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第十六章：原子结构与原子核
（考试时间：90 分钟，试卷满分：100 分）
考试范围：原子结构与原子核
注意事项：
1．答卷前，考生务必将自己的姓名、准考证号填写在答题卡上。
2．回答选择题时，选出每小题答案后，用铅笔把答题卡对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡
皮擦干净后，再选涂其他答案标号。回答非选择题时，将答案写在答题卡上。写在本试卷上无效。
3．考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
第Ⅰ卷(选择题，共48 分)
一、选择题(本题共12 小题，每小题4 分，共48 分。在每个小题给出的四个选项中，第1～8 小题，只有一个选
项符合题意；第9～12 小题，有多个选项符合题意，全部选对的得4 分，选对而不全的得2 分，错选或不选的得
0 分)
1.如图，电路中所有元件完好。当光照射光电管时，灵敏电流计指针没有偏转，其原因是()
A.电源的电压太大B.光照的时间太短
C.入射光的强度太强
D.入射光的频率太低
2.如图1为氢原子的能级图，大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁时，发出频率不同的大量光子。其
中频率最高的光子照射到图2光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图3所示。则()
A.阴极K金属的逸出功为6eV
B.光电子最大初动能与入射光的频率成正比
C.用能量为13.0eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
D.一群处于n=3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出3种不同频率的光
3.图甲为光电效应实验电路图，某小组实验时用黄、蓝两种颜色的激光分别照射同一光电管的阴极K，图
乙为两次实验时得到的光电流与电压之间的关系曲线，下列说法正确的是（）
A.a、b光分别表示蓝光、黄光
B.当开关S接2时，滑动变阻器的滑动头P向右滑时，微安表的读数一直增大
C.a光子的动量比b光子的动量大
D.当开关S接1，电压表的读数为U (U c1<U <U c 2)时，微安表有一定示数，则此时照射光为蓝光
4.近代物理学是指19 世纪末和20 世纪初开始形成的物理学分支，下列关于近代物理知识的叙述中，正确
的是（ ）
A．由核子的平均质量与原子序数的关系可知，重核A 裂变成原子核B 和C 时，需要吸收能量
B．由氢原子的部分能级结构可知，某个处于基态的氢原子可以吸收12.09eV 的光子，发出3 种不同频
率的光
C．用红外线照射光电管的阴极K 时，电路中有光电流产生，得到电流随电压变化的图像如图，可知光
电子的最大初动能为0.02eV
D．由黑体的辐射强度与其辐射光波长关系可知，随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐
射强度减小
5.用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针
发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()
A.a光的频率一定小于b光的频率
B.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大
C.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转
D.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c
6.“羲和号”实现了国际上首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测。如图所示，按照玻尔理论，Hα光谱是氢
原子由n=3能级向n=2能级跃迁产生的谱线，其频率为ν1，由n= 4能级向n=2能级跃迁产生的光的频率
为ν2，由n= 4能级向n=3能级跃迁产生的光的频率为ν3。下列说法正确的是()
A.ν2= ν1+ ν3
B.ν3= ν1+ ν2
C. 1
ν2
= 1
ν1
+ 1
ν3
D. 1
ν3
= 1
ν1
+ 1
ν2
7.❑6
14C发生放射性衰变变为❑7
14 N，半衰期约为5730年。已知植物存活期间，其体内❑6
14C与❑6
12C的比
例不变;生命活动结束后，❑6
14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中❑6
14C的比例是现代
植物样品的25 %，则()
A.❑6
14C衰变为❑7
14 N发生的是β衰变
B.❑6
12C、❑6
14C具有相同的中子数
C.该古木的年代距今约为5730年
D.❑6
14C比❑7
14 N原子核的比结合能更大
8.我国近代物理所合成了新核素❑
214U，并测量到它的一条α衰变链，α衰变链指核素连续发生多次α衰变
而变成稳定核素。α衰变链：新核素❑
214U连续发生5次α衰变而变成稳定核素铅❑
A Pb。请问此处的A
是
A.194
B.198
C.204
D.210
9.氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是(可见光的波长范围为
4.0×10
-7m∼7.6×10
-7m，普朗克常量h=6.6×10
-34 J ⋅s，真空中的光速=3.0×10
8m/ s)()
A.氢原子从高能级跃迁到基态时，会辐射γ射线
B.氢原子处在n= 4能级，会辐射可见光
C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应
D.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89eV
10.2011年春季，日本福岛核电站爆炸导致了严重的核污染，污染的主要来源之一是核反应生成的放射性
同位素❑55
137Cs。据检测，福岛附近某淡水湖发现“铯137”的含量超标527(2
9=512)倍。已知该种Cs
