专题32 近代物理初步（教师版）-2025版高考物理热点题型讲义

专题32近代物理初步目录TOC\o"1-3"\h\u题型一光电效应波粒二象性 1类型1光电效应规律的理解和应用 1类型2光电效应图像的理解 7类型3光的波粒二象性和物质波 20题型二原子结构模型 25类型1原子的核式结构模型 25类型2玻尔理论能级跃迁 29题型三原子核模型 38类型1原子核的衰变及半衰期 38类型2核反应及核反应类型 45类型3质量亏损及核能的计算 49题型一光电效应波粒二象性类型1光电效应规律的理解和应用1．“四点”提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。2．“两条”关系(1)光的强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大→遏止电压大。3．“三个”关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0，其中Ek＝eq\f(1,2)meveq\o\al(2,c)(2)最大初动能与遏止电压的关系：eq\f(1,2)meveq\o\al(2,c)＝eUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。1．通过实验，科学家发现了光电效应现象的若干实验规律，如果仅用经典的电磁理论分析，能够解释的是（  ）A．存在着饱和电流 B．遏止电压和频率有关C．存在着截止频率 D．光电效应具有瞬时性【答案】A【详解】A．对于光电效应现象，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，但存在着饱和电流，饱和光电流强度与入射光强度成正比，A能用经典电磁理论解释，故A正确；B．按照经典的电磁理论，遏止电压和光的强度有关，所以B不能用经典电磁理论解释，故B错误；C．经典的电磁理论认为光的能量大小是由光强决定的，只要光强足够大，理论上应该能够激发光电子，并且入射光强度越大，光电子获得的动能越大，但实际实验中，必须入射光的频率大于被照射的金属的极限频率才能产生光电效应，所以C不能用经典电磁理论解释，故C错误；D．经典电磁理论认为，电子吸收光子能量是需要时间积累的，但实验中发现，光子激发电子是瞬时的，所以D不能用经典电磁理论解释，故D错误。故选A。2．如图所示，在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，则（

）A．入射光频率ν时，增大入射光的强度，光电流不变B．入射光频率ν时，减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大【答案】D【详解】A.增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，则产生的光电子数目增加，光电流增大，A错误；B.光电效应是否产生只与入射光的频率和金属的种类有关，与入射光的强度无关，B错误；C.只要入射光的频率大于金属的极限频率，则就会发生光电效应，C错误；D.根据光电效应方程知增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D正确。故选D。3．如图所示为研究光电效应的装置，当分别利用波长为2λ、λ的单色光照射锌板时，从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3，电流计的示数均不为零。已知单色光在真空中的传播速度为c，普朗克常量为h。则（）A．锌板的极限频率为B．用波长为2λ的光照射锌板时，电流计的示数较大C．用波长为3λ的单色光照射锌板时，定能从锌板表面逸出光电子D．用波长为2λ、λ的单色光分别照射锌板时，二者遏止电压之比为1∶9【答案】D【详解】A．波长为2λ、λ的单色光的能量分别为由爱因斯坦光电效应方程可知又从锌板表面逸出的光电子的最大初速度之比为1∶3，知光子最大初动能之比为1∶9，由以上可解得所以故A错误；B．电流计的示数与光电流的大小有关，单位时间内逸出的光电子数目越多，光电流越大，而单位时间内逸出的光电子数与光的强度有关，由于光的强度关系未知，所以无法判断电流计的示数大小，故B错误；C．波长为3λ的单色光的频率为因此该光不能使锌板产生光电效应现象，即不能从锌板表面逸出光电子，故C错误；D．由公式可得即二者遏止电压之比为1∶9，故D正确。故选D。4．探究光电效应实验规律时，发现用波长的光照射某金属，恰能产生光电效应，若其他实验条件不变，换用波长、光照强度为原来2倍的光照射到该金属表面，则（

）A．不产生光电效应，光电流为零 B．能产生光电效应，光电流变大C．能产生光电效应，光电流变小 D．能产生光电效应，光电流不变【答案】B【详解】根据爱因斯坦光电效应方程可得因为入射光的波长变小，频率变大，入射光的能量变大，故能产生光电效应，又因为光照强度变为原来的2倍，所以光电流变大。故选B。5．2024年是量子力学诞生一百周年，量子力学已经对多个领域产生了深远的影响，包括物理学、化学、计算机科学、通信技术和生物学，量子力学已成为现代科学的重要基石之一。下列关于量子力学创立初期的奠基性事件中说法正确的是（

