2025人教高中物理同步讲义练习选择性必修三第四章《原子结构和波粒二象性》综合练习（含答案）

2025人教高中物理同步讲义练习选择性必修三第四章《原子结构和波粒二象性》综合练习（含答案）第四章《原子结构和波粒二象性》综合练习一．选择题（共12小题）1．（2023•泰州学业考试）对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（）A．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 B．黑体不会辐射电磁波 C．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 D．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍2．（2022秋•杨浦区校级期末）下列关于电磁波的说法错误的是（）A．自然界的一切物体都在不停地发射红外线 B．紫外线有助于人体合成维生素D C．医学上用X射线透视人体，检查体内病变等 D．由于红外线的波长比可见光长，所以不具有波粒二象性3．（2023•河南模拟）原子结构模型发展是指从1803年道尔顿提出的第一个原子结构模型开始，经过一代代科学家不断地发现和提出新的原子结构模型的过程。科学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征。因此我们称光有“波粒二象性”。关于原子结构和光的波粒二象性，下列说法正确的是（）A．卢瑟福核式结构模型可以解释氢原子光谱 B．电子束动量越小，粒子性越显著 C．康普顿效应说明光具有粒子性 D．光电效应可以用经典物理学解释4．（2023秋•温州期中）阴极射线管及方向坐标如图所示。电子束从阴极射出，经过狭缝掠射到荧光屏上，显示出一条射线径迹，以下情况判断正确的是（）A．在阴极射线管中加一个方向向上的电场，射线将向上偏转 B．在阴极射线管中加一个方向向前的电场，射线将向上偏转 C．在阴极射线管正下方放置一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，射线将向上偏转 D．在阴极射线管正后方放置一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，射线将向上偏转5．（2023秋•宁波期中）一盏电灯的发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均频率为f＝5.0×1014Hz，在距电灯10m运处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数约为（取普朗克常量为6.63×10﹣34J•s）（）A．2×1017个 B．2×1016个 C．2×1015个 D．2×1010个6．（2023•成都模拟）分别用波长为λ和2λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为3：1，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（）A．hc4λ B．hc2λ C．3hc7．（2022秋•利通区校级期末）有关黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系，此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献。如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，据此以下判断不正确的是（）A．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间 B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 C．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动8．（2022秋•利通区校级期末）如图所示，氢原子的能级图。用不同频率的光分别照射一群处于基态的氢原子，能够使基态氢原子发生电离的光子的能量值是（）A．10.2eV B．12.09eV C．13.06eV D．14eV9．（2023秋•奉贤区期中）目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子。已知氢原子第n能级的能量En=-13.6A．紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离 B．氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子 C．用红外线长时间照射金属钨能产生光电效应 D．用可见光照射处于n＝20能级的氢原子不能使其电离10．（2023•山西模拟）下列说法正确的是（）A．一个处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时最多能发出10种不同频率的光子 B．放射性元素无论以单质还是以化合物形式存在都具有放射性 C．质子和中子间存在核力，质子和质子间存在相互排斥的电磁力不存在核力 D．核反应方程12H11．（2023秋•湖北期中）食盐被灼烧时会发出黄光，主要是由食盐蒸气中钠原子的能级跃迁造成的。在钠原子光谱的四个线系中，只有主线系的下级是基态，在光谱学中，称主线系的第一组线（双线）为共振线，钠原子的共振线就是有名的黄双线（波长为589.0nm、589.6nm），已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，元电荷e＝1.6×10﹣19C，光速c＝3×108m/s。下列说法正确的是（）A．玻尔理论能解释钠原子的光谱现象 B．灼烧时钠原子处于高能级是因为从火中吸收了能量 C．黄双线能使逸出功为2.25eV的金属发生光电效应 D．太阳光谱中有题述两种波长的光，说明太阳中有钠元素12．（2023秋•肥西县期中）图1为氢原子能级图，图2为研究光电效应规律的电路图。用一群处于n＝3能级的氢原子向外辐射的光照射图2中的光电管，逸出的光电子的初动能最大值为5.2eV，用一群处于n＝4能级的氢原子向外辐射的光照射图2中的光电管，调节滑动变阻器，当电流表的示数恰好为零时，电压表的示数为（）A．