(17)原子结构和波粒二象性 原子核-【衡水金卷·先享题】2026年高考物理一轮复习单元检测卷（N）

高三一轮复习单元检测卷/物理 (十七)原子结构和波粒二象性原子核 (考试时间75分钟，满分100分) 一、选择题（本题共6小题，每小题4分，共24分。在每小题给出的四个选项中，只有一 项是符合题目要求的) 1.普朗克的能量子假设是对经典物理学思想与观念的一次突破。下列说法正确的是 A.黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波，并且也不向外辐射电磁波 B.爱因斯坦把能量子假设进行了推广，认为电磁场本身就是不连续的 C.一般材料的物体，辐射电磁波的情况只与温度有关，与材料的种类及表面状况 无关 D.由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，但是原子的发射 光谱却是连续的 2.“自热火锅”加热时既不用火也不插电，利用加热层中的发热包遇水反应释放热量为 其中的食物加热，其结构简化图如图所示。关于加热的过程，下列说法正确的是 A.能闻到米饭的香味是因为气体分子的布朗运动 透气孔 B.若不慎堵住透气孔，则食材层内气体的压强增大 盖子 C.食材层内所有气体分子的速率均增大 食材层 D.食材层内气体分子热运动的平均动能保持不变 加热层 3.关于光现象，下列说法正确的是 A.黄光和紫光通过同一狭缝后，紫光的衍射现象更明显 B.雨后的彩虹是光的干涉现象 C.一束红光由空气射入玻璃中，这束红光的波长变长 D.激光全息照相利用了光的干涉原理 4.经研究证明，光子和电子相互作用发生光电效应还是康普顿效应，取决于电子的自由 度。当光子能量和逸出功在同一数量级时，电子吸收光子，发生光电效应；当光子能 量较大时，电子的逸出功几乎可以忽略，可看作是自由的，则发生康普顿效应，下列说 法正确的是 A.光电效应方程是从能量守恒的角度解释了光的粒子性 B.康普顿效应说明光具有波动性 C.光电效应说明了能量守恒，康普顿效应则解释了动量守恒，二者是矛盾的 D.金属只要被光照射的时间足够长，一定会发生光电效应 5.原子处于磁场中时，某些能级会发生劈裂现象。劈裂前的能级如图甲所示，X代表激 发态1，XX代表激发态2，G代表基态；由于能级劈裂，X态劈裂为两支，分别为XH、 Xv两个能级，如图乙所示。①和②为原子劈裂前辐射出的光谱线，③、④、⑤和⑥为 劈裂后辐射出的光谱线，下列说法正确的是 XX- ③ ⑤ A.XH的能级低于Xv的能级 @ 一X B.②的波长大于⑥的波长 ② C.①和②的频率之和等于③和④的频率之和 G 劈裂前 劈裂后 D.⑤和③的频率之差小于④和⑥的频率之差 甲 乙 6.聚变能是人类永久解决能源问题的重要途径之一。地球上并不存在天然氚，氚的供应 成为实现受控氘氚聚变反应所必须解决的重要挑战之一。利用高能中子与L的氚增 殖反应可以实现氚的循环利用，过程如图所示。下列相关的核反应方程中正确的是 物理第1页（共4页)】 衡水金卷·先享题·高三 提取、回收 每 高能中子 (14.1MeV) 。中子 刀 氘氛反应88 ○质子 刀 白参与反应 00 88 888 中反应产生 (He) (Li) ↓收集 氢灰 A.H+H—→2He+_9e B.名H+3H→He+}H C.bn十9Li-→He+3H D.n+8Li→3H 二、选择题（本题共4小题，每小题5分，共20分。在每小题给出的四个选项中，有多项 符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 7.核电站铀核裂变的产物是多样的。有一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，核反应方 程为U+n→Ba十Kr+xn十Y,已知铀核的质量为1，钡核的质量为m2,氪 核的质量为3，中子的质量为m4,下列说法正确的是 A.