【三维设计】2017-2018高中物理二轮专题检测：(十九) “活学巧记”掌握原子物理学 Word版含解析

专题检测（十九）“活学巧记”掌握原子物理学
1．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()
A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 s
D．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
解析：选A发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项A正确；光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项B错误；发生光电效应的反应时间一般都不超过10－9s，选项C错误；只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项D错误。

2．(2016·全国卷Ⅲ)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*。

下列说法正确的是()
A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*
B．核反应过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
E．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致
解析：选ABE核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋2713Al→2814 Si*，A正确。

核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，B正确，C错误。

核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误。

根据动量守恒定律有m p v p＝m Si v Si，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，E正确。

3．[多选]1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。

如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()
A．亮条纹是电子到达概率大的地方
B ．该实验说明物质波理论是正确的
C ．该实验再次说明光子具有波动性
D ．该实验说明实物粒子具有波动性
解析：选ABD 电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B 、D 正确，C 错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A 正确。

4．[多选](2018届高三·牡丹江一中摸底)以下说法正确的是( )
A ．太阳内部发生的核反应是核聚变反应
B ．康普顿效应表明光子具有能量，但没有动量
C ．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构模型
D ．根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小
解析：选AD 太阳内部发生的核反应是轻核聚变反应，A 正确；康普顿效应表明光子不仅具有能量还具有动量，故B 错误；卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构模型，故C 错误；根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，
释放一定频率的光子，轨道半径减小，根据k e 2r 2＝m v 2r 知，动能增大，由于能量减小，则电势能减小，故D 正确。

5．(2014·全国卷Ⅱ)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。

下列说法符合历史事实的是( )
A ．密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值
B ．贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核
C ．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素
D ．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子
E ．汤姆孙通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷
解析：选ACE 密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A 项正确；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型，B 项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C 项正确；卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D 项错误；汤姆孙根
据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况确定了阴极射线的本质是带电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，E 项正确。

6．对下列各原子核变化的方程，表述正确的是( )
A.31H ＋21H →42He ＋10n 是核聚变反应
B.31H ＋21H →42He ＋10n 是α衰变
C.8234Se →8236Kr ＋2
0－1e 是核裂变反应 D.235 92U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋210n 是β衰变
解析：选A 31H ＋21H →42He ＋10n ，属于核聚变反应，A 正确，B 错误；8234Se →8236Kr ＋20－1
e 是β衰变，C 错误；235 92U ＋10n →140 54Xe ＋9438Sr ＋210n 是核裂变反应，D 错误。

7．[多选]中子和质子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H ＋10n →21H ＋γ，以
下说法正确的是( )
A ．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量
B ．反应前后质量数不变，因而质量不变
C ．由核子组成原子核一定向外释放能量
D ．光子所具有的能量为Δmc 2，Δm 为反应中的质量亏损，c 为光速
解析：选ACD 根据质能方程，这个反应释放能量，一定发生质量亏损，即反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量，这个质量亏损与释放能量的关系满足质能方程ΔE ＝Δmc 2。

由核子组成原子核一定向外释放能量，这个能量叫原子核的结合能。

反应前后质量数不变，但质量变化。

选项A 、C 、D 正确。

8．[多选]静止的镭原子核228 88Ra 经一次α衰变后变成一个新核Rn ，则下列相关说法正确的是( )
A ．该衰变方程为228 88 Ra →224 86Rn ＋42He
B ．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg 的228 88 Ra 中有1.5 kg 已经发生了衰变
C ．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核228 88Ra 越来越少，其半衰期也变短
D ．若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度
解析：选AB 由镭的α衰变方程228 88Ra →224 86Rn ＋42He ，可判断A 正确。

