专题卷15 波粒二象性 原子结构与原子核-【衡水金卷·先享题】2026年新高考物理二轮复习专题卷

高三二轮复习 ·物理· 高三二轮复习专题卷十五 物理 9 命题要素一览表 注： 1.能力要求： I,理解能力Ⅱ，推理论证能力 Ⅲ，模型建构能力V.创新能力V,实验探究能力 2.学科素养： ①物理观念 ②科学思维③科学探究 ④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) N ① ② ③ ④ 档次 系数 衰变、a粒子散射实验、聚变、 1 单项选择题 6 易 0.90 射线 黑体辐射、原子核尺度、波粒二 2 单项选择题 6 易 0.85 象性、阴极射线 3 单项选择题 6 光电效应 中 0.75 4 单项选择题 6 光电效应方程 中 0.70 5 单项选择题 6 衰变、半衰期 中 0.60 6 单项选择题 6 核反应方程、比结合能 中 0.60 单项选择题 6 氢原子光谱、氢原子能级图 中 0.60 多项选择题 8 光电效应、氢原子能级图 中 0.70 9 多项选择题 8 核反应、质量亏损 中 0.60 10 多项选择题 8 光电效应方程 难 0.55 11 非选择题 16 核反应方程、质量亏损 易 0.80 12 非选择题 18 玻尔模型、能级跃迁 中 0.60 春考答案及解析 一、单项选择题 构模型，B项正确：图丙中氘核和氚核发生核聚变生 1.B【解析】图甲中，该核反应方程为U一→Th 成氢核并放出一个中子，核聚变过程中会释放能量， +He,轴核U的中子数为238一92=146，钍核 根据质能方程可知，该反应存在质量亏损，反应前后 6Th的中子数为234一90=144，可知轴核U发生 质量并不守恒，C项错误；如图丁所示，放射性元素轴 a衰变后的产物钍核Th比铀核U少2个中子，A 衰变过程产生的射线中，Y射线的穿透能力最强，α射 项错误；图乙为α粒子散射实验装置示意图，卢瑟福 线的穿透能力最弱，D项错误。 通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结： 2.A【解析】为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了电 ·51· ·物理· 参考答案及解析 磁辐射的能量是量子化的，A项正确；通过α粒子散 击L的反应属于人工核转变，核聚变是质量较小的 射实验可以估算出原子核尺度的数量级为1015m,B 核结合成质量较大的核的反应，D项错误。 项错误；德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒 7.D【解析】H对应的光子波长比H,的大，则H对 子，认为实物粒子也具有波动性，C项错误；阴极射线 应的光子频率比H,的低，由p=可知H对应的 是电子流，汤姻孙测出了电子的比荷，密立根精确测 光子动量比H,的小，由E=v可知，H对应的光子 定了电子的电荷量，D项错误。 3.B【解析】由于大量的氢原子处于第4能级，则光谱 能量比H,的小，A、B项错误；由图甲可知，四条谱线 管辐射不同能量的光子种类为C号=6种，A项错误； 中H谱线的波长最短，频率最高，而氢原子从高能 级向n=2能级跃迁产生的光子中，从n=3能级向n 因光谱管辐射的光子的能量最大为13.6eV一 0.85eV=12.75eV>3.3eV,所以可以使锌板发生 =2能级跃迁时产生的光子能量最小，其波长最长， 频率最低，C项错误；氢原子从高能级向n=1能级跃 光电效应，B项正确；根据爱因斯坦光电效应方程，即 迁时产生的光子能量均大于H对应的光子能量，则 Ek=hy一W。,可得最大初动能Es=12.75eV 其波长均小于H,的波长，故谱线均在H,的左侧，D 3.3eV=9.45eV,C项错误；由于发生光电效应，锌 项正确。 板会失去部分电子，验电器指针的张角将变小，D项 二、多项选择题 错误。 8.BC【解析】一群处于n=4能级的氢原子向低能级 4.C【解析】根据光子的动量与波长之间的关系p= 跃迁过程中能发出6种不同频率的光，对应的能量值 冬，两种光子的动量之比为3：1，可知两种光子的波 由大到小排列为4→1、3→1、2→1、4→2、3→2、4→3， 长之比为1：3，A项错误；根据光子的能量与动量的 实验只测得3条电流随电压变化的图像，所以发生光 关系E=mc2=pc,可知两种光子的能量之比为3：1， 电效应的能量值分别为4→1、3→1、21，能量值排 B项错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek=E一W。