核反应方程中的x=3 B.该核反应释放的核能为(m1一m2-m3一2m4)c2 C.U的比结合能大于1Ba、Kr的比结合能 D.目前部分高科技核电站已经实现可控核聚变发电 8.下列四幅图对应的说法正确的是 为 三颗微粒运动 分子间的作用力 食盐晶体 小草上的露珠 位置的连线 与距离的关系 A.布朗运动就是液体分子的运动，它说明分子在永不停息地做无规则运动 B.当两个相邻的分子间距离为。时，分子间相互作用力的合力为零，分子势能最小 C.食盐晶体的物理性质沿各个方向是不同的，即各向异性 D.小草上的露珠呈球形的主要原因是露珠浸润的结果 9.如图甲所示为由物块和轻弹簧制作的一个竖直悬挂的振动装置，弹簧始终在弹性限 度内。如图乙所示记录了物体振动过程中速度v随时间t变化的曲线，以竖直向上 为正方向。关于该振动过程，下列说法正确的是 L2252222 /(m/s) 7 A.t=0时，弹簧处于伸长状态 B.t=0.4s时，物块的加速度为零 0.4 0.8 1.2t/s C.t=0.2s时，物块位于平衡位置上方 D.t=0.6s时，物块位于平衡位置上方 甲 10.氢原子能级跃迁可以帮助我们更好地理解宇宙的结构，并从中 EleV 得到很多有价值的信息。大量氢原子处于=4能级上，其能级 ---0h54 085 图如图所示。关于这些氢原子能级跃迁过程中所发出的a、b、c 1.51 三种光，下列说法正确的是 3.4 A.b光的光子动量最大 13.6 轮复习单元检测卷十七 物理第2页（共4页） 回 B.相同条件下，a光最容易发生明显的衍射现象 C.在真空室中，a光的频率等于b、c两光的频率之和 D.用b光照射处于=4能级的氢原子，氢原子会发生电离 班级 姓名 分数 题号 2 3 4 5 6 8 9 10 答案 三、非选择题（本题共5小题，共56分。请按要求完成下列各题） 11.(6分)如图所示为探究光电效应的实验装置，某同学进行了如下操作： (1)用频率为的光照射光电管，此时电流表中有电流，调节滑动 变阻器，将触头P向 (填“α”或“b”)端滑动，使微安表的示 数恰好变为零，记下电压表的示数U1。 真空 (2)用频率为2的光照射光电管，重复(1)中的步骤，记下电压表的 示数U2,已知电子的电荷量为e,由上述实验可知普朗克常量h= a pt (用e、U1U2、、2表示) 1ō (3)关于本实验，下列说法正确的是 。(填正确答案标号) A.通过微安表的电流由电源提供 B.入射光的强度一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 C.测定频率为1的光照射光电管的饱和电流值，触头P应向α端滑动 D.若>2，则频率为少的光照射光电管的光电子的最大初动能较大 12.(8分)某学习小组利用如图甲所示电路探究光电流I和光电管的阴极K与阳极A 间的电压U的关系。实验中，用激光笔1（产生的光子能量为3.1eV)照射光电管的 阴极K,用电流表测量光电流的大小，如图乙所示为根据实验数据绘制出的图像。 0.25 0.20 K 0.15 V 010 0.05# o 0.250.500.751.001.25 丙 (1)连接好电路，将滑动变阻器的滑片移至最左端，用激光笔1照射阴极K,电流表 (填“有”或“无”)示数。 (2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左端向右滑动，电流表的示数 (填 “减小”“增大”或“不变”)。 (3)根据图乙可得光电管阴极材料的逸出功约为 eV。(结果保留两位有效 数字) (4)若仅将激光笔1换成激光笔2，重新实验后，在同一坐标纸上绘制的图像如图丙 中虚线所示，可知激光笔2发射的激光的波长比激光笔1发射的激光的波长 (填“长”或“短”)。 (5)若考虑电流表的内阻，由图像得到的遏止电压与真实值相比将 (填“偏 大”“偏小”或“不变”)。 物理第3页（共4页） 衡水金卷·先享题·高三 13.(12分)英国科学家汤姆孙利用阴极射线粒子受到的静电力和洛伦兹力平衡等方法 确定出阴极射线粒子的带电性质、速度和比荷，如图甲所示为实验装置图。如图乙 所示，真空玻璃管内阴极发出的电子经K、A间的电场加速后，以一定的速度沿玻璃 管的中轴线射入两平行极板C、D。若两极板间电压为零，电子打在荧光屏上的O 点；若两极板间加上偏转电压U,电子打在荧光屏上的P点；若两极板间再加上垂直 于纸面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，则电子又打到O点；若撤去电场只留磁 场，电子恰好从极板C、D右侧边缘射出。已知两极板间的距离为d,长度为2d,求： (1)电子进入两极板时的速度大小； (2)电子的比荷的表达式。 分 乙 14.(14分)氢原子是一种简单原子，核外仅有一个电子，其电子的质量为m、电荷量为 ,静电力常量为k,普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c,不考虑相对论 效应。 (1)按照经典电磁理论，氢原子中核外电子绕核做半径为r的匀速圆周运动，辐射电 磁波的频率等于圆周运动的频率，以离核无限远处电势能为零，电子的电势能E ￠，求电子绕核做圆周运动时辐射电磁波的频率以及氢原子的能量（电子动能与 势能的总和)； (2)瑞士科学家巴耳末对当时已知的氢原子在可见光区的四条谱线进行了分析，发 现这些谱线的波长符合=R(2),其中n=3,4,5,式中R为里德伯常量， 已知基态氢原子的原子半径为r1,电子在第n轨道运行的半径rm=r1,根据玻尔 的氢原子结构模型，并结合(1)中得出的结论，求里德伯常量R。。 15.(16分)氚是核聚变中重要的核燃料，氚在自然界中存量极少，工业上用中子(0n)轰 击锂核(Li)发生核反应，生成氚核并产生α粒子。已知中子、氚核、α粒子、锂核的 质量分别为mn=1.0087u,mH=3.016u,m。=4.0026u,m1=6.0151u。质量亏 损1u释放的核能为931.5MeV。 (1)求一个中子轰击锂核的核反应放出的能量； (2)一个氚核(H)和一个氘核(H)可发生核聚变，可以得到一个氦核(He)和一个 中子，已知H的平均结合能为1.09MeV,H的平均结合能为2.78MeV,He的 平均结合能为7.03MV,中子的结合能为零，求氚核和氘核发生核聚变时释放的能 量； (3)在(2)中，若氘核与氚核碰撞前，氘核的动能为0.24MV,碰撞前氘核与氚核的 动量等大反向，核反应过程释放的核能全部转化为机械能，求反应后生成的氦核和 中子的动能。 轮复习单元检测卷十七 物理第4页（共4页) 回高三一轮复习N ·物理· 高三一轮复习单元检测卷/物理（十七） 9 命题要素一贤表 注： 1.能力要求： I.理解能力Ⅱ.推理能力 Ⅲ，分析综合能力Ⅳ，应用数学处理物理问题的能力V,实验能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究( 科学态度与责任 分 知识点 能力要求 学科素养 预估难度 题号 题型 值 (主题内容) I IⅢV ① ②③④ 档次 系数 选择题 4 黑体辐射、量子理论 易 0.85 2 选择题 4 扩散运动、查理定律 中 0.75 3 选择题 光的折射、干涉、衍射 中 0.75 4 选择题 4 光的波粒二象性 中 0.75 5 选择题 4 能级示意图、跃迁 中 0.70 6 选择题 4 氚增殖反应 难 0.55 7 选择题 5 核裂变 中 0.70 布朗运动、分子间作用力与分子 8 选择题 5 势能、晶体的物理性质、液体表 