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第十六章　波粒二象性　原子结构与原子核
一、单项选择题(每题4分，共28分)
1.(2026·山东泰安模拟)关于近代物理的认识，下列说法正确的是(　　)
A.光电效应和康普顿效应说明光具有波动性
B.根据α粒子散射实验，J.J.汤姆孙提出了原子的核式结构模型
C.氢原子不可能吸收波长连续的光子从n＝4能级电离
D.由β衰变方程ThPae，可知Th的平均结合能小于Pa的平均结合能
答案：D
解析：光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子具有动量，光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，A错误；卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，B错误；n＝4能级的氢原子可以吸收任意能量大于某个值的光子电离，C错误；发生β衰变会向外放出能量，虽然Th和Pa的核子数均为234，但前者的平均结合能比后者的平均结合能小，D正确。
2.(2026·陕西咸阳二模)如图所示，用导线将锌板与验电器相连，用紫外线灯照射锌板，验电器金属箔片张开。锌、钠的极限频率νc和逸出功W0如下表所示，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.60×10－19C。下列说法正确的是(　　)
金属 钠 锌
νc/×1014Hz 5.53
W0/eV 2.29 3.34
A.该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应
B.验电器的金属箔片带负电
C.锌的极限频率为8.06×1015Hz
D.从锌板逸出电子的动能都相等
答案：A
解析：根据极限频率与逸出功的关系W0＝hνc，锌的逸出功大于钠的逸出功，可知锌的极限频率大于钠的极限频率，用紫外线灯照射锌板，验电器金属箔片张开，说明锌板发生光电效应，则该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应，故A正确；发生光电效应时，电子从锌板飞出，锌板失去电子带正电，所以验电器的金属箔片带正电，故B错误；根据W0＝hνc，解得νc＝＝Hz≈8.06×1014Hz，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－hνc，可知从锌板表面逸出的光电子最大初动能是确定的，有些光电子从较深处逸出，初动能较小，所以从锌板逸出电子的动能不一定相等，故D错误。
3.(2026·河南三门峡一模)氢原子的能级图如图所示，现有大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁，用产生的光子照射某金属材料，其中能量最低的光子刚好能使该金属材料发生光电效应，则逸出的光电子的最大初动能为(　　)
A.13.6 eV B.10.2 eV
C.3.4 eV D.1.89 eV
答案：B
解析：大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁可以产生3种能量的光子，从高到低分别是12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV，能量最低的光子刚好能使该金属逸出光电子，说明该金属材料的逸出功为W0＝εmin＝1.89 eV，能量最高的光子照射该金属产生的光电子初动能最大，则有Ek＝εmax－W0＝12.09 eV－1.89 eV＝10.2 eV。故选B。
4.如图所示是解释康普顿效应的示意图，下列说法正确的是(　　)
A.图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律
B.图中碰撞后光子频率ν'可能等于碰撞前光子频率ν
C.图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D.图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
答案：D
解析：无论正碰还是斜碰，系统所受的外力的矢量和为零，碰撞过程都遵循动量守恒定律，A错误；由于光子与电子碰撞后，光子的部分能量传递给电子，所以光子能量一定减小，根据公式ε＝hν＝h可知，题图中碰撞后光子频率ν'一定小于碰撞前光子频率ν，碰撞后光子的波长一定大于碰撞前光子的波长，B错误，D正确；根据爱因斯坦相对论的光速不变原理可知，光子的速度为c，碰撞前后不变，C错误。
5.(2026·安徽合肥模拟)图1这4条特征谱线是氢原子光谱巴耳末系中的四条可见光，Hδ是氢原子从能级6跃迁到能级2产生的，Hα是氢原子从能级3跃迁到能级2产生的。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是(　　)
