2023年高三物理二轮复习常见模型与练习30 光电管模型、玻尔原子模型和原子核模型（解析版）

2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练

专题30光电管模型、玻尔原子模型和原子核模型

特训目标特训内容

目标1高考真题（ITTT）

目标2光电管模型（5T—8T）

目标3玻尔原子模型（9T—12T）

目标4原子核模型（13T—16T）

【特训典例】

一、高考真题

1.从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科

学技术试验卫星"羲和号"顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：

汨e+=He→=He+2X,下列说法正确的是（）

A.X是中子B.该反应有质量亏损

C.iHe比:He的质子数多D.该反应是裂变反应

【答案】B

【详解】A.根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1,电荷数为1,可知X是质子,

故A错误；

BD.两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正确，

D错误；

C.iHe与;He的质子数相同，均为2个质子，故C错误。故选B。

2.如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53~2.76eV,紫光光子的能量范围为2.76~

3.10eVo若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（）

V

〃e

£/

8O

554

4OS.85

3L51

2

-3.4()

1------------------------13.60

A.10.20eVB.12.09eVC.12.75eVD.13.06eV

【答案】C

【详解】由题知使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知从

氢原子从〃=4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光（即从"=4,跃迁到a=2辐射蓝光），则需激

发氢原子到〃=4能级，则激发氢原子的光子能量为AE=&一E/=12.75eV故选C。

3.2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经

跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为XMg→;;Al,已知X、：：Mg、Al的质量分别为

町、叫、m3,真空中的光速为c,该反应中释放的能量为心下列说法正确的是（）

A.X为笊核:HB.X为瓶核:H

11

C.E=（πιl+m1+mi）cD.E=^ιny+m2-m3）c

【答案】D

【详解】AB.根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1,电荷数为1,为气核;H,AB错误；

CD.根据质能方程可知，由于质量亏损核反应放出的能量为E=Amc2=（叫+,々I%],C错误、D正确。

故选D。

4.氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁

到能级2产生可见光I,从能级3跃迁到能级2产生可见光回。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，

得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列

说法正确的是（）

紫红

图1

Iiiiimiiiiiiiii

图2

HiiiIIiiin

图3

A.图1中的HtI对应的是回

B.图2中的干涉条纹对应的是回

C.回的光子动量大于回的光子动量

D.尸向α移动，电流表示数为零时回对应的电压表示数比团的大

【答案】CD

he

【详解】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时,由公式可得玛-纥=Zn/=T可知,可见光I的频率大,

波长小，可见光SI的频率小，波长大。

A.可知，图1中的H”对应的是可见光回，故A错误；

B.由公式有，干涉条纹间距为∆x=∕l!由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I,故B

a

错误；

/?!/h

C.根据题意，由公式可得，光子动量为P=叱=?可知，团的光子动量大于13的光子动量，故C正确；

cλ

D.根据光电效应方程及动能定理可得eU,=a可知，频率越大，遏止电压越大，则P向α移动，电流

表示数为零时13对•应的电压表示数比回的大，故D正确。故选CD。

二、光电管模型

5.氢原子能级如图甲所示，一群处于〃=4能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出多种频率的光，分别用这

些频率的光照射图乙电路的阴极K,只能得到3条电流随电压变化的图线，如图丙所示，下列说法正确的是

)

A.阴极K材料的逸出功为3.2eV

B.α光的波长大于6光的波长

C.图中M点的数值为-4.45

D.滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表的示数一定持续增大

【答案】C

【详解】A.一群处于〃=4能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出光的频率数为C：=6发出的光子频率由低