5.42V B．5.86V C．6.89V D．10.20V二．多选题（共3小题）（多选）13．（2022秋•河源期末）紫外灯消毒是医院诊室和学校教室消毒的主要方式之一、某一型号的紫外消毒灯发出频率为11.5×1014Hz的紫外线，光强度可调，已知锌的截止频率为8.07×1014Hz。下列说法中正确的是（）A．紫外灯工作时，我们看到的紫蓝色辉光就是紫外线 B．当该型号紫外消毒灯发出微弱辉光时，无法使锌板发生光电效应 C．若增强紫外灯的强度，锌板逸出的光电子最大初动能仍保持不变 D．用该型号紫外消毒灯照射锌板，能使锌板带正电（多选）14．（2023秋•大连期末）下列四幅图涉及不同的近代物理知识，其中说法正确的是（）A．图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性 B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射结果，提出原子核式结构模型，并发现了质子和中子 C．图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，他是量子力学的奠基人之一 D．图丁：玻尔提出电子轨道是连续变化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律（多选）15．（2023春•白山期末）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．少数α粒子发生了大角度的偏转，极少数α粒子偏转的角度大于90° B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 D．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量三．实验题（共2小题）16．（2023春•焦作期末）某同学要探究“光电效应”的实验规律，根据实验需要设计了部分电路如图1所示。图中A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为ν0，元电荷为e，普朗克常量为h。（1）请你将该同学的电路图连接完整。（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ν1（大于ν0）的光照射在阴极上，此时会看到电压表的示数（填“为零”或“不为零”），电流表的示数（填“为零”或“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U＝(ν1-ν0（4）换用频率为ν2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I﹣U图像如图2所示，若ν1＞ν2，则第一次实验作出的图像应是（填“a”或“b”）图像。17．（2022春•武功县期中）如图1所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箱的实验装置示意图。（1）下列关于该实验的描述正确的是。A.α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成B.该实验揭示了原子具有核式结构C.实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转D.该实验证实了汤姆生原子模型的正确性（2）关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是。A.实验表明原子的中心有一个很大的核，它占有原子体积的绝大部分B.实验表明原子中心的有个很小的核，集中了原子的全部正电荷C.实验表明原子核集中了原子几乎全部的质量D.实验表明原子核是由质子和中子组成的（3）有关α粒子散射实验的图2中，O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的是图2中的。四．计算题（共2小题）18．（2022秋•高邮市期末）氢原子的能级图如图1所示，大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁辐射出光子，用这些光子照射如图2电路中光电管的阴极金属K，得到光电流与电压的关系如图3所示，已知阴极金属的逸出功为W0，元电荷数值为e，普朗克常量为h，各能级能量分别为E1、E2、E3、E4……，求：（1）辐射光子的最大频率νm；（2）电压为U1时，光电子到达阳极A处的最大动能Ekm。19．（2023•房山区二模）我国正进行太阳帆推进器研究，宇宙飞船上携带面积很大反射率极高的太阳帆。太阳帆推进器利用太阳光作用在太阳帆的压力提供动力，加速航天器。已知真空中光速为c，光子的频率ν，普朗克常量h，太阳帆面积为S，单位时间内垂直照射到太阳帆单位面积上的太阳光能为E，宇宙飞船的质量为M，所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射。（1）求单位时间内作用在太阳帆上的光子个数N；（2）假设未打开太阳帆前宇宙飞船做匀速直线运动，太阳帆打开后，太阳光垂直照射，求宇宙飞船的加速度大小a；（3）若太阳在“核燃烧”的过程中每秒钟质量减少Δm，假设能量均以光子形式不断向外辐射。请你利用题目所给数据，说明如何估测宇宙飞船到太阳的距离l。第四章《原子结构和波粒二象性》综合练习一．选择题（共12小题）1．（2023•泰州学业考试）对宇宙微波背景辐射的黑体谱形状的研究被誉为是宇宙学研究进入精密科学时代的起点。关于黑体辐射，下列说法正确的是（）A．温度低于0℃的物体不会辐射电磁波 B．黑体不会辐射电磁波 C．爱因斯坦提出的能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律 D．黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍【解答】解：AB.理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射；一切物体都会辐射电磁波，故AB错误；CD.普朗克在研究黑体辐射时最早提出了能量子假说，能够很好地解释黑体辐射规律，他认为黑体辐射的能量是不连续的，只能是某一最小能量值的整数倍，故C错误，D正确。故选：D。2．