A.Hδ的频率小于Hα的频率
B.图3中的干涉条纹对应的是Hδ
C.Hδ的光子动量小于Hα的光子动量
D.欲使微安表示数变为0，滑片P应向a端移动
答案：D
解析：根据氢原子跃迁规律可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生的Hδ的能量大于从能级3跃迁到能级2产生的Hα的能量，光子能量越大，频率越大，波长越小，光子动量p＝越大，故Hδ的频率大于Hα的频率，Hδ的光子动量大于Hα的光子动量，故A、C错误；由于Hα的波长大于Hδ的波长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，Hα干涉条纹间距大一些，题图3中的干涉条纹间距比题图2大，即题图3中的干涉条纹对应的是Hα，故B错误；欲使微安表示数变为0，应加上反向电压，由电路图可知滑片P应向a端移动，故D正确。
6.(2026·山东潍坊二模)山东海阳核电站是中国核电AP1000技术的标志性项目，其反应堆的核反应方程为U＋Xn，下列说法中正确的是(　　)
A.该反应中X是质子
B.该反应中X是电子
CBa中有88个中子
DBa的结合能比U的结合能大
答案：C
解析：设X的电荷数为x，质量数为y则根据电荷数和质量数守恒有92＋x＝56＋36＋0，235＋y＝144＋89＋3，解得x＝0，y＝1，所以X为中子，故A、B错误；Ba中的中子数为144－56＝88，故C正确；U的核子数大于Ba，结合能也更大，故D错误。
7.(2026·新疆乌鲁木齐二模)我国科学家钱三强和何泽慧在核裂变领域做出了突出贡献。下面是常见的裂变反应：UnBaKr＋n，mU、mn、mBa和mKr分别表示UnBa和Kr的质量，真空中光速为c，下列表述正确的是(　　)
A.氪核Kr中有36个中子，53个质子
B.铀235与铀238是同位素，具有相同的质量数
C.铀235的比结合能小于裂变产物钡144的比结合能
D.该核反应中放出的核能为c2
答案：C
解析：氪核Kr的质子数为36，中子数为89－36＝53，故A错误；铀235与铀238是同位素，其质子数相同，质量数不同，故B错误；核反应中生成物比反应物稳定，则铀235的比结合能小于裂变产物钡144的比结合能，故C正确；根据爱因斯坦质能方程可得该核反应中放出的核能为E＝c2，故D错误。
二、多项选择题(每题6分，共24分)
8.几种金属的逸出功和极限频率之间的关系如表格所示：
金属 钨 钙 钠 钾 铷
νc/1014Hz 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
氢原子能级图如图所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.60×10－19C，则(　　)
A.能使钾发生光电效应的光一定能使钠发生光电效应
B.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光，可以使钠金属发生光电效应现象
C.大量处于n＝3能级的氢原子往基态跃迁产生不同频率的光，能使钾发生光电效应的有2种
D.用n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光照射钨，光电子的最大初动能为9.1×10－19 J
答案：CD
解析：钠的逸出功大于钾的逸出功，能使钾发生光电效应的光不一定能使钠发生光电效应，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射出光的能量为1.89 eV，小于钠的逸出功2.29 eV，不能使钠发生光电效应，B错误；大量处于n＝3能级的氢原子往基态跃迁，能产生1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV三种能量的光，其中10.2 eV、12.09 eV能量的光可以使钾发生光电效应，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可得Ek＝(10.2－4.54)×1.60×10－19 J≈9.1×10－19 J，D正确。
9.(2026·河南商丘一模)在新能源中，核能是重要开发能源之一，其中氘H)、氚H)核聚变反应可以释放巨大的能量，氘H)在海水中储量极为丰富，1 L海水里提取出的氘H)，在完全的聚变反应中可释放出相当于燃烧300 L汽油的能量。若氘H)、氚H)聚变成氦He)，已知氘H)的平均结合能是1.09 MeV，氚H)的平均结合能是2.78 MeV，氦He)的平均结合能是7.03 MeV。关于氘H)、氚H)核聚变反应，下列说法正确的是(　　)
A.氘H)和氚H)核聚变反应的方程是HHHen
B.氘H)和氚H)核聚变反应后质量数变小，释放能量
C.氘H)和氚H)核聚变反应时释放的能量是3.16 MeV
D.在氘H)、氚H)、氦He)三种核中，氦He)最稳定
答案：AD
解析：由质量数和电荷数守恒知氘H)和氚H)核聚变反应的方程是HHHen，A正确；核反应前后质量数不变，B错误；核聚变前氘H)、氚H)的总结合能为E1＝ MeV＝10.52 MeV，核聚变反应后氦He)的总结合能E2＝4×7.03 MeV＝28.12 MeV，故核聚变反应过程中释放的能量ΔE＝E2－E1＝28.12 MeV－10.52 MeV＝17.6 MeV，C错误；氘H)、氚H)、氦He)三种核中，氦He)的平均结合能最大，最稳定，氘H)的平均结合能最小，最不稳定，D正确。
10.(2026·内蒙古包头一模)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是(　　)
A.a光的光照强度大于c光的光照强度
B.a光的光照强度小于b光的光照强度
C.a光的频率小于c光的频率
D.a光的频率大于b光的频率
答案：AC
解析：根据Ek＝hν－W0，－eUc＝0－Ek，可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由题图乙可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为νc＞νa＝νb，故C正确，D错误；a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A正确；a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。
11.在匀强磁场中一静止的Rn(氡)核衰变时放出α粒子和Po(钋)核，其运动轨迹均在与磁场垂直的平面内，氡核、α粒子、钋核的比结合能分别是E1、E2、E3，衰变过程中释放的核能为ΔE。若释放的核能全部转化为α粒子和钋核的动能，下列说法正确的是(　　)
A.E1＜E3
B.ΔE＝222E1－4E2－218E3
C.α粒子运动的轨迹半径大于钋核运动的轨迹半径
D.α粒子和钋核的动能之比为2∶109
答案：AC
解析：生成核更稳定，比结合能更大，则E1＜E3，故A正确；释放的核能为ΔE＝4E2＋218E3－222E1，故B错误；衰变过程，由动量守恒得0＝mαv－m钋v'，可知生成的核动量大小相等，它们在磁场中运动，由qvB＝m，解得R＝＝，由于两核动量大小相等，又在同一磁场，则电荷量小的轨迹半径大，即α粒子运动的轨迹半径大，故C正确；根据公式Ek＝mv2＝pv，可知α粒子和钋核的动能之比等于速度之比，而速度与质量成反比，则动能之比为109∶2，故D错误。(共26张PPT)
第十六章
波粒二象性　原子结构与原子核
高三总复习讲义　新高考
第十六章 波粒二象性 原子结构与原子核
1.(2026·山东泰安模拟)关于近代物理的认识，下列说法正确的是
A.光电效应和康普顿效应说明光具有波动性
B.根据α粒子散射实验，J.J.汤姆孙提出了原子的核式结构模型
C.氢原子不可能吸收波长连续的光子从n＝4能级电离
D.由β衰变方程ThPae，可知Th的平均结合能小于Pa的平均结合能
√
光电效应说明光子具有能量，康普顿效应说明光子具有动量，光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，A错误；卢瑟福根据α粒子散射实验提出原子的核式结构模型，B错误；n＝4能级的氢原子可以吸收任意能量大于某个值的光子电离，C错误；发生β衰变会向外放出能量，虽然Th和Pa的核子数均为234，但前者的平均结合能比后者的平均结合能小，D正确。
2.(2026·陕西咸阳二模)如图所示，用导线将锌板与验电器相连，用紫外线灯照射锌板，验电器金属箔片张开。锌、钠的极限频率νc和逸出功W0如下表所示，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.60×10－19C。下列说法正确的是
A.该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应
B.验电器的金属箔片带负电
C.锌的极限频率为8.06×1015Hz
D.从锌板逸出电子的动能都相等
√
金属 钠 锌
νc/×1014Hz 5.53
W0/eV 2.29 3.34
根据极限频率与逸出功的关系W0＝hνc，锌的逸出功大于钠的逸出功，可知锌的极限频率大于钠的极限频率，用紫外线灯照射锌板，验电器金属箔片张开，说明锌板发生光电效应，则该紫外线灯照射金属钠，一定能使钠发生光电效应，故A正确；发生光电效应时，电子从锌板飞出，锌板失去电子带正电，所以验电器的金属箔片带正电，故B错误；
金属 钠 锌
νc/×1014Hz 5.53
W0/eV 2.29 3.34
根据W0＝hνc，解得νc＝＝Hz≈8.06×1014Hz，故C错误；根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－hνc，可知从锌板表面逸出的光电子最大初动能是确定的，有些光电子从较深处逸出，初动能较小，所以从锌板逸出电子的动能不一定相等，故D错误。
金属 钠 锌
νc/×1014Hz 5.53
