2022届高中物理一轮复习 第十二单元 原子物理 训练卷 A卷 教师版

     2022届高三一轮单元训练卷

第十二单元 原子物理（A）

注意事项：

1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。

2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。

一、 (本题共13小题，每小题4分，共52分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～13题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)

1．对于光的认识，下列说法正确的是(　　)

A．光是一种机械波                    B．光是一种电磁波

C．光的能量是连续的                  D．光只能在空气中传播

【答案】B

【解析】根据光的波粒二象性可知，光是一种电磁波，光的能量是一份一份的，光在真空中也能传播，ACD错误，B正确。

2．下列有关近代物理内容的叙述，其中正确的是(　　)

A．太阳内部发生的核反应是热核反应

B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小

C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，势能变大，但原子的能量减小

D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子

【答案】A

【解析】太阳内部发生的核反应是热核反应，A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，B错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，吸收光子或其他能量，电子的动能减小，势能变大，原子的能量增大，C错误；原子核发生一次β衰变，是原子核内的一个中子变为质子时产生的电子，D错误。

3．以下说法正确的是(　　)

A．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量减小

B．紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的个数增多，光电子的最大初动能增大

C．氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同的频率的光，但它的光谱不是连续谱

D．天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构，阴极射线是原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流

【答案】C

【解析】氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子电势能增大，原子能量增大，A项错误；由Ek＝hν－W0可知，只增加光照强度而不改变光的频率，光电子的最大初动能不变，B项错误；原子核内的中子转变为质子时产生的高速电子流是β射线，不是阴极射线，D项错误。

4．我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产生的核辐射。请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是(　　)

A．H＋H→He＋n                  B．U＋n→Ba＋kr＋3n

C．Pu→Am＋e                  D．Al＋He→P＋n

【答案】C

【解析】A是聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于实验研究阶段；B是裂变反应，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还不能小型化；C是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式；D是人工核反应，需要高能α粒子。

5．氢光谱在可见光的区域内有4条谱线，按照在真空中波长由长到短的顺序，这4条谱线分别是Hα、Hβ、Hγ和Hδ，它们都是氢原子的电子从量子数大于2的可能轨道上跃迁到量子数为2的轨道时所发出的光。下列判断错误的是(　　)

A．电子处于激发态时，Hα所对应的轨道量子数大

B．Hγ的光子能量大于Hβ的光子能量

C．对于同一种玻璃，4种光的折射率以Hα为最小

D．对同一种金属，若Hα能使它发生光电效应，则Hβ、Hγ、Hδ都可以使它发生光电效应

【答案】A

【解析】由E＝h可知，波长大，光子能量小，故Hα光子能量最小，Hδ光子能量最大，再由h＝En－E2可知，Hα对应的轨道量子数最小，A错误。

6．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

【答案】A

【解析】由题意可知，基态（n＝1）氢原子被激发后，至少被激发到n＝3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63 eV～3.10 eV的可见光。故ΔE＝－1.51 eV－(－13.60)eV＝12.09 eV。

7．“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长λ的变化情况是(　　)

A．I增大，λ增大            B．I增大，λ减小

C．I减小，λ增大           D．I诚小，λ减小

【答案】B

【解析】黑体辐射的实验规律如图，特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度I增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以λ减小。故选项B正确。

8．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有(　　)

A．H＋H→He＋n是核聚变反应

B．H＋H→He＋n是β衰变

C．U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂变反应

D．U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰变

【答案】AC

【解析】β衰变时释放出电子(e)，α衰变时释放出氦原子核(He)，B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应，A、C正确。

9．20世纪初，爱因斯坦提出光子理论，使得光电效应现象得以完美解释。玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的。关于光电效应和氢原子模型，下列说法正确的是(　　)

A．光电效应实验中，照射光足够强就可以有光电流

B．若某金属的逸出功为W0，则该金属的截止频率为

C．保持照射光强度不变，增大照射光频率，在单位时间内逸出的光电子数将减少

D．氢原子由低能级向高能级跃迁时，吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差

【答案】BC

【解析】发生光电效应的条件是照射光频率大于截止频率，并不是光足够强就能发生光电效应，故A错误；金属的逸出功W0＝hν，得ν＝，故B正确；一定强度的照射光照射某金属发生光电效应时，照射光的频率越高，单个光子的能量值越大，光子的个数越少，单位时间内逸出的光电子数就越少，故C正确；氢原子由低能级向高能级跃迁时，吸收光子的能量等于两能级间能量差，故D错误。

10．以下关于玻尔原子理论的说法正确的是(　　)

A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的

B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射

C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时，要辐射光子

D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收

【答案】AD

【解析】玻尔原子理论的基本假设之一就是电子运行的轨道半径是量子化的，是不连续的．假设之二就是电子在特定轨道上绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有在不同轨道间跃迁时才会产生电磁辐射，故A正确，B错误；氢原子在不同轨道上的能级表达式为En＝E1，电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时能量增大，要吸收光子，故C错误；由于氢原子发射的光子的能量满足E＝En－Em，即E1－E1＝hν，所以不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被吸收，故D正确。

11．一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是(　　)