）A．黑体辐射电磁波的强度的极大值随着温度的升高向波长长的方向移动B．发生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．根据玻尔原子理论，氢原子由低能级向高能级跃迁时，只能发出特定频率的光D．康普顿效应证实了光子具有动量，频率越大动量越大【答案】D【详解】A．黑体辐射电磁波的强度的极大值随着温度的升高向波长短的方向移动，A错误；B．根据光电效应方程可知发生光电效应时，溢出光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，B错误；C．根据玻尔原子理论，氢原子由低能级向高能级跃迁时，只能吸收特定频率的光，C错误；D．康普顿效应证实了光子具有动量，根据可知频率越大，动量越大，D正确。故选D。6.如图所示是探究光电效应的实验装置，阴极K由金属钾制成，金属钾的截止频率为，不同色光的光子能量如表所示。已知普朗克常量为，电子的电荷量为。以下说法正确的是（

）

色光红橙黄绿蓝靛紫光子能量范围A．用红光照射阴极K时，只要时间足够长，则就能发生光电效应B．用红光照射阴极K时，只要照射强度足够大，则就能发生光电效应C．用紫光照射阴极K时，若直流电源的左侧为电源的正极，则增大K、A间的电压时，电流表的示数先增大，后减小D．用紫光照射阴极K时，若直流电源的左侧为电源的正极，则增大K、A间的电压时，电流表的示数可以减小到0【答案】D【详解】AB．金属钾的逸出功为而红光光子能量范围为，所以红光照射时不能发生光电效应，故AB错误；CD．紫光光子能量范围为，用紫光照射时，可以发生光电效应；紫光照射时，若直流电源的左侧为电源的正极，光电管内加反向电压，则增大间的电压时，灵敏电流计的示数可以减小到0，故C错误，D正确。故选D。类型2光电效应图像的理解图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标②饱和光电流Im：光电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)1．如图甲所示，用频率不同的两束光a、b分别照射同一光电管的阴极K，得到的光电流与光电管两端电压的关系如图乙所示。下列说法正确的是（）A．光电管两端电压越大，光电流就越大B．a光的光子动量比b光的动量大C．当电压为图乙中的U0时，a光照射强度一定大于b光照射强度D．用a光、b光分别照射光电管时，b光照射时逸出光电子的最大初动能比a光照射时逸出光电子的最大初动能大【答案】D【详解】A．根据图像，光电管两端电压大于U0后，电压增大，光电流不增大，A错误；B．根据动能定理得根据光电效应方程得解得根据图像，b光的遏止电压比a光遏止电压大，所以b光的频率比a光频率高，即根据解得频率越高，光子的动量越大，所以，b光的光子动量比a光的动量大，B错误；C．根据图像，a光饱和光电流大于b光饱和光电流，则用a光照射时逸出的光电子数量大于b光照射时逸出的光电子的数量，a光入射光子数量大于b光入射光子数量；又因为，根据，则a光光子能量小于b光光子能量；综上所述，无法比较入射光的总能量，即无法比较入射光的强度，C错误；D．根据动能定理得根据图像，b光的遏止电压比a光遏止电压大，所以，用a光、b光分别照射光电管时，b光照射时逸出光电子的最大初动能比a光照射时逸出光电子的最大初动能大，D正确。故选D。2．用图1所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图2所示，则（）A．通过电流计G的电流方向由d到cB．光电流的大小与光的强弱无关C．光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应D．用强弱不同、频率相同的光照射K极，光电子的最大初动能相同【答案】D【详解】A.光照射极板K发生光电效应，产生的光电子，在外加电场的作用下，向A移动，电子从d到c，所以通过电流计G的电流方向由c到d，故A错误；B.光电流的大小与光的强弱和两个极板间的电压有关，在极板电压一定时，光照强度越强，单位时间产生的光电子数目就越多，光电流就越大，故B错误；C.只要光的频率达到了极板的极限频率就可以发生光电效应，光电管的电压只是让产生的光电子定向移动，并不影响极板的光电效应发生与否，故C错误；D.由光电效应的最大初动能公式对于同一个极板，其中的一定，只要频率相同的光照射K极，光电子的最大初动能就相同，故D正确。故选D。3．关于近代物理学，下列图象在描述现象中，解释正确的是（

