第四章 原子结构和波粒二象性 第五章 原子核 单元检测试卷-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

2025- -2026 学年物理人教版选择性必修第三册 第四章原子结构和波粒二象性、第五章原子核单元检测试卷 满分：100 分 考试时间：75 分 一、选择题：本题共10小题，共46分。在每小题给出的四个选项中，第1~7题只有一项符合题目要求，每小题4分；第8~10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1．用同一频率的光分别照射钨板和银板，都能发生光电效应.比较两次实验，下列物理量可能相等的是（    ） A．光电子的初动能 B．光电子的最大初动能 C．两种金属的逸出功 D．两种金属的截止频率 2．爱因斯坦提出的光子说成功地解释了光电效应的实验现象，在物理学发展历程中具有重大意义。图甲是光电效应实验装置示意图，图乙是研究光电效应电路中a、b两束入射光的产生的光电流与电压的关系图像，图丙是P、Q两种金属的光电子最大初动能与入射光频率的关系图像，图丁是某种金属的遏止电压与入射光频率之间的关系图像，下列说法正确的是（　　） A．在图甲实验中，改用红外线照射锌板验电器指针也会张开 B．由图乙可知，a光的频率大于b光 C．由图丙可知，金属P的逸出功小于金属Q的逸出功 D．由图丁可知，该图线的斜率为普朗克常量h 3．2025年11月，中国人造太阳EAST刷新世界纪录。EAST通过可控核聚变释放能量，使一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子并向外辐射一个光子。已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为、、、，普朗克常量为，真空中的光速为。下列说法正确的是（　　） A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损 C．辐射出的光子的能量 D．光子的频率 4．针对下面几个图说法正确的是（　　） A．甲图中锌板和验电器总是带异种电荷 B．乙图为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变短 C．丙图中的实验揭示了原子核内部有复杂结构 D．丁图中处于第2能级的氢原子可以吸收一个能量为3.5eV的光子并电离 5．如图为氢原子的能级示意图。现用能量为12.09eV的光子照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是（　　） A．氢原子能被激发到n=4能级 B．氢原子被激发后，辐射波长最长的光子跃迁是n=3到n=2的跃迁 C．氢原子被激发后，最多可辐射出4种不同频率的光子 D．氢原子被激发后，辐射光子的最大能量为10.2eV 6．下列关于教材中的四幅图片，说法正确的是（    ） A．图甲：氡的半衰期为3.8天，则经过11.4天，氡的质量减少八分之七 B．图乙：质量数越大，原子核的结合能越大，比结合能一定越大 C．图丙：加在光电管两端的电压越大，光电流也越大 D．图丁：α粒子散射实验，其中有部分α粒子发生大角度偏转，是因为与原子中的电子碰撞造成的 7．在匀强磁场中的A点，有一个静止的原子核发生了衰变，衰变后射出的粒子及新核恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹如图所示，两圆的半径之比为44∶1。则下列说法中正确的是（　　） A．该原子核发生的是α衰变 B．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向外 C．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里 D．衰变前的原子核内质子数为45 8．在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示，下列说法正确的是（　　） A．新核为 B．轨迹2是新核的径迹 C．发生的是α衰变 D．新核沿顺时针方向旋转 9．玉兔二号月球车采用核电池来提供能量，其原理是将放射性同位素衰变时放出的核能转变为电能。玉兔二号月球车核电池的放射源是，其衰变方程为，的半衰期为88年。已知、α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．X的质子数为92 B．温度升高，的半衰期缩短 C．一个核衰变成X，释放的核能为 D．经过176年后，核电池内核的质量减少为原来的 10．如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的比结合能，如的比结合能约为8MeV，的比结合能约为7MeV，根据该图像，下列说法正确的是（　　） A．的结合能比大 B．中等大小的核的比结合能最大，最稳定 C．裂变成和的过程需要吸收能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约112MeV的能量 二、实验题 11．物理学家密立根准确测出元电荷的数值后，从1907年起，他开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要物理量，他的目的是测量金属的遏止电压与入射光的频率，作出图像，由此算出普朗克常量。他在实验中得到的某金属遏止电压与入射光频率的关系图线如图所示。 (1)根据如图所示的数据和爱因斯坦光电效应方程，可以得到普朗克常量 J・s。（结果保留三位有效数字） (2)普朗克根据黑体辐射的数据通过拟合得到，以此值为参考，普朗克常量测量值的相对误差（相对误差）为 。（结果保留两位有效数字） (3)该实验结果证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性。若换用逸出功更大的金属重复上述实验，得到的图线斜率将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 12．某同学要探究“光电效应的饱和光电流”的实验规律，根据实验需要设计了电路如图甲所示。图甲中直流电源的正负极可以调节，、是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为，元电荷为，普朗克常量为。 (1)为了达到实验目的，直流电源的正极应该接在 （选涂“A．1”、“B．2”）进行实验。 (2)实验时，将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为（大于）的光照射在阴极上，此时会看到电压表的示数 （选涂“A．为零”、“B．不为零”），电流表的示数 （选涂“A．为零”、“B．不为零”），将滑动变阻器的滑片逐渐向右移，会看到电流表的示数变化情况是逐渐变大后不变。 (3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，理论上电压表的示数应为 （用、、、表示）。 (4)换用频率为的单色光进行第二次实验，两次实验测得多组电压表示数和电流表示数，在同一坐标系中作图像如图乙所示，若，则第一次实验作出的图像应是 （选涂“A．a”、“B．b”）图像。 三、解答题 13．普朗克为解释黑体辐射规律，提出能量子假说，认为黑体辐射的能量是不连续的，而是一份一份的，每一份称为一个能量子。已知某黑体辐射的频率为，普朗克常量。求： (1)该能量子的能量是多少焦耳？ (2)该能量子的能量相当于多少电子伏特？ (3)如果这个黑体每秒辐射的能量子总数为个，那么它每秒辐射的总能量是多少？ 14．实验中观察到，静止在匀强磁场中点的原子核发生某种衰变，衰变产生的新核与发出的射线恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图，已知1、2轨迹的半径之比为7∶1，新核中质子数与中子数相等。 (1)问：原子核发生的何种衰变；磁场的方向； (2)已知质子的质量是电子的1836倍，求1、2轨迹的周期之比； (3)写出衰变方程。 15．（1）已知中子的质量是mn＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量是mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量是mD＝3.343 6×10－27 kg，真空中的光速c＝3.00×108 m/s，e＝1.60×10－19 C，求氘核的比结合能是多少MeV。 （2）一个静止的铀核（原子质量为232.037 2 u）放出一个α粒子（原子质量为4.002 6 u）后衰变成钍核（原子质量为228.028 7 u），已知1 u相当于931.5 MeV的能量（结果保留三位有效数字）。 （ⅰ）写出铀核的衰变反应方程； （ⅱ）算出该衰变反应中释放出的核能； （ⅲ）若释放的核能全部转化为新核和α粒子的动能，则α粒子的动能为多少？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A C C D B A C AB ACD BD 1．A 【详解】A B．根据光电效应方程，则有，可知光电子的最大初动能不同，则有可能会有初动能相等的光电子，故A正确，B错误； CD．不同的金属逸出功不同，其截止频率也不同，故C错误，D错误。 故选A。 2．C 【详解】A．图甲中，当紫外线照射锌板时，验电器指针张开，由于红光的频率较小，所以用红外线照射锌板不一定有光电子飞出，验电器指针不一定会张开，故A错误； B．图乙中，从光电流与电压的关系图中可以看出，遏止电压相同，则a光的频率等于b光的频率，故B错误； C．根据光电效应方程 当时， 由图丙可知，金属P的逸出功小于金属Q的逸出功，故C正确； D．根据 解得 则斜率，故D错误。 故选C。 3．C 【详解】A．核反应方程应为 ，而且选项中质量数不守恒（左侧质量数和为5，右侧为4），故A错误； B．质量亏损定义为反应前总质量减反应后总质量，即，故B错误； C．总质量亏损对应的能量为 ，光子能量等同于总释放的能量，故C正确； D．光子频率满足，其中光子能量 因此，故D错误。 故选C。 4．D 【详解】A．甲图光电效应实验中，锌板表面在紫外线照射下有光电子逸出，验电器和锌板都带上正电荷，故A错误； B．图乙为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，由 碰后散射光动量变小，波长变长，故B错误； C．图丙为卢瑟福通过粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构，故C错误； D．丁图中处于第2能级的氢原子至少吸收的光子才能电离，则可以吸收一个能量为3.5eV的光子并电离，故D正确。 故选D。 5．B 【详解】A．因-13.6eV+12.09eV=-1.51eV，可知氢原子能被激发到n=3能级，A错误； B．