（2022秋•杨浦区校级期末）下列关于电磁波的说法错误的是（）A．自然界的一切物体都在不停地发射红外线 B．紫外线有助于人体合成维生素D C．医学上用X射线透视人体，检查体内病变等 D．由于红外线的波长比可见光长，所以不具有波粒二象性【解答】解：A、一切物体都在不停地发射红外线，故A正确；B、适量照晒紫外线有助于人体合成维生素D，故B正确；C、医学上用X射线透视人体，检查体内病变等，故C正确；D、根据电磁波谱的排列顺序可知，红外线的波长比可见光长，也具有波粒二象性，故D错误。本题选错误的，故选：D。3．（2023•河南模拟）原子结构模型发展是指从1803年道尔顿提出的第一个原子结构模型开始，经过一代代科学家不断地发现和提出新的原子结构模型的过程。科学家发现光既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特征。因此我们称光有“波粒二象性”。关于原子结构和光的波粒二象性，下列说法正确的是（）A．卢瑟福核式结构模型可以解释氢原子光谱 B．电子束动量越小，粒子性越显著 C．康普顿效应说明光具有粒子性 D．光电效应可以用经典物理学解释【解答】解：A．卢瑟福的α粒子散射实验证明了原子的核式结构，玻尔理论解释了氢原子光谱的连续性，故A错误；B．根据p=hC．康普顿效应说明光与电子可以发生类似于碰撞的情况，说明光具有粒子性，故C正确；D．光电效应说明光具有粒子性，不能用经典物理学解释，故D错误。故选：C。4．（2023秋•温州期中）阴极射线管及方向坐标如图所示。电子束从阴极射出，经过狭缝掠射到荧光屏上，显示出一条射线径迹，以下情况判断正确的是（）A．在阴极射线管中加一个方向向上的电场，射线将向上偏转 B．在阴极射线管中加一个方向向前的电场，射线将向上偏转 C．在阴极射线管正下方放置一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，射线将向上偏转 D．在阴极射线管正后方放置一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，射线将向上偏转【解答】解：AB.电子带负电，受电场力与电场线方向相反，如果加一个方向向上的电场，则电子受到的电场力方向向下，射线向下偏转；如果加一个方向向前的电场，电子受到的电场力方向向向后，射线向后偏转，故AB错误；CD.在阴极射线管正下方放置一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，由安培定则可知阴极射线管中是向前的磁场时，根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向上，因此会向上偏转；在阴极射线管正后方放置一根通有强电流的长直导线，电流方向向右，由安培定则可知阴极射线管中是向下的磁场时，根据左手定则可知，电子受到的洛伦兹力向前，射线向前偏转，故C正确，D错误。故选：C。5．（2023秋•宁波期中）一盏电灯的发光功率为100W，假设它发出的光向四周均匀辐射，光的平均频率为f＝5.0×1014Hz，在距电灯10m运处，以电灯为球心的球面上，1m2的面积每秒通过的光子数约为（取普朗克常量为6.63×10﹣34J•s）（）A．2×1017个 B．2×1016个 C．2×1015个 D．2×1010个【解答】解：设离灯10m远处每平方米面积上灯照射的能量为E0，则有：E0=设穿过的光子数为n，则有：nhf＝E0代入数据得：n＝2×1017个。故BCD错误，A正确。故选：A。6．（2023•成都模拟）分别用波长为λ和2λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为3：1，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为（）A．hc4λ B．hc2λ C．3hc【解答】解：根据光电效应方程可得：Ek1=hc根据题意可得：Ek1：Ek2＝3：1联立解得：W=hc故选：A。7．（2022秋•利通区校级期末）有关黑体辐射的研究表明：辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系，此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献。如图所示，图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系，据此以下判断不正确的是（）A．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间 B．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大 C．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加 D．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动【解答】解：AB．在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长处在最大波长与最小波长之间，故A正确，B错误；C．黑体辐射的强度与温度有关，由黑体辐射的强度与波长的关系图像可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，故C正确；D．随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确。本题选择错误的，故选：B。8．（2022秋•利通区校级期末）如图所示，氢原子的能级图。用不同频率的光分别照射一群处于基态的氢原子，能够使基态氢原子发生电离的光子的能量值是（）A．10.2eV B．12.09eV C．13.06eV D．14eV【解答】解：能够使基态氢原子被电离至少需要E＝0﹣（﹣13.6eV）＝13.6eV的能量，故ABC错误，D正确。故选：D。9．（2023秋•奉贤区期中）目前科学家已经能够制备出能级较高的氢原子。已知氢原子第n能级的能量En=-13.6A．紫外线波段的光子均不能使基态氢原子电离 B．氢原子跃迁时可能会辐射可见光波段的光子 C．用红外线长时间照射金属钨能产生光电效应 D．用可见光照射处于n＝20能级的氢原子不能使其电离【解答】解：A．