）A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动（已知）B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大C．如图丙所示，金属的遏制电压与入射光的频率v的图象中，该直线的斜率为普朗克常量D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线（甲光、乙光、丙光），如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为【答案】D【详解】A．由图可知，随温度的升高，相同波长的光辐射强度都会增大，辐射强度的极大值向波长较小方向移动，故A错误；B．根据光电效应方程有可知光电子的最大初动能与光的强度无关，故B错误；C．根据能量守恒定律得联立得e=hv﹣W0即可知，该直线的斜率为，故C错误；D．根据入射光的频率越高，对应的截止电压越大。甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等；丙光的遏止电压最大，所以丙的频率最大则可判断甲、乙、丙光的频率关系为，故D正确。故选D。4．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与对应入射光的波长作出的图像如图所示。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逸出功大小为B．当用波长的光照射光电管阴极时，光电子的最大初动能为C．当用波长的光照射光电管的阴极时，不发生光电效应D．当用波长的光照射光电管的阴极时，光电子的最大初动能与成正比【答案】B【详解】A．根据则有结合图像可知当横坐标为a时，纵坐标为0，即有解得A错误；B．根据图像，结合上述有解得当用波长的光照射光电管阴极时，即有则有B正确；C．根据上述可知，极限波长为波长越短，频率越大，则当用波长的光照射光电管的阴极时，能够发生光电效应，C错误；D．当用波长的光照射光电管的阴极时，根据可知，光电子的最大初动能与成线性关系，不成正比，D错误。故选B。5．如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验原理图，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图像，电子的电荷量，则下列说法正确的是（）A．由图乙可知，该金属的极限频率为B．图甲中入射光的频率为时，滑动变阻器的滑片移到最左端，电流计G的示数不为零C．图甲中入射光的频率为逸出的光电子的最大初动能为D．由图乙可得，其斜率为普朗克常量【答案】B【详解】AD．由光电效应方程又有整理得结合图像可知斜率为，故AD错误；B．图甲中入射光的频率为时，大于极限频率，能发生光电效应，滑动变阻器的滑片移到最左端，光电管、电流计和电压表组成回路，则电流计G的示数不为零，B正确；C．由上述关系式可知解得入射光的频率为时，逸出的光电子的最大初动能C错误。故选B。6．利用如图甲所示电路研究光电效应现象，光电子的最大初动能随入射光频率变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是（）A．为测量电子的最大初动能，电源左侧应是正极B．若增大入射光的强度或增大电源电压，则光电子的最大初动能增大C．当入射光的频率为时，逸出光电子的最大初动能为D．当入射光的频率为时，逸出光电子的最大初动能为【答案】D【详解】A．当电子到达极板A，速度恰好为零，从K极逸出的电子动能最大，根据动能定理有则有故为测量电子的最大初动能，电源左侧应是负极，故A错误；B．根据爱因斯坦光电效应方程可知最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，故B错误；C．根据爱因斯坦光电效应方程当时当时解得，当时说明小于极限频率，电子不能逸出，故C错误；D．当时故D正确。故选D。7．用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压与入射光频率之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为。已知普朗克常量。则下列说法中正确的是（）A．欲测遏止电压，应选择电源右端为负极B．如果实验中入射光的频率，则产生的光电子的最大初动能C．减少照射光的强度，产生的光电子的最大初动能减小D．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大【答案】B【分析】根据图甲光电管和图乙能求出截止频率可知，本题考查爱因斯坦的光电效应，根据光电效应规律，运用光电管和光电流以及光电效应方程进行分析求解。【详解】A．图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压与入射光频率，因此光电管左端应该是阴极，则电源右端为正极，故A错误；B．根据图像可知，铷的截止频率根据则可求出该金属的逸出功大小根据光电效应方程当入射光的频率为时，则最大初动能为故B正确；C．光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；D．当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故D错误。故选B。8．放电影是利用光电管制成的光控继电器来实现声音的重放，而光电管就是利用光电效应的原理制成的光电元件。利用如图甲所示的实验装置探究光电效应规律，图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光频率的关系图像，则（）A．普朗克常量为B．该金属的逸出功为C．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表A的示数保持不变D．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大【答案】B【详解】AB．由光电效应方程可知图线的斜率为普朗克常量，即由图线可知该金属的逸出功为故A错误，B正确；C．若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目减小，那么电流表A的示数变小。故C错误；D．根据光电效应方程可知，最大初动能与入射光的频率有关，与光的强度无关。仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能不变，故D错误。故选B。类型3光的波粒二象性和物质波1．从数量上看个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性。2．从频率上看频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。3．从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性，在与物质发生作用时往往表现出粒子性。4．波动性与粒子性的统一由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝eq\f(h,λ)可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。1.英国物理学家G·P·汤姆孙曾在实验中让静止的电子束通过电场加速后，通过多晶薄膜得到了如图所示衍射图样，则（）A．该图样说明了电子具有粒子性B．电子的位置和动量可以同时被确定C．加速电压越大，电子的德布罗意波长越长D．让静止的电子束和质子束通过相同的加速电场，电子的德布罗意波长更长【答案】D【详解】A．图为电子束通过多晶薄膜的衍射图样，因为衍射是波所特有的现象，所以说明了电子具有波动性，故A错误；B．根据不确定性关系，不可能同时准确地知道电子的位置和动量，故B错误；C．由德布罗意波长公式可得又，联立可得可知加速电压越大，电子的德布罗意波的波长越短，故C错误；D．根据让静止的电子束和质子束通过相同的加速电场，由于电子的质量比质子的质量更小，可知电子的德布罗意波长更长，故D正确。故选D。2.利用金属晶格（大小约）作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属品格上，从而得到电子的衍射图样，已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是（）A．该实验说明了电子具有粒子性B．实验中电子束的德布罗意波波长为C．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显D．加速电压U越小，电子的衍射现象越明显【答案】D【详解】A.得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A错误；B.由德布罗意波波长为而动量两式联立得故B错误；C.用相同动能的质子替代电子，质子的波长要比电子的小，衍射现象相比电子不明显，故C错误；D.由B项中可知，加速电压越小，电子的波长越大，衍射现象就越明显，故D正确。故选D。3.某电磁波的频率为、波长为λ、传播速度为c，则这种电磁波光子的能量E和动量p，普克常量为h，则下面关系正确的是（）A．，p=hc B．，C．，p=hc D．，【答案】B【详解】电磁波的频率为，能量为光子的动量p，根据德布罗意波长公式可得故选B。4.2021年5月17日，由中国科学院高能物理研究所牵头的中国高海拔宇宙线观测站（LHAASO拉索）国际合作组在北京宣布，在银河系内发现大量超高能宇宙加速器，并记录到1.4拍电子伏的伽马光子（1拍），这是人类观测到的最高能量光子，则该光子动量约为（