, 在第四的为E=E:-E,=-0.85eV-(-3.4)eV 对于两光电子分别有E=1c一W,E2=p2c一W。, =2.55eV,由于只能测得3条电流随电压变化的图 又p,p,=31,可得w。=E,3E,C项正确，D项 像，故该金属的逸出功应大于2.55eV,A项错误：由 2 图乙可知，a光的遏止电压最大，其次是b光，最小的 错误。 为c光，根据光电效应方程可知，a光的频率最大，c 5.B【解析】衰变服从量子统计规律，只对大量的原子 光的频率最小，故a、b、c三种光的波长关系为入。< 才有意义，A项错误；C衰变为氮14过程中有一个 <入，B项正确；结合上述分析可知，a光的能量最大， 中子转变为质子和电子，电子被释放出来，B项正确： 应是氢原子由=4能级向基态跃迁发出的，C项正 由图可知该衰变是C衰变为氨14，其衰变方程 确；处于n=1能级的氢原子吸收能量跃迁到n=2能 为C一→N十X,根据质量数守恒和电荷数守恒，可 级时，需要吸收的能量△E=E2-E=一3.4eV一 知X为电子，属于3衰变，C项错误；由图可知C的 (-13.6)eV=10.2eV,动能为10.5eV的电子与处 衰变周期为5730年，当氮14的数量是1C数量的3 于n=1能级的氢原子碰撞，电子可以将一部分能量 倍时，即总=子根据N=N:（宁，可知号 转移给氢原子，使氢原子发生跃迁，D项错误。 9.AC【解析】由动量守恒定律，可得p=yy=mzv, 2,解得t=11460年，D项错误。 6.C【解析】由质量数守恒和电荷数守恒，可得X的电 根据E=名可得织-器-号即Y原子核的动 2m 荷数为0，质量数为1，所以X为中子，A项错误：核反 能与乙原子核的动能的比值为号，A项正确：结合上 应满足电荷数守恒，但由于核反应过程中有质量亏 F 损，会以能量的形式释放出来，所以不满足质量守恒， 述分析可知Y原子核的速度大小W一兴知=，B B项错误；生成物比反应物更加稳定，所以He的比 项错误：因核反应放出核能，可知该核反应有质量亏 结合能大于H的比结合能，C项正确：用中子轰 损，则Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核 ·52· 高三二轮复习 ·物理· 的质量小△m=Q,C项正确，D项错误。 12.(1)2π2kme h? h2 4π2nke (2)3ke 8r 10.CD【解析】该光电倍增管仅适用于能够使阴极K m 【解标】(1)根据牛顿第二定律，有k二 发生光电效应的光，A项错误；仅增大该入射光的强 度，则从阴极K发射的光电子数增多，所以最后从 (2分) 阳极A释放的电子数也会增多，B项错误：根据爱因 结合题意，可得电子在量子数为的轨道上，有 nh 斯坦光电效应方程可得之m=加一W。,解得阴极 mur.一2元 材料的逸出功W。=加一宁m2C项正确：光电子 联立解得u=2πke」 n'h? nh=4元产mke (2分) 从阴极K到达第一倍增极D的过程，根据动能定 由题可知rn=nB (1分) 理有：U=瓦一名m话，可得光电子到达第一倍增极 其中A、B均是与n无关的常量 h2 可得B=4πmke (1分) D的最大动能E=U+号m哈，D项正确。 电子的动能B=2m心= 1 m(2πk)= 三、非选择题 nh 11.(1)氚核n十LiH+He(2)”” 8 2xkme)· 1 h2 n (2分) (3)141m 121c2 由题可知一合 【解析】(1)由题可得，核反应方程为n+Li一→H 可得A=2πb2me (2分) +He (2分) (2)电子绕氢原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向 故新原子核是氚核 (2分) (2)以中子的速度方向为正方向，由动量守恒定律， 心力 (2分) 可得mu=-3十4m (2分) 又：2=7：8 处于基态的氢原子的电子的动能瓦=之m 7 -8 (1分) 解得=”，=心 (2分) 处于基态的氢原子的能量E=Ek1十E (1分) (3)氚核和a粒子的动能之和Ek= 1 X 3mvi+ 1 2 2 由题可知氢原子处于基态时的电势能E=一如 ri 大4mf=403 242m (2分) ke2 联立解得E= 2r1 (2分) 释放的核能△E=E-E=, 242mw2、 2n= 又E-号 141mU (3分) 可得氢原子从基态跃迁到=2的微发态时吸收的 121 (2分) 由质能方程，可得质量亏损△m= △E141m 能量AE=E。