高三物理精准提升专题训练卷 原子物理

这是一份高三物理精准提升专题训练卷 原子物理，共9页。试卷主要包含了应用① 原子能级跃迁问题，5×1014 Hz，00 eV，3 d B．101，0 V，内阻可忽略，60 eV等内容，欢迎下载使用。

常考题型
1.应用① 原子能级跃迁问题
例1．(2023∙全国I卷∙14) 氢原子能级示意图如图所示，光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光。要使处于基态（n＝1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为( )
A．12.09 eV B．10.20 eV
C．1.89 eV D．1.5l eV
解析：因为可见光光子的能量范围是1.63～3.10 eV，所以氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，即选项A正确。
答案:A
2.应用② 光电效应的规律
例2．利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是( )
A．金属钾发生光电效应的截止频率约为5.5×1014 Hz
B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV
C．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I
D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V
解析：设金属的截止频率为νc，由W0＝hνc解得νc＝5.5×1014 Hz，A正确；由光电效应方程Ek＝hν－W0，若入射光的频率加倍，W0不变，所以光电子的最大初动能并不加倍，B错误；若入射光的频率加倍，电流表的示数不一定是原来的2倍，C错误；由Ek＝hν－W0知入射光的能量为hν＝3.75 eV，若入射光的频率加倍，则Ek′＝2hν－W0＝5.25 eV，而eUc＝Ek′，所以遏止电压Uc＝5.25 V，D正确。
答案:AD
3.应用③ 原子核的衰变规律及核反应方程
例3．(2023∙全国乙卷∙17)医学治疗中常用放射性核素产生γ射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为m0的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为( )
A．67.3 d B．101.0 d C．115.1 d D．124.9 d
解析：由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为
。
答案:C
对点速练
1．关于近代物理的知识，下列说法正确的是( )
A．查德威克发现质子的核反应方程为eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋eq \\al(1,1)H
B．β衰变就是原子核内的一个质子转变为一个中子和电子，电子被释放出来
C．铀核裂变的一种核反应方程为eq \\al(235, 92)U→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋2eq \\al(1,0)n
D．若氢原子从n＝6的能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应
答案:D
解析：发现质子的是卢瑟福，故A错误；β衰变实质是原子核内的一个中子转变为一个质子并以β射线的形式释放出一个电子，故B错误；铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中的一种核反应方程eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(141, 56)Ba＋eq \\al(92,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，故C错误；根据玻尔理论可知，氢原子从n＝6的能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的光子的能量大于氢原子从n＝6的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光子的能量，结合光电效应发生的条件可知，若氢原子从n＝6的能级向n＝1的能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故D正确。
2．如图所示为氢原子的能级图，现有一群处于n＝3能级的激发态的氢原子，则下列说法正确的是( )
A．能发出6种不同频率的光子
B．波长最长的光是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的
C．发出的光子的最小能量为12.09 eV
D．处于该能级的氢原子至少需吸收1.51 eV能量的光子才能电离
答案:D
解析：一群处于n＝3能级的激发态的氢原子能发出Ceq \\al(2,3)＝3种不同频率的光子，选项A错误；由辐射条件知氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子频率最大，波长最短，选项B错误；发出的光子的最小能量为E3－E2＝1.89 eV，选项C错误；n＝3能级对应的氢原子能量是－1.51 eV，所以处于该能级的氢原子至少需吸收1.51 eV能量的光子才能电离，故选项D正确。
3．下列说法正确的是( )
A．eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋X中X为中子，核反应类型为衰变
B．eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋Y中Y为中子，核反应类型为人工核转变
C．eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变