）A． B．C． D．【答案】A【详解】伽马光子的能量为根据可得该光子动量为故选A。5．如图所示，假设一入射光子与静止的电子发生弹性碰撞，碰后光子的动量大小为，传播方向与入射方向的夹角为，碰后电子的出射方向与光子入射方向的夹角为。已知光速为c，普朗克常量为h，下列说法正确的是（

）

A．碰后电子的动量 B．碰后电子的动能为C．入射光子碰撞前的动量 D．碰前入射光的波长【答案】A【详解】A．碰撞前后动量守恒，垂直光子入射方向有解得碰后电子的动量故A正确；B．碰后电子的动量碰后电子的动能为故B错误；C．碰撞前后动量守恒，光子入射方向有故C错误；D．根据德布罗意公式可知，碰前入射光的波长为故D错误。故选A。题型二原子结构模型类型1原子的核式结构模型1．电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子．2．α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．1．卢瑟福的α粒子散射实验装置如图所示，开有小孔的铅盒里面包裹着少量的放射性元素钋。铅能够很好地吸收α粒子使得α粒子只能从小孔射出，形成一束很细的射线射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是（）A．α粒子碰撞到了电子会反向弹回B．绝大多数α粒子发生了大角度偏转C．该实验为汤姆孙的“枣糕模型”奠定了基础D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上【答案】D【详解】A．电子质量很小，粒子与电子碰撞，运动方向几乎不改变。故A错误；B．绝大多数粒子方向不发生改变，少数发生了大角度偏转。故B错误；C．该实验为卢瑟福的原子的核式结构理论奠定了基础，从而否定了汤姆孙的“枣糕模型”。故C错误；D．该实验说明原子具有核式结构，正电荷集中在原子核上。故D正确。故选D。2．如图所示，高速运动的粒子被位于点的重原子核散射，实线表示粒子运动的轨迹，M、N和为轨迹上的三点，点离核最近，点比点离核更远，则（）A．三点中，粒子在点的电势能最大B．粒子在点的速率比在点的大C．粒子从点运动到点，电场力对它做的总功为负功D．在重核产生的电场中，点的电势比点的低【答案】A【详解】D．由于点离核最近，点比点离核更远，重核带正电，根据重核电场分布特征可知即在重核产生的电场中，点的电势比点的高，故D错误；A．粒子带正电，根据电势能的表达式可知即粒子在点的电势能最大，故A正确；C．结合上述可知，粒子从点运动到点过程中，粒子的电势能减小，则电场力做正功，故C错误；B．结合上述可知，粒子在点的电势能比在点的大，则粒子在点的速率比在点的小，故B错误。故选A。3．如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（

