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专题强化小卷（十五）原子物理
2027 届高考物理一轮复习
一、单选题
1．用波长为
的
（伽马）射线轰击锌靶产生
的核反应方程为：
，已知
射线的
速度为，普朗克常量为。则（ ）
A．X 表示
B．X 表示
C．一个
光子的动量为
D．一个
光子的能量为
2．某金属在一束波长为
的单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为
，已知普朗克常量
为h，光速为c，则（ ）
A．单色光的频率为
B．单色光的光子能量为
C．金属的逸出功为
D．金属的极限频率为
3．下列核反应方程及其类型的表述正确的是（ ）
A．
，是核聚变反应
B．
，是核裂变反应
C．
，是
衰变
D．
，是
衰变
4．1956 年李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用
放射源进行了实验验证，
次年李、杨两人为此获得了诺贝尔物理学奖。已知
的半衰期约为5.26 年，其衰变方程是
，其中
是反中微子，它的电荷量为0，质量可忽略。下列说法正确的是（ ）
A．升高温度或增大压强可使
的半衰期改变
B．
是来自原子核外的电子
C．
的结合能大于
的结合能
D．20 个
原子核经过10.52 年一定有15 个发生了衰变
5．下列关于图所示四幅图片所示的现象或解释，说法正确的是（ ）
A．图甲：反映核子的平均质量与原子序数的关系，重核A 裂变成原子核B 和C，原子核B 和C 的比结合
能都大于重核A 的比结合能
B．图乙：卢瑟福通过分析α 粒子散射实验结果，发现了质子和中子
C．图丙：中间有隔板的绝热容器，隔板左侧装有温度为T 的理想气体，右侧为真空。现抽掉隔板，气
体的最终温度小于T
D．图丁为研究光电效应的实验电路图，保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，遏止电压增大
6．甲、乙、丙、丁四幅图分别对应不同的物理现象与规律，下列说法正确的是（ ）
A．甲图中，两个处于
能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射6 种频率的光子
B．乙图中，滑动变阻器的滑片向左滑，可以测遏止电压
C．丙图中对应的遏止电压与光子的频率成正比
D．丁图中，卢瑟福通过
粒子散射实验，大多数粒子仍沿原方向前进，从而否定了汤姆孙的枣糕模
型，提出了原子的核式结构模型
7．氢原子的基态能量为
，激发态能量为
，其中
，3…已知普朗克常量为，光在真空中的
传播速度为，下列说法正确的是（ ）
A．氢原子处在
能级时对应的能量为
B．氢原子从
能级向基态跃迁时放出的光子频率为
C．氢原子从
能级向基态跃迁时放出的光子波长为
D．若氢原子从
能级跃迁到
能级、从
能级跃迁到基态辐射光的波长分别为
、
，则从
能级跃迁到基态，辐射光的波长为
8．核能是比较清洁的能源，核电池利用放射性同位素衰变释放的核能制成。
经过衰变①变成
，
经过衰变②变成
，再经过多次衰变最终变成稳定的
，同时释放巨大的能量。下列说法正确
的是（ ）
A．衰变①为α 衰变、衰变②为β 衰变
B．
的结合能大于
的结合能
C．
变成
，经过了8 次α 衰变、8 次β 衰变
D．64 个
经过两个半衰期有48 个
发生衰变
二、多选题
9．下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是（ ）
A．图甲：原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成，而质子和中子则由更小的微粒组成
B．图乙：卢瑟福通过分析α 粒子散射实验结果，发现了质子和中子
C．图丙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能
D．图丁：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一
10．如图甲所示的光电传感器，若光线被挡住，电流发生变化，工作电路立即报警。如图乙所示，光线发
射器内大量处于
