新高考物理一轮复习单元素养评价十五原子结构和波粒二象性原子核（含解析）

单元素养评价(十五)　原子结构和波粒二象性　原子核

一、单项选择题

1．下列关于原子核的叙述中正确的是(　　)

A．居里夫人通过α粒子轰击铝原子核，首次发现了中子

B．核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢反应速度，防止反应过于剧烈

C．轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放能量

D．原子核的质量越大，比结合能就越小

2．位于广东东莞的国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功，获得中子束流．这标志着CSNS主体工程顺利完工，进入试运行阶段．对于有关中子的研究，下面说法正确的是(　　)

A．中子和其他微观粒子，都具有波粒二象性

B．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子是裂变反应

C．卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子

D．核反应方程Po→X＋He中的y＝206，X的中子个数为128

3．关于光的波粒二象性，下列说法正确的是(　　)

A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的

B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性

D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性

4．在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识．下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是(　　)

5．[2021·浙江1月，10]下列说法正确的是(　　)

A．光的波动性是光子之间相互作用的结果

B．玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念

C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量

D．α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大

6.

[2022·合肥模拟]用光子能量为5.0 eV的一束光照射阴极P，如图，当开关K断开时，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于1.60 V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为  (　　)

A．1.6 eV       B．2.2 eV

C．3.0 eV      D．3.4 eV

7．某金属的遏止电压用Uc表示，入射光频率用ν表示，用不同频率的光照射某金属产生光电效应，得到Uc ­ ν图像如图所示．根据图像求出该金属的截止频率νc为(已知电子电荷量e＝1.6×10－19 C)(　　)

A．1.0×1014 Hz    B．2.0×1014 Hz

C．5.0×1014 Hz    D．17.5×1014 Hz

8．2020年12月8日，月表最强“打工人”嫦娥四号迎来从地球出发两周年纪念日．若嫦娥四号上有一块备用的核燃料电池，能在夜里为其提供动力，核燃料为Pu，Pu核的转化方程为Pu→X＋Y，已知Pu核、X核以及Y核的质量分别为mPu、mX、mY，光速为c.则下列说法正确的是(　　)

A．Pu核比X核多四个中子

B．该过程释放的核能为(mPu＋mX＋mY)c2

C．该过程为α衰变

D．该过程进行的速度随所处环境的压强和温度的变化而发生改变

9．在光电效应实验中，先后用频率相同但光强不同的两束光照射同一个光电管．若实验a中的光强大于实验b中的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列图中可能正确的是(　　)

10．[2022·潍坊模拟]植物通过光合作用和呼吸作用与环境交换碳元素，体内碳14的比例与大气中的相同．植物枯死后，遗体内的碳14仍在发生衰变，不断减少，但不能得到补充．现测得甲、乙两种古木样品中碳14的含量分别是现代植物的和，由此可以推断甲、乙两种古木的年龄之比大约为(　　)

A．1∶2        B．2∶1 

C．1∶4      D．4∶1

二、多项选择题

11.

对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示．用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则 (　　)

A．钠的逸出功小于钙的逸出功

B．图中直线的斜率为

C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同

D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高

12．在研究原子核的内部结构时，科学家进行了一系列的核反应实验．下列选项中说法正确的是 (　　)

①Pa→Si＋e

②H＋H→He＋n＋17.6 MeV

③He＋Be→C＋n

④U＋n→Xe＋Sr＋xn

A．①是发现磷的同位素的核反应方程

B．②是太阳内部核反应和氢弹的核反应方程

C．③是查德威克发现中子的核反应方程

D．④是重核裂变的核反应方程，其中x＝3

13．氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，玻尔的氢原子能级图如图乙所示．已知普朗克常量h＝6.63×1034 J·s，可见光的频率范围约为4.2×1014～7.8×1014 Hz，则(　　)

A．Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量

B．图甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴

C．Hβ对应光子的能量约为10.2 eV

D．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级

14．图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝2激发态的氢原子吸收一定频率的光子后跃迁到较高的能级，之后再向低能级跃迁时辐射出10种不同频率的光子．当用这些辐射出的光子去照射如图乙所示光电管阴极K时，发生了光电效应，改变电源的正负极并调节滑动变阻器滑片，发现遏止电压为8 V，则(　　)

A．该光电管阴极K的逸出功为7.06 eV

B．吸收的光子能量为2.86 eV

C．跃迁过程中辐射出的光子能量是连续的

D．辐射出来的10种光子中只有4种能使该光电管发生光电效应

单元素养评价(十五)原子结构和波粒二象性　原子核

1．解析：查德威克通过α粒子轰击铍核的实验发现了中子，故A错误；核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢中子速度，故B错误；轻核聚变过程中，会有质量亏损，要释放核能，故C正确；原子核质量数越大，原子核结合能越大，但该原子的比结合能不一定越小，故D错误．