）A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了核式结构模型B．大多数α粒子几乎沿原方向返回C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能一直增大D．α粒子经过a、b两点时动能相等【答案】A【详解】A．卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，故A正确；B．根据粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误；C．粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知粒子从经过运动到的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C错误；D．由于α粒子从a运动到b的过程中电场力做负功，则动能减小，故D错误。故选A。4．如图所示，在α粒子散射实验中，图中实线表示α粒子的运动轨迹，假定金原子核位置固定，a、b、c为某条轨迹上的三个点，其中a、c两点距金原子核的距离相等（）A．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了能量量子化理论B．大多数α粒子几乎沿原方向返回C．从a经过b运动到c的过程中，α粒子的电势能先增大后减小D．α粒子经过a、b两点时动能相等【答案】C【详解】A．卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，普朗克根据黑体辐射的规律第一次提出了能量量子化理论，故A错误；B．根据α粒子散射现象可知，大多数粒子击中金箔后几乎沿原方向前进，故B错误；C．粒子受到电场力作用，根据电场力做功特点可知α粒子从a经过b运动到c的过程中电场力先做负功后做正功，所以粒子的电势能先增大后减小，故C正确；D．由于α粒子从a运动到b的过程中电场力做负功，则动能减小，故D错误。故选C。5．粒子散射实验装置如图所示，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素作为放射源，它发出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线打到金箔上，图中虚线表示被散射的粒子的径迹。关于该实验，下列说法正确的是（）A．实验现象可用汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释B．依据实验结果可以推测原子核是可以再分的C．粒子发生偏转是由于它跟金箔中的电子发生了“碰撞”D．统计散射到各个方向的粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况【答案】D【详解】A．实验现象可用卢瑟福的原子的核式结构理论来解释，不能通过汤姆孙提出的“枣糕模型”来解释，故A错误；B．依据实验结果不可以推测原子核是可以再分的，故B错误；C．粒子发生偏转是由于它受到了金箔中的金原子核的斥力作用，故C错误；D．统计散射到各个方向的粒子所占比例，可以推知原子中正电荷的大致分布情况，即原子的中间存在一个原子核，原子的正电荷和几乎的全部质量都集中在原子核上，故D正确。故选D。类型2玻尔理论能级跃迁1．玻尔理论(1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射．(2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．2．氢原子的能量和能级跃迁(1)能级和半径公式：①能级公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6eV.②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.(2)氢原子的能级图，如图所示3．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子．光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h).(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.4．光谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1.(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝Ceq\o\ar(2,n)＝eq\f(nn－1,2).5．电离(1)电离态：n＝∞，E＝0.(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量．例如：氢原子从基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能．1．按照玻尔的理论，氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，能级图如图所示．当大量氢原子从的能级向低能级跃迁时，下列说法正确的是（

