光电效应规律的理解及应用 必备知能 1.与光电效应有关的五组概念对比 (1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。 (2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。 (3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 (4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E=hν。 (5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。 2.光电效应的研究思路 (1)两条线索 (2)两条对应关系 ①入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； ②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 题点1　光子说的理解 1.(2023·海南高考)(多选)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则 (　　) A.光的频率为 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间t内激光器发射的光子数为 解析：选AC　光的频率ν=，选项A正确；光子的能量E=hν=，选项B错误；光子的动量p=，选项C正确；在时间t内激光器发射的光子数n==，选项D错误。 题点2　光电效应产生的条件 2.(2025·辽宁锦州模拟)照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，如图所示。光电效应可在电影、电视、自动控制等方面有着广泛的应用。对于某确定的金属，为使其发生光电效应，下列说法正确的是 (　　) A.只增大入射光的频率，一定可以使其发生光电效应 B.只增大入射光的波长，一定可以使其发生光电效应 C.只增大入射光的强度，一定可以使其发生光电效应 D.只延长照射时间，一定可以使其发生光电效应 解析：选A　对于某确定的金属，若只增大入射光的频率，当入射光的频率大于该金属的极限频率时，一定可以使其发生光电效应，A正确；只增大入射光的波长，入射光的波长越长，则频率越低，不一定可以使其发生光电效应，B错误；只增大入射光的强度，则入射光的频率不会增大，不一定可以使其发生光电效应，C错误；只延长照射时间，则入射光的频率不会增大，不一定可以使其发生光电效应，D错误。 题点3　爱因斯坦光电效应方程的应用 3.用如图所示的实验装置研究光电效应现象。所用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零，移动滑动变阻器的触点c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V 时，电流表示数为零，则在该实验中 (　　) A.光电子的最大初动能为1.05 eV B.光电管阴极的逸出功为1.7 eV C.开关S断开，电流表G示数为零 D.当滑动触头向a端滑动时，电压表示数增大 解析：选D　由题目可知，遏止电压Uc=1.7 V，最大初动能Ek=eUc=1.7 eV，选项A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0=E-Ek=1.05 eV，选项B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，选项C错误；电源电压为反向电压，当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，电流表中电流减小，选项D正确。 4.(2025·深圳模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5 eV 的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2 mA，移动滑动变阻器的滑片C，当电压表的读数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，则 (　　) A.光电管阴极的逸出功为1.8 eV B.开关S断开后，没有电流流过电流表G C.光电子的最大初动能为1.8 eV D.改用光子能量为1.5 eV的光照射，有电流流过电流表G，但电流较小 解析：选A　由题图可知，光电管两端所加的电压为反向电压，由电压表的读数大于或等于0.7 V时，电流表读数为0，可知光电子的最大初动能为0.7 eV，根据光电效应方程Ek=hν-W0，可得W0=1.8 eV，A正确，C错误；开关S断开后，用光子能量为2.5 eV的光照射到光电管上发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表G，B错误；改用光子能量为1.5 eV的光照射，由于光子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无电流流过电流表G，D错误。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.应掌握的三个关系 (1)光子能量：E=hν (2)光子动量：p= (3)光速、波长与频率的关系：c=λν 2.发生光电效应的唯一条件：入射光的频率大于金属的极限频率。 3.光电效应中三个重要关系 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0。 (2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek=eUc。 (3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0= hνc。 逐点清(二)　光电效应的图像及应用 1.[Ek-ν图像] 金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015 Hz的单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图像如图所示。普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，则下列说法正确的是 (　　) A.钛的极限频率为2.5×1015 Hz B.钛的逸出功为6.63×10-19 J C.随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大 D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 解析：选B　由题图可知，当最大初动能等于零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则有νc=1.0×1015 Hz，可知钛的逸出功W0=hνc=6.63×10-34×1.0×1015 J=6.63×10-19 J，A错误，B正确；逸出功由金属本身的性质决定，与入射光频率无关，C错误；由题图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，D错误。 2.[Uc-ν图像] (2025·湖南衡阳模拟)用甲、乙两种不同的金属做光电效应的实验，甲的逸出功大于乙的逸出功，在同一坐标系中作出它们的截止电压Uc随入射光频率ν变化的图像，如图所示，其中②、甲、③三条图线相互平行，则下列说法正确的是 (　　) A.