2024年高考物理大一轮复习：主题9 波粒二象性 原子与原子核

主题九　波粒二象性　原子与原子核

1.下列论述中，能够揭示原子核有复杂结构的是(　　)

A.卢瑟福通过α粒子散射实验建立原子核式结构模型

B.汤姆孙发现了电子

C.贝可勒尔发现天然放射现象

D.伦琴发现X射线

解析　卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了原子核式结构学说；汤姆孙发现了电子，说明原子是可分的；贝可勒尔发现天然放射现象，揭示了原子核有复杂结构；伦琴发现X射线，是由原子内层电子跃迁时发射的电磁波。本题能够揭示原子核有复杂结构的叙述只有选项C。

答案　C

2.关于近代物理学，下列说法正确的是(　　)

A.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波长太短

B.一群氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可产生2条不同频率的谱线

C.放射性元素被加热、加压或参与化学反应时，其半衰期会随之而改变

D.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应

解析　一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为入射光频率低于该金属的截止频率，即波长过长，A错误；一群氢原子从量子数n＝3的激发态跃迁到基态时最多可产生C＝3条不同频率的谱线，B错误；放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态及外部条件没有关系，C错误。

答案　D

3.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek－ν图象，若将二者的图线画在同一个

Ek－ν坐标系中，如图1所示，实线表示钨，虚线表示锌，则由图可知(　　)

图1

A.锌的逸出功比钨的逸出功大

B.两者的图线可能不平行

C.图线在横轴的截距等于逸出功

D.光电子最大初动能还和入射光的强度有关

解析　由光电效应方程Ekm＝hν－W0可知，Ek－ν图线的斜率表示普朗克常量h，横轴的截距表示金属的极限频率，B、C错误；因实线表示钨，虚线表示锌，可知锌的逸出功较大，A正确；光电子最大初动能与入射光的频率有关，而与其强度无关，D错误。

答案　A

4.如图2所示为氢原子能级示意图，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频率的光，下列说法正确的是(　　)

图2

A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光

B.由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小

C.由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光的波长最长

D.用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应

解析　这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C＝＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小， 所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>

6.34 eV，所以照射金属铂能发生光电效应，选项D正确。

答案　D

5.关于图3中四幅图的说法正确的是(　　)

图3

A.甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点

B.乙图中1为α射线，它的电离作用很强，可消除静电

C.丙图中处于基态的氢原子能吸收能量为10.4 eV的光子而发生跃迁

D.丁图中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来带负电

解析　甲图中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较少的闪光点，在C处也可以观察到极少的闪光点，A错误；根据左手定则可知，1带正电，为α射线，α射线的电离作用很强，可消除静电，B正确；氢原子吸收光子能量发生跃迁，吸收的光子能量需等于两能级间的能级差，从基态氢原子发生跃迁到n＝2能级，需要吸收的能量最小，吸收的能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即受10.2 eV光子照射，可以使基态氢原子跃迁到n＝2能级，10.4 eV 的光子不能被吸收，不能发生跃迁，C错误；丁图中用弧光灯照射锌板，锌板上的电子逸出，锌板带上正电，发现验电器的张角变大，说明原来就带正电，D错误。

答案　B

6.(多选)(2019·浙江二模)关于轻核聚变和重核裂变，下列说法正确的是(　　)

A.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积

B.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能

C.我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能

D.一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.007 3 u，中子质量为1.008 7 u，氚核质量为3.018 0 u，则该反应中释放的核能约为6.24 MeV(1 u＝931.5 MeV/c2)

解析　由核聚变的条件可知，发生核聚变时不需要达到临界体积，故A错误；发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故应使原子核有足够大的动能，故B正确；目前的核电站均采用核裂变，聚变的应用尚在试验阶段，故C错误；根据电荷数守恒、质量数守恒得，H＋2n→H，该核反应中质量亏损Δm＝1.007 3 u＋2×1.008 7 u－3.018 0 u＝0.006 7 u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV，故D正确。

答案　BD

7.(多选)由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现。已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列说法中正确的是(　　)

A.衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒

B.Bi的原子核比Np的原子核少18个中子

C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变

D.经过两个半衰期后含有Np的矿石的质量将变为原来的四分之一

解析　衰变过程中原子核的质量数和电荷数守恒，质量会有亏损，故A错误；

Bi的中子数为209－83＝126，Np的中子数为237－93＝144，故Bi的中子数比Np的中子数少144－126＝18，故B正确；Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，设α衰变次数为m，β衰变次数为n，则4m＝237－209，2m－n＝93－83，解得m＝7，n＝4，故C正确；经过两个半衰期后，矿石中Np的质量将变为原来的四分之一，但矿石的质量并未变为原来的四分之一，故D错误。

答案　BC

8.(多选)(2019·云南省统一检测)原子核的比结合能随质量数的变化图象如图4所示，根据该曲线，下列判断正确的是(　　)

图4

A.中等质量核的比结合能大，这些核较稳定

B.H核比Li核更稳定

C.U核裂变成两个中等质量的核时释放能量

D.Kr核的比结合能比U核的小

解析　由题图可知，中等质量的原子核的比结合能大，所以中等质量的原子核较稳定，故A正确；由题图可知H核的比结合能比Li核的小，故H核比Li核更不稳定，故B错误；重核裂变成中等质量的核，有质量亏损，释放能量，故C正确；由题图可知，Kr核的比结合能比U核的大，故D错误。

答案　AC

9.科学家于1996年人工制造出超重元素Cn，这种元素具有放射性，其原子核经过n次α衰变的产物为Fm，Cn的半衰期为T，则下列说法正确的是(　　)

A.衰变中的α射线具有很强的穿透性，可以用于金属探伤

B.Cn的中子数比Fm的中子数多12

C.Cn原子核之间只存在核力

D.2 g Cn经过2T时间，剩余物质的质量为0.5 g

解析　α粒子的穿透性差，不能用于金属探伤，用于金属探伤的射线是γ射线，故A项错误；Cn的质量数是277，电荷数是112；经过多次α衰变后的质量数为253，所以α衰变的次数n＝＝6次；α粒子中有两个质子和两个中子，所以Cn的中子数比Fm的中子数多：2个×6＝12个，故B项正确；原子核之间存在核力、库仑力等相互作用力，故C项错误；经过2个半衰期，剩余的质量m＝·m0＝m0＝×2 g＝0.5 g，即剩余的Cn的质量是0.5 g，但除Cn外，还有衰变的产物，所以剩余物质的质量一定大于0.5 g，故D项错误。

答案　B

10.如图5甲所示，合上开关，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2 V时，则逸出功及光电子到达阳极时的最大动能为(　　)

图5

A.1.5 eV　0.6 eV    B.1.7 eV　1.9 eV

C.1.9 eV　2.6 eV    D.3.1 eV　4.5 eV

解析　用光子能量hν＝2.5 eV的光照射阴极，电流表读数不为0，即可以发生光电效应，当接反向电压，电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为0，由动能定理可知eU＝mv，即最大初动能Ekm＝eU＝0.6 eV，由光电效应方程知hν＝Ekm＋W0，得W0＝1.9 eV；对图乙，当接正向电压，且电压表读数为2 V时，光电子到达阳极的最大动能Ekm′＝Ekm＋eU′＝2.6 eV，故C正确，A、B、D错误。

答案　C