-E=3ke 8r 121c2 (3分) ·53·高三二轮复习专题卷十五/物理 波粒二象性原子结构与原子核 (考试时间40分钟，满分100分) 一、单项选择题（本题共7小题，每小题6分，共42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.下列说法正确的是 α粒子 放射源R 金箔F 荧光屏S 氘核 9 显微镜M × 邓× 铀238 氚核 钍234 甲 A.图甲中，铀核8U发生α衰变后的产物钍核Th比铀核U少四个中子 B.图乙为α粒子散射实验装置示意图，卢瑟福分析实验数据后提出原子的核式结构模型 C.图丙中，氘核和氚核发生核聚变生成氦核并放出一个中子，核反应前后质量守恒 D.如图丁所示，放射性元素铀衰变过程产生的射线中，Y射线的穿透能力最弱 2.下列说法符合史实的是 A.为了解释黑体辐射规律，普朗克提出了电磁辐射的能量是量子化的 B.通过α粒子散射实验可以估算出原子核尺度的数量级为10-10m C.康普顿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 D.阴极射线是电子流，汤姆孙测出了电子的比荷，并精确测定了电子的电荷量 3.如图甲所示，用高压激发氢光谱管，使光谱管中大量的氢原子处于第4能级并辐射发光，其中某些 光子打在连着验电器的锌板上，事先使锌板带负电，与锌板连接的验电器的指针张开一定的角度。 已知锌板表面电子的逸出功是3.3V,氢原子的能级图如图乙所示，则下列说法正确的是 EleV 锌板 验电器 00------------0 --0.54 -0.85 -1.51 感应圈 -3.4 电源 -13.6 甲 A.光谱管会放出4种不同能量的光子 B.光谱管发出的光能够使锌板发生光电效应 C.从锌板中逸出的光电子的最大初动能为9.55eV D.锌板表面的自由电子逸出，验电器的指针张角将不变 4.两种光子的动量之比为3：1，它们都能使金属A发生光电效应，且对应光电子的最大初动能分别 为E、E2,则下列说法正确的是 A.两种光子的波长之比为3：1 B.两种光子的能量之比为1：3 C,金属A的逸出功为E3E D.金属A的逸出功为E1一E2 2 物理第1页（共4页】 衡水金卷·先享题·高 5.C是一种放射性的元素，其衰变为氨14的图像如图所示，根据图像提供的信息，下列说法正确 的是 氮14 2 1418 1--- 碳14 5730 0 17190 0 t/年 11 22 A.80个1C经过11460年后，还剩下20个 B.C衰变为氨14过程中有一个中子转变为质子和电子，电子被释放出来 C.该图像表示的衰变方程为C→4N十X,属于α衰变 D.当氮14的数量是C数量的3倍时，C衰变所经历的时间为5730年 6.我国自主设计全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)创造了新的世界记录，实现了1亿摄氏度 稳态长脉冲高约束模等离子体运行1066秒。该装置中的核反应方程为H十H一>He+X,其 中H可以用中子轰击Li得到，下列说法正确的是 A.该核反应方程中X是质子 B.该核反应满足电荷数守恒和质量守恒 C.He的比结合能大于H的比结合能 D.用中子轰击Li能得到He,该反应属于核聚变 7.如图甲所示为氢原子光谱，如图乙所示为氢原子部分能级图。图甲中的H。、H、Hy、H属于巴尔 末系，都是氢原子从高能级向=2能级跃迁时产生的谱线。下列说法正确的是 EleV -0 -0.54 410.29 434.17486.27 656.472/mm 4 -0.85 -1.51 -3.4 Hs Hy Hg Ho --13.6 为 A.H对应的光子能量比H,的大 B.H对应的光子动量比H,的大 C.H是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时产生的 D.氢原子从高能级向=1能级跃迁时产生的谱线均在H的左侧 二、多项选择题（本题共3小题，每小题8分，共24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8分，选对但不全的得4分，有选错的得0分) 8.