激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光只有
、
两种可以使该光电管阴极逸
出光电子，图丙所示为
、
光单独照射光电管时产生的光电流
与光电管两端电压
的关系图线。已知
光电管阴极材料的逸出功为
，下列说法正确的是（ ）
A．
光为氢原子从
能级跃迁到
能级时发出的光
B．光电管中光电子飞出阴极时的最大初动能为
C．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小
D．通过增大电源提供的正向电压一定可以使光电流增大
11．某原子核X 发生衰变时，可能放出α 粒子或β 粒子，并产生新原子核Y。静止在某匀强电场中的原子
核X 发生一次衰变后，放出的两个粒子的初速度方向都垂直于电场，它们的轨迹是甲和乙，如图所示。下
列说法正确的是（ ）
A．X 的衰变是α 衰变
B．X 的衰变是β 衰变
C．X 衰变后，Y 的运动轨迹是乙
D．X 衰变过程遵循能量守恒定律，但不遵循动量守恒定律
三、解答题
12．如图甲为研究光电效应的实验装置，图乙为氢原子的能级图。原子从能级n=5 向n=2 跃迁所放出的光
子，正好使某种金属材料产生光电效应。现有一群处于n=5 能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照
射该金属。则：
(1)该金属的逸出功为多少？
(2)一群处于 n=5 的能级的氢原子向低能级跃迁，可以辐射几种频率的光子？在辐射出的各种频率的光子
中，能使该金属发生光电效应的频率共有多少种？
(3)这些光子使该金属材料产生光电效应时，若电压表的示数为5V，求到达阳极的光电子的最大动能。
参考答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
C
C
C
A
B
C
A
AD
BC
题号
11
答案
BC
1．B
【详解】AB．根据质量数守恒、电荷数守恒，可知X 表示
，故A 错误，B 正确；
C．一个
光子的动量为
，故C 错误；
D．光子能量
结合波速关系
一个
光子的能量为
，故D 错误。
故选B。
2．C
【详解】A．先明确核心公式：光速与波长、频率的关系
光子能量公式
光电效应方程
极限频率满足
（
为金属逸出功，
为极限频率）
由
得单色光频率
，故A 错误；
B．光子能量
故B 错误；
C．根据光电效应方程变形得
，故C 正确；
D．极限频率
，故D 错误。
故选C。
3．C
【详解】A．该反应是钍核吸收中子生成其同位素的反应，不是轻核聚合的核聚变，故A 错误；
B．该反应放出电子，质量数不变、电荷数+1，属于
衰变，不是重核分裂的核裂变，故B 错误；
C．该反应放出电子，满足反应后电荷数+1、质量数不变的
衰变特征，是
衰变，故C 正确；
D．该反应是重核受中子轰击分裂为两个中等质量核的核裂变反应，
是裂变伴随释放的光子，不是
衰
变，故D 错误。
故选C。
4．C
【详解】A．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境因素无关，A 错误；
B．根据质量数、电荷数守恒，X 的质量数为0、电荷数为-1，是电子；β 衰变的电子来源于原子核内中子
转化为质子时的释放，不是原子核外的电子，B 错误；
C．该衰变过程释放能量，生成的
比
更稳定；二者核子数相同，原子核越稳定总结合能越大，因
此
的结合能大于
的结合能，C 正确；
D．半衰期是针对大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核不适用，20 个
原子核经过10.52 年的衰
变数目是不确定的，D 错误。
故选C。
5．A
【详解】A．图甲中，重核
裂变成原子核
和
，核子的平均质量变小，可知裂变过程释放能量，原子
核
和
更稳定，可知重核
的比结合能小于原子核
和
的比结合能，故A 正确；
B．图乙为卢瑟福
粒子散射实验，根据实验结果卢瑟福提出了原子的核式结构，故B 错误；
C．抽掉隔板，气体自由膨胀，对外不做功，又是绝热，则气体的最终温度还是T。故C 错误；
D．由光电效应方程
由动能定理
故
故遏止电压与入射光的强度无关，发生光电效应时，遏止电压随入射光的频率的增大而增大，故D 错误。