的同位素可以发生衰变生成❑56
137 Ba，如图是反映❑55
137Cs衰变特性的曲线，则下列说法正确的是()
A.❑55
137Cs的衰变是β衰变
B.❑55
137Cs衰变释放的β粒子来源于❑55
137Cs原子的核外电子
C.据图像，上述淡水湖中❑55
137Cs的含量需约270年才能回落到正常标准
D.据图像，若有8个❑55
137Cs原子核，经过60年，将还剩下2个
11.密立根通过实验研究了钠的遏止电压与入射光频率之间的关系，其结果验证了光子说的正确性，实验结
果如图1。玻尔最早推导出氢原子能级公式，图2为氢原子的能级图。已知电子的电量e =1.6×10
-19C，
根据图中信息，可知()
A.钠的极限频率为10.00×10
14 Hz
B.图1计算出的普朗克常量为h=6.63×10
-34 J ⋅s
C.位于能级4的单个氢原子最多能发射出3种频率的光
D.氢原子从能级4跃迁到能级2时放出的光子能使钠发生光电效应
12.用同一光电管研究a、b、c三束单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间的电压U的关系
曲线如图所示，由此可判断()
A.a、b、c的频率关系为νa>νb>νc
B.a、b、c的频率关系为νa= νc<νb
C.用三束单色光照射光电管时，a光使其逸出的光电子最大初动能大
D.用三束单色光照射光电管时，b光使其逸出的光电子最大初动能大
第Ⅱ卷(非选择题，共52 分)
二、填空题(本题共2 小题，共14 分)
13.（6 分）某同学要探究“光电效应的饱和光电流”的实验规律，根据实验需要设计了电路如图甲所示。
图甲中直流电源的正负极可以调节，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的截止频率为ν0，
元电荷为e，普朗克常量为h。
(1)为了达到实验目的，直流电源的正极应该接在 (选涂“A .1”、“B.2”)进行实验。
(2)实验时，将电路图中的滑动变阻器的滑片移到最左端，用频率为ν1(大于ν0)的光照射在阴极上，此
时会看到电压表的示数 (选涂“A .为零”、“B.不为零”)，电流表的示数 (选涂“A .为
零”、“B.不为零”)，将滑动变阻器的滑片逐渐向右移，会看到电流表的示数变化情况是逐渐变大后
不变。
(3)将电源反接，仍将滑动变阻器的滑片从左向右移，当电流表的示数刚好减为零时，理论上电压表的
示数应为U = (用h、e、ν0、ν1表示)。
(4)换用频率为ν2的单色光进行第二次实验，两次实验测得多组电压表示数和电流表示数，在同一坐标
系中作I -U图像如图乙所示，若ν1>ν2，则第一次实验作出的图像应是 (选涂“A．a”、“B．
b”)图像。
14.（8 分）用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置如图甲所示．已知普朗克常量
h=6.63×10
-34 J·s．
(1)图甲中电极A为光电管的 (选填“阴极”或“阳极”)．
(2)要观察遏止电压，电源正负极的情况是 (选填“左正右负”或“左负右正”)．
(3)实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc= Hz，
逸出功W = J (结果均保留2位有效数字)．
(4)如果实验中入射光的频率ν =7.00×10
14 Hz，则产生的光电子的最大初动能E = J (保留2位有
效数字)．
三、计算题(本题共4 小题，共38 分。要有必要的文字说明和演算步骤。有数值计算的要注明单位)
15.（9 分）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ =6.4×10
-7m，每个激光脉冲的能量
E =1.5×10
-2J。求每个脉冲中的光子数目(已知普朗克常量h=6.63×10
-34 J ⋅s，光速c =3×10
8m/ s。
计算结果保留1位有效数字)。
16.（9 分）❑92
232U发生α衰变时，其衰变方程为：❑92
232U →90
228Th+2
4 He+55 MeV ，光在真空中的传播速
度为c =3×10
8m/ s，e =1.6×10
-19C。
(1)求一次衰变过程中亏损的质量(保留2位有效数字);
(2)若❑92
232U开始处于静止状态，衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和钍核的动能，求放出的α粒
子的动能(单位用MeV 表示，保留2位有效数字);
(3)若❑92
232U和❑90
228Th的比结合能分别是7.38 MeV 和7.50 MeV ，求❑2
4 He的比结合能。
17.（10 分）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家们用放射性材料-- PuO2作为发电能源为
火星车供电( PuO2中的Pu是❑94
238 Pu)。已知❑94
238 Pu衰变后变为❑92
234U和α粒子。若静止的❑94
238 Pu在匀
强磁场中发生衰变，衰变后❑92
234U粒子的动能为E，❑92
234U粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在
磁场中做匀速圆周运动的周期为T 0，衰变放出的光子的动量可忽略，衰变释放的核能全部转化为❑92
234U
和α粒子的动能。已知光在真空中的传播速度为c。求：
(1)写出该核反应的核反应方程。
(2)94
238 Pu衰变过程中的质量亏损Δm。
(3)从开始衰变到❑92
234U和α粒子再次相遇的最短时间t。
18.（10 分）钚的放射性同位素❑94
239 Pu静止时衰变为铀核激发态❑92
235U
*和α粒子，而铀核激发态❑92
235U
*
立即衰变为铀核❑92
235U，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子。已知❑94
239 Pu的质量mPu为239.0521u、
❑92
235U的质量mU为235.0439u和α粒子的质量mα为4.0026u，且1u相当于931.5 MeV 的能量。
(1)写出衰变方程。
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。
