第5章 原子核与基本粒子 第6章 波粒二象性 测评卷（同步练习）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（教科版）

第五章　原子核与基本粒子 第六章　波粒二象性 一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求) 1.关于近代物理学史和常识,下列说法正确的是(　　) A.普朗克通过对黑体辐射的研究,第一次提出了光子的概念 B.德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子,认为实物粒子也具有波动性 C.在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,因此光子散射后波长变短 D.卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析,证实了原子是可以再分的 2.下列与α粒子相关的说法中正确的是(　　) A.天然放射现象中产生的α射线速度与光速相当,穿透能力很强 BU(铀238)核放出一个α粒子后就变为Th(钍234)核 C.高速α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,核反应方程为He+On D.丹麦物理学家玻尔进行了α粒子散射实验,并首先提出了原子的核式结构模型 3.用不同波长的光照射光电管阴极探究光电效应的规律时,根据光电管的遏止电压Uc与对应入射光的波长λ作出的Uc-图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为e,光速为c,下列说法正确的是(　　) A.该光电管阴极材料的极限频率大小为 B.由图像可得普朗克常量h= C.当用波长λ=的光照射光电管阴极时,光电子的最大初动能为2be D.光电子的最大初动能随λ的增大而增大 4.北京正负电子对撞机是我国第一个大科学装置。正负电子对撞机是一种高能物理实验设备,它的作用是通过将正电子和负电子加速到接近光速,然后让它们碰撞,以探索宇宙的基本结构和性质。动能均为Ek的一对正负电子相向运动发生对撞并湮灭,产生一对光子。已知正、负电子的静止质量均为m,光在真空中的传播速度为c,则所产生的一个光子的动量大小为(　　) A.　　　B.mc　　　C.-mc　　　D.+mc 5.黄旭华院士团队成功研制了我国第一代核潜艇,为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越贡献,他曾说:“自主创新是我们攀登世界科技高峰的必由之路。”潜艇的核反应堆的某种核反应方程为XeX+n,下列说法中正确的是(　　) A.原子核X有38个质子,90个中子 B.该核反应发生前、后原子核的总质量保持不变 CU的比结合能小于Xe的比结合能 DU的核子数比Xe的核子数多,核力使U结合的比Xe更稳定 6.近年中国探月工程取得重大成就。月球夜晚温度低至-180 ℃,为避免低温损坏仪器,“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238Pu)会不断衰变,释放能量为仪器设备供热Pu可以通过以下反应过程得到UHNp+nNp→XPu。已知Pu的衰变方程为Pu→YU,其半衰期为88年。下列说法正确的是(　　) AUHNp+n为轻核聚变 B.X为正电子,Y为质子 CPu的比结合能比U的比结合能小 D.白天时温度升高Pu的半衰期会减小 7.图甲为氢原子的能级图,现用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为νa、νb、νc的三条谱线,现用这三种频率的光去照射图乙的光电效应的实验装置,其中只有a、b两种光能得到图丙所示的电流与电压的关系曲线;已知图乙中的阴极材料是表中所给材料中的一种,表是几种金属的逸出功和截止频率。已知e=1.6×10-19C。以下说法不正确的是(　　) 甲　乙　丙 几种金属的逸出功和截止频率 金属 W/eV ν0/1014Hz 钠 2.29 5.53 钾 2.25 5.43 铷 2.13 5.15 A.图乙中的阴极材料一定是铷 B.图丙中Uc=-8.07 V C.一定有ν0=νa+νb+νc D.图丙中的b光照射阴极,电流达到饱和时每秒射出的光电子数大约为4×1012个 二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 8.图甲是光电效应的电路图,分别用黄光、蓝光照射实验装置的K极,其中只有一种光照射时产生了光电流;图乙是原子核的比结合能曲线图。下列说法中正确的是(　　) 甲　　乙 A.产生光电流的是蓝光 B.P向右移,G表示数一定增大 CLi原子核的结合能约为33 MeV D.原子核U的核子比Ba的核子结合得更牢固 9.科学家利用天然放射性的衰变规律,通过对目前发现的古老岩石中铀238的含量来推算地球的年龄。