）A．电子的动能增大，氢原子系统的总能量增大B．氢原子系统的电势能减小，总能量减小C．氢原子可能辐射4种不同波长的光D．从到发出的光的波长最长【答案】B【详解】AB.当氢原子从能级向低能级跃迁时，由能级图可知，氢原子系统的总能量减小，根据知电子动能增大，又因半径减小，库仑力做正功，则电子的电势能减小，故A错误，B正确；C.大量的氢原子从的能级向低能级跃迁时，辐射出的光子有则氢原子可能辐射6种不同波长的光，故C错误；D.因发出的光的光子能量越小，频率越低，波长越长，依据能级跃迁能量差可知从能级跃迁到能级时发出的光的光子能量最大，则其波长最短，故D错误。故选B。2．氢原子能级示意图如图所示。光子能量在之间的光为可见光。大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出若干不同频率的光。下列说法正确的是（）A．这些氢原子共能辐射出5种不同频率的光子B．这些氢原子共能辐射出3种不同频率的可见光C．电子处在能级上时比处在能级上时的动能更小D．从能级跃迁到能级比从能级跃迁到能级辐射出电磁波的波长短【答案】C【详解】A．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；B．从能级到能级和从能级到能级产生的光，对应的光子能量分别为和，属于可见光，其余均不属于可见光，故这些氢原子共能辐射出2种不同频率的可见光，故B错误；C．对电子有则电子处在能级的轨道上的轨道半径比处在能级的轨道半径大，则动能更小，故C正确；D．由和可知，再根据，所以，故D错误。故选C。3．氢原子的能级图如图所示，如果大量氢原子处在n=3能级的激发态，则下列说法正确的是（）A．这群氢原子能辐射出3种不同频率的光子B．波长最长的辐射光是氢原子从n=3能级跃迁到能级n=1能级产生的C．辐射光子的最小能量为12.09eVD．处于该能级的氢原子至少需吸收13.6eV能量的光子才能电离【答案】A【详解】A．这群氢原子能辐射出种不同频率的光子，故A正确；B．波长最长的辐射光对应着能级差最小的，则是氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级产生的，故B错误；C．辐射光子的最小能量是从n=3到n=2的跃迁，能量为E=（-1.51）eV-（-3.4）eV=1.89eV故C错误；D．处于该能级的氢原子至少需吸收1.51eV能量的光子才能电离，故D错误。故选A。4．如图为氢原子能级的示意图，现有一个氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是（）A．该氢原子最多可辐射出6种不同频率的光B．用能级跃迁到能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应C．波长最大的光是由能级跃迁到能级产生的D．频率最小的光是由能级跃迁到能级产生的【答案】B【详解】A．一个氢原子处于的激发态，当向低能级跃迁时，可能的跃迁路径为、，，，则该氢原子最多可辐射出3种不同频率的光，故A错误；B．能级跃迁到能级辐射出的光子能量大于金属铂的逸出功，能发生光电效应，故B正确；C．根据图示可知，由能级跃迁到能级产生的光子的能量最大，即频率最大，则波长最短，故C错误；D．根据波尔理论，辐射出光子的能量是跃迁两轨道能级之差，结合图示可知，由能级跃迁到能级产生的光子的能量最小，即频率最小，故D错误。故选B。5．已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的部分能级如图所示，一群氢原子处于量子数n4能级状态，则（）A．氢原子可能辐射6种频率的光子B．氢原子可能辐射5种频率的光子C．有2种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应【答案】A【详解】AB．根据知，这群氢原子可能辐射6种频率的光子。故A正确，B错误；CD．从跃迁到辐射的光子能量为同理可求得，跃迁到辐射的光子能量为，跃迁到辐射的光子能量为，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余3种光子能量均大于，所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使钙发生光电效应。故CD错误。故选A。6．图示为氢原子的能级示意图，现有大量的氢原子从的激发态向低能级跃迁时，辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是（）A．氢原子从的激发态向基态跃迁时，只能辐射出5种特定频率的光B．氢原子由能级跃迁到能级，电子的动能减小C．氢原子由能级跃迁到能级时，辐射出的光子能量为1.89eVD．氢原子由能级跃迁到能级时，辐射出的光频率最大【答案】C【详解】A．大量氢原子由n=4向基态跃迁时，可有辐射种特定频率的光，故A错误；B．从高能级向低能级跃迁时，电子的电势能减小，动能增加，故B错误；C．根据氢原子由能级跃迁到能级时，辐射出的光子能量为故C正确；D．由能级图可知，从n=4向n=1能级跃迁时，辐射的光能量最大，辐射出的光频率最大，故D错误。故选C。7．如图所示为氢原子的能级结构示意图，一群处于基态的氢原子在某种单色光束照射下，只能发出波长为λ1、λ2、λ3的三种光，且λ1<λ2<λ3，真空中光速为c，普朗克常量为h，则该照射光的光子的能量为（）A． B．hν2C． D．【答案】C【详解】处于基态的氢原子在单色光束照射后，应该跃迁到n=3的能级，向低能级跃迁发出三种光，这三种光光子的能量分别为由题意知，照射光的光子的能量为即题型三原子核模型类型1原子核的衰变及半衰期1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数．2．天然放射现象放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．