甲的极限频率小于乙的 B.乙的图线可能是① C.乙的图线可能是③ D.若某种光能使甲发生光电效应，也一定能使乙发生光电效应 解析：选D　根据爱因斯坦光电效应方程可得eUc=hν-W0，所以Uc=ν-，根据题意，甲、乙两种金属对应的图线斜率相同，即两条图线应平行，甲的逸出功大于乙的逸出功，则甲的极限频率更大，即图线的横截距较大，故乙的图线是②，故A、B、C错误；因为甲的截止频率更大，若某种光能使甲发生光电效应，也一定能使乙发生光电效应，故D正确。 3.[I-U图像] (2025·广东江门模拟)如图1、2、3所示为与光电效应相关的三幅图，其中图3为a、b、c三束单色光分别照射金属K时得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图线。下列说法正确的是 (　　) A.光电效应是爱因斯坦最早在实验中发现，并用光子说成功加以解释 B.图2中，断开开关S后，电流表G的示数为零 C.仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D.根据图3可知，b光的频率大于c光的频率 解析：选D　赫兹最早发现光电效应，爱因斯坦用光子说成功加以解释，故A错误；题图2中，断开开关S后，因发生光电效应，电流表G的示数不为零，故B错误；由光电效应方程Ek=hν-W0可知，仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能不会增大，故C错误；根据eUc=m=hν-W0，可知入射光的频率越高，对应的截止电压Uc越大，由题图3所示可知，a、c的截止电压相等，a、c为同一频率的单色光，b的截止电压大于c的截止电压，b光的频率大于c光的频率，故D正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.由Ek-ν图像可得出的结论 (1)截止频率(极限频率)：横轴截距。 (2)逸出功：纵轴截距的绝对值W0=|-E|=E。 (3)普朗克常量：图线的斜率k=h。 2.由Uc-ν图像可得出的结论 (1)截止频率νc：横轴截距。 (2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大。 (3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即 h=ke。 3.由I-U图像可得出的结论 (1)遏止电压Uc：横轴截距。 (2)饱和光电流Im：电流的最大值。 (3)最大初动能：Ek=eUc。 逐点清(三)　波粒二象性、物质波的理解 1.[光的粒子性与康普顿效应] (2025·江苏盐城模拟)如图所示，一个光子和一个静止的电子相互碰撞后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比 (　　) A.速度变小　　　　　 B.频率变小 C.波长变小 D.能量变大 解析：选B　碰撞前、后的光子速度不变，故A错误；光子与电子碰撞后，电子能量增加，故光子能量减小，根据E=hν可知，光子的频率减小，故B正确，D错误；根据λ=可知，频率减小，波长变大，故C错误。 2.[粒子的波动性验证] (2025·山东泰安模拟)1924年，德布罗意提出一切宏观粒子都具有与本身能量相对应的波动频率或波长。1927年汤姆孙在实验中让电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了衍射图样，如图所示。已知电子质量为m=9.1×10-31 kg，加速后电子速度v=5.0×106 m/s，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，下列说法正确的是 (　　) A.两个电子也可形成衍射图样 B.电子形成的物质波是种电磁波 C.加速电压越大，电子的物质波波长越大 D.实验中电子的德布罗意波长约为0.15 nm 解析：选D　根据衍射图样特点是电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到衍射图样，两个电子不可形成衍射图样，故A错误；电子形成的物质波不是一种电磁波，电子波属于物质波，而电磁波是一种电磁场形成的波，故B错误；根据动能定理eU=mv2，解得v=，由p=mv，p=，联立解得λ=，可得加速电压越大，速度越大，而电子的物质波波长越小，代入数据解得λ=≈0.15 nm，故C错误，D正确。 3.[波粒二象性的理解] (多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的有 (　　) A.光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B.光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著 C.频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性 D.个别光子产生的效果往往表现为粒子性，大量光子产生的效果往往表现为波动性 解析：选ABD　光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高、波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易表现为粒子性，大量光子易表现为波动性，A、B、D正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.解答第1题的关键点 (1)光子碰撞前后的速度不变。 (2)光子碰撞后能量减小，频率减小，波长增大。 2.物质波的波长：λ==，其中v为物体的速度。 3.对光的波粒二象性的理解 (1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。 (2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。 (3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性。 (4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量ε=hν、光子的动量表达式p=也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。 数智赋能：随堂加训，灵活选用 [课时跟踪检测] 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(2024·湖南高考)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是 (　　) A.普朗克认为黑体辐射的能量是连续的 B.光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出 C.康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分 D.德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性 解析：选B　普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；产生光电效应的条件是光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒定律，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ=可知散射后的波长变长，故C错误；德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。 