到高依次为V/、V2、卬、匕、V5＞V6,则E4-E3=hvl；E3-E2=hv2；E4-E2=hv3；E2-E1=hvi；Ei-Ei=hv5；

E4-耳=hv6但只检测到3条电流,根据光电效应方程=Ekm=加-%分析图乙可知,α的遏止电压最大，

其次为6和c,所以发生光电效应的能量值为纥=G-4,Eh=E3-El,Ea=E4-E∣山

Ea=Ei-E,=-0.85eV-(-13.6eV)=12,75eV.Uw=7V解得阴极K材料的逸出功为叱＞=E“-eUj12.75eV-7eV=5.75eV

故A错误；

B.根据以上分析纥＞稣；E=Zn/=可知。光的波长小于b光的波长，故B错误；

Λ

C.由4=石2-&=-3.406丫-(-13.66丫)=10.26丫所以缙8=4-%=4.45€丫因此图中例点的数值为445,

故C正确：

D.滑动变阻器的滑片向右滑动时，，正向电压增大，刚开始电流表示数会增大，但达到饱和电流以后电流表

的示数不变，故D错误。故选C。

6.如图所示，滑片P在中间位置，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流表有示数，则正确的是（）

A.滑片P向左移，电流表示数将增大

B.增大该单色光强度，光电子最大初动能将增大

C.入射的单色光频率变小，电流表一定没有示数

D.滑片P向左移，光电子到达A板的过程中动能将减少

【答案】D

【详解】AD.滑片P在中间位置时，由图可知极板间电压为零，某种单色光射到光电管的阴极上时，电流

表有示数，说明产生了光电效应现象；滑片P向左移，由图可知极板间的反向电压增大，由于电场力做负

功，光电子到达A板的过程中动能将减少，电流表示数将减小，故A错误，D正确；

B.增大该单色光强度，根据光电效应方程Ekm=配-%由于单色光的频率不变，可知光电子最大初动能不

变，故B错误；

C.入射的单色光频率变小，可能频率仍大于K板的截至频率，仍可以发生光电效应，电流表有示数，故C

错误。故选D。

7.图甲为研究某金属材料的遏止电压S与入射光频率U的关系的电路图。用不同频率的光分别照射甲图中

同一光电管的阴极K,调节滑片P测出遏止电压，并描绘U,/关系图如图乙所示。已知三种光的频率分别

设为〜、L、嗔，光子的能量分别为1.8eV、2.4eV、3.0eV,测得遏止电压分别为U=0.8V、％=1.4V、

S（图乙中未知）。则下列说法正确的是（）

U-U

A.普朗克常量可表达为力=」_L

匕一匕

B.图乙中频率为匕的光对应的遏止电压Q=2.0V

C.该阴极K金属材料的逸出功为LOeV

D.将电源的正负极对换，仍用频率为j的光照射阴极K时，将滑片P向右滑动一些，电流表示数变大

【答案】BC

↑j-u

eeL

【详解】A.由光电效应方程e4=初-W可求得〃=—vι——-v∖故A错误；

C.由e&=配-W代入数据，得W=L8eV-0.8eV=1.0eV故C正确；

B.由eq=∕ι%-W代入数据，得6。3=3.06丫-1.06丫=2.06丫遏止电压。3=2.0丫故8正确；

D.将电源的正负极对换，用频率为乙的光照射阴极K时，加在光电管上的电压会使光电子加速，将滑片P

向右滑动一些，加速电压变大，电流表示数可能增大，也可能不变，故D错误。故选BC。

8.如图所示，用某一频率的光照射光电管的阴极，阴极材料的逸出功为明光电子的最大初动能为E鼠缓

慢向右移动滑动变阻器的滑片发现电流表示数逐渐增大，当滑片移动到某一位置以后，再移动滑片电流表

示数不再增加，此时电流表示数为0.16A。已知/?为普朗克常量，下列说法中正确的是（）

A./端接的是电源的负极

B.该实验中饱和电流为0.16A

W+F

C.入射光的频率可能为Fɪ

2n

F

D.若将电源极性颠倒，缓慢向右移动滑片，当电流表示数刚好为零时，电压表示数为」

ε

【答案】BD