基态氢原子具有的能量为E1＝﹣13.6eV，若基态氢原子电离，则需要吸收的光子能量E≥13.6eV，由题图可知紫外线波段中明显存在光子能量E≥13.6eV的光子，这些光子可以使基态氢原子电离，故A错误；B．可见光的光子能量范围为1.62eV～3.11eV，从n＝4跃迁到n＝2，两能级差为E42＝E4﹣E2=-13.642C．金属钨的逸出功为4.54eV，由题图可知，红外线的光子能量小于4.54eV，故不能让金属钨产生光电效应，故C错误；D．能级n＝20的氢原子能量为E20=-13.6n2故选：B。10．（2023•山西模拟）下列说法正确的是（）A．一个处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时最多能发出10种不同频率的光子 B．放射性元素无论以单质还是以化合物形式存在都具有放射性 C．质子和中子间存在核力，质子和质子间存在相互排斥的电磁力不存在核力 D．核反应方程12H【解答】解：A、一个氢原子从n＝5能级向低能级跃迁，最多辐射4种不同频率的光子，故A错误；B、放射性元素无论是以单质还是以化合物形式存在元素都具有放射性，故B正确；C、核力是短程力，每个核子只跟它邻近的核子间都存在核力作用，故C错误；D、12H故选：B。11．（2023秋•湖北期中）食盐被灼烧时会发出黄光，主要是由食盐蒸气中钠原子的能级跃迁造成的。在钠原子光谱的四个线系中，只有主线系的下级是基态，在光谱学中，称主线系的第一组线（双线）为共振线，钠原子的共振线就是有名的黄双线（波长为589.0nm、589.6nm），已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J•s，元电荷e＝1.6×10﹣19C，光速c＝3×108m/s。下列说法正确的是（）A．玻尔理论能解释钠原子的光谱现象 B．灼烧时钠原子处于高能级是因为从火中吸收了能量 C．黄双线能使逸出功为2.25eV的金属发生光电效应 D．太阳光谱中有题述两种波长的光，说明太阳中有钠元素【解答】解：A．玻尔理论成功解释了氢原子光谱的实验规律，但无法解释复杂原子的光谱现象，这也是玻尔理论的局限性，故A错误；B．食盐被灼烧时，钠原子吸收能量处于高能级，向低能级跃迁时放出光子，故B正确；C．根据能量子的计算公式可知，黄双线的光子能量约为E=hcλ=根据发生光电效应的条件可知，不能使逸出功为2.25eV的金属发生光电效应，故C错误；D．太阳光谱是吸收谱，太阳光谱中有题述两种波长的光，说明太阳大气层有钠元素，故D错误。故选：B。12．（2023秋•肥西县期中）图1为氢原子能级图，图2为研究光电效应规律的电路图。用一群处于n＝3能级的氢原子向外辐射的光照射图2中的光电管，逸出的光电子的初动能最大值为5.2eV，用一群处于n＝4能级的氢原子向外辐射的光照射图2中的光电管，调节滑动变阻器，当电流表的示数恰好为零时，电压表的示数为（）A．5.42V B．5.86V C．6.89V D．10.20V【解答】解：设光电管电极K的逸出功为W0，根据题意知：W＝[﹣1.51﹣（﹣13.6）]eV﹣5.2eV＝6.89eV，用一群处于n＝4能级的氢原子向外辐射光照射图2中的光电管，逸出的光电子的初动能最大值E1＝[﹣0.85﹣（﹣13.6）]eV﹣6.89eV＝5.86eV，当电流表的示数恰好为零时，Ek＝eU解得U＝5.86V。故B正确，ACD错误。故选：B。二．多选题（共3小题）（多选）13．（2022秋•河源期末）紫外灯消毒是医院诊室和学校教室消毒的主要方式之一、某一型号的紫外消毒灯发出频率为11.5×1014Hz的紫外线，光强度可调，已知锌的截止频率为8.07×1014Hz。下列说法中正确的是（）A．紫外灯工作时，我们看到的紫蓝色辉光就是紫外线 B．当该型号紫外消毒灯发出微弱辉光时，无法使锌板发生光电效应 C．若增强紫外灯的强度，锌板逸出的光电子最大初动能仍保持不变 D．用该型号紫外消毒灯照射锌板，能使锌板带正电【解答】解：A．紫外线是不可见光，人无法看到紫外线，灯管中的低压汞受电子轰击后发出汞光谱，汞光谱中除了紫外线，还有人眼可见的光，其中包含蓝光和紫光，所以紫外线灯看起来是紫蓝色的，故A错误；B．根据光电子能量表达式：E＝hν，可得光电效应的发生只与光的频率有关，而与光的强度无关，故B错误；C．根据爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为Ek＝hν﹣W0与光的频率有关而与光的强度无关，故增强紫外灯的强度，锌板逸出的光电子最大初动能仍保持不变，故C正确；D．由于该款紫外消毒灯发出的紫外线频率大于锌的截止频率，锌板在该紫外线照射下能够发生光电效应，打出光电子从而使锌板带正电，故D正确。故选：CD。（多选）14．（2023秋•大连期末）下列四幅图涉及不同的近代物理知识，其中说法正确的是（）A．图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性 B．图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射结果，提出原子核式结构模型，并发现了质子和中子 C．图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，他是量子力学的奠基人之一 D．图丁：玻尔提出电子轨道是连续变化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律【解答】解：A.图甲：电子束穿过铝箔的衍射图样，证实电子具有波动性，质子、原子与分子同样具有波动性，故A正确；B.图乙：卢瑟福通过分析α粒子散射结果，提出原子核式结构模型；卢瑟福在用α粒子轰击氮原子核的实验中发现了质子，并预言了中子的存在，查德威克发现中子，故B错误；C.图丙：普朗克最早提出能量子概念，并成功解释黑体辐射实验规律，是量子力学的奠基人之一，故C正确；D.图丁：玻尔提出电子轨道是量子化的，氢原子能级是分立的，成功解释氢原子发光的规律，故D正确；故选：ACD。（多选）15．（2023春•白山期末）1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，其实验装置如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A．少数α粒子发生了大角度的偏转，极少数α粒子偏转的角度大于90° B．α粒子大角度散射是由于它跟电子发生了碰撞 C．