W0/eV 2.29 3.34
3.(2026·河南三门峡一模)氢原子的能级图如图所示，现有大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁，用产生的光子照射某金属材料，其中能量最低的光子刚好能使该金属材料发生光电效应，则逸出的光电子的最大初动能为
A.13.6 eV
B.10.2 eV
C.3.4 eV
D.1.89 eV
√
大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁可以产生3种能量的光子，从高到低分别是12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV，能量最低的光子刚好能使该金属逸出光电子，说明该金属材料的逸出功为W0＝εmin＝1.89 eV，能量最高的光子照射该金属产生的光电子初动能最大，则有Ek＝εmax－W0＝12.09 eV－1.89 eV＝10.2 eV。故选B。
4.如图所示是解释康普顿效应的示意图，下列说法正确的是
A.图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律
B.图中碰撞后光子频率ν'可能等于碰撞前光子频率ν
C.图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D.图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
√
无论正碰还是斜碰，系统所受的外力的矢量和为零，碰撞过程都遵循动量守恒定律，A错误；由于光子与电子碰撞后，光子的部分能量传递给电子，所以光子能量一定减小，根据公式ε＝hν＝h可知，题图中碰撞后光子频率ν'一定小于碰撞前光子频率ν，碰撞后光子的波长一定大于碰撞前光子的波长，B错误，D正确；根据爱因斯坦相对论的光速不变原理可知，光子的速度为c，碰撞前后不变，C错误。
5.(2026·安徽合肥模拟)图1这4条特征谱线是氢原子光谱巴耳末系中的四条可见光，Hδ是氢原子从能级6跃迁到能级2产生的，Hα是氢原子从能级3跃迁到能级2产生的。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是
A.Hδ的频率小于Hα的频率
B.图3中的干涉条纹对应的是Hδ
C.Hδ的光子动量小于Hα的光子动量
D.欲使微安表示数变为0，滑片P应向a端移动
√
根据氢原子跃迁规律可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生的Hδ的能量大于从能级3跃迁到能级2产生的Hα的能量，光子能量越大，频率越大，波长越小，光子动量p＝越大，故Hδ的频率大于Hα的频率，Hδ的光子动量大于Hα的光子动量，故A、C错误；
由于Hα的波长大于Hδ的波长，根据双缝干涉条纹间距公式Δx＝λ可知，Hα干涉条纹间距大一些，题图3中的干涉条纹间距比题图2大，即题图3中的干涉条纹对应的是Hα，故B错误；欲使微安表示数变为0，应加上反向电压，由电路图可知滑片P应向a端移动，故D正确。
6.(2026·山东潍坊二模)山东海阳核电站是中国核电AP1000技术的标志性项目，其反应堆的核反应方程为U＋Xn，下列说法中正确的是
A.该反应中X是质子
B.该反应中X是电子
CBa中有88个中子
DBa的结合能比U的结合能大
√
设X的电荷数为x，质量数为y则根据电荷数和质量数守恒有92＋x＝56＋36＋0，235＋y＝144＋89＋3，解得x＝0，y＝1，所以X为中子，故A、B错误；Ba中的中子数为144－56＝88，故C正确；U的核子数大于Ba，结合能也更大，故D错误。
7.(2026·新疆乌鲁木齐二模)我国科学家钱三强和何泽慧在核裂变领域做出了突出贡献。下面是常见的裂变反应：UnBaKr＋n，mU、mn、mBa和mKr分别表示UnBa和Kr的质量，真空中光速为c，下列表述正确的是
A.氪核Kr中有36个中子，53个质子
B.铀235与铀238是同位素，具有相同的质量数
C.铀235的比结合能小于裂变产物钡144的比结合能
D.该核反应中放出的核能为c2
√
氪核Kr的质子数为36，中子数为89－36＝53，故A错误；铀235与铀238是同位素，其质子数相同，质量数不同，故B错误；核反应中生成物比反应物稳定，则铀235的比结合能小于裂变产物钡144的比结合能，故C正确；根据爱因斯坦质能方程可得该核反应中放出的核能为E＝c2，故D错误。
8.几种金属的逸出功和极限频率之间的关系如表格所示：
氢原子能级图如图所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，e＝1.60×10－19C，则
A.能使钾发生光电效应的光一定能使钠发生光电效应
B.氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光，可以
使钠金属发生光电效应现象
C.大量处于n＝3能级的氢原子往基态跃迁产生不同频