氢原子被激发后，辐射波长最长的光子跃迁对应着能级差最小的跃迁，是n=3到n=2的跃迁，B正确； C．氢原子被激发后，从n=3到低能级跃迁时，最多可辐射出种不同频率的光子，C错误； D．氢原子被激发后，辐射光子的最大能量对应着从n=3到n=1的跃迁，能量为-1.51eV -（-13.6eV）= 12.09eV，D错误。 故选B。 6．A 【详解】A．氡的半衰期为 3.8 天，经过 3.8 天氡的质量变为原来的一半，7.6 天为原来的四分之一，11.4 天为原来的八分之一，质量减少了八分之七，故 A 正确。 B．图乙展示的是“核子数与核结合能及比结合能”的关系，随质量数增大，总结合能虽增大，但比结合能并非随质量数增大而增大，尤其在铁(Fe)附近达到最大，故 B 错误。 C．光电效应中，光电流随外加电压增大先上升，达到饱和值后即不再增大，图丙的饱和电流主要由入射光强度决定，故“电压越大光电流越大”并不总成立，故 C 错误。 D．α 粒子散射实验中，发生大角度偏转的主要原因是 α 粒子与带正电的原子核之间的库仑斥力，电子质量很小，作用极弱，不足以使 α 粒子发生大角度偏转，故 D 错误。故选 A。 7．C 【详解】BC．根据牛顿第二定律得 解得 根据动量守恒定律，衰变后射出的粒子与新核的动量大小相等，所以电荷量与轨道半径成反比，所以，轨迹1是粒子的，轨迹2是新核的； 因为新核带正电，根据左手定则，磁场方向垂直纸面向里，B错误，C正确； A．因为磁场方向垂直纸面向里，且轨迹1是粒子的，根据左手定则，粒子带负电荷，所以粒子是电子，A错误； D．因为粒子是电子，所以新核的电荷量是+44e，根据电荷守恒定律，衰变前的原子核带电量为+43e，衰变前的原子核内质子数为43，D错误。 故选C。 8．AB 【详解】A．根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知衰变方程为Na→Mg＋e，可知新核为Mg，故A正确，C错误； B．由题意，静止的钠核Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子的电荷量，由轨道半径公式r＝得知，新核的运动轨迹半径小于粒子的运动轨迹半径，所以轨迹2是新核的轨迹，故B正确； D．根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核沿逆时针方向旋转，故D错误。 故选AB。 9．ACD 【详解】A．根据质量数和电荷数守恒得到X的质子数为92，故A正确； B．元素的半衰期是由放射性元素本身决定的，与原子所处的物理状态和化学状态无关，故B错误； C．由爱因斯坦质能方程可知一个钚衰变成X，释放的核能为，故C正确； D．由半衰期公式可得，故D正确； 故选ACD。 10．BD 【详解】A．的比结合能比大，但由于核子总数较少，则的结合能比小，A错误； B．由图可知，中等大小的核的比结合能最大，最稳定，B正确； C．裂变成和的过程会放出能量，C错误； D．把分成8个质子和8个中子，需要提供的能量约为 把分成4个要提供的能量约为 提供的能量的差值为，D正确。 故选BD。 11．(1) (2)3.7% (3)不变 【详解】（1）利用光电子的最大初动能和爱因斯坦光电效应方程 可得，图线斜率为 由图像数据得 （2）相对误差 （3）斜率，故更换逸出功更大的金属，不影响图线的斜率。 12．(1)B (2) A B (3) (4)B 【详解】（1）为了达到实验目的，光电管两端应接正向电压，也就是直流电源的正极应接在“2”上。 故选B。 （2）[1] 将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为（大于）的光照射在阴极上，光电管被短接，光电管的正向电压为零，即此时会看到电压表的示数为零。 [2]因为，会发生光电效应，则电流表的示数不为零。 （3）将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，则 由光电效应方程得， 由以上三式联立得 所以 （4）由 可知越大，U越大，所以第一次实验作出的图像应是b。 故选B。 13．(1) (2) (3) 【详解】（1）能量子能量 （2）换算成电子伏特 （3）每秒总能量 14．(1)衰变，磁场垂直纸面向里 (2) (3) 【详解】（1）衰变后新核和粒子的运动方向相反，由洛伦兹力提供向心力可知，新核和粒子的电性相反，新核带正电荷，则粒子带负电荷，发生的是衰变，根据动量守恒新核和粒子的动量大小相等，方向相反，在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力 解得 电子的电荷量小于新核的电荷量，所以其运动半径大于新核的运动半径，判断出轨迹1是电子的，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里。 （2）根据，可推出电荷量之比是 质量之比是 结合公式 可推出周期之比是 （3）新核为，衰变方程为 15．（1）1.1 MeV （2）（ⅰ） （ⅱ） （ⅲ） 【详解】（1）根据质能方程 ，质量亏损 代入数据可得比结合能 （2）（ⅰ）核反应方程，电荷数守恒，质量数守恒 （ⅱ）该衰变反应中释放出的核能 （ⅲ）铀核发生α衰变过程中动量守恒 释放的核能全部转化为新核和α粒子的动能 解得α粒子的动能 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $