2025年高考物理复习考点解密追踪与预测（新高考）专题13 光电效应及原子结构模型（分层练）（原卷版）

专题13光电效应及原子结构模型A·常考题不丢分命题点01氢原子能级及能级跃迁命题点02原子核与原子核的衰变命题点03比结合能、半衰期及核能的计算命题点04光电效应方程及图象的理解B·拓展培优拿高分C·挑战真题争满分【命题点01氢原子能级及能级跃迁】【针对练习1】（2023·河北邢台·河北巨鹿中学校联考三模）根据玻尔提出的轨道量子化模型，氢原子不同能级的能量关系为En=E1n

A．从n=2能级跃迁到基态时发出可见光B．从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C．处于基态的氢原子吸收能量为11eV的光子后可以跃迁至激发态D．从高能级向n=3能级跃迁时发出的光波长比红光更长【针对练习2】（2023·北京通州·北京市十一学校统考一模）如图为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，下列说法正确的是（）A．这些氢原子跃迁时最多可产生3种不同频率的光子B．由n=4能级跃迁到n=1能级时发出光子的波长最长C．核外电子动能减少，电势能增加D．该氢原子放出光子，能量减少【针对练习3】（2023·黑龙江哈尔滨·哈尔滨三中校考模拟预测）氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是（）

A．玻尔的原子理论认为电子绕原子核旋转的轨道是连续的B．用能量为11eV的光子照射处于基态的氢原子可以使之发生跃迁C．大量处于n=3能级的氢原子，最多可向外辐射2种不同频率的光子D．一个处于n=3能级的氢原子，最多可向外辐射2种不同频率的光子【命题点02原子核与原子核的衰变】【针对练习4】（2023·江西鹰潭·校联考模拟预测）我国自主研发的东方超环（EAST）是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。“人造太阳”核反应方程可能是（）A．49Be+C．12H+【针对练习5】不久前，世界首个第四代核能技术的钍基熔盐堆在我国甘肃并网发电，该反应堆以放射性较低的钍元素为核燃料（如图）。90232Th转变为92233U的过程为①90232A．反应①为原子核的聚变反应B．反应②中的电子来自于原子²³³Th的核外电子C．若升高温度，可使钍原子核衰变速度变快D．92233U的结合能大于【针对练习6】（2023·云南昆明·云南师大附中校考模拟预测）下列判断正确的是（

）A．92235U+01n→C．55137Cs→56137Ba+【命题点03比结合能、半衰期及核能的计算】【针对练习7】（2024·浙江嘉兴·统考一模）一静止的钠核发生衰变，衰变方程为1124Na→12AA．12AMg与B．Na核的比结合能大于Mg核的比结合能C．Mg核的动量大于Y的动量D．该衰变与弱相互作用力有关【针对练习8】（2024·河北·校联考模拟预测）2023年4月12日，中国“人造太阳”全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。氘氚核聚变的核反应方程为12H+13H→24He+X，已知氘核、氚核、α粒子和X的质量分别为m1A．核反应方程中X为质子B．核反应方程中X为电子C．氘氚核聚变释放的能量(D．氘氚核聚变释放的能量(【针对练习9】（2023·宁夏石嘴山·石嘴山市第三中学校考三模）2021年12月20日，我国宣布：全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功。标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：92235U+01A．反应产物X的中子数为50B．上述核反应也称热核反应，由于质量亏损而释放出能量C．反应产物X的比结合能比92235D．0.5kg的56144Ba原子核，经过【命题点04光电效应方程及图象的理解】【针对练习10】（多选）（2024·浙江绍兴·浙江省新昌中学校考模拟预测）如图甲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像（直线与横轴的交点的横坐标为4.29，与纵轴的交点的纵坐标为0.5），如图乙所示是氢原子的能级图，下列说法正确的是（）A．根据该图像能求出普朗克常量B．该金属的逸出功为1.82eVC．该金属的极限频率为5.50×1014HzD．用n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应【针对练习11】（多选）（2023·海南·统考一模）光电管的原理图如图所示，A和K分别是光电管的阳极和阴极，在它们之间加上一定的电压；当满足一定条件的光照射阴极K时，就会有电子射出，在回路中形成电流。下列说法正确的是（）A．用任意频率的光照射阴极K，只要A、K间的电压合适，回路激光束中就会形成电流B．若入射光不变，增大A、K之间的电压，则回路中形成的电流一定增大C．保持入射光的频率和A、K之间的电压不变，增大入射光的强度，则回路中形成的电流增大D．只增大入射光的频率，则阴极K发射出的光电子的最大初动能增大【针对练习12】（多选）（2023·云南昆明·云南师大附中校考模拟预测）如图所示为用三束单色光（A光、B光、C光）做光电效应实验中得到的光电流与电压之间的关系曲线，实验时没有更换光电管，那么我们可判断出（