中 0.70 面张力 9 选择题 5 简谐运动的图像 中 0.65 10 选择题 5 氢原子能级跃迁 难 0.55 11 非选择题 6 探究光电效应的实验 中 0.70 探究光电流I和光电管的阴极K 12 非选择题 8 中 0.65 与阳极A间的电压U的关系 13 非选择题 12 电子的比荷 中 0.70 14 非选择题 14 氢原子经典理论与玻尔理论 中 0.65 15 非选择题 16 人工转变和轻核聚变 难 0.55 季考答案及解析 一、选择题 波，黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 1.B【解析】任何物体都向外辐射电磁波，黑体能够完 温度有关，A项错误；爱因斯坦把能量子假设进行了 全吸收入射的各种波长的电磁波，但也向外辐射电磁 推广，认为电磁场本身就是不连续的，从而提出了光 ·79· ·物理· 参考答案及解析 子概念，B项正确；一般材料的物体，辐射电磁波的情 6.C【解析】H+H→He十_e该核反应方程中 况既与温度有关，也与材料的种类及表面状况有关， 1十1≠2-1，不满足电荷数守恒，A项错误；H+1H C项错误：由于原子的能级是分立的，所以放出的光 →He十H,该核反应方程中1十1≠2十1，不满足 子的能量也是分立的，所以原子的发射光谱也是不连 电荷数守恒，B项错误：bn十Li→He十H该核反 续的，只是一些分立的亮线，D项错误。 应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，C项正确； 2.B【解析】能闻到米饭的香味是因为气体分子的扩 十Li→3H该核反应方程中1十6≠3×3，不满足 散运动，A项错误：若不慎堵住透气孔，食材层的体积 质量数守恒，D项错误。 不变，根据查理定律号=C可知，温度升高，食材层内 二、选择题 7.AB【解析】根据核反应过程质量数守恒可得235十 气体的压强增大，B项正确；加热过程，温度升高，食 1=144十89十x×1,可得x=3,A项正确；该核反应 材层内气体分子的平均速率增大，平均动能也增大， 的质量亏损为△m=1十m4一2一3一3：=m1一 但不是所有分子的速率均增大，C,D项错误。 m2一一24，根据爱因斯坦质能方程可得该核反应 3.D【解析】黄光比紫光的波长长，衍射现象更明显， 过程释放的核能△E=△c2=(m1一g一m3 A项错误：雨后天空中的彩虹属于光的色散，属于光 24)2,B项正确：比结合能越大，原子核越稳定，此 的折射现象，不是光的干涉现象，B项错误；一束红光 核反应过程释放能量，核反应后的产物B、sKr比 由空气射入玻璃中，根据公式c=、v=入f,玻璃的 反应前的U更稳定，所以U的比结合能小于 折射率比空气的大，故光的速度会减小，频率不变，所 Ba、器Kr的比结合能，C项错误；核裂变反应较容易 以波长变短，C项错误；激光全息照相利用了光的干 控制，所以现在的核电站仍采用核裂变反应发电，还 涉原理，D项正确。 没有实现可控核聚变发电，D项错误。 4.A【解析】光电效应方程是爱因斯坦根据光量子假 8.BC【解析】布朗运动是液体中微小悬浮颗粒的无规 说和能量守恒定律得到的，光电效应方程从能量守恒 则运动，它间接证明了液体分子在持续不断地进行无 的角度解释了光的粒子性，A项正确；康普顿效应是 规则运动，此项错误地将布朗运动本身视为分子运 光子与电子的碰撞，体现了光的粒子性，但并未说明 动，A项错误；当两个相邻的分子间距离为。时，分 光子的波动性，B项错误；光电效应是在电子的自由 子间相互作用力的合力为零，所以此处的分子势能最 度较小的情况下，表现出的吸收特性，光电效应说明 小，B项正确；食盐作为单晶体，其形态具有明确的几 了能量守恒，而动量并不是不守恒，而是没有表现出 何形状，且物理性质（如导热、导电等）在不同方向上 来，而康普顿效应是基于能量较大的光子与电子的碰 表现出差异性，即具有各向异性，C项正确：小草上的 撞，既体现动量守恒又体现能量守恒，二者并不矛盾， 露珠呈球形的主要原因是露珠表面张力的原因，D项 C项错误；电子对光子的吸收并不能累积，一次只能 错误。 