【详解】AB.由题意可知，当逃逸出来的所有电子全部到达阳极时电流表的示数不再随着滑片的右移而增

大，所以此时加的是正向电压，/端接的是电源的正极，饱和电流为0.16A,故A错误，B正确；

C.由爱因斯坦光电效应方程有E*=hv-印解得V="线故C错误；

2h

D.若将电源极性颠倒，光电管接的是反向电压，缓慢向右移动滑片，当动能最大的电子也刚好不能到达阳

极时，电流表示数刚好为零，此时有。=所以电压表示数故正确。故选。

-eO-EIU="DBD

ε

三、玻尔原子模型

9.1922年诺贝尔物理学奖授予丹麦哥本哈根大学的尼尔斯•玻尔，以表彰他在研究原子结构，特别是在研

究从原子发出的辐射所做的贡献。氢原子能级图如图所示，用频率为%的光照射大量处于基态的氢原子，

氢原子被激发后可以向外辐射出6种不同频率的光，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.1IeV之间，普朗

克常量为人则下列说法正确的是（）

E/eV

n--0

—0.54

--0.85

--1.51

2-3.40

1----------------------------13.6

A.初。一定大于12.75eV

B.辐射光中有一种是红外线

C.辐射光中有两种是紫外线

D.辐射光中有三种是可见光

【答案】B

【详解】A.由于被激发的氢原子可以向外辐射出6种不同频率的光，可知氢原子吸收光子后跃迁到第4能

级，则Au0=El-E4=I2.75eV故A错误;

BCD.由第4能级跃迁产生的六种光子的能量分别是12∙75eV.12.09eV、10.2eV、2.55eV、L89eV、0.66eV,

由此可知，六种光子里有一种红外线，两种可见光，三种紫外线，故B正确，CD错误。故选B。

10.如图所示为氮离子（He*）的能级图，根据玻尔原子理论，关于氨离子能级跃迁，下列说法正确的是（）

nHe,以Ve

8----------------------0

6--------------------------1.51

5--------------------------2.18

4--------------------------3.40

3--------------------------6.04

2--------------------------13.6

1--------------------------54.4

A.大量处于，7=3能级的氢离子，最多可辐射2种不同频率的光子

B.从〃=4向n=3能级跃迁,要向外辐射2.64eV能量

C.处于〃=1能级的氮离子，可以吸收54QeV的能量而发生电离

D.从〃=3跃迁到/7=2能级比从/7=2跃迁到«=1能级辐射出的光子波长短

【答案】B

【详解】A.大量处于〃=3能级的氮离子，最多可辐射3种不同频率的光子，对应的能级跃迁分别为从3能

级到2能级、3能级到1能级、2能级到1能级。故A错误；

B.从〃=4向左3能级跃迁，要向外辐射的能量为ΔE=-3.40eV-(-6.04)eV=2.64eV故B正确；

C.由能级图得，处于”=1能级的氢离子，最少吸收54.4eV的能量才能发生电离。故C错误；

D.从«=3跃迁到〃=2能级辐射出的光子能量为M=-6.04eV-(-13.6)eV=7.56eV从〃=2跃迁到能级

辐射出的光子能量为AE2=T3.6eV-(-54.4)eV=40∙8eV则屿＜△£•?,〃为普朗克常量，根据£="丫

得从”=3跃迁到〃=2能级辐射出的光子的频率U小。C为光速固定不变，再根据C=以得从〃=3跃迁到〃=2

能级辐射出的光子的波长比从”=2跃迁到〃=1能级辐射出的光子的波长大。故D错误。故选B。

11.如图所示为氢原子能级的示意图，已知可见光光子的能量范围为1.61~3.10eV,根据玻尔理论，下列说

法正确的是()

V

〃e

E/

8O

554

4-O.85

351

-O，.

