2026届高三物理夯实基础专题训练03：原子物理A

专题03 原子物理A 光电效应 波粒二象性 【典例分析】 例1、(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是(　　) A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关 B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比 C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比 D．对于同种金属，Ek与照射光的频率呈线性关系 例2、(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5).由图可知(　　) A.该金属的截止频率为4.27×1014 Hz B.该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C.该图线的斜率表示普朗克常量 D.该金属的逸出功为0.5 eV 【能力训练】 1．用一束紫光照射某金属表面时不能产生光电效应，为使该金属能产生光电效应，可以采取的措施是（ ） A．延长该紫光的照射时间 B．改用频率比该紫光高的紫外线照射 C．增大该紫光的强度 D．改用波长比该紫光长的蓝光照射 2．关于光电效应，下列说法正确的是（　　） A．光子能量与光的速度成正比 B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 C．光的频率一定时，入射光越强，光电子的最大初动能越大 D．光的频率一定时，入射光越强，遏止电压不变 3．用强度相同的红光和蓝光分别照射同一种金属，均能使该金属发生光电效应．下列判断正确的是（ ） A．用红光照射时，该金属的逸出功小，用蓝光照射时该金属的逸出功大 B．用红光照射时，该金属的截止频率低，用蓝光照射时该金属的截止频率高 C．用红光照射时，逸出光电子所需时间长，用蓝光照射时逸出光电子所需时间短 D．用红光照射时，逸出的光电子最大初动能小，用蓝光照射时逸出的光电子最大初动能大 4．光电效应是十九世纪末人类发现的非常神奇的物理现象之一。关于光电效应，以下说法正确的是（　　） A．用紫光照射某金属能发生光电效应，用黄光照射该金属一定能发生光电效应 B．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应 C．在发生光电效应的前提下，仅增大照射光的强度，饱和光电流一定增大 D．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 原子和原子核 【典例分析】 例3、(多选)根据玻尔理论，下列有关氢原子的说法正确的是(　　) A．除了吸收光子能量外，还可以利用电子间碰撞的方式使氢原子从低能级向高能级跃迁 B．核外电子处于n＝3能级的一个氢原子自发跃迁时最多可产生两种不同频率的光子 C．大量氢原子由高能级向低能级跃迁时可以辐射出连续的各种波长的光 D．氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁，原子的能量减小，电势能增加 例4、(多选)浙江秦山核电站的核能来源于U的裂变，下列说法中你认为正确的是(　　) A.U原子核中有92个质子、143个中子 B.U的一种典型的裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程式为U＋n→Ba＋Kr＋3n C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度时半衰期将缩短 D．若一个U裂变，反应时的质量亏损为0.357 8×10－27 kg，则释放的能量约为201 MeV，合3.2×10－11 J 【能力训练】 1．2018年8月19日报道，日本福岛第一核电站核污水净化后的含氚水中，仍残留有其他放射性物质，其中部分物质半衰期长达1570万年．有关原子核物理知识，下列说法正确的是（ ） A．有8个放射性元素的原子核，当有4个发生衰变所需的时间就是该元素的半衰期 B．天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强 C．放射性元素发生衰变时所释放出电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 D．汤姆孙首先发现了中子，从而说明原子核内有复杂的结构 2．物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展．下列说法符合事实的是 （ ） A．汤姆孙发现了电子，并提出了“原子的核式结构模型” B．卢瑟福用α粒子轰击获得反冲核，发现了质子 C．查德威克发现了天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．普朗克提出的“光子说”成功解释了光电效应 3．(多选)关于反应方程→＋，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．中含有144个中子 C．的平均结合能比大 D．该反应新生成的粒子具有放射性 4．下列说法正确的是 A．原子核的结合能越大，原子核越稳定 B．β衰变释放出电子，说明原子核内有电子 C．氡的半衰期为3.8天，8个氡原子核经过7.6天后剩下2个氡原子核 D．用频率为ν的入射光照射光电管的阴极，遏止电压为Uc，改用频率为2ν的入射光照射同一光电管，遏止电压大于2Uc 5．真空中一个静止的镭原子核经一次衰变后变成一个新核，衰变方程为，下列说法正确的是（ ） A．衰变后核的动量与粒子的动量相同 B．衰变后核的质量与粒子的质量之和等于衰变前镭核的质量 C．若镭元素的半衰期为，则经过的时间，8个核中有4个已经发生了衰变 D．若镭元素的半衰期为，是经过的时间，2kg的核中有1.5kg已经发生了衰变 6．2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度；其主要核反应方程为：①②，则下列表述正确的是 A．X是质子 B．Y是氚核 C．X与Y是同位素 D．①②两个核反应都属于裂变反应 7．