吸收一个光子，若吸收的光子能量小于金属的逸出 9.ABD【解析】t=0时，物块振动的速度负向最大，此 功，则不能发生光电效应，D项错误。 时物块处于平衡位置，弹簧弹力与重力相等，弹簧处 5.C【解析】根据能级示意图可知XH的能级高于Xv 于伸长状态，A项正确：t=0.4s时，物块振动的速度 的能级，A项错误；因原子能级跃迁放出的光子的能 正向最大，此时物块处于平衡位置，弹簧弹力与重力 量等于原子相应能级的能量差，由题图可知②、⑥对 相等，物块的加速度为零，B项正确；t=0.2s时，物块 应的光子的能量关系为E<E。,光子的能量与频率 的速度为零，之后向正方向运动，所以物块位于最低 成正比，与波长成反比，则⑥的波长大于②的波长，B 点，即位于平衡位置下方，C项错误t=0.6s时，物 项错误；XX态能级与基态能级间的能量差保持不 块的速度为零，之后向负方向运动，即物块位于最高 变，由E=y可知①和②的频率之和等于③和④的频 点，即位于平衡位置上方，D项正确。 率之和，C项正确：XX态能级与基态能级间的能量 10.CD【解析】能级差越大，对应光子的频率越高，由 差保持不变，故③和④的频率之和等于⑤和⑥的频率 能级图可知a光的频率最高，b光的频率最低，由c 之和，即⑤和③的频率之差等于④和⑥的频率之差， =Ay,可知a光的波长最短，b光的波长最长，条件相 D项错误。 同时，b光最容易发生明显的衍射现象：结合光子动 ·80· 高三一轮复习N ·物理· 量p=会可知a光的光子动量最大，A,B项结误：根 Ek=3.1eV-W。,由图乙可知，遏止电压U.= 1.25V,有Ek=eU.=1.25eV,联立解得W。 据能级图有hw.=h%十hw,即u=%十，C项正确； ≈l.9eV。 b光的光子能量E6=E4-E2=一0.85eV (4)由图丙可知，遏止电压减小，则光电子的最大初 (-3.40eV)=2.55eV>0.85eV,故用b光照射处 动能减小，可得激光笔2发射的激光的光子能量小 于-4能级的氢原子，氢原子会发生电离，D项 正确。 于激光笔1发射的激光的光子能量，由公式E=, 入 三、非选择题 可得激光笔2发射的激光的波长比激光笔1发射的 11.(1)a(2分) 激光的波长长。 (2)U-U,2(2分) (5)I=0时，由于阴极K与阳极A间相当于断路，无 1一2 论电流表有没有内阻，阴极K与阳极A间的遏止电 (3)D(2分)》 压都等于电压表的读数，故若考虑电流表的内阻，由 【解析】(1)根据电路图，可知光电管两极之间只有 图像得到的遏止电压与真实值相比将不变。 加上反向电压时，微安表的示数才可能为零，因此只 U 13.(1) 4U 有K的电势高于A,即触头P向a端滑动，才能实 (2)17Bd 现微安表的示数恰好变为零。 【解析】(1)根据电子做匀速直线运动，处于平衡状 (2)根据光电效应方程得E:=hy1一W。=eU,Ee U 态，由平衡条件得9B=9 (2分) =e-W,=e,联立两式解得h=eU一U) y1一2 解得u一Ba U (3分) (3)通过微安表的电流是光电管在发生光电效应的 情况下，产生的光电子通过微安表而形成的，A项错 (2)电子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供 误；入射光的强度一定时，单位时间内照射到单位面 向心力，设电子做匀速圆周运动的半径为R,由牛顿 积的光子能量e=nhy一定，频率越高，单位时间内 第二定律得qB=m R (2分) 逸出的光电子数就越少，B项错误；测定频率为的 光照射光电管的饱和电流值，应加正向电压，即应使 由儿何关系得R=(2d)+(R-4) (2分) K的电势低于A,触头P向b端滑动，C项错误；根 联立解得电子的比荷的表达式9= 4U (3分) 据光电效应方程得Ekm=hv一W。,频率越高，光电子 m 17B2d 的最大初动能越大，若>，则频率为山的光照射 ke 14.(1)4πr ke 2r (2)e 光电管的光电子的最大初动能较大，D项正确。 2hcr 【解析】(1)电子绕核做圆周运动，根据库仑力提供 12.(1)有(1分) (2)减小(1分) 向心力，有k号=m(停)7 (1分) (3)1.9(2分) (4)长(2分) 电子绕校做圆周运动时辐射电磁波的频率∫=一 (5)不变(2分) (1分) 【解析】(1)根据题意，将滑动变阻器的滑片移至最 ke2 左端，阴极K与阳极A间的电压为零，用激光笔1 联立解得∫=√4rr (1分) 照射阴极K,由图乙可知有光电流，说明有光电子逸 根据库仑力提供向心力，有k号-m月 (1分) 出，可以到达阳极A形成光电流，则电流表有示数。 (2)闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最左端向右滑 可得电子的动能=子m一等 (1分) 动，阴极K与阳极A间的反向电压逐渐增大，可以 到达阳极A的光电子数减小，则光电流减小，即电 2元(2分) 氢原子的能量E=E十E,=g_g=一 流表的示数减小。 (2)氢原子在可见光区的谱线是氢原子从某几个较 (3)根据题意，设逸出功为W。,由光电效应方程有 高能级向第2能级跃迁时发出的，氢原子从第n能 ·81· ·物理· 参考答案及解析 级向第2能级跃迁时放出光的波长满足Em一E2= (2)已知H的平均结合能E1=1.09MeV,1H的平 u=h天 (1分) 均结合能E2=2.78MeV,He的平均结合能E,= 7.03MeV,中子的结合能为零 根据(1)中得出的结论，电子在第1轨道运动时，氢 根据平均结合能与结合能的关系，可得氚核和氘核 原子的能E=十5一仁= 发生核聚变时释放的能量△E,=4E,一(2E十3E2) (1分) (2分) 同理，电子在第n轨道运动时，氢原子的能量E,= 解得△E=17.6MeV (2分) ke keke (3)已知碰撞前氘核的动能Ee=0.24MeV,碰撞前 2r ra (1分) 氘核与氚核的动量等大反向，设反应前氚核的动能 又因为rn=nr (1分) 为E 则有E一号E号 根据动能与动量大小的关系E,= 2m (1分) 联立可=是分 可得反应前氘核和氚核的动能之比等于它们质量数 n2 )(n=3,4,5,…)(1分) 的反比，则有 E=3 -2 (1分) 结合巴尔末公式，可得里德伯常量R= hc 2 解得Ea=号Ee=0.16MeV (1分) ke2 2hcr (2分) 核反应过程满足动量守恒定律，故反应后氨核与中 15.(1)4.8438MeV(2)17.6MeV(3)3.6MeV 子的动量也等大反向，设反应后氦核与中子的动能 14.4 MeV 分别为E、E! 【解析】(1)根据质量数守恒和电荷数守恒可得核反 (1分) 应方程为Li+n→He十H (2分) 时理可利会=青 核反应中的质量亏损△=：十，一(mH十m。) 由题意得Ek:十EkH=Ek2十Ek3十△E=0.24MeV+ (1分) 0.16 MeV+17.6 MeV=18 MeV (1分) 即△m=0.0052u (1分) 联立解得反应后生成的氨核的动能Ek4=3.6MeV 已知质量亏损1u释放的核能为931.5MeV (1分) 可得一个中子轰击锂核的核反应放出的能量△E= 反应后生成的中子的动能E4=14.4MeV(1分) 0.0052×931.5MeV=4.8438MeV (1分) ·82·