答案：C

2．解析：所有微观粒子都具有波粒二象性，故A正确；裂变反应是较重的原子核分裂成较轻原子核的反应，而该反应是较轻的原子核的聚变反应，故B错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核)获得碳核)的实验发现了中子，故C错误；y＝210－4＝206，X的中子个数为206－82＝124，故D错误．

答案：A

3．解析：光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，A错误．光是概率波，不同于机械波；光的粒子性也不同于质点；即单个光子既具有粒子性也具有波动性，B错误．单个光子既具有粒子性也具有波动性，只是大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，C错误．由于光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，D正确．

答案：D

4．解析：A项是双缝干涉实验，说明光具有波动性；B项是光电效应实验，说明光具有粒子性；C项是电磁波的发射与接收；导致发现原子具有核式结构的是卢瑟福的α粒子散射实验，D正确．

答案：D

5．解析：在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹，这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，A错误；玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，B正确；光电效应揭示了光的粒子性，康普顿效应说明了光子除了具有能量还具有动量，C错误；α射线可以使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角变小，D错误．

答案：B

6．解析：设用光子能量为5.0 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，当反向电压达到U＝1.60 V以后，电流表读数为零，因此Ekm＝eU＝1.60 eV.根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0，阴极材料的逸出功为W0＝hν－Ekm＝3.40 eV，D正确．

答案：D

7．解析：eUc＝＝hν－W，Uc＝，由图像可得Uc＝0时，νc＝5.0×1014 Hz.故选项C正确．

答案：C

8．解析：根据质量数守恒与电荷数守恒可知238＝234＋n，94＝m＋2，解得n＝4，m＝92，即转化方程为＋，该过程为α衰变，X核与核相比，质量数减少4，核电荷数减少2，故中子数减少2，选项A错误，C正确；此过程中亏损的质量为Δm＝mPu－mX－mY，释放的能量E＝(mPu－mX－mY)c2，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界环境的影响，即该过程进行的速度与所处环境的压强和温度等均无关，选项D错误．

答案：C

9．解析：光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由于入射光的频率没有变，故遏止电压相同，即图线与横轴的交点相同．由于a光的光强大于b光的光强，所以a的饱和光电流大于b的饱和光电流．故A项正确、B、C、D项错误．

答案：A

10．解析：根据半衰期的定义可知，古木每经过一个半衰期就有一半的碳14发生衰变，由于甲古木样品中碳14的含量是现代植物的，则甲古木的年龄大约是碳14的1个半衰期，同理，乙古木样品中碳14的含量是现代植物的＝()2，则乙古木的年龄大约是碳14的2个半衰期，所以甲、乙两种古木的年龄之比大约为1∶2，故A正确，B、C、D错误．

答案：A

11.

解析：根据光电效应方程得Ek＝hν－W，又Ek＝eUc，则Uc＝，图线是一条直线，斜率k＝，且与入射光的光强无关，故选项B正确、C错误；延长图线如图，可知纵轴截距的绝对值b＝，解得逸出功W＝eb，故A正确；从图像可以看出若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，选项D错误．

答案：AB

12．解析：＋是磷的衰变方程，自然界没有天然的，它是约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔时发现的，属于人工放射性同位素，核反应方程是+→＋，选项A错误；太阳内部核反应和氢弹的核反应方程是＋17.6 MeV，选项B正确；两个轻核结合成质量较大的核是核聚变反应，故③是查德威克发现中子的核反应方程，选项C正确；根据核反应方程遵循质量数守恒可知235＋1＝140＋94＋x，解得x＝2，选项D错误．

答案：BC

13．解析：本题考查对应光谱比较能级跃迁放出光子的种类．根据真空中光速等于波长乘频率可知，波长越长频率越小，根据E＝hν可知频率越小能量越小，故A正确；由可见光的频率范围可知，可见光的波长范围约为380～710 nm，则四种光都属于可见光，故B正确；由E＝hν＝h可得Eβ＝2.56 eV，故C错误；根据E＝hν＝h可知，Hα谱线对应的光子能量为Hβ对应光子能量的倍，约为1.89 eV，结合能级图可知，从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量为[－1.51－(－3.4)] eV＝1.89 eV，故D正确．

答案：ABD

14．解析：从n＝2能级跃迁到较高能级后能辐射出10种不同频率的光子，由＝10，解得n＝5，故吸收的光子能量E＝E5－E2＝2.86 eV，故B正确；跃迁过程中所放出的光子最大能量为Emax＝－0.54 eV－(－13.6 eV)＝13.06 eV，由光电效应方程Ek＝hν－W0，Ek＝eU，U＝8 V，可得该光电管阴极K的逸出功W0＝5.06 eV，故A错误；根据玻尔理论可知，跃迁过程中辐射出的光子能量是不连续的，故C错误；由该光电管阴极K的逸出功W0＝5.06 eV，可知辐射出的光子能使其发生光电效应的有氢原子从n＝5能级到基态、从n＝4能级到基态、从n＝3能级到基态、从n＝2能级到基态共4种，故D正确．

答案：BD