2.(2024·贵州高考)(多选)我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST，其科学目标之一是搜索地外文明。在宇宙中，波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射，一处是波长为21 cm的中性氢辐射，另一处是波长为18 cm的羟基辐射。在真空中，这两种波长的辐射相比，中性氢辐射的光子 (　　) A.频率更大 B.能量更小 C.动量更小 D.传播速度更大 解析：选BC　所有电磁波在真空中传播的速度相等，都是光速c，D错误；由光子频率与波长公式ν=，能量公式E=hν，动量与波长公式p=可知，中性氢辐射的光子波长更长，频率更小，能量更小，动量更小，A错误，B、C正确。 3.(2024·黑吉辽高考)(多选)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则 (　　) A.该金属的逸出功增大 B.X光的光子能量不变 C.逸出的光电子最大初动能增大 D.单位时间逸出的光电子数增多 解析：选BD　金属的逸出功是金属本身的特性，与照射光的强度无关，A错误；根据ε=hν可知，X光的光子能量与其强度无关，B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0，结合以上分析可知，逸出的光电子最大初动能与照射光的强度无关，C错误；若增加此X光的强度，则单位时间入射到金属表面的光子数增多，单位时间逸出的光电子数增多，D正确。 4.(2025·南平模拟)在研究光电效应的实验中，当不同频率的光照射某种金属时，以遏止电压Uc为纵坐标，入射光波长的倒数为横坐标，作出Uc-图像如图所示，其横轴截距为a，纵轴截距为-b，电子的电荷量为e，光速为c。则 (　　) A.普朗克常量为 B.该金属的截止频率为 C.该金属的逸出功为be D.遏止电压Uc与入射光波长的倒数成正比 解析：选C　根据动能定理以及爱因斯坦光电效应方程可知Uc=ν-=·-，遏止电压Uc与入射光波长的倒数成一次函数关系，D错误；由题图可知==b，解得h=，W0=be，截止频率为νc===ac，A、B错误，C正确。 5.关于光的波粒二象性，下列说法正确的是 (　　) A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C.大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 解析：选D　光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，并不矛盾和对立，故A错误；光是概率波，不同于机械波，光的粒子性也不同于质点，即单个光子既具有粒子性也具有波动性，故B错误；单个光子既具有粒子性也具有波动性，只是大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故C错误；由于光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，故D正确。 6.(2025·江苏扬州模拟)如图所示为某种光伏电池的原理图，导电球壳为阳极A，球形感光材料为阴极K。现用光子动量为p的光照射K极，K极能发射出最大初动能为Ek的光电子。已知电子电荷量为e，光速为c，普朗克常量为h，忽略光电子间的相互作用。则 (　　) A.阳极A比阴极K电势高 B.A、K间的最大电压为 C.入射光的波长为 D.阴极感光材料的逸出功为Ek-cp 解析：选B　随着K电极逸出的光电子运动到A电极，A、K之间的电压逐渐增大，当K电极逸出的动能最大的光电子恰好运动不到A电极时，两极之间的电压达到最大，即K、A之间产生了最大电势差，此时阴极K的电势高于阳极A的电势，由动能定理有Ue=Ek，可得A、K间的最大电压为U=，A错误，B正确；根据德布罗意波长公式可知，入射光的波长为λ=，故C错误；由爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0=-W0=cp-W0，则阴极感光材料的逸出功W0=cp-Ek，故D错误。 7.(2025·江苏南京模拟)用各种频率的光照射两种金属材料得到遏止电压Uc随光的频率ν变化的两条图线1、2，图线上有P和Q两点。下列说法正确的是 (　　) A.图线1、2的斜率均为普朗克常量h B.图线1对应的金属材料的逸出功小 C.照射同一金属材料，用Q对应的光比P对应的光产生的饱和电流一定大 D.照射同一金属材料，用P对应的光比Q对应的光逸出的光电子最大初动能大 解析：选B　根据光电效应方程和动能定理可得Ek=hν-W0，Ek=eUc，可得Uc=ν-，由此可知图线1、2的斜率为，由题图可知图线1的横轴截距小，即截止频率νc小，可知其对应金属材料的逸出功小，故A错误，B正确；P对应的光的频率较小，但不能确定光的强度，所以不可以确定饱和光电流的大小，故C错误；P对应的光的频率较小，Q对应的光的频率较大，所以照射同一金属材料，根据Ek=hν-W0可知，用Q对应的光比P对应的光逸出的光电子最大初动能大，故D错误。 8.(2024·海南高考)利用如图所示的装置研究光电效应，使单刀双掷开关S接1，用频率为ν1的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为U1，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是 (　　) A.其他条件不变，增大光强，电压表示数增大 B.改用比ν1更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为U1 C.其他条件不变，使开关接2，电流表示数仍为零 D.光电管阴极材料的截止频率νc=ν1- 解析：选D　当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程得eU1=Ekm=hν1-W0，故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；若改用比ν1更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于U1，故B错误；其他条件不变时，使开关S接2，此时可发生光电效应，且加的正向电压，故电流表示数不为零，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程得eU1=Ekm=hν1-W0，其中W0=hνc，联立解得光电管阴极材料的截止频率为νc=ν1-，故D正确。 9.(2025·辽宁大连模拟)大量电子经过同一电场加速后通过两个相互平行的狭缝，在接收屏上得到图示的干涉条纹，要使条纹间距增加，下列方法可行的是 (　　) A.减小电场的电压 B.增大电场的电压 C.增大两狭缝中心间的距离 D.减小狭缝到接收屏的距离 解析：选A　电子经过同一电场加速，根据动能定理有eU=mv2，电子的动量p=mv，电子的德布罗意波长λ=，解得λ=，可知加速电压越大，电子的德布罗意波长越短，加速电压越小，电子的德布罗意波长越长，根据条纹间距公式Δx=λ可知，要使条纹间距增加，可以减小电场的电压，故A正确，B错误；结合上述可知，增大两狭缝中心间的距离时，条纹间距减小，故C错误；结合上述可知，减小狭缝到接收屏的距离时，条纹间距减小，故D错误。 