3．三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领α射线氦核eq\o\ar(4,2)He＋2e4u最强最弱β射线电子eq\o\ar(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u较强较强γ射线光子γ00最弱最强4.原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)α衰变、β衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\ar(M,Z)X→eq\o\ar(M－4,Z－2)Y＋eq\o\ar(4,2)Heeq\o\ar(M,Z)X→eq\o\ar(M,Z＋1)Y＋eq\o\ar(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2eq\o\ar(1,1)H＋2eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(4,2)Heeq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的．5．半衰期(1)公式：N余＝N原，m余＝m原.(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)．6．放射性同位素的应用与防护(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．(2)应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等．(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害．1.在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核发生了某种衰变，已知放射出的粒子速度方向及反冲核的速度方向均与磁场方向垂直，它们在磁场中运动的径迹是两个相内切的圆，两圆的直径之比为7∶1，如图所示。则碳14的衰变方程为（）A．C→B＋H B．C→B＋eC．C→N＋e D．C→Be＋He【答案】C【详解】根据牛顿第二定律洛伦兹力提供向心力解得由动量守恒定律可知，两粒子动量等大反向，两圆的直径之比为7∶1，可知两电荷的电荷量之比为1∶7；两圆内切，所以为异种电荷，则碳14的衰变方程为C→N＋e。故选C。2．央视曝光“能量石”核辐射严重超标，该“能量石”含有放射性元素钍，连续衰变方程为，半衰期长达1.4×10¹⁰年。则（）A．X比少（12+y）个中子B．衰变过程中只产生了两种射线C．X的比结合能小于的比结合能D．100个经过1.4×10¹⁰年还剩50个【答案】A【详解】A．中子数为232-90=142根据质量数守恒，X的质量数为根据电荷数守恒，X的电荷数为则X的中子数为208-（）=130-yX比少142-（130-y）=12+y个中子，故A正确；B．衰变过程中只产生了3种射线，分别为射线、射线和射线，故B错误；C．该反应因为放出能量，所以X的比结合能大于的比结合能，故C错误；D．半衰期是大量原子核的统计规律，对少数原子核不适用，故D错误。故选A。3．2024年3月17日，日本东京电力公司不顾国际社会的反对，完成对福岛第一核电站的核污染水第四次排放，引起了国际舆论的强烈谴责和抗议。核污水中包含多种放射性元素，如铯137、锶90、氚、铑106等。下列说法正确的是（）A．随着海水温度的变化，铯137原子核的半衰期并不会发生变化B．锶90发生衰变的衰变方程为的比结合能比的大C．氚具有放射性，是原子核外电子从高能级向低能级跃迁造成的D．铑106的半衰期约370天，经过一个半衰期，100个铑106一定剩下50个未衰变【答案】A【详解】A．原子核的半衰期与原子核内部本身的因素决定，跟所处的物理、化学状态无关，所以铯137原子核的半衰期并不会发生变化，故A正确；B．根据电荷数和质量数守恒，锶90发生衰变的衰变方程为更稳定，的比结合能比的小，故B错误；C．氚具有放射性，是原子核发生衰变造成的，不是核外电子跃迁造成的，故C错误；D．半衰期是统计规律，对于少数原子核不适用，故D错误。故选A。4．医学中常用某些放射性元素治疗疾病。假设质量为的放射性元素经过时间后剩余的质量为，对应的图线如图所示。则的半衰期为（）A．16d B．12d C．8d D．6d【答案】A【详解】由半衰期公式可得由图线可知，当质量比从1衰减到时，其所用时间，可得解得故选A。5．元素锶89Sr具有放射性，对于质量为m0的89Sr，经过时间t，衰变掉的89Sr的质量为m，其图线如图所示，从图中可以得到89Sr的半衰期为（）A．29.5d B．51.0d C．54.8d D．60.0d【答案】B【详解】由图像可知，衰变掉的89Sr的质量从变为，刚好衰变了一半的放射性元素，经历的时间为一个半衰期，则有故选B。6.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为，生成的经过一系列α衰变和β衰变后变成，以下说法正确的是（）A．铀单核衰变生成的钍核的动能小于生成的α粒子的动能B．β衰变过程中释放的电子来自核外电子C．需经过7次α衰变、8次β衰变转化为D．钍核（）的半衰期是24天，20个钍核经过48天后，还剩5个钍核【答案】A【详解】A．铀单核衰变过程系统动量守恒，故钍核的动量与α粒子动量相等，由可知钍核的动能小于α粒子的，A正确；B．β衰变过程中释放的电子是核内中子转变成质子时放出的，B错误；C．由质量数守恒和电荷数守恒可知，需经过7次α衰变，6次β衰变转化为，C错误；D．半衰期是统计规律，适用于大量原子核，对少数原子核不适用，D错误。故选A。7.如图为铀238衰变为钍234过程中铀核质量随时间变化的图像，下列说法正确的是（）

