2025版高考物理全程一轮复习训练题单元素养评价十六波粒二象性原子结构原子核

这是一份2025版高考物理全程一轮复习训练题单元素养评价十六波粒二象性原子结构原子核，共6页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．[2024·四川巴中统考模拟]下列说法正确的是( )
A．天然放射现象说明原子核具有复杂结构
B．有6个能发生α衰变的原子核经过一个半衰期一定还剩3个没有衰变的原子核
C．大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁能产生两种不同频率的光子
D．某种频率的光照射某金属表面能发生光电效应，所有光电子初动能都相等
2．[2024·福建厦门模拟]2023年4月12日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新的世界纪录，其内部发生的核反应方程为 eq \\al(2,1) H＋ eq \\al(3,1) H―→ eq \\al(4,2) He＋X，则( )
A．X为正电子
B．该反应为α衰变
C．反应前后质量守恒
D． eq \\al(4,2) He的平均结合能比 eq \\al(2,1) H的平均结合能大
3．[2024·四川南充统考模拟]日本政府公布的福岛核电站核污水的排海计划，引起了中国的高度关注．福岛核事故泄漏到海洋的污染物含有多种放射性物质，主要有三种：碘131、铯134 和铯 137，它们的半衰期分别为8天、2年和30年，其中铯137的衰变方程为 eq \\al(137, 55) Cs―→ eq \\al(137, 56) Ba＋X，下列说法正确的是( )
A．随着未衰变原子核数量的减少，元素的半衰期也相应变短
B．从长时间来看， 碘131的放射性危害小于铯137的放射性危害
C．铯137衰变时，衰变产物中的X为质子
D．铯137衰变时会放出能量，衰变过程中的质量亏损等于X的质量
4．[2024·山西阳泉统考]氢原子的能级图如图所示，欲使处于n＝4能级的大量的氢原子向低能级跃迁，发出频率不同的大量的光子，然后用这些光子照射下表中的几种金属，则能发生光电效应的金属有几种( )
A.1种 B．2种 C．3种 D．4种
5．目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子．氢原子第n能级的能量为En＝ eq \f(E1,n2)，其中E1＝－13.6 eV.如图是按能量排列的电磁波谱，要使n＝20的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是( )
A．红外线波段的光子 B．可见光波段的光子
C．紫外线波段的光子 D．X射线波段的光子
6．[2024·江苏扬州一模]正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理：将放射性同位素 eq \\al(15,8)O注入人体， eq \\al(15,8)O在人体内衰变放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，光子被探测器探测后经计算机处理产生清晰图像，下列说法正确的是( )
A． eq \\al(15,8)O在人体内衰变的方程是 eq \\al(15,8)O―→ eq \\al(15,7)N＋ eq \\al(0,1) n
B．正负电子湮灭的方程式是 eq \\al(0,1) e＋ eq \\al(0,－1)e―→2γ
C．正负电子相遇而湮灭违背了能量守恒定律
D．在PET中， eq \\al(15,8)O的主要用途是参与人体的代谢过程
7．下列四幅图的有关说法正确的是( )
A．图1中的人用大锤连续敲打，小车能在光滑的水平面上持续向右运动
B．图2中若改用绿光照射，验电器金属箔一定不张开
C．图3为氢原子能级示意图，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，能使逸出功为2.21 eV的金属钾发生光电效应的光谱线有4条
D．图4可以得知原子核F的比结合能小于原子核E的比结合能，原子核D和E聚成原子核F时会有质量亏损，要释放能量
二、多项选择题(本题共3小题，在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求)
8．[2024·福建福州2月检测]下列关于原子物理相关知识说法正确的是( )
A．在裂变反应 eq \\al(235, 92) U＋ eq \\al(1,0) n―→ eq \\al(89,36) Kr＋ eq \\al(144, 56) Ba＋3 eq \\al(1,0) n中，钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大
B．放射性元素铀的半衰期为138天，100 g的铀经过276天，还剩有25 g的铀未衰变
C．β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D．核反应 eq \\al(14,7)N＋ eq \\al(4,2) He―→ eq \\al(17,8)O＋ eq \\al(1,1) H属于α衰变
9．[2024·福建厦门一模]关于下列四幅图的说法正确的是( )
A．图甲中，使摆球A先摆动，摆球B、C接着摆动起来，B摆的振动周期最大
B．图乙为某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像．若用频率分别为0.6ν0和0.8ν0的两种单色光同时照射该金属，能使该金属发生光电效应
C．图丙是一束复色光进入水珠后传播的示意图，其中a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度
D．图丁所示为双缝干涉示意图，挡板到屏的间距越大，相邻亮条纹间距越大
10．[2024·广西南宁联考模拟]氢原子能级如图甲所示，一群处于n＝5能级的氢原子，向低能级跃迁时发出多种频率的光，分别用这些光照射图乙电路的阴极K，其中3条光电流I随电压U变化的图线如图丙所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV到3.11 eV之间．则( )
A．氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时能辐射出4种不同频率的可见光
B．图乙中当滑片P从a端移向c端的过程中，光电流I不断减小
C．a光的频率比b光大一些
D．在a光和c光强度相同的情况下，电路中c光的饱和光电流值大一些
三、非选择题(本题共2小题，按要求答题)
11．[2024·广东广州模拟]如图，等腰直角三角形ABC玻璃砖固定，ab两束单色光垂直AC入射，其中a光刚好不能从AB面射出，而b光穿过AB面后进入光电管，并使G表产生电流(未饱和).请回答下列问题：
(1)玻璃砖对a光的折射率n为多少？不改变光的频率，如何增大G表电流？
(2)若将图中电源反向，滑片P向右滑动过程中，发现电压表示数为U0时，G表示数刚好为零．已知光电管内金属材料的逸出功为W0，电子电量为e，则光电管的入射光的能量是多少？
12．在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电(PuO2中的Pu是 eq \\al(238, 94) Pu).已知 eq \\al(238, 94) Pu衰变后变为 eq \\al(234, 92) U和α粒子．若静止的 eq \\al(238, 94) Pu在匀强磁场中发生衰变，α粒子的动能为E，α粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为T0，衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为 eq \\al(234, 92) U和α粒子的动能．已知光在真空中的传播速度c.求：
(1) eq \\al(238, 94) Pu衰变过程中的质量亏损Δm；
(2)从开始衰变到 eq \\al(234, 92) U和α粒子再次相遇的最短时间t.
单元素养评价（十六） 波粒二象性 原子结构 原子核
1．解析：天然放射现象说明原子核具有复杂结构，故A正确；
半衰期具有统计规律，对大量原子核适用，对少数原子核不适用，故有6个能发生α衰变的原子核经过一个半衰期不一定还剩3个没有衰变的原子核，故B错误；
大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁能产生C eq \\al(2,3) ＝3，3种不同频率的光子，故C错误；
某种频率的光照射某金属表面能发生光电效应，所有光电子初动能不一定相等，但最大初动能一定相等，故D错误．故选A.
答案：A
2．解析：根据电荷数和质量数守恒，可知X为中子，故A错误；
该反应为聚变反应，故B错误；
反应后，质量亏损，故C错误；
反应生成的新核更稳定，故 eq \\al(4,2) He的平均结合能比 eq \\al(2,1) H的平均结合能大，故D正确．故选D.
答案：D
3．解析：元素原子核的半衰期是由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，故A错误；
从长时间来看， 碘131的放射性危害小于铯137的放射性危害，因为半衰期更短，故B正确；
根据质量数守恒电荷数守恒可知，铯137衰变时，衰变产物中的X为电子，故C错误；
铯137衰变时会放出能量，衰变过程中的质量亏损等于放出的能量与光速平方的比值，不是X的质量，故D错误．
答案：B
4．解析：氢原子由n＝4能级跃迁到n＝1能级时辐射的光子能量最大，即ΔEm＝E4－E1＝12.75 eV
该光子能量比四种金属的逸出功都大，照射这些金属时都能发生光电效应．故选D.
答案：D
5．解析：n＝20的氢原子能量为E20＝ eq \f(E1,202)＝－0.034 eV，该氢原子的电离能为0.034 eV.吸收一个光子，恰好失去一个电子变成氢离子，由题图所示按能量排列的电磁波谱可知，被吸收的光子是红外线波段的光子，A项正确．
答案：A
6．解析：将放射性同位素 eq \\al(15, 8) O注入人体， eq \\al(15, 8) O在人体内衰变放出正电子，衰变方程为 eq \\al(15, 8) O―→ eq \\al(15,7)N＋ eq \\al(0,1) e，故A错误；
放出的正电子与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对γ光子，正、负电子湮灭的方程是 eq \\al(0,－1) e＋ eq \\al(0,1) e―→2γ，故B正确；
正负电子相遇而湮灭，但没有违背能量守恒定律，故C错误；
eq \\al(15, 8) O具有放射性，在PET中主要用途是作为示踪原子，故D错误．故选B.