10.(2025·湖南模拟)某同学在一节大学物理实验课上用光源发出的光照射光电管来测量光电流与所加电压关系。已知光源L的光谱如图所示，则I-U曲线最可能为 (　　) 解析：选A　波长越小，光的频率越高，由光电效应方程可得Ek=hν-W=-W，当光的频率大于光电管的截止频率，频率越大，逸出的光电子最大初动能越大。光源L的光谱中波长500~800 nm的波占多数，产生初动能较小的光电子，则反向电压较小时，电流会出现突然衰减。故选A。 11.(多选)光电效应实验电路如图甲所示。用a、b两种单色光分别照射光电管的阴极K，实验中得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图像如图乙所示。则 (　　) A.研究图乙中U<0的规律时，甲图开关需打在1上 B.开关打在2上，触头P左移时，微安表示数增大 C.电压为图乙中U0时，a光照射时单位时间到达A极的光电子个数比b的多 D.若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光一定也可以 解析：选AC　研究题图乙中U<0的规律时，光电子在极板间做减速运动，所加电压A板电势为低电势，所以开关需打在1上，故A正确；开关打在2上，触头P左移时，极板间电压减小，电流可能不变，可能减小，所以微安表示数变化不确定，故B错误；电压为题图乙中U0时，a光照射时的电流比b的大，即单位时间到达A极的光电子个数比b的多，故C正确；由eUc=hν-W0得ν=，因为Uc2>Uc1，所以νb>νa，若b光可以让处于基态的氢原子电离，则a光不一定可以，故D错误。 12.(2024·浙江1月选考)如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d(远小于板长)，电子的质量为m，电荷量为e，则 (　　) A.M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B.只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C.电子从M到N过程中y方向位移大小最大为vmd D.M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 解析：选C　根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到达N时有eU=Ekm-m，则到达N时的动能为Ekm=eU+m，与M、N间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项A、B错误； 平行极板M逸出的电子到达N时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为ym=vmt，d=·t2，解得ym=vmd， 选项C正确；M、N间加反向电压且电流表示数恰好为零时，有eUc=m，解得Uc=，选项D错误。 13.(2023·浙江6月选考)(多选)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则 (　　) A.电子的动量pe= B.电子的动能Ek= C.光子的能量E=W0+ D.光子的动量p=+ 解析：选AD　根据条纹间距公式Δx=λ，可得λ=，电子的动量pe==，故A正确；根据动能和动量的关系Ek=，结合A选项可得Ek=，故B错误；光子的能量E=W0+Ek=W0+，故C错误；光子的动量p=mc，光子的能量E=mc2，联立可得p=，则光子的动量p=+，故D正确。 第二讲　原子结构　原子核 课前 [精要回顾] [微点判断] (1)(人教选择性必修3 P83T6·改编)α粒子散射实验中用的是金箔而不是铝箔，主要是金原子核带电荷量较大，实验效果明显。 (√) (2)(人教选择性必修3 P98T3·改编)用红外线照射任何物体，都不会在红外线的照射下发出可见光。 (√) (3)玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律。 (×) (4)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。 (×) (5)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。 (×) (6)(人教选择性必修3 P110“思考与讨论”·改编)在β衰变中，电子束来源于原子核外部。 (×) (7)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。 (√) 逐点清(一)　原子的核式结构 1.[α粒子散射实验现象] 如图是卢瑟福的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 解析：选A　卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，A正确；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，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响完全可以忽略，C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，D错误。 2.[α粒子散射现象分析] (2025·黑龙江哈尔滨模拟)在α粒子散射实验中，下列图像正确的是 (　　) 解析：选B　当α粒子进入原子区域后，离带正电的原子核远的受到的库仑斥力小，运动方向改变小，只有极少数粒子在穿过时距离原子核很近，受到很强的库仑斥力，发生大角度散射，故A错误，B正确；由库仑定律和原子核式结构模型可知，电子的质量只有α粒子的，它对α粒子速度的大小和方向的影响完全可以忽略，α粒子偏转主要是带正电的原子核造成的，故C、D错误。 3.[原子核式结构模型] (2025·上海浦东质检)关于卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是 (　　) A.在原子中心有一很小的带负电的核 B.原子的全部质量都集中在原子核里 C.电子在核外不停地绕核运动 D.电子绕核运动的向心力由核力提供 解析：选C　在原子的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质量都集中在原子核里，故A、B错误；带负电的电子在核外空间里不停地绕着核运动，故C正确；电子绕核运动的向心力由库仑力提供，故D错误。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.α粒子散射实验现象及意义 (1)实验现象 ①绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。 ②少数α粒子发生了大角度偏转。 ③极少数α粒子的偏转角度大于90°，甚至有极个别α粒子几乎被“撞了回来”。 (2)实验意义 卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。 2.α粒子散射现象分析 (1)绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的。 (2)少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷。 (3)极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。 3.原子的核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核运动。 逐点清(二)　氢原子能级及能级跃迁 题点1　氢原子的能级跃迁 1.(2025·贵州黔南质检)1885年，瑞士科学家巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的4条谱线(记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ)作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式，称为巴耳末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别对应氢原子从n=3、4、5、6能级向n=2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是(选项图中标尺的刻度均匀分布，刻度尺从左至右增大) (　　) 解析：选D　光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁时，发射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以从右向左4条谱线排列越来越紧密。故选D。 题点2　谱线条数的确定 2.(2024·安徽高考)大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。如图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于3.11 eV，当大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有 (　　) A.1种　　　　　　　　　　 B.2种 C.3种 D.4种 解析：选B　大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的光有=3种，辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV，ΔE2=E3-E2=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV，ΔE3=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV，其中ΔE1>3.11 eV，ΔE2<3.11 eV，ΔE3>3.11 eV，所以辐射不同频率的紫外光有2种。故选B。 题点3　受激辐射与电离 3.(2025·山东模拟)红外测温仪只能捕获红外线，红外线光子的能量为0.55 eV~1.62 eV。如图所示为氢原子的能级图，大量处在基态的氢原子吸收某种频率的光子后跃迁到高能级，之后辐射的光子只有2种能被测温仪捕获，则被捕获的两种光子的能量之差为 (　　) A.1.89 eV　　　　　　　　 B.0.97 eV C.0.66 eV D.0.31 eV 解析：选D　红外线光子的能量为0.55 eV~1.62 eV，辐射的光子只有2种能被测温仪捕获，由氢原子的能级图可知对应的两种光子能量分别为E4-E3=-0.85 eV-(-1.51)eV=0.66 eV，E5-E3=-0.54 eV-(-1.51)eV=0.97 eV，则被捕获的两种光子的能量之差为ΔE=0.97 eV-0.66 eV=0.31 eV，故选D。 4.我国“北斗三号”采用了星载氢原子钟，该钟数百万年到一千万年才有1 s误差。氢原子的部分能级结构如图所示，结合玻尔理论，下列说法正确的是 (　　) A.处于基态的氢原子只能吸收13.6 eV的能量实现电离 B.一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出6条光谱线 C.用光子能量为10.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，可观测到多种不同频率的光子 D.氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，电势能增大 解析：选D　处于基态的氢原子吸收大于或等于13.6 eV的能量均能实现电离，故A错误；一个处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可能发出3条光谱线，故B错误；用光子能量为10.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，不能使氢原子激发，因此不可能观测到多种不同频率的光子，故C错误；氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子做圆周运动的半径变大，动能减小，电势能增大，故D正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.两类能级跃迁 (1)自发跃迁：由高能级跃迁到低能级，释放能量，发出光子。光子的频率ν==。 (2)受激跃迁：由低能级跃迁到高能级，吸收能量。 ①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级的能量差，hν=ΔE。 ②碰撞、加热等：只要入射粒子的能量大于或等于能级的能量差即可，E外≥ΔE。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 2.光谱线条数的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。 (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N==。 3.电离 (1)电离态：n=∞，E=0。 (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。 例如：氢原子从基态→电离态： E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV。 (3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。 逐点清(三)　原子核的衰变及半衰期 1.[三种射线的比较] (2025·汕头模拟)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应C+YO的影响。下列说法正确的是 (　　) A.Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强 B.Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强 C.Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强 D.Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强 解析：选D　核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，由此可得，Y的质子数为8-6=2，Y的质量数为16-12=4，即Y是α粒子，α射线的电离能力比γ射线强，故D正确，A、B、C错误。 2.