一群处于=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中能发出多种不同频率的光，将这些光分别照射 到如图甲所示电路中阴极K的金属上，实验只测得3条电流随电压变化的图像如图乙所示，氢原 子的能级图如图丙所示，则下列说法正确的是 三二轮复习专题卷十五 物理第2页（共4页） 光 n EleV --0 c光 5 -0.54 (HA 4 -085 b光 1.51 a光 -3.4 -U。-U6-U。0 UV 电源 -13.6 甲 乙 丙 A.阴极K的金属的逸出功有可能小于2.55eV B.a、b、c三种光的波长关系为入。<入<入 C.图乙中的a光是氢原子由n=4能级向基态跃迁发出的 D.动能为10.5eV的电子不能使处于n=1能级的氢原子发生跃迁 9.某静止的原子核发生核反应并释放出能量Q,其方程为X→？Y十EZ,假设释放的能量全都转化 为新核Y和Z的动能，其中Z的速度为v,c为光速，下列说法正确的是 AY原子核的动能与Z原子核的动能的比值为5 BY原子核的速度大小为 C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小？ D.Y原子核和乙原子校的质量之和比X原子核的质量小。 10.2025年2月8日，江门中微子实验开始液体闪烁体灌注。利用光电倍增管探测中微子被液体闪 烁体“俘获”时产生的闪烁光，并将光信号转换为电信号输出。如图所示为光电倍增管的原理图， 在阴极K、各倍增电极和阳极A间加上电压，使阴极K、各倍增电极到阳极A的电势依次升高。 当频率为的入射光照射到阴极K上时，从阴极K上有光电子逸出，光电子的最大初动能对应 的速率为，阴极K和第一倍增极D,间的加速电压为U,电子加速后以较大的动能撞击到第一 倍增极D上，从第一倍增极D上激发出更多电子，之后激发的电子数逐级倍增，最后阳极A收 集到数倍于阴极K的电子数。已知电子电荷量为，质量为，普朗克常量为h,下列说法正 确的是 A.该光电倍增管适用于各种频率的光 阴极K 第二倍增极D,第四倍增极D。 B.仅增大该入射光的强度不影响阳极A单位时 间内收集到的电子数 C阴极材料的逸出功为一2m 111 D.光电子到达第一倍增极D1的最大动能为eU+入射光 第一倍增极D1第三倍增极D3阳极A 2n品 物理第3页（共4页） 衡水金卷·先享题·高 三、非选择题（本题共2小题，共34分。请按要求完成下列各题） 11.(16分)科学家研究原子核的结构时常用的一种方法是用α粒子轰击某种元素的原子核，使其发 生核反应生成新的原子核，这就是原子核的人工转变。后来发现用中子轰击某些原子核也能发 生原子核的人工转变。若某次原子核的人工转变是速度大小为)的中子轰击静止的锂核(L), 发生核反应后生成α粒子和一种新原子核，生成的新原子核的速度方向与中子的初速度方向相 反，新原子核与&粒子的速度之比为7：8。中子的质量为，质子的质量可近似看作m,光速 为c。 (1)这种新原子核是什么原子核？写出核反应方程； (2)求新原子核和α粒子的速度大小； (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和新原子核的动能，求质量亏损。 12.(18分)由物理学史可知，著名物理学家玻尔受行星绕太阳做匀速圆周运动的启发，在构建原子 模型时认为，可把电子的运动看作经典力学描述下的轨道运动，原子中的电子在库仑力作用下， 绕原子核做圆周运动。玻尔认为，电子绕原子核做匀速圆周运动的轨道半径是量子化的。电子 的轨道半径和动量必须满足量子化条件m一染式中A为普朗克常量为轨道半径，0为电子 在该轨道上的速度大小，为轨道量子数，可以取1、2、3…等正整数。 1)玻尔通过分析推理发现，电子在任意轨道上运动的动能表达式可以写为B,一是，电子在任意 轨道上运动的半径rn=nB,其中A、B均是与n无关的常量。已知电子的质量为m,电荷量为e, 静电力常量为k。求A、B的值分别为多少？（用m、k、、h表示） (2)玻尔进一步分析发现A、B的值就是氢原子处于基态(=1)时电子的动能Ek1和电子的轨道 半径1。若氢原子处于基态时电势能E=一（取无穷远处电势能为零），玻尔继续推导得到 r 了氢原子处于第n个能级的能量为基态能量的，(m=1,2,3…)的结论。根据以上结论，求氢原 子从基态跃迁到n=2的激发态时吸收的能量为多少？（用k、e、r1表示） 三二轮复习专题卷十五 物理第4页（共4页）