α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是正确的 D．α粒子散射实验说明原子中有一个带正电的核几乎占有原子的全部质量【解答】解：A、当α粒子穿过原子时，电子质量远小于α粒子质量，所以电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离原子核较远时α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向几乎不改变。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，α粒子接近它的机会就很少，所以只有少数α粒子发生大角度的偏转，极少数α粒子偏转的角度大于90°，而绝大多数基本按直线方向前进，故A正确；B、α粒子大角度散射是由于它受到原子核库仑斥力的作用，而不是与电子发生碰撞，故B错误；C、α粒子散射实验证明了汤姆孙的枣糕模型是错误的，故C错误；D、从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使α粒子受到排斥力的原子核的体积极小，实验表明原子中心的核带有原子的全部正电，和几乎全部质量，故D正确。故选：AD。三．实验题（共2小题）16．（2023春•焦作期末）某同学要探究“光电效应”的实验规律，根据实验需要设计了部分电路如图1所示。图中A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为ν0，元电荷为e，普朗克常量为h。（1）请你将该同学的电路图连接完整。（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ν1（大于ν0）的光照射在阴极上，此时会看到电压表的示数为零（填“为零”或“不为零”），电流表的示数不为零（填“为零”或“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U＝he(ν1-ν（4）换用频率为ν2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I﹣U图像如图2所示，若ν1＞ν2，则第一次实验作出的图像应是b（填“a”或“b”）图像。【解答】解：（1）为了使电压有较大的调节范围，滑动变阻器采用分压式连接，电路图连接如图所示：（2）将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，光电管的正向电压为零，即此时会看到电压表的示数为零；用频率为ν1（大于ν0）的光照射在阴极上，会发生光电效应，则电流表的示数不为零，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；根据动能定理Ue=可得电压表的示数应为U=（4）根据爱因斯坦光电效应方程hν＝Ek+W0根据动能定理eUC＝Ek联立解得U若ν1＞ν2，则U1＞U2则由图像可知，第一次实验作出的图像应是b。故答案为：（1）见解析；（2）为零；不为零；（3）he17．（2022春•武功县期中）如图1所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箱的实验装置示意图。（1）下列关于该实验的描述正确的是AB。A.α粒子轰击金箔的实验需要在真空条件下完成B.该实验揭示了原子具有核式结构C.实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后发生大角度偏转D.该实验证实了汤姆生原子模型的正确性（2）关于α粒子散射实验的下述说法中正确的是BC。A.实验表明原子的中心有一个很大的核，它占有原子体积的绝大部分B.实验表明原子中心的有个很小的核，集中了原子的全部正电荷C.实验表明原子核集中了原子几乎全部的质量D.实验表明原子核是由质子和中子组成的（3）有关α粒子散射实验的图2中，O表示金原子核的位置，则能正确表示该实验中经过金原子核附近的α粒子的运动轨迹的是图2中的B。【解答】解：（1）当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，A、α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成，为了避免α粒子和空气中的原子碰撞而影响实验结果，故A正确；B、α粒子的散射实验揭示了原子具有复杂的核式结构，故B正确；C、实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后不发生偏转，只有极少数大角度的偏转，故C错误；D、该实验否定了汤姆孙原子模型的正确性，故D错误。故选：AB。（2）ABC、α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质集中在很小的空间范围内，故BC正确，A错误；D、卢瑟福发现了质子，查德威克发现了中子，故D错误；故选：BC。（3）A、在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然A中下方粒子受力指向轨迹的外侧，故A错误；BCD、在α粒子的散射现象中绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度很大的偏转，个别的α粒子偏转角大于90°，极少数的α粒子偏转角大于150°，甚至个别粒子沿原方向弹回．原因在α粒子的散射现象中粒子所受原子核的作用力是斥力，故越靠近原子核的粒子受到的斥力越大，轨迹的偏转角越大，故B正确，CD错误．故选：B．故答案为：（1）AB；（2）BC；（3）B。四．计算题（共2小题）18．（2022秋•高邮市期末）氢原子的能级图如图1所示，大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁辐射出光子，用这些光子照射如图2电路中光电管的阴极金属K，得到光电流与电压的关系如图3所示，已知阴极金属的逸出功为W0，元电荷数值为e，普朗克常量为h，各能级能量分别为E1、E2、E3、E4……，求：（1）辐射光子的最大频率νm；（2）电压为U1时，光电子到达阳极A处的最大动能Ekm。