[α、β衰变次数的确定] 以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是 (　　) A.核反应UThHe为重核裂变 BTh衰变为Rn，经过3次α衰变，2次β衰变 C.原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子 D.J.J.汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子， 并提出了原子的核式结构模型 解析：选B　核反应UThHe为α衰变，故A错误；设Th衰变为Rn经过x次α衰变，y次β衰变，则4x=234-222，2x-y=90-86，解得x=3，y=2Th衰变为Rn经过3次α衰变，2次β衰变，故B正确；原子核发生β衰变的电子为中子转化为质子时从原子核中释放出来的，不是原子核外电子，故C错误；原子的核式结构模型是由卢瑟福提出的，故D错误。 3.[半衰期的相关计算] (2024·北京高考)已知钍234的半衰期是24天。1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为 (　　) A.0 g　　　　　 B.0.25 g C.0.5 g D.0.75 g 解析：选B　1 g钍234经过48天后，剩余钍234的质量m=m0=0.25 g，故选B。 4.[磁场中的原子核衰变与动量守恒的综合问题] (多选)有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核发生衰变放射出两个粒子，两个粒子的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是 (　　) A.原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个粒子的质量比 B.衰变形成的两个粒子带同种电荷 C.衰变过程中原子核遵循动量守恒定律 D.衰变形成的两个粒子电荷量的关系为q1∶q2=r1∶r2 解析：选BC　衰变后的两个粒子速度方向相反，受力方向也相反，根据左手定则可判断出两个粒子带同种电荷，所以发生α衰变，衰变后的粒子由洛伦兹力提供向心力，有Bqv=m，可得r=，衰变过程遵循动量守恒定律，即动量mv大小相同，所以电荷量与半径成反比，有q1∶q2=r2∶r1，但无法求出质量比，故A、D错误，B、C正确。 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.三种射线的成分和性质 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 作用 穿透 能力 α射线 氦核 He +2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e -e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 2.衰变次数的两种确定方法 (1)根据质量数和电荷数守恒列方程组求解 若XY+He+e 则A=A'+4n，Z=Z'+2n-m 解以上两式即可求出m和n。 (2)因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。 3.对半衰期的理解 (1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言。 (2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余=N原，m余=m原。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 4.解答第4题的关键点 (1)相外切圆是α衰变，相内切圆是β衰变。 (2)大圆对应α粒子或β粒子，小圆对应新核。 逐点清(四)　核反应与核能 1.[核反应生成物分析] (2025年1月·八省联考河南卷)核电池是利用放射性同位素衰变释放能量发电的装置，并应用在“嫦娥四号”的着陆器和月球车上。某种核电池原料为钚Pu)的氧化物，核反应方程为PuU+X。则X为 (　　) Ae　　　 Bn　　　 CH　　　 DHe 解析：选D　设X的质量数为A，电荷数为Z，根据质量数守恒和电荷数守恒可知238=234+A，94=92+Z，解得A=4，Z=2，故X为He，故选D。 2.[核反应的类型] (2025·江苏模拟)中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创下新纪录，首次完成1亿摄氏度1 000秒“高质量燃烧”，为可控核聚变的最终实现又迈出了重要的一步，以下反应中属于核聚变的是 (　　) ANHeOH BUThHe CHHHen DUnBaKe+n 解析：选CNHeOH属于人工核转变，故A错误UThHe属于α衰变，故B错误HHHen属于核聚变，故C正确；UnBaKe+n属于核裂变，故D错误。 3.[比结合能图线的理解] 我国自主三代核电技术“华龙一号”全球首堆示范工程——福清核电5、6号机组正式通过竣工验收，设备国产化率达到90%，反映了我国建立起了更加成熟完备的核科技工业体系。根据图示的原子核的比结合能曲线，以下判断中正确的是 (　　) A.两个H结合成He时要释放能量 B.两个H结合成He存在能量与质量的相互转化 C.我国核电站发电就是利用轻核聚变释放能量 DU中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量小 解析：选A　两个H结合成He时，有质量亏损，由质能方程可知，两个H结合成He时要释放能量，故A正确；能量和质量两者都反映物体的属性，彼此之间不存在转化关系，故B错误；我国核电站发电是利用重核裂变释放能量，故C错误；由题图可知U核的比结合能比Ba核的比结合能小，由于核子的平均质量越小的原子核，其比结合能越大，所以U中核子的平均质量比Ba中核子的平均质量大，故D错误。 4.[核能的计算]一静止的氡核Rn发生一次α衰变生成新核钋(Po)，此过程动量守恒且释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。已知m氡=222.086 6 u，mα=4.002 6 u，m钋=218.076 6 u，1 u相当于931 MeV的能量。(结果保留三位有效数字) (1)写出上述核反应方程； (2)求上述核反应放出的能量ΔE； (3)求α粒子的动能Ekα。 解析：(1)根据质量数和电荷数守恒有 RnPoHe。 (2)质量亏损Δm=222.086 6 u-4.002 6 u-218.076 6 u=0.007 4 u，ΔE=Δm×931 MeV 解得ΔE=0.007 4×931 MeV≈6.89 MeV。 (3)设α粒子、钋核的动能分别为Ekα、Ek钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得ΔE=Ekα+Ek钋 由动量守恒定律得0=pα+p钋，又Ek= 故Ekα∶Ek钋=218∶4，解得Ekα≈6.77 MeV。 答案：(1RnPoHe　(2)6.89 MeV　(3)6.77 MeV 关键点拨(对应学生用书旁栏内容) 1.核反应生成物分析方法 (1)根据质量数守恒和电荷数守恒确定生成物的质量数和电荷数。 (2)熟记常见粒子的符号，如质子H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)。 2.核反应的四种类型 (1)α衰变和β衰变。 (2)人工转变。 (3)重核裂变。 (4)轻核聚变。 3.计算核能的三种方法 (1)根据ΔE=Δmc2计算，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。因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时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。 数智赋能：随堂加训，灵活选用 [课时跟踪检测] 1.(2025·湖北模拟)电子是最早被发现的基本粒子，下列粒子不是电子的是 (　　) A.阴极射线中的粒子 B.通电时金属导体中定向移动的粒子 C.探究原子结构中卢瑟福用来轰击金箔的粒子 D.发生光电效应时金属板上逸出的粒子 解析：选C　阴极射线中的粒子是电子，通电时金属导体中定向移动的粒子是电子，探究原子结构中卢瑟福用来轰击金箔的粒子是α粒子，发生光电效应时金属板上逸出的粒子是电子，故选C。 2.(2025·四川雅安模拟)下列说法正确的是 (　　) A.光的偏振现象证明光是纵波 B.卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型理论 C.结合能越大原子核一定越稳定 D.衰变释放的α、β、γ射线中，γ射线的电离能力最强 解析：选B　光的偏振现象证明光是横波，故A错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子核式结构模型理论，故B正确；原子核的比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，但结合能越大原子核不一定越稳定，故C错误；衰变释放的α、β、γ射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故D错误。 3.(2024·广西高考)近期，我国科研人员首次合成了新核素锇-160(Os)和钨-156(W)。若锇-160经过1次α衰变，钨-156经过1次β+衰变(放出一个正电子)，则上述两新核素衰变后的新核有相同的 (　　) A.电荷数 B.中子数 C.质量数 D.质子数 解析：选C　锇-160经过1次α衰变后产生的新核质量数为156、质子数为74，钨-156经过1次β+衰变后产生的新核质量数为156、质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。故选C。 4. (2025年1月·八省联考四川卷)18氟-氟代脱氧葡萄糖正电子发射计算机断层扫描术是种非创伤性的分子影像显像技术。该技术中的F核由质子p轰击O核生成，相应核反应方程式为 (　　) AOpFe　 BOpFn COpFe DOpFHe 解析：选B　根据质量数守恒和电荷数守恒可得相应核反应方程式为OpFn，故选B。 5.我国科研人员及合作者首次合成了新原子核Ac。原子核存在一种衰变链，其中第1次由Ac衰变成原子核Fr，第2次由Fr衰变成原子核At。下列说法正确的是 (　　) A.两次均为α衰变 B.两次均为β衰变 C.第1次为α衰变，第2次为β衰变 D.第1次为β衰变，第2次为α衰变 解析：选A　由电荷数守恒和质量数守恒可知，第一次衰变AcFrHe，第二次衰变FrAtHe，可知两次均为α衰变，故选A。 6.(2025·广东广州模拟)(多选)如图所示为射线测厚装置示意图，它的放射源为铯-137，已知铯-137的衰变方程为CsBae，半衰期约为30年，下列说法正确的是 (　　) A.60年后剩余的Cs为原来的 B.金属板厚度越小，探测器接收到的辐射强度越大 C.该衰变产生的β射线的电离本领比α射线的强 D.该反应为β衰变，β射线即为核外电子的逸出 解析：选AB　经过两个半衰期后，剩余铯为原来的，故A正确；金属板厚度越小，探测器接收到的辐射强度越大，故B正确；β射线的电离能力比α射线的弱，故C错误；β衰变的实质是原子核内部的一个中子转化为一个电子和一个质子，故D错误。 7.(2024·山东高考)2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知Sr衰变为Y 的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是 (　　) ASr衰变为Y时产生α粒子 BPu衰变为U时产生β粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D.87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 解析：选D　根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知Sr 衰变为Y时产生电子，即β粒子Pu衰变为U时产生He，即α粒子，故A、B错误；根据题意可知Pu的半衰期大于Sr的半衰期，现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，经过相同的时间Sr经过的半衰期的次数多，所以剩余的Sr数目小于Pu的数目，故D正确，C错误。 8.(2025·江苏淮安开学考试)核污染水含高达64种放射性元素，其中氚H)衰变过程中产生的电离辐射可损害DNA，是致癌的高危因素之一，半衰期为12.5年。其衰变方程为HHee+γ，下列说法正确的是 (　　) A.衰变方程中x=2，y=3 B.秋冬气温逐渐变低时，氚的衰变速度会变慢 C.污染水排入大海经过稀释，氚的半衰期将减小 D.经过25年，氚将全部衰变结束 解析：选A　由电荷数和质量数守恒可得，3=y+0，1=x+(-1)，解得x=2，y=3，故A正确；半衰期由原子核内部自身的因素决定，与原子所处的物理环境和化学状态无关，故B、C错误；半衰期是原子核有半数发生衰变所需的时间，经过25年，即两个半衰期，剩余的氚为原来的四分之一，衰变并没有结束，故D错误。 9.(2024·重庆高考)(多选)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图)，则 (　　) A.Hα的波长比Hβ的小 B.Hα的频率比Hβ的小 C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 解析：选BD　氢原子n=3与n=2能级的能量差小于n=4与n=2能级的能量差，则Hα与Hβ相比，Hα的波长大、频率小，故A错误，B正确；Hβ对应的光子能量为E=(-0.85)eV-(-3.40)eV=2.55 eV，故C错误；氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量E'=(-3.40)eV-(-13.6)eV=10.2 eV，Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。 10.(2024·浙江1月选考)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol-1，氘核摩尔质量为2 g·mol-1，1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是 (　　) A.核反应方程式为HHHen B.氘核的比结合能比氦核的大 C.