由m ＝m 0⎝⎛⎭⎫12t τ，可知，t ＝2τ时，m ＝0.5 kg ，则已衰变的镭为m 衰＝2 kg －0.5 kg ＝1.5 kg ，B 正确。

放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关
系，C 、D 错误。

9．已知氘核的平均结合能为1.1 MeV ，氦核的平均结合能为7.1 MeV ，则两个氘核结合成一个氦核时( )
A ．释放出4.9 MeV 的能量
B ．释放出6.0 MeV 的能量
C ．释放出24.0 MeV 的能量
D ．吸收4.9 MeV 的能量
解析：选C 根据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为21H ＋21H →42He ，
由于氘核的平均结合能为1.1 MeV ，氦核的平均结合能为7.1 MeV ，故结合前氘核的结合能为E 1＝2×1.1 MeV ，结合后氦核的结合能为E 2＝4×7.1 MeV ，故ΔE ＝2E 1－E 2＝－24.0 MeV ，负号表示释放能量，选项C 正确。

10．(2018届高三·宁波调研)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为( )
A.λ1λ2λ1＋λ2
B.λ1λ2λ1－λ2
C.λ1＋λ22
D.λ1－λ22
解析：选A 中子的动量p 1＝h λ1，氘核的动量p 2＝h λ2
，同向正碰后形成的氚核的动量p 3＝p 2＋p 1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝h p 3＝λ1λ2λ1＋λ2
，A 正确。

11.(2017·河北定州中学模拟)可见光光子的能量在1.61～3.10 eV
范围内。

如图所示，氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中，根据
氢原子能级图可判断( )
A ．从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线
B ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接
跃迁到第2能级放出的光子频率更高
C ．从第4能级跃迁到第3能级放出的光子，比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长
D ．氢原子从第4能级跃迁到第3能级时，原子要吸收一定频率的光子，原子的能量增加
解析：选C 从n ＝4能级跃迁到n ＝3能级时辐射的光子能量ΔE 43＝[－0.85－(－
1.51)]eV ＝0.66 eV ，不在可见光光子能量范围之内，属于红外线，故A 错误；从n ＝4能级
跃迁到n ＝2能级时辐射的光子能量ΔE 42＝[－0.85－(－3.4)]eV ＝2.55 eV>ΔE 43，光子的频率ν＝ΔE h ，所以ν43<ν42，故B 错误；从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级时辐射的光子能量ΔE 41＝[－0.85－(－13.6)]eV ＝12.75 eV>ΔE 43，光子的波长λ＝hc ΔE
，所以λ43>λ41，故C 正确；从第4能级跃迁到第3能级时，原子要辐射一定频率的光子，原子的能量减少，故D 错误。

12．[多选](2017·济宁一模)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K 和阳极A 上的电压的关系图像，下列说法正确的是( )
A ．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大
B ．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定
C ．只要增大电压，光电流就会一直增大
D ．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大
解析：选ABD 由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A 正确；根据光电效应方程知，E km ＝hν－W 0＝eU c ，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故B 正确；增大电压，当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，故C 错误；根据E km ＝eU c ，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故D 正确。

13.[多选]如图为玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意
图，一群氢原子处于n ＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，
以下说法符合玻尔理论的有( )
A ．电子轨道半径减小，动能增大
B ．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线
C ．由n ＝4跃迁到n ＝1时发出光子的频率最小
D ．金属钾的逸出功为2.21 eV ，能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条
解析：选AD 氢原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，电子的轨道半径减小，动能增大，电势能减小，故A 正确；能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，则氢原子跃迁时，发出不连续的光谱线，故B 错误；由n ＝4跃迁到n
＝1时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，故C 错误；一群处于第4能级的氢原子跃迁到较低能级时可以放出6条光谱线，能量大于2.21 eV 的光谱线有4条，故D 正确。

14.[多选](2017·西工大附中三模)如图所示，用某单色光照射光电管
的阴极K ，会发生光电效应。

在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，
通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表
中电流恰为零，此时电压表的电压值U 称为反向遏止电压。

现分别用
频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为U 1和U 2，
设电子的质量为m 、电荷量为e ，下列说法正确的是( )
A ．频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为 2eU 1m
B ．频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为 eU 22m
C ．阴极K 金属的逸出功为W ＝e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2
D ．阴极K 金属的极限频率是ν0＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2 解析：选ACD 在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压，逸出的光电子在反向电场中做
减速运动，根据动能定理可得－eU ＝0－12m v 2m
，解得光电子的最大初速度为v m ＝ 2eU m ，所以频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为 2eU 1m ，用频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为 2eU 2
m ，故A 正确，B 错误；根据光电效应方程可得hν1＝eU 1＋W ，
hν2＝eU 2＋W ，联立可得W ＝
e (U 1ν2－U 2ν1)ν1－ν2，h ＝e (U 1－U 2)ν1－ν2，阴极K 金属的极限频率ν0＝W h ＝U 1ν2－U 2ν1U 1－U 2
，C 、D 正确。