铀238的相对含量随时间的变化规律如图所示,下列说法正确的是(　　) A.铀238发生α衰变的方程为U→ThHe B.20个铀核经过90亿年,一定还有5个铀核未发生衰变 C.铀238U)最终衰变形成铅206Pb),需经8次α衰变和6次β衰变 D.测得某岩石中现含有的铀238是岩石形成初期时的一半,可推算出地球的年龄约为45亿年 10.如图所示,电源的电动势为E,内阻不计。K是光电管的阴极,A是光电管的阳极,它们都是半径为r圆形金属板,两圆心间距离为l,两圆心连线与两板垂直,当两板间存在电压时,板间的电场可视为匀强电场。R为滑动变阻器,长度ab=bc=cd=df。电压表V(0刻度在表盘中间)和灵敏电流计G均为理想电表。频率为ν的细激光束照射到K的中心O上,使阴极发射光电子。合上开关S,当滑动变阻器的滑片P从c向左滑动到达b处时,灵敏电流计G示数刚好为0;当滑动变阻器的滑片P从c向右滑动到d后,再向f滑动的过程中,电压表V示数增大而灵敏电流计G的示数保持不变。不计光电子之间的相互作用和重力,普朗克常量为h,电子的带电荷量为-e(e为元电荷),电子质量为m。下列说法正确的是(　　) A.光电子的最大初动能为 B.阴极K的金属材料的逸出功为hν- C.阳极A的半径不小于2l D.换用光强更大的同种激光照射阴极K,滑动变阻器的滑片P从c向右滑动到d后,再向f滑动的过程中,电压表V示数增大,灵敏电流计G的示数也增大 三、非选择题(本题共5小题,共54分) 11.(8分)如图所示,一验电器与锌板相连,在A处用一紫外线灯照射锌板,关灯后,验电器指针保持一定偏角。 (1)现用一带少量负电的金属小球与锌板接触,则验电器指针偏角将　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  (2)使验电器指针回到零,再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转。那么,若改用强度更大的红外线灯照射锌板,可观察到验电器指针　　　　(填“有”或“无”)偏转。  (3)为了进一步研究光电效应的规律,物理实验小组设计了如图所示的电路,图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极。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,电流计的示数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的示数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,则光电管阴极材料的逸出功为　　　　eV;现保持滑片P位置不变,增大入射光的强度,电流计的示数　　　　(填“为零”或“不为零”)。  (4)已知黄光的频率小于蓝光的频率,物理实验小组用强黄光、弱黄光、强蓝光、弱蓝光分别照射同一个光电管做光电效应实验,得到四条光电流I与电压U的关系曲线,如图所示(其中有一条曲线图中未画出),则曲线甲对应的入射光为　　　　　　(填“强黄光”“弱黄光”“强蓝光”或“弱蓝光”)。  12.(6分)我国可控核聚变技术已经走在了世界前列,“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置,又被称为“人造太阳”。其原理是让海水中大量存在的氘和氚原子在高温、高密度条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的能源。氘核(H)和氚核(H)结合成氦核(He)时,要放出某种质量m=1.008 7 u的粒子,同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.014 1 u,氚核质量m氚=3.016 0 u,氦核质量m氦=4.002 6 u,根据爱因斯坦的质能方程可知1 u相当于931.5 MeV=1.49×10-10 J。写出该核聚变反应的核反应方程,并计算一次核聚变反应中释放的核能。(结果保留2位有效数字) 13.(10分)一个静止的钴60Co)在某条件下发生β衰变生成镍60(Ni),放出动能为E1的电子,同时释放能量分别为E2、E3的两个γ光子,忽略镍60的动能,释放的核能全部转化为电子的动能和光子的能量。已知电子的质量为m,普朗克常量为h,真空中光速为c,不考虑相对论效应。 (1)写出该衰变方程,并求电子的物质波波长λ; (2)有N个钴60发生了β衰变,求核反应中总的质量亏损Δm。 14.(14分)如图所示,光电管的阴极K用某种金属制成,闭合开关S,用发光功率为P的激光光源直接照射阴极K时,产生了光电流。移动滑动变阻器的滑片,当光电流恰为零时,电压表的示数为U,已知该金属的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量为e,真空中的光速为c,求: (1)激光在真空中的波长λ; (2)激光光源单位时间内产生的光子数N; (3)滑片移动到最左端时,电流为I,求该状态下,单位时间内通过电流表的电子数Ne。 