氘核与氚核的间距达到10-10 m就能发生核聚变 D.4 g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025 MeV 解析：选D　核反应方程式为HHHen，故A错误；氘核的比结合能比氦核的小，故B错误；要使氘核与氚核发生核聚变，必须使它们间的距离达到10-15 m以内，故C错误；一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm=(2.014 1+3.016 1-4.002 6-1.008 7)u=0.018 9 u，聚变反应释放的能量为ΔE=Δm·931.5 MeV≈17.6 MeV，4 g氘完全参与聚变释放出能量E=×6×1023×ΔE≈2.11×1025 MeV，数量级为1025 MeV，故D正确。 11.(2025·山西晋中质检)如图所示为氢原子的部分能级图，下列说法正确的是 (　　) A.处于基态的氢原子只有吸收13.6 eV的能量才能发生电离 B.当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时，向外辐射的光子的能量为0.66 eV C.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，同时电子的动能减少，电势能减小，且总能量减小 D.用光子能量为11.68 eV的光照射一群处于基态的氢原子，电子可能跃迁到其他能级 解析：选B　处于基态的氢原子只要吸收的能量大于或等于13.6 eV就能发生电离，故A错误；当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时，向外辐射的光子的能量为E=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV，故B正确；由玻尔理论可知，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，同时电子的轨道半径减小，速度增加，动能增大，电势能减小，且总能量减小，故C错误；当氢原子由基态向n=2、3、4能级跃迁时吸收的光子能量分别为10.20 eV、12.09 eV、12.75 eV，而照射光的光子能量为11.68 eV不等于某两能级间的能量差，故不能被氢原子所吸收而发生能级跃迁，故D错误。 12.(2025·天津北辰模拟)a、b两束单色光分别用同一双缝干涉装置进行实验，在距双缝恒定距离的屏上得到如图所示的干涉图样，图甲是a光照射时形成的干涉图样，图乙是b光照射时形成的干涉图样。下列关于a、b两束单色光的说法正确的是 (　　) A.a光子的能量较大 B.在水中a光传播的速度较小 C.若用b光照射某金属没有光电子逸出，则用a光照射该金属时也没有光电子逸出 D.若a光是氢原子的核外电子从第四能级向第二能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子的核外电子从第三能级向第二能级跃迁时产生的 解析：选C　由题图可知a光照射时形成的干涉条纹间距大于b光的，由Δx=λ，可知a光的波长大于b光的波长，则a光的频率小于b光的频率，根据ε=hν，可知a光子的能量较小，故A错误；根据v=，由于a光的频率小于b光的频率，则a光的折射率小于b光的折射率，a光在水中的传播速度较大，故B错误；若用b光照射某金属没有光电子逸出，由于a光的频率小于b光的频率，故a光照射该金属时也没有光电子逸出，故C正确；若a光是氢原子的核外电子从第四能级向第二能级跃迁时产生的，因为b光子的能量大于a光子的能量，则b光不可能是氢原子的核外电子从第三能级向第二能级跃迁时产生的，故D错误。 13.(多选)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后，新核与放出粒子的运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2。则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值的判断中正确的是 (　　) ABiPoe BBiTlHe C.R1∶R2=84∶1 D.R1∶R2=81∶2 解析：选AC　由左手定则可知，此核衰变为β衰变，故A正确，B错误；由qvB=m可知，R=，由动量守恒定律知，衰变后新核与放出粒子的动量mv大小相同，所以R1∶R2=q2∶q1=84∶1，故C正确，D错误。 14.现有钚的同位素原子核Pu静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为E=0.09 MeV的光子，已知钚核质量m1=238.999 65 u，铀核质量m2=234.993 470 u，α粒子的质量为m3=4.001 509 u，1 u=931.5 MeV/c2，下列说法正确的是 (　　) A.该核反应属于裂变反应 B.此过程的核反应方程为PuUHe C.若不计光子的动量，则α粒子与铀核在该磁场中的运动半径之比Rα∶RU=1∶46 D.若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071 MeV 解析：选D　该核反应属于α衰变，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，可知该过程核反应方程为PuUHe，故B错误；设Pu衰变后，铀核的速度为v2，α粒子的速度为v3，根据动量守恒定律有m2v2-m3v3=0，由qvB=m，可得=·=，故C错误；由能量守恒定律知，铀核与α粒子的总动能Ek总=EkU+Ekα=931.5×(m1-m2-m3)MeV-E≈4.261 MeV，结合m2v2=m3v3，p2=2mEk，有m2EkU=m3Ekα，解得EkU≈0.071 MeV，故D正确。 15.(2024·北京高考)产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒(as)是时间单位，1 as=1×10-18 s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100 as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c=3.0×108 m/s，普朗克常量h=6.6×10-34 J·s，下列说法正确的是 (　　) A.对于0.1 mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显 B.此阿秒光脉冲和波长为550 nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多 C.此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18 J)的基态氢原子电离 D.为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期 解析：选C　此阿秒光脉冲的波长最大为λ=cT=30 nm<550 nm，由波长越长，衍射现象越明显知，波长为550 nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，故A错误；由ε=h知，阿秒光脉冲的光子能量大，故总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少，故B错误；阿秒光脉冲的光子能量最小为ε=hν==6.6×10-18 J>2.2×10-18 J，故此阿秒光脉冲可以使能量为-13.6 eV(-2.2×10-18 J)的基态氢原子电离，故C正确；为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，故D错误。 31 / 31 学科网（北京）股份有限公司 $$