）A．A光和C光的频率相同 B．C光对应的极限频率小于B光对应的极限频率C．A光的波长大于B光的波长 D．在光的频率不变的情况下，饱和光电流与入射光的强弱无关一、单选题1．静止在O点的614C原子核发生衰变的同时，空间中出现如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、A．A粒子为Be粒子B．614C原子核发生的是C．两粒子始终处在同一等势面上D．经过相等时间A、B粒子位移比为2:52．氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光波长范围约为400nm到760nm之间，a光的光子能量为2.86eV

A．氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光B．当滑片P向a端移动时，光电流I将增大C．a光照射得到的光电流最弱，所以a光光子动量最小D．图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有U3．图甲是研究光电效应的实验原理图，阴极由逸出功W0

A．大量n=4能级的汞原子向低能级跃迁时只能发出4种频率的光B．从n=2能级跃迁到基态发出的光子波长最长C．从n=3能级跃迁到n=2能级发出的光子能使金属钙发生光电效应D．用大量n=2能级跃迁发出的光子照射，要使微安表示数为0，滑片P应向a端移动4．下列说法正确的是（）A．某黑体在不同温度下的辐射强度与波长的关系如图甲所示，则温度TB．同一光电管的光电流与电压之间的关系曲线如图乙所示，则入射光的频率关系为vC．图丙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D．在两种固体薄片上涂上蜡，用烧热的针接触固体背面上一点，蜡熔化的范围如图丁所示，则a一定是非晶体，b一定是晶体5．目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核能。如图所示，太阳能路灯的额定功率为P，光电池系统的光电转换效率为η。用P0表示太阳辐射的总功率，太阳与地球的间距为r，地球半径为R，光在真空中传播的速度为c。太阳光传播到达地面的过程中大约有30%的能量损耗，电池板接收太阳垂直照射的等效面积为S。在时间tA．到达地球表面的太阳辐射总能量约为7B．路灯正常工作所需日照时间约为40C．路灯正常工作消耗的太阳能约为ηPtD．因释放核能而带来的太阳质量变化约为106．在匀强磁场中，一个静止的92238U原子核发生了一次α衰变，放出一个α粒子，同时生成一个新核90234Th。两粒子在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动，α粒子的动能大小为E，动量大小为A．α粒子的轨迹与90234B．将α粒子和90234Th的圆周运动等效成一个环形电流，电流大小分别为I1和I2，则C．90234ThD．90234Th7．自然界中一些放射性重元素往往会发生一系列连续的递次衰变，又称为放射系或衰变链。每个放射性衰变系都有一个半衰期很长的始祖核素，经过若干次连续衰变，直至生成一个稳定核素。已知92235

A．图中的横坐标表示核电荷数，纵坐标表示中子数B．92235UC．92235D．92235U衰变最终生成的稳定核素，共发生了7次α衰变，2次8．已知光速c=3.0×108m/sA．ℎGc512 B．ℎGc3二、多选题9．如图边长为L的正方形区域ABCD内存在垂直于纸面的匀强磁场，两个相同的放射源同时发射的两个α粒子甲、乙在磁场内发生弹性正碰，碰撞时间极短。已知甲从AC边中点垂直AC入射，乙沿AB内侧从B点平行于AB入射，放射源利用92238U衰变发射粒子，粒子速度为110c（c为真空中光速），A．放射源衰变方程为92B．磁感应强度方向垂直于纸面向外，大小为4cC．乙粒子出射点距A点的距离为6D．甲粒子在磁场区域内运动时间为635πL10．如图甲所示为氢原子的能级图，用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙。则这三种光（）A．光子动量pB．照射该光电管时c光使其逸出的光电子初动能最大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大D．若这三种光是原子从能级n=3跃迁到较低能级时发出的光，则c光的波长可以表示为λ11．研究光电效应的电路图如图所示，电压传感器和电流传感器与计算机相连，在计算机上可以显示它们的示数U和I随时间t的变化图像。用单色光a和b（va>vb）分别照射光电管的阴极K，两种色光均能使光电管发生光电效应。在单刀双掷开关S空置、置于1、置于2三种情境下移动滑片P的位置，观察计算机上图像的变化，当单刀双掷开关S置于2且U=Um时，I=0下列说法正确的是（）

