专题14 原子结构、原子核和波粒二象性——2020年高考和模拟题物理分项汇编(解析版)

专题14原子结构、原子核和波粒二象性一、单选题1．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据玻尔理论，下列说法中正确的是（）A. 从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长B. 处于n=4的定态时电子的轨道半径r4比处于n=3的定态时电子的轨道半径r3小C. 从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小D. 从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子可以使逸出功为2.5eV的金属发生光电效应【答案】 A光电效应，A正确D错误；根据玻尔理论，能级越高，半径越大，所以处于n=4的定态时电子的轨道半径4r比处于n=3的定态时电子的轨道半径3r大，B错误；从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子向外发射电子，能量减小，根据222ke mvr r可知，电子越大的半径减小，则电子的动能增大，C错误．2．下列有关光的现象中，不能用光的波动性进行解释的是（）A. 光的衍射现象B. 光的偏振现象C. 泊松亮斑D. 光电效应【答案】 D【解析】光的衍射、偏振都是波特有的性质，故能说明光具有波动性（偏振是横波特有的属性），AB不符合题意；泊松亮斑是由于光的衍射形成的，能用光的波动性进行解释，故C不符合题意；光电效应说明光具有粒子性，D符合题意． 3．用波长为72.010m -⨯的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是194.710J -⨯。

由此可知，钨的极限频率是（ ）。

（普朗克常量346.6310h J s -=⨯⋅，光速83.010/c m s =⨯，结果取两位有效数字）A. 145.510Hz ⨯B. 147.910Hz ⨯C. 149.810Hz ⨯D. 151.210Hz ⨯【答案】 B【解析】据Km E h W υ=-0W h υ=cυλ=可得：0Km E chυλ=-，代入数据得：1407.910Hz υ=⨯故选B 4．如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n = 4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光。

高中物理学习材料桑水制作2011年高考物理真题分类汇编（详解+精校）原子结构、原子核、波粒二象性1．（2011年高考·上海卷）卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是A． B． C． D．1.D 解析：本题考查α粒子散射实验的原理，主要考查学生对该实验的轨迹分析和理解。

由于α粒子轰击金箔时，正对金箔中原子核打上去的一定原路返回，故排除A、C选项；越靠近金原子核的α粒子受力越大，轨迹弯曲程度越大，故D正确。

2．（2011年高考·上海卷）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（）A．改用频率更小的紫外线照射 B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间2.B 解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。

根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错；X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。

3．（2011年高考·上海卷）在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。

则（）A．措施①可减缓放射性元素衰变 B．措施②可减缓放射性元素衰变C ．措施③可减缓放射性元素衰变D ．上述措施均无法减缓放射性元素衰变3.D 解析：本题考查衰变及半衰期，要求学生理解半衰期。

原子核的衰变是核内进行的，故半衰期与元素处于化合态、游离态等任何状态无关，与外界温度、压强等任何环境无关，故不改变元素本身，其半衰期不会发生变化，A 、B 、C 三种措施均无法改变，故D 对。

4．（2011年高考·北京理综卷）表示放射性元素碘131（I 13153）β衰变的方程是A ．He Sb I 421275113153+→ B ．e Xe I 013114513153-+→ C ．n I I 101305313153+→D ．H Te I 113012513153+→4.B 解析：A 选项是α衰变，A 错误；B 选项是β衰变，B 正确；C 选项放射的是中子，C 错误；D 选项放射的是质子，D 错误。

专题14 原子结构、原子核和波粒二象性1．（2019·新课标全国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 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．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1.63eV~3.10eV 的可见光。

故 1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。

故本题选A 。

2．（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为1401214H He+2e+2v →，已知11H 和42He 的质量分别为P 1.0078u m =和 4.0026u m α=，1u=931MeV/c 2，c 为光速。

在4个11H 转变成1个42He 的过程中，释放的能量约为A ．8 MeVB ．16 MeVC ．26 MeVD ．52 MeV【答案】C【解析】由2E mC ∆=∆知()242p e E m m m c α∆=⨯--⋅，2Em c ∆∆==6191693110 1.610J910-⨯⨯⨯⨯27311.710kg 0.910kg --≈⨯⨯?，忽略电子质量，则：()24 1.0078 4.0026MeV 26E u u c ≈∆=⨯-⋅，故C 选项符合题意；3．（2019·天津卷）如图为a 、b 、c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。

由a 、b 、c 组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是【答案】C【解析】由光电效应的方程k E hv W =-，动能定理k eU E =，两式联立可得hv WU e e=-，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率b c a v v v >>，则可知三种光的折射率的关系为b c a n n n >>，因此光穿过三棱镜时b 光偏折最大，c 光次之，a 光最小，故选C ，ABD 错误。

专题14原子结构、原子核和波粒二象性一、单选题1．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，根据玻尔理论，下列说法中正确的是（）A. 从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长B. 处于n=4的定态时电子的轨道半径r4比处于n=3的定态时电子的轨道半径r3小C. 从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小D. 从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子可以使逸出功为2.5eV的金属发生光电效应【答案】 A光电效应，A正确D错误；根据玻尔理论，能级越高，半径越大，所以处于n=4的定态时电子的轨道半径4r比处于n=3的定态时电子的轨道半径3r大，B错误；从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子向外发射电子，能量减小，根据222ke mvr r可知，电子越大的半径减小，则电子的动能增大，C错误．2．下列有关光的现象中，不能用光的波动性进行解释的是（）A. 光的衍射现象B. 光的偏振现象C. 泊松亮斑D. 光电效应【答案】 D【解析】光的衍射、偏振都是波特有的性质，故能说明光具有波动性（偏振是横波特有的属性），AB不符合题意；泊松亮斑是由于光的衍射形成的，能用光的波动性进行解释，故C不符合题意；光电效应说明光具有粒子性，D符合题意．3．用波长为72.010m -⨯的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是194.710J -⨯。