【解答】解：（1）辐射光子从第4能级向第一能级跃迁时辐射光子的频率最大，设该光子的频率为νm，有hνm＝E4﹣E1解得：νm=（2）氢原子从第4能级向第1能级跃迁时辐射的光子照射金属K时，逸出光电子的动能最大，设该最大初动能为Ek，有Ek＝hνm﹣W0KA之间加正向电压，有eU1＝Ekm﹣Ek解得：Ekm＝E4﹣E1﹣W0+eU119．（2023•房山区二模）我国正进行太阳帆推进器研究，宇宙飞船上携带面积很大反射率极高的太阳帆。太阳帆推进器利用太阳光作用在太阳帆的压力提供动力，加速航天器。已知真空中光速为c，光子的频率ν，普朗克常量h，太阳帆面积为S，单位时间内垂直照射到太阳帆单位面积上的太阳光能为E，宇宙飞船的质量为M，所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射。（1）求单位时间内作用在太阳帆上的光子个数N；（2）假设未打开太阳帆前宇宙飞船做匀速直线运动，太阳帆打开后，太阳光垂直照射，求宇宙飞船的加速度大小a；（3）若太阳在“核燃烧”的过程中每秒钟质量减少Δm，假设能量均以光子形式不断向外辐射。请你利用题目所给数据，说明如何估测宇宙飞船到太阳的距离l。【解答】解：（1）单位时间内垂直照射到太阳帆总面积S上的总光能为ES，单个光子能量ɛ＝hν，解出单位时间内作用在太阳帆上的光子个数N=ES（2）光子的动量p=hλ=hvc，Δt时间照射到太阳帆总面积上所有光子的动量为p′＝NpΔt，由于所有光子照射到太阳帆上后全部被等速率反射，则动量变化为Δp＝2p′＝2NpΔt，运用动量定理求解所有光子受到的平均作用力F=ΔpΔt（3）根据爱因斯坦质能方程求解出太阳每秒钟向外辐射的能量为E′＝Δmc2，根据能量守恒，以太阳为中心，l为半径的球壳上每秒得到的能量也为E′，即E′＝4πl2E，则估测宇宙飞船到太阳的距离l=E'第五章《原子核》综合练习一．选择题（共12小题）1．（2023秋•嘉兴月考）如图所示是上海同步辐射光源（SSRF）所在地，其新的光束线——上海激光电子伽玛源（SLEGS）于2021年成功试运行，成为国内首台、全球范围内为数不多的用于核科学研究的高能量伽玛（γ）源设施。关于γ射线，下列说法正确的是（）A．γ射线常用于雷达的电磁波定位 B．γ射线的探伤能力比X射线弱 C．γ射线的电离能力比α、β射线都强 D．原子核发生衰变时辐射的γ射线强度与压强无关2．（2023秋•奉贤区期中）装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（86222Rn）发生一次衰变后生成新核钋（84A．X为β粒子 B．X与γ光子均属于实物粒子 C．钋核的比结合能比氡核大 D．石材中氡经过7.6天会全部衰变完3．（2023秋•太原期中）下列说法正确的是（）A．利用金属晶格作为障碍物观察电子的衍射图样，说明电子具有粒子性 B．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，在电路中形成光电流，光强越小，饱和光电流越大 C．α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 D．88226Ra衰变为862224．（2022秋•沙坪坝区校级期末）以下是物理学史上3个著名的核反应方程x+37Li→2y，y+714N→xA．中子 B．质子 C．α粒子 D．电子5．（2023•河源开学）放射性元素衰变时，通常会放出α、β、γ三种射线，这三种射线穿透本领的示意图如图所示，下列说法正确的是（）A．射线x可能为γ射线 B．射线x可以用来消除工业生产中的有害静电 C．射线y的速度约为光速的110D．射线z的本质为高速电子流6．（2023春•和平区期末）如图所示为研究放射性元素射线性质的实验装置，两块平行放置的金属板A、B分别与电源的正负两极连接。放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，分裂成三束，分别为α、β、γ三种射线。对于三种射线，下列说法正确的是（）A．到达A板的射线为α射线，电离能力最强 B．到达B板的射线为α射线，穿透能力最强 C．到达A板的射线为β射线，是原子核内的中子转化为质子时放出的 D．到达B板的射线为γ射线，可以用于治疗肿瘤7．（2023•浙江开学）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。钍Th系衰变的示意图如图所示，横坐标为质子数，纵坐标为中子数。下列判断中正确的是（）A．该图中的始祖元素质量数为228 B．最终生成的稳定核素为81208C．衰变全过程最终生成稳定核素，共有四种不同的衰变路径 D．衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变8．（2023•且末县开学）关于近代物理学的相关知识，下列说法正确的是（）A．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子 B．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 C．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定 D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变9．（2022秋•福田区校级期末）关于电磁波的特性，下列说法正确的是（）A．X射线可深入骨骼，杀死病变细胞 B．验钞机检验钞票真伪体现了紫光的荧光作用 C．红外遥感是利用了红外线波长较长的特点 D．一切物体都在不停地辐射紫外线，温度越高，辐射越强10．（2023春•靖远县校级期末）2023年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。下列关于核聚变的说法正确的是（）A．核电站采用核聚变技术发电 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的原子核，核子的比结合能变大 D．两个轻核结合成质量较大的原子核，生成核的质量大于两轻核的质量之和11．（2023秋•萨尔图区校级月考）下列与能量有关的说法正确的是（）A．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，核外电子动能增大 C．发生光电效应时，入射光强度增大，光电子的最大初动能增大 D．