高考物理一轮复习单元训练金卷第十三单元原子物理B卷（A3版，含解析）

第十三单元  

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．如图所示是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法错误的是(　　)

A．图1：卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型

B．图2：放射线在垂直纸面向外的磁场中偏转，可知射线甲带负电

C．图3：电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关

D．图4：链式反应属于核裂变，铀核的一种裂变方式为U＋n→Ba＋Kr＋3n

2．(2019∙全国I卷)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

3．下列说法正确的是(　　)

A．光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱无关

B．卢瑟福发现了电子，在原子结构研究方面做出了卓越的贡献

C．大量处于n＝3能级的氢原子在自发跃迁时，会发出3种不同频率的光

D．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，其核外电子的动能越大

4．如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图象（直线与横轴的交点的横坐标为4.29，与纵轴的交点的纵坐标为0.5），如图乙所示是氢原子的能级图，下列说法不正确的是(　　)

A．该金属的极限频率为4.29×1014 Hz

B．根据该图象能求出普朗克常量

C．该金属的逸出功为0.5 eV

D．用n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应

5．如图所示，N为铝板，M为金属网，它们分别和电池两极相连，各电池的极性和电动势在图中标出，铝的逸出功为4.2 eV。现分别用能量不同的光子照射铝板(各光子的能量在图上标出)，那么，下列图中有光电子到达金属网的是(　　)

A．①②③       B．②③       C．③④       D．①②

6．如图所示，氢原子在不同能级间发生a、b、c三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa、νb、νc，下列关系式正确的是(　　)

A．νb＝νa＋νc                        B．νa＝

C．νb＝                D．νc＝

7．首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是Li＋H→kHe，已知mLi＝7.0160 u，mH＝1.0078 u，mHe＝4.002 6u，则该核反应方程中的k值和质量亏损分别是(　　)

A．1和4.0212 u       B．1和2.0056 u       C．2和0.0186 u       D．2和1.9970 u

8．20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

9．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

10．一静止的铝原子核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

11．一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，并释放能量.下列说法正确的是(　　)

A．该核反应为裂变反应

B．该新核的中子数为2

C．氘核(H)与氚核(H)是两种不同元素的原子核

D．若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，则反应过程中的质量亏损为

12．氢原子的能级图如图所示，可见光的光子能量范围约为1.62～3.11 eV，金属钠的逸出功为2.29 eV，下列说法中正确的是(　　)

A．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出1种频率的可见光

B．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可发出2种频率的可见光

C．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光中有1种频率的光能使钠产生光电效应

D．大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光中有2种频率的光能使钠产生光电效应

13．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的关系图象。对于这两个光电管，下列判断正确的是(　　)

A．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压Uc不同

B．光电子的最大初动能不同

C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同

D．两个光电管的Uc－ν图象的斜率可能不同

二、(本题共4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．(10分)钚的放射性同位素Pu静止时衰变为铀核U和α粒子，并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知Pu、U、α粒子的质量分别为mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u、mα＝4.002 6 u，1 u相当于931.5 MeV/c2。

(1)写出衰变方程；

(2)若衰变放出光子的动量可忽略，求α粒子的动能。

15．(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)

16．(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？

17．(14分)美国物理学家密立根用精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量，这项工作成了爱因斯坦方程式在很小误差范围内的直接实验证据。密立根的实验目的是：测量金属的遏止电压U0与入射光频率v，由此计算普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程式的正确性。如图乙所示，是根据某次实验作出的U0－ν图像，电子的电荷量e＝1.6×10-19 C。试根据图像和题目中的已知条件：

(1)写出爱因斯坦光电效应方程；

(2)求这种金属的截止频率ν0；

(3)用图像的斜率k，写出普朗克常量h的表达式，并根据图像中的数据求出普朗克常量h。

单元训练金卷·高三·物理(B)卷

第十三单元  答 案

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．【答案】C

【解析】图1为α粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子的核式结构模型，故A正确；图2为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，根据左手定则可知，射线甲带负电，为β射线，故B正确；根据光电效应方程知：eU＝Ekm＝hν－W0，遏止电压与入射光的频率，及金属的材料有关，与入射光的强弱无关，故C错误；图4为核反应堆示意图即为核裂变，铀核的一种裂变方式为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故D正确。