D．eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋Z，其中Z为氢核，核反应类型为轻核聚变
答案:C
解析：核反应方程eq \\al(238, 92)U→eq \\al(234, 90)Th＋eq \\al(4,2)He，放出的是α粒子，这是α衰变，故A错误；eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋Y中Y为中子，核反应类型为轻核聚变，故B错误；裂变是重核吸收一个慢中子后分裂成两个或两个以上的中等质量的原子核的过程，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，裂变方程中裂变的核反应可能为eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(136, 54)Xe＋eq \\al(90,38)Sr＋K，其中K为10个中子，核反应类型为重核裂变，故C正确；核反应方程eq \\al(14, 7)N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, 8)O＋Z是人工核反应方程，不是轻核聚变，故D错误。
4．eq \\al(66,29)Cu是铜的一种同位素，研究发现eq \\al(66,29)Cu具有放射性，其发生衰变时伴有γ光子辐射，衰变方程为eq \\al(66,29)Cu→eq \\al(62,27)C＋eq \\al(4,2)He，则下列说法中正确的是( )
A．γ光子是衰变过程中eq \\al(66,29)Cu核辐射的
B．8个eq \\al(66,29)Cu核在经过2个半衰期后，一定还有2个eq \\al(66,29)Cu核未发生衰变
C．由于衰变时有能量释放，所以eq \\al(62,27)C比eq \\al(66,29)Cu的比结合能小
D．原子核的天然放射现象说明原子核是可分的
答案:D
解析：衰变时，蕴含在eq \\al(66,29)Cu核内的能量会释放出来，使产生的新核eq \\al(62,27)C处于激发态，当它向低能级跃迁时辐射出γ光子，故选项A错误；半衰期是统计规律，对大量的原子核适用，对少数原子核不适用，故选项B错误；由于衰变时有能量释放，所以eq \\al(62,27)C比eq \\al(66,29)Cu的比结合能大，故选项C错误；原子核的天然放射现象说明原子核内部具有复杂结构，并且说明原子核是可分的，故选项D正确。
5．已知真空中的光速c＝3.0×108 m/s，下列说法正确的是( )
A．铋210的半衰期是5天，经过10天，32个铋210衰变后还剩下8个
B．用中子轰击铀核的核反应方程为eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n，属于原子核的衰变
C．若核反应eq \\al(1,0)n＋eq \\al(1,1)H―→eq \\al(2,1)H释放出2.2 MeV能量，该过程质量亏损为3.9×10－30 kg
D．某原子核eq \\al(A,Z)X吸收一个中子后，放出一个电子，最后分裂为两个α粒子，则A＝7，Z＝2
答案:C
解析：半衰期是针对大量原子核的衰变行为的统计规律，少数原子核不适用此规律，选项A错误；eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n―→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n是原子核的裂变，选项B错误；根据ΔE＝Δmc2，可得Δm＝3.9×10－30 kg，选项C正确；核反应方程为eq \\al(A,Z)X＋eq \\al(1,0)n→eq \\al( 0,－1)e＋2eq \\al(4,2)He，根据质量数和电荷数守恒可知A＋1＝8，Z＋1＝4，则A＝7，Z＝3，选项D错误。
6．许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝eq \f(E1,n2)，其中n＝2，3，4，…。1885年，巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写作eq \f(1,λ)＝R(eq \f(1,22)－eq \f(1,n2))，n＝3，4，5，…，式中R叫做里德伯常量，这个公式称为巴尔末公式。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则里德伯常量R可以表示为( )
A．－eq \f(E1,2hc) B．eq \f(E1,2hc) C．－eq \f(E1,hc) D．eq \f(E1,hc)
答案:C
解析：若氢原子从n>2的能级跃迁到n＝2的能级，由玻尔理论可得eq \f(E1,n2)－eq \f(E1,22)＝hν＝eq \f(hc,λ)，按照巴尔末公式，氢原子由n>2的能级跃到n＝2的能级，放出的谱线的波长满足eq \f(1,λ)＝R(eq \f(1,22)－eq \f(1,n2))，以上两式相比较可得－E1＝hcR，故里德伯常量R可以表示为R＝－eq \f(E1,hc)，选项C正确。
7．科学家对氢光谱可见光区的四条谱线进行了分析，发现这些谱线的波长可以用公式eq \f(1,λ)＝Req \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))来表示。关于此公式，下列说法正确的是( )
A．该公式是玻尔首先通过对光谱的分析得到的经验公式
B．公式中R为普朗克常量
C．公式中n的取值范围为自然数
D．公式中n越大，辐射出的光子能量越大
答案:D
解析：公式eq \f(1,λ)＝Req \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,22)－\f(1,n2)))是巴尔末通过对氢原子的光谱分析总结出来的经验公式，公式中的R叫做里德伯常量，选项A、B错误；公式中n的取值范围n＝3，4，5，…，选项C错误；公式中n越大，得出的光的波长λ越短，由ν＝eq \f(c,λ)可知，对应的光的频率越大，由E＝hν可知，光子能量E越大，选项D正确。