一群氢原子处于n＝4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的光12．（2023•坪山区校级模拟）关于以下四幅图说法正确的是（）A．图甲，由原子核的比结合能曲线可知，12H核比B．图乙，说明光具有粒子性 C．图丙，放射性同位素放出的射线为α射线 D．图丁，进行的核反应类型是α衰变二．多选题（共3小题）（多选）13．（2023春•尖山区校级期末）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（）A．24He核比B．24C．两个12H核结合成D．92235U核中核子的平均结合能比（多选）14．（2023春•思茅区校级期末）关于原子核的有关知识，下列说法正确的是（）A．天然放射性射线中β射线实际就是电子流，它来自原子核内 B．放射性原子经过α、β衰变致使新的原子核处于较高能级，因此不稳定从而产生γ射线 C．氡222经过衰变变成钋218的半衰期为3.8天，一个氡222原子核四天后一定衰变为钋218D．比结合能越大，原子越容易发生衰变（多选）15．（2023春•隆阳区校级期末）14C发生放射性衰变为14N，半衰期约为5700年。已知植物存活其间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，A．该古木的年代距今约为11400年 B．12C、13C、C．14C衰变为14N的过程中放出βD．增加样品测量环境的压强将加速14三．计算题（共2小题）16．（2023•盐城一模）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电（PuO2中的Pu是94238Pu）。已知94238Pu衰变后变为92234U和α粒子。若静止的94238Pu在匀强磁场中发生衰变，α粒子的动能为E，（1）94（2）从开始衰变到92234U和17．（2022秋•海淀区校级期末）太阳现正处于主序星演化阶段。它主要是由电子和11H、24He等原子核组成。维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，这些核能最后转化为辐射能。现将太阳内部的核聚变反应简化为4个氢核（11H）聚变成氦核（24He），同时放出两个正电子（10e）。已知光速c＝3×108m/s，氢核质量mp＝1.6726×10（1）请写出题中所述核聚变的核反应方程；（2）求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能。（3）已知地球的半径R＝6.4×106m，日地中心距离r＝1.5×1011m，忽略太阳的辐射能从太阳到地球的能量损失，每秒钟地球表面接收到的太阳辐射的总能量为P＝1.8×1017J，求每秒钟太阳辐射的电子个数。第五章《原子核》综合练习一．选择题（共12小题）1．（2023秋•嘉兴月考）如图所示是上海同步辐射光源（SSRF）所在地，其新的光束线——上海激光电子伽玛源（SLEGS）于2021年成功试运行，成为国内首台、全球范围内为数不多的用于核科学研究的高能量伽玛（γ）源设施。关于γ射线，下列说法正确的是（）A．γ射线常用于雷达的电磁波定位 B．γ射线的探伤能力比X射线弱 C．γ射线的电离能力比α、β射线都强 D．原子核发生衰变时辐射的γ射线强度与压强无关【解答】解：A．γ射线是由放射性物质辐射的，是一种能量很高的电磁波，穿透能力很强，雷达的电磁波频率要低很多，两者并不能混用，故A错误；B．γ射线的穿透能力更强，因此探伤能力比X射线强，故B错误；C．γ射线的穿透能力比α、β射线都强，γ射线的电离能力比α、β射线都弱，故C错误；D．原子核发生衰变时与环境的温度、压强都无关，因此辐射的γ射线强度与压强无关，故D正确。故选：D。2．（2023秋•奉贤区期中）装修石材通常具有一定的辐射，主要是因为其中含有放射性元素氡，氡核（86222Rn）发生一次衰变后生成新核钋（84A．X为β粒子 B．X与γ光子均属于实物粒子 C．钋核的比结合能比氡核大 D．石材中氡经过7.6天会全部衰变完【解答】解：A．核反应前后根据电荷数和质量数守恒，可得放出的粒子X的电荷数为2，质量数为4，是α粒子，故A错误；B．γ光子是电磁波，不是实物粒子，故B错误；C．衰变过程有质量亏损，核子的比结合能变大，故C正确；D．每经过一个半衰期，原子核有半数发生衰变，这个一半是指当前的一半，故经过两个半衰期，氡会剩下四分之一，故D错误。故选：C。3．（2023秋•太原期中）下列说法正确的是（）A．利用金属晶格作为障碍物观察电子的衍射图样，说明电子具有粒子性 B．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，在电路中形成光电流，光强越小，饱和光电流越大 C．α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围 D．88226Ra衰变为86222【解答】解：A．利用金属品格作为障碍物观察电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A错误；B.用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板，在电路中形成光电流，光强越大饱和光电流越大，故B错误；C.α粒子散射实验说明占原子质量绝大部分的带正电的物质集中在很小的空间范围，故C正确；D.88226Ra衰变为86222Rn，质量数减少4，电荷数减少2，由于故选：C。4．（2022秋•沙坪坝区校级期末）以下是物理学史上3个著名的核反应方程x+37Li→2y，y+714N→xA．中子 B．质子 C．α粒子 D．电子【解答】解：将上述三个方程相加，整理后得3在y+49Be→z+126C中，根据电荷数守恒和质量数守恒，y的质量数为4，电荷数为2，为α粒子；在x+37Li→2y，根据电荷数守恒和质量数守恒，x的质量数为1，电荷数为1，为质子；故B正确ACD错误。故选：B。5．（2023•河源开学）放射性元素衰变时，通常会放出α、β、γ三种射线，这三种射线穿透本领的示意图如图所示，下列说法正确的是（）A．射线x可能为γ射线 B．射线x可以用来消除工业生产中的有害静电 C．射线y的速度约为光速的110D．射线z的本质为高速电子流【解答】解：AB．α射线的穿透本领最弱，γ射线的穿透本领最强，因此射线x应为α射线，射线y应为β射线，射线z应为γ射线；α射线的电离本领最强，可以用来消除有害静电，故A错误，B正确；C．