2．【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。

3．【答案】C

【解析】光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱有关，饱和光电流的大小只与入射光的强度成正比，故A错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福提出原子的核式结构模型，故B错误；大量处于n＝3能级的氢原子在自发跃迁时，会发出C＝3种不同频率的光，故C正确；由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，量子数越大，离原子核越远，据k＝m可知核外电子速度越小，核外电子的动能越小，故D错误。

4．【答案】C

【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝hν－hν0，可知Ek－ν图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为4.29×1014 Hz，故选项A正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0得知该图线的斜率表示普朗克常量h，故选项B正确；当Ek＝hν－W0＝0时，逸出功为W0＝hν0＝6.63×10-34×4.29×1014 J=2.84×10-19 J≈1.78 eV，故选项C错误；用n＝3能级的氢原子跃迁到n＝2能级时所辐射的光子能量为ΔE＝E3－E2＝1.89 eV >1.78 eV，所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应，故D正确。

5．【答案】B

【解析】入射光的光子能量小于逸出功，则不能发生光电效应，故①错误；入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应；电场对光电子加速，故有光电子到达金属网，故②正确；入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，因为所加的电压为反向电压，反向电压为2 V，光电子能到达金属网，故③正确；入射光的光子能量大于逸出功，能发生光电效应，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，所加的反向电压为4 V，根据动能定理知，光电子不能到达金属网，故④错误。

6．【答案】A

【解析】因为Em－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故A正确。

7．【答案】C

【解析】根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得：7＋1＝4k，3＋1＝2k，可得k＝2；m前＝mLi＋mH＝7.016 0 u＋1.007 8 u＝8.023 8 u，反应后的总质量m后＝2mHe＝2×4.002 6 u＝8.005 2 u，反应前后质量亏损为Δm＝m前－m后＝8.023 8 u－8.005 2 u＝0.018 6 u，故A、B、D错误，C正确。

8．【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。

9．【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。

10．【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。

11．【答案】BD

【解析】一个氘核(H)与氚核(H)反应生成一个新核同时放出一个中子，根据电荷数守恒、质量数守恒知，新核的电荷数为2，质量数为4，则新核的中子数为2，属于轻核的聚变，故A错误，B正确；氘核(H)与氚核(H)都只有一个质子，属于同一种元素的两种同位素，故C错误；若该核反应释放的核能为ΔE，真空中光速为c，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可知，反应过程中的质量亏损为，故D正确。

12．【答案】AD

【解析】大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，可以发出C＝3种频率的光子，光子能量分别为：12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV，故只能发出1种频率的可见光，故选项A正确，B错误；发出的光子有两种的能量大于钠的逸出功，故有2种频率的光能使钠产生光电效应，故选项C错误，D正确。

13．【答案】ABC

【解析】根据光电效应方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，单色光的频率相同，金属的逸出功不同，则光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，A、B正确；虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流也可能相同，C正确；因为Uc＝－，知Uc－ν图线的斜率为，即只与h和e有关，为常数，D错误。

二、(本题共4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．【解析】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得，衰变方程为：

Pu→U＋He＋γ。(2分)

(2)设衰变放出的能量为ΔE，这些能量是铀核的动能EU，α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即为：

ΔE＝EU＋Eα＋Eγ  (2分)

即：EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ

设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有：

mUvU＝mαvα  (2分)

又由动能的定义知：EU＝mUv，Eα＝mαv  (2分)

解得：＝

联立解得：Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]

代入数据解得：Eα≈5.03 MeV。  (2分)

15．【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)

16．【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。

由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0＝2mv  (2分)

mv＝mv2＋mv2＋ΔE  (2分)

mv＝Ek＝13.6 eV  (2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)

17．【解析】(1)爱因斯坦光电效应方程：hν＝Ek＋W0。(2分)

(2)hν＝Ek＋W0，Ek＝0时对应的频率为截止频率。由动能定理－eU0＝0－Ek  (2分)

Ek＝0时对应的遏止电压U0＝0

故由图读出U0＝0时，这种金属的截止频率v0＝4.27×1014 Hz。(3分)

(3)由hν＝Ek＋W0，－eU0＝0－Ek，解得 (3分)

即斜率   (2分)

代入数值计算得h＝6.30×10-34 J∙s。  (2分)