8．如图所示，在研究光电效应实验的电路中，设光电管阴极K的逸出功为W0，电源的电动势E＝4.0 V，内阻可忽略。滑动变阻器的金属丝电阻均匀，总有效长度为L。滑动触头P置于金属电阻丝的正中央c点，闭合开关，用光子能量为3.5 eV的一束单色光照射光电管阴极K，发现灵敏电流计示数不为零；将滑动触头P从c点向左移动eq \f(1,4)L，电流计示数刚好减小到零。若将滑动触头P从c点向右移动eq \f(1,4)L，光电子到达阳极A的最大动能为Ekmax，则( )
A．W0＝2.5 eV，Ekmax＝1.0 eV
B．W0＝2.5 eV，Ekmax＝2.0 eV
C．W0＝1.0 eV，Ekmax＝1.0 eV
D．W0＝1.0 eV，Ekmax＝2.0 eV
答案:B
解析：入射光的光子能量ε＝hν＝3.5 eV，阴极K的逸出功为W0，则逸出光电子的最大初动能Ek1＝hν－W0；P从c点向左移动eq \f(1,4)L，光电管上加有反向电压U＝eq \f(1,4)E＝1.0 V，电流计示数刚好减小到零，故－eU＝0－Ek1，Ek1＝1.0 eV，W0＝3.5 eV－1.0 eV＝2.5 eV；触头P从c点向右移动eq \f(1,4)L时，光电管上加有正向电压U′＝eq \f(1,4)E＝1.0 V，则光电子到达阳极A的最大动能Ekmax＝Ek1＋eU′＝2.0 eV，故选项B正确。
9．(多选)如图所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49 eV的金属钠。下列说法正确的是( )
A．这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光波长最长
B．这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大
C．能让金属钠发生光电效应的光只有一种
D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是9.60 eV
答案:AD
解析：根据Ceq \\al(2,3)＝3知，这群氢原子能辐射出三种不同频率的光子，从n＝3向n＝2跃迁的光子频率最小，波长最长，故A正确；氢原子辐射光子的过程中，能量减小，轨道半径减小，根据keq \f(e2,r2)＝meq \f(v2,r)和Ek＝eq \f(1,2)mv2，可知电子动能增大，则电势能减小，故B错误；只有从n＝3跃迁到n＝1，以及从n＝2跃迁到n＝1辐射的光子能量大于逸出功，所以能发生光电效应的光有两种，故C错误；从n＝3跃迁到n＝1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.6 eV－1.51 eV＝12.09 eV，根据光电效应方程得Ekm＝hν－W0＝12.09 eV－2.49 eV＝9.60 eV，故D正确。
10．(多选)关于原子和原子核的知识，下列说法正确的是( )
A．α粒子散射实验表明，原子是可分的
B．根据玻尔理论可知，氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以辐射各种不同频率的光子
C．原子核的结合能越大，原子核越牢固
D．原子核发生β衰变，原子核的质子数会增多
答案:AD
解析：卢瑟福由α粒子散射实验提出了原子核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，原子核式模型即原子是可分的，故A正确；根据玻尔理论可知，氢原子从高能级向低能级跃迁时，可以辐射一系列不同频率的光子，选项B错误；原子核的比结合能越大，原子核越牢固，选项C错误；经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1，故D正确。
11．(多选)下列几幅图的有关说法中正确的是( )
A．甲图中少数α粒子发生了较大角度偏转，是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B．乙图中射线丙由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，射线乙不带电，是高速运动的中子流
C．丙图中强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关
D．丁图为粒子通过气泡室时的照片，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况
答案:ACD
解析：少数α粒子发生了较大偏转，说明原子的几乎全部质量和所有正电荷主要集中在很小的核上，否则不可能发生大角度偏转，故A正确；根据带电粒子在磁场中偏转，结合左手定则可知，射线丙由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，而射线乙不偏转，说明其不带电，是光子，故B错误；根据eU截＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,m)＝hν－W，当强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点，说明发生光电效应时最大初动能与光的强度无关，故C正确；由D图和根据玻尔理论知道，通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况，故D正确。
参考答案
1．解析：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
答案:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
2．解析：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
答案:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX