2023年高三物理二輪復習常見模型與練習30 光電管模型、玻爾原子模型和原子核模型（解析版）

2023年高三物理二輪常見模型與方法強化專訓專練

專題30光電管模型、玻爾原子模型和原子核模型

特訓目標特訓內容

目標1高考真題（ITTT）

目標2光電管模型（5T—8T）

目標3玻爾原子模型（9T—12T）

目標4原子核模型（13T—16T）

【特訓典例】

一、高考真題

1.從夸父逐日到羲和探日，中華民族對太陽的求知探索從未停歇。2021年10月，我國第一顆太陽探測科

學技術試驗衛(wèi)星"羲和號"順利升空。太陽的能量由核反應提供，其中一種反應序列包含核反應：

汨e+=He→=He+2X,下列說法正確的是（）

A.X是中子B.該反應有質量虧損

C.iHe比:He的質子數多D.該反應是裂變反應

【答案】B

【詳解】A.根據核反應過程滿足質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為1,電荷數為1,可知X是質子,

故A錯誤；

BD.兩個輕核結合成質量較大的核，核反應屬于聚變反應，反應過程存在質量虧損，釋放能量，故B正確，

D錯誤；

C.iHe與;He的質子數相同，均為2個質子，故C錯誤。故選B。

2.如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍光光子的能量范圍為2.53~2.76eV,紫光光子的能量范圍為2.76~

3.10eVo若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則激發(fā)氫原子的光子能量為（）

V

〃e

￡/

8O

554

4OS.85

3L51

2

-3.4()

1------------------------13.60

A.10.20eVB.12.09eVC.12.75eVD.13.06eV

【答案】C

【詳解】由題知使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則由藍光光子能量范圍可知從

氫原子從〃=4能級向低能級躍遷可輻射藍光，不輻射紫光（即從"=4,躍遷到a=2輻射藍光），則需激

發(fā)氫原子到〃=4能級，則激發(fā)氫原子的光子能量為AE=&一E/=12.75eV故選C。

3.2022年1月，中國錦屏深地實驗室發(fā)表了首個核天體物理研究實驗成果。表明我國核天體物理研究已經

躋身國際先進行列。實驗中所用核反應方程為XMg→;;Al,已知X、：：Mg、Al的質量分別為

町、叫、m3,真空中的光速為c,該反應中釋放的能量為心下列說法正確的是（）

A.X為笊核:HB.X為瓶核:H

11

C.E=（πιl+m1+mi）cD.E=^ιny+m2-m3）c

【答案】D

【詳解】AB.根據核反應的質量數和電荷數守恒可知，X的質量數為1,電荷數為1,為氣核;H,AB錯誤；

CD.根據質能方程可知，由于質量虧損核反應放出的能量為E=Amc2=（叫+,々I%],C錯誤、D正確。

故選D。

4.氫原子從高能級向低能級躍遷時，會產生四種頻率的可見光，其光譜如圖1所示。氫原子從能級6躍遷

到能級2產生可見光I,從能級3躍遷到能級2產生可見光回。用同一雙縫干涉裝置研究兩種光的干涉現(xiàn)象，

得到如圖2和圖3所示的干涉條紋。用兩種光分別照射如圖4所示的實驗裝置，都能產生光電效應。下列

說法正確的是（）

紫紅

圖1

Iiiiimiiiiiiiii

圖2

HiiiIIiiin

圖3

A.圖1中的HtI對應的是回

B.圖2中的干涉條紋對應的是回

C.回的光子動量大于回的光子動量

D.尸向α移動，電流表示數為零時回對應的電壓表示數比團的大

【答案】CD

he

【詳解】根據題意可知。氫原子發(fā)生能級躍遷時,由公式可得瑪-紇=Zn/=T可知,可見光I的頻率大,

波長小，可見光SI的頻率小，波長大。

A.可知，圖1中的H”對應的是可見光回，故A錯誤；

B.由公式有，干涉條紋間距為?x=∕l!由圖可知，圖2中間距較小，則波長較小，對應的是可見光I,故B

a

錯誤；

/?!/h

C.根據題意，由公式可得，光子動量為P=叱=?可知，團的光子動量大于13的光子動量，故C正確；

cλ

D.根據光電效應方程及動能定理可得eU,=a可知，頻率越大，遏止電壓越大，則P向α移動，電流

表示數為零時13對?應的電壓表示數比回的大，故D正確。故選CD。

二、光電管模型

5.氫原子能級如圖甲所示，一群處于〃=4能級的氫原子，向低能級躍遷時能發(fā)出多種頻率的光，分別用這

些頻率的光照射圖乙電路的陰極K,只能得到3條電流隨電壓變化的圖線，如圖丙所示，下列說法正確的是

)

A.陰極K材料的逸出功為3.2eV

B.α光的波長大于6光的波長

C.圖中M點的數值為-4.45

D.滑動變阻器的滑片向右滑動時，電流表的示數一定持續(xù)增大

【答案】C

【詳解】A.一群處于〃=4能級的氫原子，向低能級躍遷時能發(fā)出光的頻率數為C：=6發(fā)出的光子頻率由低

到高依次為V/、V2、卬、匕、V5＞V6,則E4-E3=hvl；E3-E2=hv2；E4-E2=hv3；E2-E1=hvi；Ei-Ei=hv5；

E4-耳=hv6但只檢測到3條電流,根據光電效應方程=Ekm=加-%分析圖乙可知,α的遏止電壓最大，

其次為6和c,所以發(fā)生光電效應的能量值為紇=G-4,Eh=E3-El,Ea=E4-E∣山

Ea=Ei-E,=-0.85eV-(-13.6eV)=12,75eV.Uw=7V解得陰極K材料的逸出功為叱＞=E“-eUj12.75eV-7eV=5.75eV

故A錯誤；

B.根據以上分析紇＞穌；E=Zn/=可知。光的波長小于b光的波長，故B錯誤；

Λ

C.由4=石2-&=-3.406丫-(-13.66丫)=10.26丫所以縉8=4-%=4.45€丫因此圖中例點的數值為445,

故C正確：

D.滑動變阻器的滑片向右滑動時，，正向電壓增大，剛開始電流表示數會增大，但達到飽和電流以后電流表

的示數不變，故D錯誤。故選C。

6.如圖所示，滑片P在中間位置，某種單色光射到光電管的陰極上時，電流表有示數，則正確的是（）

A.滑片P向左移，電流表示數將增大

B.增大該單色光強度，光電子最大初動能將增大

C.入射的單色光頻率變小，電流表一定沒有示數

D.滑片P向左移，光電子到達A板的過程中動能將減少

【答案】D

【詳解】AD.滑片P在中間位置時，由圖可知極板間電壓為零，某種單色光射到光電管的陰極上時，電流

表有示數，說明產生了光電效應現(xiàn)象；滑片P向左移，由圖可知極板間的反向電壓增大，由于電場力做負

功，光電子到達A板的過程中動能將減少，電流表示數將減小，故A錯誤，D正確；

B.增大該單色光強度，根據光電效應方程Ekm=配-%由于單色光的頻率不變，可知光電子最大初動能不

變，故B錯誤；

C.入射的單色光頻率變小，可能頻率仍大于K板的截至頻率，仍可以發(fā)生光電效應，電流表有示數，故C

錯誤。故選D。

7.圖甲為研究某金屬材料的遏止電壓S與入射光頻率U的關系的電路圖。用不同頻率的光分別照射甲圖中

同一光電管的陰極K,調節(jié)滑片P測出遏止電壓，并描繪U,/關系圖如圖乙所示。已知三種光的頻率分別

設為?、L、嗔，光子的能量分別為1.8eV、2.4eV、3.0eV,測得遏止電壓分別為U=0.8V、％=1.4V、

S（圖乙中未知）。則下列說法正確的是（）

U-U

A.普朗克常量可表達為力=」_L

匕一匕

B.圖乙中頻率為匕的光對應的遏止電壓Q=2.0V

C.該陰極K金屬材料的逸出功為LOeV

D.將電源的正負極對換，仍用頻率為j的光照射陰極K時，將滑片P向右滑動一些，電流表示數變大

【答案】BC

↑j-u

eeL

【詳解】A.由光電效應方程e4=初-W可求得〃=—vι——-v?故A錯誤；

C.由e&=配-W代入數據，得W=L8eV-0.8eV=1.0eV故C正確；

B.由eq=∕ι%-W代入數據，得6。3=3.06丫-1.06丫=2.06丫遏止電壓。3=2.0丫故8正確；

D.將電源的正負極對換，用頻率為乙的光照射陰極K時，加在光電管上的電壓會使光電子加速，將滑片P

向右滑動一些，加速電壓變大，電流表示數可能增大，也可能不變，故D錯誤。故選BC。

8.如圖所示，用某一頻率的光照射光電管的陰極，陰極材料的逸出功為明光電子的最大初動能為E鼠緩

慢向右移動滑動變阻器的滑片發(fā)現(xiàn)電流表示數逐漸增大，當滑片移動到某一位置以后，再移動滑片電流表

示數不再增加，此時電流表示數為0.16A。已知/?為普朗克常量，下列說法中正確的是（）

A./端接的是電源的負極

B.該實驗中飽和電流為0.16A

W+F

C.入射光的頻率可能為F?