β射线的本质为高速电子流，其速度可达光速的99%，即接近光速，故C错误；D．γ射线的穿透本领最强，射线z应为γ射线，γ射线的本质是高能光子，故D误。故选：B。6．（2023春•和平区期末）如图所示为研究放射性元素射线性质的实验装置，两块平行放置的金属板A、B分别与电源的正负两极连接。放射源发出的射线从其上方小孔向外射出，分裂成三束，分别为α、β、γ三种射线。对于三种射线，下列说法正确的是（）A．到达A板的射线为α射线，电离能力最强 B．到达B板的射线为α射线，穿透能力最强 C．到达A板的射线为β射线，是原子核内的中子转化为质子时放出的 D．到达B板的射线为γ射线，可以用于治疗肿瘤【解答】解：在同一电场中，α射线带正电，偏向负极，而β射线带负电，偏向正极，由图知，向左偏的为β射线，向右偏的为α射线，即到达A板的为β射线；α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，α射线穿透能力最弱，电离能力最强.AB、到达A板的射线为β射线，电离能力和穿透能力都不是最强，故AB错误；C、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的，而b粒子是α射线，故C正确；D、到达B板的射线为α射线，故D错误。故选：C。7．（2023•浙江开学）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。钍Th系衰变的示意图如图所示，横坐标为质子数，纵坐标为中子数。下列判断中正确的是（）A．该图中的始祖元素质量数为228 B．最终生成的稳定核素为81208C．衰变全过程最终生成稳定核素，共有四种不同的衰变路径 D．衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变【解答】解：A．始祖元素对应最上方的点，横坐标为核电荷数为90，纵坐标为中子数位142，可知质量数为232，故A错误；B．由图可知最终的稳定核素为Pb，故B错误；C．从图中可知有两种衰变路径，故C错误；D．横纵坐标均减小2的路径对应α衰变，横坐标增加1，纵坐标减小1的路径对应β衰变，由图中信息可知衰变全过程最终生成稳定核素，共发生了6次α衰变，4次β衰变，故D正确。故选：D。8．（2023•且末县开学）关于近代物理学的相关知识，下列说法正确的是（）A．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于原子的核外电子 B．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 C．结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定 D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变【解答】解：A．β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故A错误。B．放射性元素的放射性与核外电子无关，故放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性，故B正确；C．比结合能越大，原子核内核子结合得越牢固，原子核越稳定，故C错误；D．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故D错误；故选：B。9．（2022秋•福田区校级期末）关于电磁波的特性，下列说法正确的是（）A．X射线可深入骨骼，杀死病变细胞 B．验钞机检验钞票真伪体现了紫光的荧光作用 C．红外遥感是利用了红外线波长较长的特点 D．一切物体都在不停地辐射紫外线，温度越高，辐射越强【解答】解：A、在人体内杀死病变细胞是利用了γ射线的放射作用，X射线可用来检查人体器官的，故A错误；C、红外线波长较长，能够发生明显衍射，红外遥感是利用了红外线波长较长的特点，故C正确；D、一切物质都在辐射红外线，辐射本领和物体温度有关，故D错误；B、钞票上有荧光物质，验钞机发出的紫外线具有荧光作用，可以使荧光物质发光，故B错误。故选：C。10．（2023春•靖远县校级期末）2023年4月12日21时，中国有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。下列关于核聚变的说法正确的是（）A．核电站采用核聚变技术发电 B．任何两个原子核都可以发生聚变 C．两个轻核结合成质量较大的原子核，核子的比结合能变大 D．两个轻核结合成质量较大的原子核，生成核的质量大于两轻核的质量之和【解答】解：A．核电站采用重核裂变技术发电，故A错误；B．最容易实现的聚变反应是氢的同位素，不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误；C．两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减小，所以核子的比结合能增加，故C正确；D．两个轻核结合成质量较大的原子核，释放能量，生成核的质量小于两轻核的质量之和，故D错误。故选：C。11．（2023秋•萨尔图区校级月考）下列与能量有关的说法正确的是（）A．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，核外电子动能增大 C．发生光电效应时，入射光强度增大，光电子的最大初动能增大 D．一群氢原子处于n＝4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的光【解答】解：A．比结合能是结合能与核子数的比值，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，与A选项描述不符，故A错误；B．根据玻尔理论，原子从低能态向高能态跃进时，电子的轨道半径增加，电子克服库仑力做功，故动能减小，与B选项描述不符，故B错误；C．发生光电效应时，由爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝hv﹣W0知，入射光频率增大，光电子的最大初动能增大，入射光强度与光电子的最大初动能无关，与C选项描述不符，故C错误；D．一群氢原子处于n＝4的激发态向较低能级跃进，最多可放出6种频率的