答案：B
7．解析：用锤打车，人（包括铁锤）和车组成的系统在水平方向所受的外力之和为零，所以系统水平方向动量守恒，人和车的初动量为零，根据水平方向动量守恒定律可知，锤头打下去时锤头向右运动，车就向左运动；举起锤头时锤头向左运动，车就向右运动，用锤头连续敲击时，车只是左右运动，一旦锤头不动，车就停下来，故A错误；
由图可知，当用紫光照射时，可以发生光电效应，因为绿光的频率小于紫光的频率，所以若改用绿光照射，验电器金属箔不一定张开，故B错误；
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，一共能产生6条光谱线，其中n＝4到n＝3的光子能量0.66 eV<2.21 eV不能使钾发生光电效应，还有n＝3到n＝2的光子能量1.89 eV<2.21 eV不能使钾发生光电效应，其余4种光子能量都大于2.21 eV均能使钾发生光电效应，故C正确；
原子核F的平均核子质量小于原子核E的平均核子质量，原子核F的比结合能大于原子核E的比结合能，原子核D和E聚变成原子核F时核子平均质量减小，会有质量亏损，要释放能量，故D错误．故选C.
答案：C
8．解析：在裂变反应 eq \\al(235, 92) U＋ eq \\al(1,0) n―→ eq \\al(89,36) Kr＋ eq \\al(144, 56) Ba＋3 eq \\al(1,0) n中放出核能，钡核比铀核更稳定，则钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大，故选项A正确；
放射性元素铀的半衰期为138天，100 g的铀经过276天，即两个半衰期，还剩有m＝100×（ eq \f(1,2)）2 g＝25 g的铀未衰变，选项B正确；
β衰变中产生的β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项C错误；
核反应 eq \\al(14,7)N＋ eq \\al(4,2) He―→ eq \\al(17, 8)O＋ eq \\al(1,1) H属于原子核的人工转变方程，选项D错误．故选AB.
答案：AB
9．解析：图甲中，使摆球A先摆动，摆球B、C接着摆动起来，B、C受迫振动，B、C振动周期等于驱动力周期，即等于A的固有周期，故A、B、C的振动周期相等，故A错误；
由图乙可知，该金属的极限频率是ν0，只有当入射光的频率大于极限频率才能发生光电效应，若用频率分别为0.6ν0和0.8ν0的两种单色光同时照射该金属，不能使该金属发生光电效应，故B错误；
复色光进入水珠后，可知b光的偏折较大，b光的折射率较大，根据v＝ eq \f(c,n)，可知a光束在水珠中传播的速度一定大于b光束在水珠中传播的速度，故C正确；
根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝ eq \f(l,d)λ
可知挡板到屏的间距越大，相邻亮条纹间距越大，故D正确．故选CD.
答案：CD
10．解析：氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时能辐射出C eq \\al(2,5) ＝10种不同频率的光，故A错误；
由图乙可知，当滑片P从a端移向c端过程中，从a到c电压负向减小，光电流不断增大，故B错误；
由图丙可知a光的遏止电压最大，由eU＝Ek＝hν－W0
可知a光的能量最大，a光的频率最大，c光的频率最小，故C正确；
c光的频率最小，则在a光和c光强度相同的情况下，电路中c光的饱和光电流值大一些，故D正确．故选CD.
答案：CD
11．解析：（1）由于a光刚好不能在AB面发生全反射，所以sin i＝ eq \f(1,n)
由几何可得i＝45°，所以可得玻璃砖对a光的折射率n为n＝ eq \r(2)
不改变光的频率，增大b光的强度可令单位时间内光电子的数量增多，电流表示数变大．
（2）G表示数刚好为零时，电压表示数U0即为遏止电压，由光电效应方程U0e＝hνb－W0
所以光电管的入射光的光子能量为Eb＝hνb＝U0e＋W0.
答案：（1） eq \r(2)；增大b光的强度
（2）U0e＋W0
12．解析：（1）α衰变方程为 eq \\al(238, 94) Pu―→ eq \\al(234, 92) U＋ eq \\al(4,2) He
根据动量守恒定律可知α粒子和铀核的动量大小相等，设为p，α粒子的动能Eα＝ eq \f(p2,2m)
铀核的动能EU＝ eq \f(p2,2M)，则 eq \f(EU,Eα)＝ eq \f(m,M)＝ eq \f(4,234)＝ eq \f(2,117)
所以释放能量为ΔE＝Eα＋EU＝ eq \f(119,117)E，且ΔE＝Δmc2，解得Δm＝ eq \f(119E,117c2).
（2）根据周期方程T＝ eq \f(2πm,Bq)，Tα＝ eq \f(92,117)TU
因为想再次相遇，必然是在裂变的切点处，所以每个粒子运动的时间必须为整数周期，这样就应有Δt＝nT0＝mTU，而n、m必须为整数，所以根据T0与TU的比例关系，则必须n＝117或m＝92，这就意味着Δt＝117T0
所以相遇最短时间t＝117Tα＝117T0.
答案：（1） eq \f(119E,117c2) （2）117T0
金属
铯
钙
镁
钛
逸出功W/eV
1.90
2.70
3.70
4.14