[教师备选题]
1．(2018届高三·北京市丰台区摸底)关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是
( )
A ．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大
B ．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子
C ．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小
D ．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小
解析：选C氢原子处于基态时，电子的轨道半径最小，故A错误；由hν＝E m－E n 知氢原子在不同能量态之间跃迁时只可以吸收特定频率的光子，故B错误；氢原子从基态向较高能量态跃迁，电子到氢原子核的距离增大，匀速圆周运动的半径增大，线速度减小，动能减小，C正确；氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子到氢原子核的距离增大，电场力做负功，电势能增大，D错误。

2．关于近代物理，下列说法正确的是()
A．β衰变时，β射线是原子的核外电子释放出来的
B．组成原子核的核子质量之和大于原子核的质量
C．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．α粒子散射实验表明核外电子轨道是量子化的
解析：选Bβ衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转化成了一个质子和一个电子，而不是原子的核外电子释放出来的，故A错误；当自由核子结合成原子核时，核力将做功，核子结合在一起时会释放能量，故组成原子核的核子质量之和大于原子核的质量，B正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，知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，故C错误；根据玻尔理论可知，核外电子轨道是量子化的，故D错误。

3.(2017·龙岩模拟)1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕
它运动的正电子组成。

反质子和质子有相同的质量，带有等量异种
电荷。

反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示。

下列说法中正确的是()
A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同
B．基态反氢原子的电离能是13.6 eV
C．基态反氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁
D．在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长
解析：选B反氢原子和氢原子有相同的能级分布，所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故A错误；处于基态的氢原子的电离能是13.6 eV，具有大于等于13.6 eV能量的光子可以使氢原子电离，故B正确；基态的反氢原子吸收11 eV光子，能量为－13.6 eV＋11 eV
＝－2.6 eV ，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收，故C 错误；在反氢原子谱线中，从n ＝2能级跃迁到基态辐射光子能量很大，频率很大，波长很小，故D 错误。

4.[多选](2018届高三·保定调研)如图所示，这是一个研究光电效应
的电路图，下列叙述中正确的是( )
A ．只调换电源的极性，移动滑片P ，当电流表示数为零时，电压
表示数为遏止电压U c 的数值
B ．保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，电流表示数
将一直增大
C ．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大
D ．图中入射光束的频率减小到某一数值ν0时，无论滑片P 怎样滑动，电流表示数都为零，则ν0是阴极K 的极限频率
解析：选ACD 只调换电源的极性，移动滑片P ，电场力对电子做负功，当电流表示
数为零时，则有qU ＝12
m v 2－0，那么电压表示数为遏止电压U c 的数值，故A 正确；保持光照条件不变，滑片P 向右滑动的过程中，导致电压增大，则电场力做功增大，则电流表示数会增大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不再增大，故B 错误；不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，则光电子数目增多，那么电流表示数会增大，故C 正确；入射光束的频率减小到某一数值ν0时，无论滑片P 怎样滑动，电流表示数都为零，则不会发生光电效应，可知ν0是阴极K 的极限频率，故D 正确。

5．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些装饰材料都不同程度地含有放射性元素，下列有关放射性知识的说法中正确的是( )
A ．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱
B ．氡的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天后就一定只剩下1个氡原子核
C.238 92U 衰变成206 82Pb 要经过8次β衰变和8次α衰变
D ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的 解析：选D β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故A 错误；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用 ，故B 错误；因为β
衰变时质量数不变，所以α衰变的次数n ＝238－2064
＝8，在α衰变的过程中电荷数共减少16，则β衰变的次数m ＝82＋16－921
＝6，故C 错误；β衰变时，原子核内的一个中子转变
为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故D正确。