2n

F

D.若將電源極性顛倒，緩慢向右移動滑片，當電流表示數剛好為零時，電壓表示數為」

ε

【答案】BD

【詳解】AB.由題意可知，當逃逸出來的所有電子全部到達陽極時電流表的示數不再隨著滑片的右移而增

大，所以此時加的是正向電壓，/端接的是電源的正極，飽和電流為0.16A,故A錯誤，B正確；

C.由愛因斯坦光電效應方程有E*=hv-印解得V="線故C錯誤；

2h

D.若將電源極性顛倒，光電管接的是反向電壓，緩慢向右移動滑片，當動能最大的電子也剛好不能到達陽

極時，電流表示數剛好為零，此時有。=所以電壓表示數故正確。故選。

-eO-EIU="DBD

ε

三、玻爾原子模型

9.1922年諾貝爾物理學獎授予丹麥哥本哈根大學的尼爾斯?玻爾，以表彰他在研究原子結構，特別是在研

究從原子發(fā)出的輻射所做的貢獻。氫原子能級圖如圖所示，用頻率為%的光照射大量處于基態(tài)的氫原子，

氫原子被激發(fā)后可以向外輻射出6種不同頻率的光，已知可見光的光子能量在1.62eV到3.1IeV之間，普朗

克常量為人則下列說法正確的是（）

E/eV

n--0

—0.54

--0.85

--1.51

2-3.40

1----------------------------13.6

A.初。一定大于12.75eV

B.輻射光中有一種是紅外線

C.輻射光中有兩種是紫外線

D.輻射光中有三種是可見光

【答案】B

【詳解】A.由于被激發(fā)的氫原子可以向外輻射出6種不同頻率的光，可知氫原子吸收光子后躍遷到第4能

級，則Au0=El-E4=I2.75eV故A錯誤;

BCD.由第4能級躍遷產生的六種光子的能量分別是12?75eV.12.09eV、10.2eV、2.55eV、L89eV、0.66eV,

由此可知，六種光子里有一種紅外線，兩種可見光，三種紫外線，故B正確，CD錯誤。故選B。

10.如圖所示為氮離子（He*）的能級圖，根據玻爾原子理論，關于氨離子能級躍遷，下列說法正確的是（）

nHe,以Ve

8----------------------0

6--------------------------1.51

5--------------------------2.18

4--------------------------3.40

3--------------------------6.04

2--------------------------13.6

1--------------------------54.4

A.大量處于，7=3能級的氫離子，最多可輻射2種不同頻率的光子

B.從〃=4向n=3能級躍遷,要向外輻射2.64eV能量

C.處于〃=1能級的氮離子，可以吸收54QeV的能量而發(fā)生電離

D.從〃=3躍遷到/7=2能級比從/7=2躍遷到?=1能級輻射出的光子波長短

【答案】B

【詳解】A.大量處于〃=3能級的氮離子，最多可輻射3種不同頻率的光子，對應的能級躍遷分別為從3能

級到2能級、3能級到1能級、2能級到1能級。故A錯誤；

B.從〃=4向左3能級躍遷，要向外輻射的能量為ΔE=-3.40eV-(-6.04)eV=2.64eV故B正確；

C.由能級圖得，處于”=1能級的氫離子，最少吸收54.4eV的能量才能發(fā)生電離。故C錯誤；

D.從?=3躍遷到〃=2能級輻射出的光子能量為M=-6.04eV-(-13.6)eV=7.56eV從〃=2躍遷到能級

輻射出的光子能量為AE2=T3.6eV-(-54.4)eV=40?8eV則嶼＜△￡??,〃為普朗克常量，根據￡="丫

得從”=3躍遷到〃=2能級輻射出的光子的頻率U小。C為光速固定不變，再根據C=以得從〃=3躍遷到〃=2

能級輻射出的光子的波長比從”=2躍遷到〃=1能級輻射出的光子的波長大。故D錯誤。故選B。

11.如圖所示為氫原子能級的示意圖，已知可見光光子的能量范圍為1.61~3.10eV,根據玻爾理論，下列說

法正確的是()

V

〃e

E/

8O

554

4-O.85

351

-O，.