2

-3.40

1---------------------13.6

A.氢原子从〃=5能级跃迁到"=3能级放出的光子是可见光光子

B.处于〃=4能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有3种

C.使"=3能级的氢原子电离至少要12.09eV的能量

D.用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到〃=2的能级

【答案】D

【详解】A.氢原子从〃=5能级跃迁到〃=3能级放出的光子的能量为

E=ELE3=-0.54eV-(7.51eV)=0.97eV该光子的能量没有落在可见光光子的能量范围1.61~3.1OeV内，

所以该光子不是可见光光子，故A错误；

B.根据C：=6处于〃=4能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有6种，故B错误；

C.根据电离的定义，可知使〃=3能级的氢原子电离需要的能量至少为E=O-E3=0-(-1.5IeV)=ISeV

故C错误；

D.用电子射向一群处于基态的氢原子，原子恰好跃迁到〃=2的能级至少需要的能量为

AE=E2-&=-3.406丫-(_13&丫)=10.26丫所以用动能为12.3eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子

有可能跃迁到〃=2的能级，故D正确。故选D。

12.氢原子能级图如图所示，下列说法正确的是()

nE/eV

∞.......................0

4------------------0.85

3-----------------1.51

2------------------3.4

1------------------13.6

A.当氢原子从〃=2能级跃迁到”=3能级时，辐射光子的能量为1.89eV

B.处于〃=2能级的氢原子可以被能量为2.5eV的光子照射而向高能级跃迁

C.处于基态的氢原子，吸收14eV能量后不能发生电离

D.一个处于”=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以辐射出3种不同频率的光子

【答案】D

【详解】A.根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知=AE因此氢原子从〃=2能级跃迁到

〃=3能级时，需要吸收的光了•能量必须等于L89eV,A错误；

B.没有一个能级与”=2能级的差为2.5eV,所以处于”=2能级的氢原子不可以被能量为2.5eV的光子照射

而向高能级跃迁，B错误；

C.使处于基态的氢原子发生电离，入射光子的能量应大于或等于13.6eV,C错误；

D.只有一个氢原子，则〃=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可以释放3种频率的光子，D正确。故选D。

四、原子核模型

13.核电池寿命长，在严酷的环境中仍能正常工作，经常应用在航天领域。半衰期为88年的噂PU在航天

领域有着重要应用，阿波罗11号飞船成功登陆月球就使用了嘴Pu。已知$PU的衰变方程为

2；：Pu→©X+；He,下列说法正确的是（）

A.衰变方程中y=236

B.2凿PU衰变放出的载能粒子是α粒子

C.4X的比结合能等于^Pu的比结合能

D.经过44年，2克北PU原子核中有1克发生了衰变

【答案】B

【详解】A.衰变方程中y=238-4=234故A错误；

B.2；：PU衰变放出的载能粒子是α粒子，故B正确；

C.比结合能越大越稳定，因此%X的比结合能大于曜PU的比结合能，故C错误；

D.经过88年，2克筹PU原子核中有1克发生了衰变，故D错误。故选B。

14.如图所示，一静止的原子核记Th（牡）在P点发生衰变，放出一个粒子并产生新核X,它们在匀强磁

场中的运动轨迹如图中b所示。已知钻核质量为网，新核X质量为“2,粒子质量为m3,真空中的光速

为c。则（）

×X_××

/「

M××.∖×

ib(y

ta'`一/

×'∖××/×

√

∖"-----1

××××

A.b是新核X的轨迹

B.衰变方程为”Th→置X+；He

C.衰变释放的核能为（g+阳-町）/

D.该原子核记Th衰变的时间等于牡234的半衰期

【答案】A

【详解】A.根据洛伦兹力提供向心力B0=写可得R=笥=舒静止的原子核记Th（牡）发生衰变过程

动量守恒，因此新核X与衰变产生的粒子动量大小相等、方向相反，而新核X电荷量大，因此新核X的轨

迹半径小，故b是新核X的轨迹，故A正确：

B.由A中分析可知，新核X与衰变产生的粒子速度方向相反，由图可知，新核X与衰变产生的粒子在磁场

中偏转方向相同，根据左手定则可知，新核X与衰变产生的粒子带异种电荷，该衰变为β衰变，故B错误：

C.由质能方程可得衰变释放的核能为ΔE=（町-牡-，nɔ/故C错误；

D.半衰期是大量原子核有半数衰变用的时间，是大量原子核衰变的统