率的光，能使钾发生光电效应的有2种
D.用n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光照射钨，光电子的最大初动能为9.1×10－19 J
√
√
金属 钨 钙 钠 钾 铷
νc/1014Hz 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
钠的逸出功大于钾的逸出功，能使钾发生光电效应的光不一定能使钠发生光电效应，A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，辐射出光的能量为1.89 eV，小于钠的逸出功2.29 eV，不能使钠发生光电效应，B错误；大量处于n＝3能级的氢原子往基态跃迁，能产生1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV三种能量的光，其中10.2 eV、12.09 eV能量的光可以使钾发生光电效应，C正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可得Ek＝(10.2－4.54)×1.60×
10－19 J≈9.1×10－19 J，D正确。
金属 钨 钙 钠 钾 铷
νc/1014Hz 10.95 7.73 5.53 5.44 5.15
W0/eV 4.54 3.20 2.29 2.25 2.13
9.(2026·河南商丘一模)在新能源中，核能是重要开发能源之一，其中氘H)、氚H)核聚变反应可以释放巨大的能量，氘H)在海水中储量极为丰富，1 L海水里提取出的氘H)，在完全的聚变反应中可释放出相当于燃烧300 L汽油的能量。若氘H)、氚H)聚变成氦He)，已知氘H)的平均结合能是1.09 MeV，氚H)的平均结合能是2.78 MeV，氦He)的平均结合能是7.03 MeV。关于氘H)、氚H)核聚变反应，下列说法正确的是
A.氘H)和氚H)核聚变反应的方程是HHHen
B.氘H)和氚H)核聚变反应后质量数变小，释放能量
C.氘H)和氚H)核聚变反应时释放的能量是3.16 MeV
D.在氘H)、氚H)、氦He)三种核中，氦He)最稳定
√
√
由质量数和电荷数守恒知氘H)和氚H)核聚变反应的方程是HHHen，A正确；核反应前后质量数不变，B错误；核聚变前氘H)、氚H)的总结合能为E1＝ MeV＝
10.52 MeV，核聚变反应后氦He)的总结合能E2＝4×7.03 MeV＝
28.12 MeV，故核聚变反应过程中释放的能量ΔE＝E2－E1＝28.12 MeV－10.52 MeV＝17.6 MeV，C错误；氘H)、氚H)、氦He)三种核中，氦He)的平均结合能最大，最稳定，氘H)的平均结合能最小，最不稳定，D正确。
10.(2026·内蒙古包头一模)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是
A.a光的光照强度大于c光的光照强度
B.a光的光照强度小于b光的光照强度
C.a光的频率小于c光的频率
D.a光的频率大于b光的 频率
√
√
根据Ek＝hν－W0，－eUc＝0－Ek，可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由题图乙可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为νc＞νa＝νb，故C正确，D错
误；a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A正确；a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。
11.在匀强磁场中一静止的Rn(氡)核衰变时放出α粒子和Po(钋)核，其运动轨迹均在与磁场垂直的平面内，氡核、α粒子、钋核的比结合能分别是E1、E2、E3，衰变过程中释放的核能为ΔE。若释放的核能全部转化为α粒子和钋核的动能，下列说法正确的是
A.E1＜E3
B.ΔE＝222E1－4E2－218E3
C.α粒子运动的轨迹半径大于钋核运动的轨迹半径
D.α粒子和钋核的动能之比为2∶109
√
√
生成核更稳定，比结合能更大，则E1＜E3，故A正确；释放的核能为ΔE＝4E2＋218E3－222E1，故B错误；衰变过程，由动量守恒得0＝mαv－m钋v'，可知生成的核动量大小相等，它们在磁场中运动，由qvB＝m，解得R＝＝，由于两核动量大小相等，又在同一磁场，则电荷量小的轨迹半径大，即α粒子运动的轨迹半径大，故C正确；根据公式Ek＝mv2＝pv，可知α粒子和钋核的动能之比等于速度之比，而速度与质量成反比，则动能之比为109∶2，故D错误。
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周末双休练十六　
波粒二象性　原子结构与原子核

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