由此可知，钨的极限频率是（ ）。

（普朗克常量346.6310h J s -=⨯⋅，光速83.010/c m s =⨯，结果取两位有效数字） A. 145.510Hz ⨯ B. 147.910Hz ⨯ C. 149.810Hz ⨯ D. 151.210Hz ⨯【答案】 B，代入数据得：1407.910Hz υ=⨯故选B 4．如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n = 4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光。

2020年高考真题和模拟题分项汇编物理：专题14 原子结构、原子核和波粒二象性物理 专题14 原子结构、原子核和波粒二象性 1．（2019·新课标全国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 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．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1.63e V ~3.10e V 的可见光。

故1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。

故本题选A 。

2．（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为1401214H He+2e+2v →，已知11H 和42He 的质量分别为P 1.0078u m =和 4.0026u m α=，1u=931MeV/c 2，c 为光速。

在4个11H 转变成1个42He 的过程中，释放的能量约为 A ．8 MeV B ．16 MeV C ．26 MeV D ．52 MeV【答案】C【解析】由2E mC ∆=∆知()242p e E m m m c α∆=⨯--⋅，2E m c∆∆==6191693110 1.610J 910-⨯⨯⨯⨯27311.710kg 0.910kg --≈⨯⨯，忽略电子质量，则：()24 1.0078 4.0026MeV 26E u u c ≈∆=⨯-⋅，故C 选项符合题意；3．（2019·天津卷）如图为a 、b 、c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。

由a 、b 、c 组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是【答案】C【解析】由光电效应的方程k E hv W =-，动能定理k eU E =，两式联立可得hv W U e e=-，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率b c a v v v >>，则可知三种光的折射率的关系为b c a n n n >>，因此光穿过三棱镜时b 光偏折最大，c 光次之，a 光最小，故选C ，ABD 错误。

高考物理专题练习 波粒二象性、原子结构和原子核一、选择题（本题共12小题，在每小题给出的四个选项中，至少有一项符合题目要求） 1．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（ ） A ．光电效应现象揭示了光的粒子性B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等2．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得了基本电荷的数值B ．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核C ．卢瑟福通过α粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子D ．汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷3．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。

下列说法正确的（ ） A ．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B ．入射光的频率变高，饱和光电流变大C ．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生D ．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关4．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。

强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。

光电效应实验装置如图所示。

用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应。

换用同样频率ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在KA 之间就形成了使光电子减速的电场。

逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的（其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量）（ ）A ．h WU e eν=- B ．2h WU e e ν=-C ．U 2h W =ν-D ．5h WU 2e eν=-5．一群基态氢原子吸收某种波长的光后，可以发出三种波长的光，这三种光的波长关系为321λ>λ>λ，已知某金属的极限波长为2λ，则下列说法正确的是（ ） A ．该金属的逸出功为2h λB ．波长为3λ的光一定可以使该金属发生光电效应C ．基态氢原子吸收的光子的波长为1λD ．若用波长为4λ的光照射该金属且能发生光电效应，则发生光电效应的光电子的最大初动能为4211hc()-λλ 6．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7．如图所示为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV ，那么对氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征认识正确的是（ ）A ．用氢原子从高能级向基态跃迁时辐射的光子照射锌板一定不能产生光电效应B ．一群处于n 3=能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出无数种不同频率的光子C ．一群处于n 3=能级的氢原子向基态跃迁时，辐射的光子照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eVD ．用能量为9.3 eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态8．我国矿泉水资源十分丰富，但其中也有不少水源受到天然或人工的放射性污染。

精选14 原子结构、原子核和波粒二象性1．下列几幅图的有关说法中正确的是A．图甲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．图乙中射线c由β粒子组成，每个粒子带一个单位负电荷，射线b不带电，是高速运动的中子流C．图丙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2.21eV的金属钾发生光电效应的光子有4种D．图丁中若改用红光照射，验电器金属箔可能不张开【答案】CD【解析】A．人与车组成的系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，最初系统动量为零，人用大锤连续敲打车的左端，根据动量守恒可知，系统的总动量为零，车不会持续地向右驶去，故A错误。

B．根据带电粒子在磁场中偏转，结合左手定则可知，射线c由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，而射线b不偏转，说明其不带电，是高速运动的中子流，故B错误。

C．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，从n=4跃迁到n=1辐射的光子能量为12.75eV，大于逸出功，能使金属钾发生光电效应；从n=3跃迁到n=1，辐射的光子能量为12.09eV，大于逸出功，能使金属钾发生光电效应；从n=2跃迁到n=1，辐射的光子能量为10.2eV，大于逸出功，能使金属钾发生光电效应；从n=4跃迁到n=2，辐射的光子能量为2.55eV，大于逸出功，能使金属钾发生光电效应；从n=4跃迁到n=3，辐射的光子能量为0.66eV，小于逸出功，不能使金属钾发生光电效应；从n=3跃迁到n=2，辐射的光子能量为1.89eV，小于逸出功，不能使金属钾发生光电效应。

可知能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条。

故C正确。

D．根据光电效应产生条件，当红光照射，则红光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应现象，则验电器金属箔不一定张开，故D正确；故选CD。

2.人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。