故选A。
6．B
【详解】A．大量氢原子处于
能级向低能级跃迁时，最多辐射
种频率的光子
但本题只有2 个氢原子，最多只能辐射出不超过4 种不同频率的光子，故A 错误；
B．由乙图电路可知，光电管的阴极
接高电势、阳极
接滑片
，加的是反向电压。
当滑动变阻器滑片向左滑动时，反向电压逐渐减小，电流减小，找到电流恰好为零的临界点，对应的电压
就是遏止电压
因此可以测量遏止电压，故B 正确；
C．根据爱因斯坦光电效应方程
整理得
遏止电压
与光子频率
是线性关系，不是正比关系，故C 错误；
D．卢瑟福
粒子散射实验中，少数
粒子发生大角度偏转才是否定汤姆孙枣糕模型、提出核式结构模型的
依据，故D 错误。
故选B。
7．C
【详解】A．氢原子处在
能级时对应的能量为
，故A 错误；
BC．氢原子从
能级向基态跃迁时释放的光子能量
放出的光子频率为
放出的光子波长为
。故B 错误，C 正确；
D．氢原子从
能级跃迁到
能级有
从
能级跃迁到基态有
联立可得
从
能级跃迁到基态有
可得
，故D 错误。
故选C。
8．A
【详解】A．
衰变成
的核反应方程为
该核反应为
衰变，
变成
的核反应方程为
该核反应为
衰变，故A 正确；
B．
的比结合能大于
的比结合能，又由于
和
的核子数相同，所以
的结合能小于
的结合能，故B 错误；
C．
衰变质量数减4、电荷数减2，
衰变的质量数不变、电荷数加1，
变成
质量数减少32，则
发生了8 次
衰变，发生
衰变的次数为
，故C 错误；
D．半衰期符合统计规律，对于少数的原子核不成立，D 错误。
故选A。
9．AD
【详解】A．图甲表示原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子和中子组成，而质子和中子则由更小
的微粒组成，故A 正确；
B．图乙为
粒子散射实验装置图，卢瑟福通过分析
粒子散射实验结果，得出原子的核式结构模型，故B
错误；
C．图丙表示用中子轰击铀核使其发生裂变，故C 错误；
D．图丁普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，故D 正确。
故选AD。
10．BC
【详解】A．处于
激发态的氢原子向低能级跃迁，共产生3 种光子，能量分别为：
：
，可以产生光电效应
：
，不能产生光电效应
：
，可以产生光电效应
因此，能产生光电效应的两种光子中，
跃迁光子能量更高、频率更大。
根据光电效应方程
根据图丙可得，
光遏止电压小于
光遏止电压，得
光能量小于
光能量，则题述
光为氢原子从
能级跃迁到
能级时发出的光，A 错误；
B．根据光电效应方程
光电子的最大初动能由能量最高的光子决定
，B 正确；
C．部分光线被遮挡，不改变光子能量，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变。因为光子数量减少，则
光电子数量减小，光电流变小，C 正确；
D．当光电流达到饱和电流后，所有逸出的光电子都已经被阳极收集，继续增大正向电压，光电流不会再
增大，D 错误。
故选BC 。
11．BC
【详解】C．做曲线运动的物体轨迹向合力的方向弯曲，根据轨迹图可知，甲轨迹对应的粒子受向左的电
场力，乙轨迹对应的粒子受向右的电场力，则甲轨迹对应的粒子带负电，乙轨迹对应的粒子带正电，因为
新原子核Y 带正电，即乙轨迹对应的粒子是新原子核Y，故C 正确；
AB．α 粒子带正电，β 粒子带负电，即甲轨迹对应的粒子是β 粒子，即X 的衰变是β 衰变，故A 错误，
B 正确；
D．X 衰变过程遵循能量守恒定律，也遵循动量守恒定律，故D 错误。
故选BC。
12．(1)2.86eV
(2)10 种，5 种
(3)15.2eV
【详解】（1）原子从能级 n=5 向 n=2 跃迁所辐射的光子，正好使某种金属材料产生光电效应，则逸出功
为
（2）一群处于n=5 的能级的氢原子向低能级跃迁，可以辐射的光子的种类
要使金属发生光电效应，光子能量需要大于等于
，对应的能级跃迁有
、
、
、
、
五种，所以能使该金属发生光电效应的频率共有5 种。
（3）能级跃迁产生的最大光子能量为
，对应光子能量为
产生的最大初动能的最大值
在5V 的正向电压下，加速，至阳极时，动能为15.2eV。