A．单色光a和b照射光电管时，光电效应几乎是瞬时发生的B．单刀双掷开关S空置时，电流I不随时间变化且为0C．单刀双掷开关S置于1时，滑片P向右移动过程中电流I可能不断增大D．单刀双掷开关S置于2，单色光b照射时Um较大12．如图所示是利用光电管研究光电效应的实验原理图，用一定强度的某频率的可见光照射光电管的阴极K，电流表中有电流通过，则（）A．若将滑动变阻器的滑动触头置于b端，电流表中一定有电流通过B．若改用紫外线照射阴极K，电流表中一定有电流通过C．若将电源反接，光电管中可能有电流通过D．若减小可见光的光照强度，电流表中一定无电流通过一、单选题1．（2023·北京·统考高考真题）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。现象：从地面P点向上发出一束频率为v0的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为ν方法一：根据光子能量E=ℎν=mc2（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率ν=ν01−2GMc2R下列说法正确的是（）A．由方法一得到ν=ν01+B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大2．（2023·山东·统考高考真题）“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν

A．ν0+ν1+ν3 B．3．（2023·湖北·统考高考真题）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121．6nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10．2eV）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（

）

A．n=2和n=1能级之间的跃迁 B．n=3和n=1能级之间的跃迁C．n=3和n=2能级之间的跃迁 D．n=4和n=2能级之间的跃迁4．（2023·辽宁·统考高考真题）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（）

A．①和③的能量相等B．②的频率大于④的频率C．用②照射该金属一定能发生光电效应D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek5．（2023·山西·统考高考真题）铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量ℎ=6.63×10−34JA．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz6．（2023·浙江·高考真题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（）A．4NL2ℎνR2η B．2N7．（2022·广东·高考真题）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为En=E1nA．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子8．（2022·浙江·统考高考真题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（）A．逸出光电子的最大初动能为10.80eVB．n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态9．（2022·北京·高考真题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（

）A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少10．（2022·重庆·高考真题）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2.76~3.10eV。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（

）A．10.20eV B．12.09eV C．12.75eV D．13.06eV11．（2022·全国·统考高考真题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34Js。R约为（

）A．1×102m B．3×102m C．6×102m D．9×102m12．（2023·广东·统考高考真题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应612C+A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强13．（2023·天津·统考高考真题）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（）A．核聚变需要在高温下进行 B．核聚变中电荷不守恒C．太阳质量不变 D．太阳核反应方程式：9214．（2023·北京·统考高考真题）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（

）A．92235U+C．714N+15（2023·海南·统考高考真题）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（

）A．中子 B．质子 C．电子 D．光子16．（2023·湖南·统考高考真题）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置EAST创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（

）A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多B．氘氚核聚变的核反应方程为1C．核聚变的核反应燃料主要是铀235D．核聚变反应过程中没有质量亏损17．（2023·全国·统考高考真题）2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为A．1019kg B．1024kg C．18．（2023·全国·统考高考真题）在下列两个核反应方程中X+714N→Y+817A．Z=1，A=1 B．Z=1，A=2 C．Z=2，A=3 D．Z=2，A=419．（2023·浙江·高考真题）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：714N+01A．614C发生βB．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子C．近年来由于地球的温室效应，引起614D．若测得一古木样品的614C含量为活体植物的20．（2022·天津·高考真题）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：23HeA．X是中子 B．该反应有质量亏损C．24He比2321．（2022·福建·高考真题）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素53131I，其衰变方程为53131I→54131A．衰变产生的β射线来自于53131B．该反应前后质量亏损0.00535C．放射性元素53131I发生的衰变为D．经过16天，75%的5313122．（2022·北京·高考真题）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）取得新突破，成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是（）A．核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能B．可以用磁场来约束等离子体C．尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体D．提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力23．（2022·北京·高考真题）正电子是电子的反粒子，与电子质量相同、带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是（）A．磁场方向垂直于纸面向里 B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大 D．轨迹3对应的粒子是正电子24．（2022·海南·高考真题）下列属于β衰变的是（

）A．92238U→C．90234Th→25．（2022·辽宁·高考真题）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X+1225Mg→1326Al，已知X、1225Mg、A．X为氘核12H C．E=m1+26．（2022·湖北·统考高考真题）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核47Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νeA．原子核X是37LC．核反应前后总质量数不同 D．中微子νe27．（2022·山东·统考高考真题）碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的（）A．116 B．18 C．1428．（2022·全国·统考高考真题）两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t=2t0A．N12 B．N9 C．N8二、多选题29．（2023·海南·统考高考真题）已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为ℎ，则（

）A．光的频率为cλ B．光子的能量为C．光子的动量为ℎλ D．在时间t内激光器发射的光子数为30．（2023·浙江·高考真题）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Ⅱ。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