钍基熔盐堆核能系统（TMSR）是第四代核能系统之一．其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪．以下说法正确的是 A．题中铀核裂变的核反应方程为 B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定 C．钍核经过2次β衰变可变成镤 D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小 8．下列说法正确的是（　　） A．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大 B．是核裂変方程，当铀块体积大于临界体积时，才能发生链式反应 C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关，与照射光的频率成正比 D．α射线是高速运动的氦原子核，能够穿透几厘米厚的铅板 9．日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日日本宣布福岛核电站核残渣首次被“触及”，其中部分残留的放射性物质半衰期可长达1570万年，下列有关说法正确的是 A．衰变成的核反应方程为 B．的比结合能大于的比结合能 C．天然放射现象中产生的α射线的速度与光速相当，穿透能力很强 D．将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期 10．已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量，其中n＝2,，3，……．若氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为v，能使氢原子从基态电离的光子的最小频率为 A． B． C． D． 11．的衰变方程式为→＋X，则下列说法正确的是 A．的衰变过程属于α衰变，X为氦原子核 B．原子核内的中子数比原子核内的中子数多一个 C．通过降低温度的方法可使的半衰期变短，降低危害 D．原子核的比结合能等于原子核的比结合能 12．1933年至1934年间，约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发生的核反应方程为，反应生成物像天然放射性元素一样衰变，放出正电子且伴随产生中微子，核反应方程为．则下列说法正确的是 A．当温度、压强等条件变化时，放射性元素的半衰期随之变化 B．中微子的质量数A=0，电荷数Z=0 C．正电子产生的原因可能是核外电子转变成的 D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子，则质子与中子的质量之和一定等于α粒子的质量 13．下列说法正确的是 A．U→Th+X中X为中子，核反应类型为β衰变 B．H+H→He+Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变 C．U+n→Xe+Sr+K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变 D．N+He→O+Z，其中Z为氢核核反应类型为轻核聚变 14．原子弹、氢弹都被称为核武器，都可以瞬间产生巨大的能量，在结构上它们又有很大的区别，它们所涉及的基本核反应方程为（1），（2），关于这两个方程的下列说法正确的是 A．方程（1）中k＝10，方程（2）中d＝2 B．方程（1）是氢弹涉及的核反应方程 C．方程（2）属于α衰变 D．方程（2）属于轻核聚变 15．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34ev，那么对氢原子在能量跃迁过程中发射或吸收光子的特征,认识正确的是( ) A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应 B．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出4种不同频率的光 C．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 D．一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV 16．如图所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是 A．处于基态的氢原子吸收10.5eV的光子后能跃迁至，n＝2能级 B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出3种不同频率的光 C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应 D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV 17．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．如图所示为氢原子的能级图．（ ） A．当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的 B．氢原子从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出电磁波的波长长 C．当用能量为的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子一定不能跃迁到激发态 D．从n=4能级跃迁到n=2能级时释放的光子可以使逸出功为的金属发生光电效应 【综合提高】 18．在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别r1、r2，则下列说法正确的是 A．原子核可能发生衰变，也可能发生衰变 B．径迹2可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117：2 D．若衰变方程是，则r1：r2＝1：45 19．