2

-3.40

1---------------------13.6

A.氫原子從〃=5能級躍遷到"=3能級放出的光子是可見光光子

B.處于〃=4能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有3種

C.使"=3能級的氫原子電離至少要12.09eV的能量

D.用動能為12.3eV的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子有可能躍遷到〃=2的能級

【答案】D

【詳解】A.氫原子從〃=5能級躍遷到〃=3能級放出的光子的能量為

E=ELE3=-0.54eV-(7.51eV)=0.97eV該光子的能量沒有落在可見光光子的能量范圍1.61~3.1OeV內，

所以該光子不是可見光光子，故A錯誤；

B.根據C：=6處于〃=4能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有6種，故B錯誤；

C.根據電離的定義，可知使〃=3能級的氫原子電離需要的能量至少為E=O-E3=0-(-1.5IeV)=ISeV

故C錯誤；

D.用電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子恰好躍遷到〃=2的能級至少需要的能量為

AE=E2-&=-3.406丫-(_13&丫)=10.26丫所以用動能為12.3eV的電子射向一群處于基態(tài)的氫原子，原子

有可能躍遷到〃=2的能級，故D正確。故選D。

12.氫原子能級圖如圖所示，下列說法正確的是()

nE/eV

∞.......................0

4------------------0.85

3-----------------1.51

2------------------3.4

1------------------13.6

A.當氫原子從〃=2能級躍遷到”=3能級時，輻射光子的能量為1.89eV

B.處于〃=2能級的氫原子可以被能量為2.5eV的光子照射而向高能級躍遷

C.處于基態(tài)的氫原子，吸收14eV能量后不能發(fā)生電離

D.一個處于”=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可以輻射出3種不同頻率的光子

【答案】D

【詳解】A.根據輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，可知=AE因此氫原子從〃=2能級躍遷到

〃=3能級時，需要吸收的光了?能量必須等于L89eV,A錯誤；

B.沒有一個能級與”=2能級的差為2.5eV,所以處于”=2能級的氫原子不可以被能量為2.5eV的光子照射

而向高能級躍遷，B錯誤；

C.使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離，入射光子的能量應大于或等于13.6eV,C錯誤；

D.只有一個氫原子，則〃=4能級的氫原子向低能級躍遷時，可以釋放3種頻率的光子，D正確。故選D。

四、原子核模型

13.核電池壽命長，在嚴酷的環(huán)境中仍能正常工作，經常應用在航天領域。半衰期為88年的噂PU在航天

領域有著重要應用，阿波羅11號飛船成功登陸月球就使用了嘴Pu。已知$PU的衰變方程為

2；：Pu→?X+；He,下列說法正確的是（）

A.衰變方程中y=236

B.2鑿PU衰變放出的載能粒子是α粒子

C.4X的比結合能等于^Pu的比結合能

D.經過44年，2克北PU原子核中有1克發(fā)生了衰變

【答案】B

【詳解】A.衰變方程中y=238-4=234故A錯誤；

B.2；：PU衰變放出的載能粒子是α粒子，故B正確；

C.比結合能越大越穩(wěn)定，因此%X的比結合能大于曜PU的比結合能，故C錯誤；

D.經過88年，2克籌PU原子核中有1克發(fā)生了衰變，故D錯誤。故選B。

14.如圖所示，一靜止的原子核記Th（牡）在P點發(fā)生衰變，放出一個粒子并產生新核X,它們在勻強磁

場中的運動軌跡如圖中b所示。已知鉆核質量為網，新核X質量為“2,粒子質量為m3,真空中的光速

為c。則（）

×X_××

/「

M××.?×

ib(y

ta'`一/

×'?××/×

√

?"-----1

××××

A.b是新核X的軌跡

B.衰變方程為”Th→置X+；He

C.衰變釋放的核能為（g+陽-町）/

D.該原子核記Th衰變的時間等于牡234的半衰期

【答案】A

【詳解】A.根據洛倫茲力提供向心力B0=寫可得R=笥=舒靜止的原子核記Th（牡）發(fā)生衰變過程

動量守恒，因此新核X與衰變產生的粒子動量大小相等、方向相反，而新核X電荷量大，因此新核X的軌

跡半徑小，故b是新核X的軌跡，故A正確：

B.由A中分析可知，新核X與衰變產生的粒子速度方向相反，由圖可知，新核X與衰變產生的粒子在磁場

中偏轉方向相同，根據左手定則可知，新核X與衰變產生的粒子帶異種電荷，該衰變?yōu)棣滤プ儯蔅錯誤：

C.由質能方程可得衰變釋放的核能為ΔE=（町-牡-，n?/故C錯誤；

D.半衰期是大量原子核有半數衰變用的時間，是大量原子核衰變的統(tǒng)