A．原子核衰变过程中不释放核能 B．铀238的半衰期为年C．铀238衰变为钍234同时放出电子 D．环境温度降低衰变速度将变慢【答案】B【详解】A．原子核衰变过程中有质量亏损，会释放核能，故A错误；B．由图可知铀238从衰变到的时间为，则可知半衰期为，故B正确；C．铀238衰变为钍234，质量数减少4，为衰变，故C错误；D．外界因素不会影响半衰期大小，故D错误；故选B。8.现代战争给世界人民带来巨大的灾难，某些国家使用的新型武器贫铀弹在爆炸中有很多残留，其半衰期极为漫长且清理困难，所以对环境的污染严重而持久。设发生衰变形成新核X，同时放出射线。以下说法正确的是（

）A．该衰变过程的方程可写为B．的结合能和新核X的结合能之差即为粒子的结合能C．衰变反应中的射线为高频电磁波，具有极强的穿透性D．质量为的原子核经过两个半衰期后，产生的新核质量为【答案】C【详解】A．衰变过程满足质量数和电荷数守恒，该衰变过程的方程可写为故A错误；B．由于衰变过程释放能量，存在质量亏损，可知的结合能和新核X的结合能之差小于粒子的结合能，故B错误；C．衰变反应中的射线为高频电磁波，具有极强的穿透性，故C正确；D．质量为的原子核经过两个半衰期后，有的原子核发生了衰变，还剩下的原子核，产生的新核质量不是，故D错误。故选C。类型2核反应及核反应类型1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)Heβ衰变自发eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\ar(0,－1)e人工转变人工控制eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\ar(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\ar(27,13)Al＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(30,15)P＋eq\o\ar(1,0)neq\o\ar(30,15)P→eq\o\ar(30,14)Si＋eq\o\ar(0,＋1)e约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子重核裂变容易控制eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)neq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋10eq\o\ar(1,0)n轻核聚变现阶段很难控制eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(eq\o\ar(1,1)H)、中子(eq\o\ar(1,0)n)、α粒子(eq\o\ar(4,2)He)、β粒子(eq\o\ar(0,－1)e)、正电子(eq\o\ar(0,＋1)e)、氘核(eq\o\ar(2,1)H)、氚核(eq\o\ar(3,1)H)等．(2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒．(3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向．1．近代科学家发现了质子和中子等微观粒子，促进了对原子核的认识和利用。下列四个核反应方程式中都有中子，我国利用中子进行核裂变发电的反应方程式是（）A．B．C．D．【答案】B【详解】核裂变是指重核被中子轰击后分裂成两块质量差不多的中等大小的原子核，故根据核裂变的定义只有B选项正确。A选项是轻核聚变，C、D选项都是人工核反应。故选B。2．下列属于衰变的核反应方程是（

）A． B．C． D．【答案】C【详解】A．是轻核聚变，故A错误；B．是原子核的人工转变，故B错误；C．是衰变，故C正确；D．是原子核的人工转变，故D错误。故选C。3．近期热映的《流浪地球》这部电影获得了极大的好评，也涉及了许多物理知识，如氦闪、地球刹车和逃逸、木星的引力弹弓效应．太阳发生氦闪之前进行的是氢聚变，关于核反应的类型，下列表述正确的是A．是衰变B．是衰变C．是核聚变D．是核裂变【答案】A【分析】根据题中“核反应的类型…”可知，本题考查核反应的类型，应根据核反应中聚变、裂变、衰变和人工转变的特点分析推断．【详解】A：是α衰变，故A项正确．B：是人工转变，故B项错误．C：是人工转变，故C项错误．D：是β衰变，故D项错误．4．下列说法正确的是（）A．是α衰变方程 B．是核聚变方程C．是核裂变方程 D．是核聚变方程【答案】B【详解】A．是人工转变方程，选项A错误；

B．是核聚变方程，选项B正确；C．是α衰变方程，选项C错误；

D．是人工转变方程，选项D错误。故选B。5.我们在地球上获取和消耗的能量，绝大部分来自太阳内部核聚变释放的核能。下列核反应方程中，属于核聚变的是（）

A． B．C． D．【答案】B【详解】A．，是衰变方程，Ａ错误；

B．，是聚变方程，是太阳内部核聚变的反应方程，Ｂ正确；C．，是人工核转变，C错误；

D．，是裂变方程，D错误。故选B。6.新中国成立后，为了打破西方霸权主义的核威胁,巩固我们来之不易的独立自主，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中，终于在1964年、1967年分别成功爆炸我国第一颗原子弹（atombomb）和第一颗氢弹（hydrogenbomb）。下列核反应方程可表示氢弹的爆炸原理的是（）

A．B．C．D．【答案】D【详解】A．是发现质子的核反应方程，故A错误；B．是重核裂变方程，是对应原子弹爆炸的核反应方程，