研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2，产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示．已知电子的质量为m，电荷量为－e，黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2，且ν1<ν2．则下列判断正确的是 A．U1>U2 B．图(b)中的乙线是对应黄光照射 C．根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率 D．用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2 20．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h=6.63×10－34J·s。则下列说法中正确的是 A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极 B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大 C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大 D．如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek=1.2×10－19J 21．研究光电效应的实验规律的电路如图所示，加正向电压时，图中光电管的A极接电源正极，K极接电源负极时，加反向电压时，反之．当有光照射K极时，下列说法正确的是 A．K极中有无光电子射出与入射光频率无关 B．光电子的最大初动能与入射光频率有关 C．只有光电管加正向电压时，才会有光电流 D．光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大 专题03 原子物理A 例1、 AD 例2、 AC 1、 B 2、 D 3、 D 4、 C 例3、 AB 例4、 ABD 1、 C 2、 B 3、 BD 4、【答案】D 【详解】 A项：原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A错误； B项：β衰变释放出电子，是中子转化为质子放出的，不能说明核内有电子，故B错误； C项：半衰期的概念是对于大量原子核衰变而言的，对于个别原子核无意义，故C错误； D项：由光电效应方程：,当改用频率为2的入射光照射同一光电管，遏止电压，则 ，故D正确。 故选：D。 5、【答案】D 【详解】 根据动量守恒可知，核与粒子的动量大小相等，方向相反，所以二者动量不同，因此A错误．镭核衰变成核过程中，存在质量亏损，导致衰变后核的质量与粒子的质量之和小于衰变前镭核的质量，所以B错误．少量放射性元素的衰变是一个随机事件，对于8个放射性元素，无法准确预测其衰变的个数，所以C错误．的，符合统计规律，经过的时间，已有发生衰变，所以正确．综上所述，选项D正确． 6、【答案】B 【详解】 A．根据质量数守恒、电荷数守恒可知X是中子，故A错误； B．对第二个方程，根据质量数守恒、电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确； C．X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误； D．①②两个核反应都属于聚变反应，故D错误． 7、【答案】A 【详解】 A．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的核反应方程为：，选项A正确； B．原子核的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，故B错误； C．钍核()经过1次β衰变可变成镤()，选项C错误； D．重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增大，故D错误； 8、【答案】A 【详解】 根据波尔理论，氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，要吸收光子，电子的轨道半径增大，选项A正确；B方程是衰变方程，B错误；根据光电效应方程，光电子的最大初动能为，不是与频率成正比，C错误。α射线是高速运动的氦原子核，但是不能穿透铅板，D错误； 9、【答案】D 【详解】 裂变反应要有多个中子参与，且在书写裂变反应方程时，两边的中子不能消掉，选项A错误；裂变反应要放出大量的能量，且生成的新物质更稳定，比结合能更大，则的比结合能小于的比结合能，选项B错误；天然放射现象中产生的γ射线的速度与光速相当，穿透能力很强，选项C错误；将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期，选项D正确. 10、【答案】C 【详解】 由题意可知：；能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足：，解得，故选C. 11、【答案】B 【详解】 原子核衰变过程中质量数和电荷数守恒，所以X为电子，该衰变为β衰变，选项A错误；原子核的半衰期与原子核的物理化学性质无关，不能通过降低温度的方法使的半衰期变短，选项C错误；在β衰变中原子核内的一个中子转变成一个电子和一个质子，所以原子核内的中子数比原子核内的中子数多一个，选项B正确；不同原子核的比结合能是不同的，选项D错误。 12、【答案】B 【详解】 A．放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项A错误； B．根据质量数和电荷数守恒可知，中微子的质量数A=0，电荷数Z=0，选项B正确； C．正电子产生的原因是核内的质子转化为中子时放出的，选项C错误； D．