A．核反应方程为p＋Al→Si*

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

【答案】AB

【解析】根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为p＋Al→Si*，A正确；核反应过程中释放的核力远远大于外力，故系统动量守恒，B正确；核反应过程中系统能量守恒，C错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误。

12．太阳的能量来源是氢核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看做是4个氢核(H)结合成1个氦核同时放出2个正电子。下表中列出了部分粒子的质量(取1 u＝×10－26 kg)

以下说法正确的是(　　)

A．核反应方程为4H→He＋2e

B．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kg

C．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29 kg

D．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12 J

【答案】ACD

【解析】由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得4H→He＋2e，故选项A正确；反应中的质量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55) u＝0.026 6 u＝4.43×10－29 kg，故选项C正确，B错误；由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2 J≈4×10－12 J，故选项D正确。

13．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡．英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(Po)。若元素钋发生某种衰变，其半衰期是138天，衰变方程为Po→Pb＋Y＋γ，则下列说法正确的是(　　)

A．该元素发生的是β衰变

B．Y原子核含有4个核子

C．γ射线是衰变形成的铅核释放的

D．200 g的Po经276天，已发生衰变的质量为150 g

【答案】BCD

【解析】根据衰变反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，放出的粒子Y的质量数为210－206＝4，电荷数为84－82＝2，即Y为α粒子，Y原子核含有4个核子，即该元素发生的是α衰变，选项A错误，B正确；衰变形成的铅核处于激发态，回到基态时释放出γ射线，选项C正确；根据半衰期的意义，经过两个半衰期后，剩余，即200 g的Po经276天，已发生衰变的质量为150 g，选项D正确。

二、(本题共5小题，共48分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

14．(6分)氢原子基态的能量为E1＝－13.6 eV，大量氢原子处于某一激发态，由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，频率最小的光子的能量为________eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有________种不同的频率。

【答案】0.31　10   (每空3分)

【解析】频率最大的光子对应于从最高能级向基态的跃迁，则有En－E1＝－0.96E1，又因为En＝E1，故可得n＝5，因而频率最小的光子对应于从n＝5到n＝4的能级跃迁，具有的能量ΔE＝E5－E4＝－＝0.31 eV，因氢原子是大量的，故由C＝10知可具有10种不同频率的光子。

15．(8分)小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。

(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；

(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；

(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J。

【答案】(1)阳极  (2分)

(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确]　3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确]  (3分)

(3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]  (3分)

【解析】(1)在光电效应中，电子向A极运动，故电极A为光电管的阳极。

(2)由题图可知，铷的截止频率νc为5.15×1014 Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J。

(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由Ek＝hν－hνc得光电子的最大初动能Ek＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19 J。

16．(10分)已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226。试问：

(1)镭核中有几个质子？几个中子？

(2)镭核所带的电荷量是多少？

(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？

(4)Ra是镭的一种同位素，让Ra和Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？

【解析】原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。由此可得：

(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数Z为88，中子数N等于原子核的质量数A与质子数Z之差，即N＝A－Z＝226－88＝138 (2分)

(2)镭核所带电荷量Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C  (2分)

(3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子为88  (2分)

(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有qvB＝m，故r＝ (2分)

两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故＝＝。(2分)

17．(12分)用质子流轰击固态的重水D2O，当质子和重水中的氘核发生碰撞时，系统损失的动能如果达到核反应所需要的能量，将发生生成He核的核反应。

(1)写出质子流轰击固态的重水D2O的核反应方程；

(2)当质子具有最小动能E1＝1.4 MeV时，用质子流轰击固态的重水D2O(认为氘核是静止的)刚好可发生核反应；若用氘核轰击普通水的固态冰(认为质子是静止的)时，也能发生同样的核反应，求氘核的最小动能E2。(已知氘核质量等于质子质量的2倍)

【解析】(1)核反应方程为H＋D→He  (2分)

(2)设质子、氘核的质量分别为m、M，当质子和氘核发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大。由动量守恒定律得：

mv0＝(m＋M)v  (1分)

质子轰击氘核损失的动能：

ΔE1＝mv－(m＋M)v2  (1分)

E1＝mv  (1分)

解得：ΔE1＝E1  (2分)

同理可得，氘核轰击质子系统损失的动能ΔE2＝E2  (1分)

由于用质子轰击氘核和用氘核轰击质子核反应方程相同，故发生核反应所需的最小能量相同，由题意有

ΔE1＝ΔE2，＝  (2分)

联立解得：E2＝2.8 MeV。  (2分)

18．(12分)原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)。一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰。

(1)能否使静止氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级图如图所示)

(2)若上述碰撞中可以使静止氢原子发生电离，则运动氢原子的初动能至少为多少？

【解析】(1)设运动氢原子的速度为v0，发生完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被静止氢原子吸收。若ΔE＝10.2 eV，则静止氢原子可由n＝1能级跃迁到n＝2能级。  (2分)

由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0＝2mv  (2分)

mv＝mv2＋mv2＋ΔE  (1分)

mv＝Ek＝13.6 eV  (1分)

联立解得ΔE＝×mv＝6.8 eV 

因为ΔE＝6.8 eV<10.2 eV，所以不能使静止氢原子发生跃迁。(2分)

(2)若要使静止氢原子电离，则ΔE≥13.6 eV  (2分)

联立解得Ek≥27.2 eV。 (2分)