15.(16分)19世纪末,人们发现了光电效应。已知电子质量为m、电荷量为e,光速为c,普朗克常量为h。 (1)用波长为λ的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动时,其最大半径为R,求金属的逸出功W; (2)一个光源以P0=0.8 W的功率向四周均匀地发射能量。在离光源距离R=1.0 m处放置一小锌板,锌的逸出功W=3.4 eV,假设入射光的能量是连续平稳地垂直传给锌板,且锌板完全吸收所有照射到它上面的能量,光的平均波长为λ。求: ①锌板在垂直入射光方向上单位面积受到光的平均作用力(用题目中的物理符号表示); ②按照经典电磁理论,锌板只需吸收足够的能量就可以释放出电子,若一个要被释放出的电子收集能量的圆形截面的半径约等于一个典型原子的半径r=5.0×10-11m,计算在此光源照射条件下,用此光源照射时电子被释放出需要的时间。 答案全解全析 1.B　普朗克通过对黑体辐射的研究,第一次提出了能量子的概念,A错误;德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子,认为实物粒子也具有波动性,B正确;在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,因此光子的动量减小,波长变长,C错误;卢瑟福通过对α粒子散射实验现象的分析,提出了原子的核式结构模型,D错误。故选B。 2.B　α射线的速度约为,穿透能力较弱,A错误;根据核反应遵循的电荷数守恒、质量数守恒可知,B正确,C错误;进行α粒子散射实验,并首先提出了原子的核式结构模型的物理学家是卢瑟福,D错误。 3.C　根据动能定理有eUc=Ekm,由光电效应方程得h=hν0+Ekm,整理得Uc=·-,结合图像可得=,-b=-,则普朗克常量h=,该光电管阴极材料的极限频率大小为ν0=ac,A、B错误;将波长λ=代入光电效应方程得,光电子的最大初动能为Ekm=2be,C正确;波长越长,光子能量越小,由光电效应方程知光电子的最大初动能随λ的增大而减小,D错误。 4.D　设所产生的光子的动量大小为p,根据能量守恒有2(Ek+mc2)=2ε,而光子的能量为ε=hν=pλν=pc,则p=+mc,故选D。 5.C　根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒可知,原子核X的质量数为90,电荷数为38,则原子核X有38个质子,52个中子,故A错误;核裂变过程释放能量,所以存在质量亏损,则该核反应发生前原子核的总质量大于发生后原子核的总质量,故B错误;核裂变过程释放能量,反应后的原子核比反应前的原子核更稳定,原子核的比结合能越大,原子核越稳定,则U的比结合能小于Xe的比结合能Xe比U更稳定,故C正确,D错误。故选C。 6.CUHNp+n为原子核的人工转变,A错误;根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒,可得X的质子数为Z=93-94=-1,质量数为零,所以X是电子,Y的质量数为A=238-234=4,质子数为2,由此可知Y为氦原子核,B错误Pu衰变放能,生成物U更稳定,所以比结合能更大,C正确;放射性元素的半衰期与温度无关,D错误。 7.C　在所发射的光谱中仅能观测到三条谱线,则说明氢原子是从n=3能级向低能级跃迁的,且这三种光子的能量分别为Ea=12.09 eV,Eb=10.2 eV,Ec=1.89 eV,由eUc=hν-W0=E-W0,代入a光的数值解得W0=2.13 eV,由表知阴极材料为铷,故A正确;图丙中-Uc===8.07 V,则Uc=-8.07 V,故B正确;用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子,基态氢原子吸收光子能量跃迁到高能级n=3,在向低能级跃迁时辐射出三种频率的光,三种光子能量关系为Ea=Eb+Ec,又E=hν,则频率关系为νa=νb+νc,ν0=νa,故C错误;由图丙知b光的饱和电流为0.64 μA,由I=知,每秒射出的电荷量为0.64×10-6 C,又已知e=1.6×10-19C,则每秒射出的光电子数大约为n=个=4×1012个,故D正确。本题选不正确的,故选C。 8.AC　蓝光的频率比黄光更大,所以蓝光的能量大于黄光的能量,即能够产生光电流的光是蓝光,A正确;光电管两端加的是反向电压,P向右移,反向电压增大,对光电子的阻碍作用增大,所以G表示数会减小,B错误;由题图乙知Li原子核的比结合能约为5.5 MeV,所以Li原子核的结合能约为E=6×5.5 MeV=33 MeV,C正确;原子核U的比结合能比Ba的比结合能小,所以原子核Ba的核子比U的核子结合得更牢固,D错误。 