两个质子和两个中子结合成一个α粒子要释放能量，根据质能方程及质量亏损可知，两个质子与两个中子的质量之和大于α粒子原子核的质量，故D错误； 13、【答案】C 【详解】 根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C反应中的K质量总数为10，电荷数为0，为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确； D反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工核转变，选项D错误；故选C. 14、【答案】D 【详解】 A、由质量数守恒和电荷数守恒知，，方程(1)中，方程(2)中，故选项A错误； B、氢弹爆炸能量来自于核聚变，是氘核和氚核进行的核聚变反应，方程(1)属于重核裂变，故选项B错误； CD、方程(2) 是氘核和氚核进行的核聚变反应，属于轻核聚变，故选项D正确，C错误。 15、【答案】D 【详解】 A、氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2eV，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故A错误； B、一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，根据可知，能放出3种不同频率的光，故B错误； C、用能量为10.3eV的光子照射，小于12.09eV，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，要正好等于12.09eV才能跃迁，故C错误； D、氢原子从高能级向n=3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最小为E大=-1.51+13.6=12.09eV，因锌的逸出功是3.34ev，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为EKm=12.09-3.34=8.75eV，故D正确； 故选D. 16、【答案】D 【详解】 A．处于基态的氢原子吸收10.2eV的光子后能跃迁至n=2能级，不能吸收10.2eV的能量．故A错误； B．大量处于n=4能级的氢原子，最多可以辐射出，故B错误； C．从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的能量值大于从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光的能量值，用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光，照射该金属时不一定能发生光电效应，故C错误； D．处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级辐射出的光的能量为：，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为：，故D正确； 17、【答案】B 【详解】 A项：处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同。故A错误； B项：从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出光子能量小，则辐射的光子频率小，所以辐射的电磁波的波长长。故B正确； C项：当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子可以吸收其中的10.2eV的能量，可能跃迁到激发态。故C错误； D项：从n=4能级跃迁到n=2能级时释放的光子的能量为：E=E4-E2=-0.85+3.4=2.55eV＜2.75eV，所以不能使逸出功为2.75eV的金属发生光电效应。故D错误。 18、【答案】D 【详解】 A项：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子的动量方向相以，粒速度方向相反，由左手定则可知，若生成的两粒子电性相反则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同则在磁场中的轨迹为外切，所以为电性相同的粒子，故A错误； B项：核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变生成的两核动量P大小相等，方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：，解得：，由于P、B相同，则粒子电荷量q越大，轨道半径越小，由于新核的电荷量大，所以新核的半径小于粒子的轨道半径，所以r1为粒子的运动轨迹，故B错误； C项：核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变生成的两核动量P大小相等，方向相反，由动能与动量的关系，所以动能之比等于质量的反比，即为2：117，故C错误； D项：由B项分析知，，故D正确． 故选D． 19、【答案】D 【详解】 根据光电效应方程则有：，，由于蓝光的频率ν2大于黄光的频率ν1，则有 ，所以图(b)中的乙线是对应蓝光照射；用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2，阴极K金属的极限频率，故D正确，A、B、C错误； 故选D． 20、【答案】D 【详解】 A、图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压与入射光频率，因此光电管左端应该是阴极，则电源左端为负极，故A错误； B、当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故选项B错误； C、光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误； D、根据图象可知，铷的截止频率，根据，则可求出该金属的逸出功大小 根据光电效应方程，当入射光的频率为时，则最大初动能为： ，故选项D正确。 21、【答案】B 【详解】K极中有无光电子射出与入射光频率有关，只有当入射光的频率大于K极金属的极限频率时才有光电子射出，选项A错误；根据光电效应的规律，光电子的最大初动能与入射光频率有关，选项B正确；光电管加反向电压时，只要反向电压小于截止电压，就会有光电流产生，选项C错误；在未达到饱和光电流之前，光电管加正向电压越大，光电流强度一定越大，达到饱和光电流后，光电流的大小与正向电压无关，选项D错误. 学科网（北京）股份有限公司 $