9.CD　根据核反应过程中质量数与电荷数守恒,可知铀238发生α衰变的方程为UThHe,A错误;半衰期是一个统计规律,对大量原子核的衰变成立,对少量原子核的衰变不成立,因此20个铀核经过90亿年,不能确定有多少个铀核未发生衰变,B错误;铀238U)最终衰变形成铅206Pb),核反应方程为UPb+He+e,根据核反应过程中质量数与电荷数守恒,有238=206+4m,92=82+2m-n,解得m=8,n=6,C正确;根据题图可知,铀的半衰期为45亿年,若测得某岩石中现含有的铀238是岩石形成初期时的一半,可推算出地球的年龄约为45亿年,D正确。 10.BC　当滑动变阻器的滑片P到达b处时,G示数刚好为0,此时达到遏止电压,为,光电子的最大初动能为Ek=,A错误;由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W得阴极K的金属材料的逸出功为W=hν-,B正确;当滑片P从c向右滑动到d后,再向f滑动的过程中,电压表V示数增大而灵敏电流计G的示数保持不变,表明达到饱和光电流时,A、K之间的电势差为,由Ek==mv2得v=,考虑到光电子从阴极射出的方向是随机的,沿阴极表面方向射出的电子到达阳极A时,落点距离阳极的圆心最远,做类平抛运动,则有l=at2,a=,得t=2l,落点距离圆心x=vt=2l,而达到饱和光电流时,所有光电子都要打到阳极上,故阳极半径不得小于2l,C正确;换用光强更大的同种激光照射阴极K,光电子的最大初动能不会变化,则A、K之间的电势差为时,所有光电子将打到A上,P从c向右滑动到d后,再向f滑动的过程中,电压表V示数增大,灵敏电流计G的示数仍将不变,D错误。 11.答案　(1)减小(2分)　(2)无(2分)　(3)4.5(1分)　为零(1分)　(4)强黄光(2分) 解析　(1)在A处用一紫外线灯照射锌板,锌板发生光电效应,光电子射出后,锌板带正电,用一带少量负电的金属小球与锌板接触,会使锌板上带的正电减少,验电器指针偏角将减小。 (2)用钠灯发出的黄光照射锌板,验电器指针无偏转,说明黄光不能使锌板产生光电效应;改用红外线灯照射锌板,红外线的频率小于黄光的频率,红外线也不能使锌板产生光电效应,验电器指针无偏转。 (3)由题图可知,光电管两端接的是反向电压,当滑片滑至某一位置时电流计的示数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V,说明阴极的遏止电压为6.0 V,故光电子的最大初动能Ek=6.0 eV;根据Ek=hν-W可知,光电管阴极材料的逸出功为4.5 eV。现保持滑片P位置不变,增大入射光的强度,电流计的示数仍为零。 (4)根据eUc=Ek=hν-W,可知入射光频率越大,遏止电压越大,所以甲、乙为同一种光,且甲、乙的频率小于丙的频率,则甲、乙为黄光,丙为蓝光。而入射光越强,饱和光电流越大,所以甲为强黄光。 12.答案　HHHen　2.8×10-12 J 解析　该核反应方程为HHHen(2分) 一次反应中的质量亏损Δm=m氘+m氚-(m氦+m)=0.018 8 u(2分) 一次反应中释放的核能ΔE=0.018 8×1.49×10-10 J≈2.8×10-12 J(2分) 13.答案　(1)CoNie　　(2) 解析　(1)根据质量数守恒与电荷数守恒可得该核反应方程为Co→e(2分) 电子的动量p=mv(1分) 电子的动能E1=mv2(1分) 电子的物质波波长λ=(1分) 联立解得λ=(1分) (2)N个钴60发生β衰变产生的能量ΔE=N(E1+E2+E3)(2分) 根据质能方程有ΔE=Δmc2(1分) 解得Δm=(1分) 14.答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)由爱因斯坦光电效应方程可知Ek=hν-W0(1分) 又因为ν=(1分) 由动能定理可得-eU=0-Ek(1分) 联立可得λ=。(2分) (2)激光光源时间t内产生的光子数n=(2分) 其中一个光子的能量ε=(1分) 因此单位时间内产生的光子数N==。(2分) (3)滑片移动到最左端时,电流为I,根据电流定义式可得I==Nee(2分) 因此单位时间内通过电流表的电子数Ne=。(2分) 15.答案　(1)h-　(2)①　②1 088 s 解析　(1)光电子做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,有 evB=m(1分) 解得R=(1分) 则最大初动能为Ek=mv2=(1分) 所以逸出功W=hν-Ek=h-。(2分) (2)①设锌板的面积为S,t时间内锌板吸收的光子个数为N,有N==(3分) 由动量定理可知-Ft=0-Np(2分) 结合公式λ=解得F=(1分) 结合牛顿第三定律可得单位面积上受到光的平均作用力为F0==。(1分) ②一个电子在单位时间内吸收的能量E吸=πr2(2分) 设释放出电子所需要的时间为t1,需要的能量为W,有W=E吸t1=πr2(1分) 解得t1==1 088 s。(1分) 学科网（北京）股份有限公司 $