2025届高三物理试题原子结构和波粒二象性强化训练
一、单选题（本大题共6小题）
1．2023年8月24日，日本政府不顾周边国家的反对执意向海洋排放福岛第一核电站的核污水，核污水中的放射性物质会对海水产生长久的、风险不可控的污染。如核污水中的具有放射性，其发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为。设的比结合能为的比结合能为的比结合能为，已知光在真空中的传播速度为，则下列说法正确的是（ ）
A．的结合能与的结合能之和小于的结合能
B．该核反应过程中放出的能量
C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为
D．衰变过程中放出的光子是由新原子核从高能级向低能级跃迁产生的
2．关于近代物理学，下列图像在描述现象中，解释正确的是（ ）
A．如图甲所示，由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，辐射强度的极大值向波长较长方向移动
B．如图乙所示，发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能也就越大
C．如图丙所示，金属的遏制电压与入射光的频率的图像中，该直线的斜率为，纵轴截距为
D．同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线甲光、乙光、丙光，如图丁所示。则可判断甲、乙、丙光的频率关系为
3．防蓝光眼镜利用“膜层反射”削弱波长在416～455 nm范围的蓝光对眼睛的影响，下列说法正确的是
A．“膜层反射”利用光的全反射原理
B．“膜层反射”利用光的衍射原理
C．蓝光光子从空气进入“膜层”，动量变大
D．蓝光光子从空气进入“膜层”，频率变大
4．如图所示为一种光电效应实验装置，其中A为内壁镀银的真空玻璃球，阴极金属球C被玻璃球A包围且比A小得多，连接C的导线与镀银层不相连，连接微安表的导线与镀银层相连。当开关S闭合时一定强度的入射光穿过小窗W(大小可忽略)照射到C上时发生光电效应，打到镀银层上的光电子全部被吸收，微安表有示数。下列说法正确的是
A．滑片P向右移动，微安表示数逐渐增大
B．滑片P向左移时，微安表示数保持不变
C．滑片P向左移时，微安表示数逐渐减小
D．开关S断开，微安表示数为零
5．图甲为光电效应的实验原理图，滑片的初始位置如图所示，阴极K由逸出功为W0＝3．20 eV的金属钙制成，图乙是汞原子的能级图，汞原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生光Ⅰ，从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生光Ⅱ，从n＝3能级跃迁到n＝2能级产生光Ⅲ。现分别用光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ照射阴极K，下列说法正确的是
甲 乙
A．若照射时间足够长，光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均能使电流计G的指针发生偏转
B．用光Ⅰ照射阴极K时，通过电流计G的电流方向由d到c
C．用光Ⅱ照射阴极K时，将滑动变阻器的滑片逐渐向右移动，光电流不断增大
D．要使电流计G示数为零，滑片P左移且移动距离最大的是用光Ⅰ照射时
6．下列关于热辐射和黑体辐射的说法不正确的是( )
A．一切物体都在辐射电磁波
B．黑体实际上是不存在的，只是一种理想情况
C．黑体不向外辐射电磁波
D．一般物体辐射电磁波的强度与温度有关
二、多选题（本大题共4小题）
7．如图所示，一群处于第能级的氢原子，向低能级跃迁时能发出不同频率的光，其中只有种不同频率的光，，照射到图甲电路阴极的金属上能够发生光电效应，测得光电流随电压变化的图像如图乙所示，调节过程中三种光均能达到对应的饱和光电流，已知氢原子的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（ ）
A．阴极金属的逸出功可能为
B．图乙中的光光子能量为
C．若图乙中的，则
D．若甲图中电源右端为正极，随滑片向右滑动，光电流先增大后保持不变
8．如图所示是研究光电效应的实验装置，分别用1、2两种金属材料作为K极进行光电效应实验，保持入射光相同，测得1、2两种金属材料的遏止电压关系为，下列说法正确的是（ ）
A．滑片P从滑动变阻器中点O向右端b移动，由此可测得遏止电压U
B．金属材料1的逸出功比金属材料2的逸出功大
C．仅考虑初动能最大的光电子，金属材料1逸出电子的物质波波长比金属材料2逸出电子的物质波波长更长
D．光电效应现象表明光子具有动量
9．如图1所示是一款光电烟雾探测器的原理图。当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。如果产生的光电流大于，便会触发报警系统。金属钠的遏止电压随入射光频率的变化规律如图2所示，则（ ）
A．要使该探测器正常工作，光源S发出的光波波长不能小于
B．图2中图像斜率的物理意义为普朗克常量h
C．触发报警系统时钠表面每秒释放出的光电子数最少是个
D．通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度是可行的
10．(多选)氢原子的能级示意图如图甲所示，现有大量处于n＝3 能级的氢原子向低能级跃迁，共发出三种光子(a、b、c)，用这三种光分别照射如图乙所示的实验装置，只有a、b两种光照射能引起电流计的指针偏转，其饱和电流与电压的变化关系如图丙所示。则下列说法正确的是( )
A．实验装置中阴极材料的逸出功可能为1.80 eV
B．a为氢原子从n＝3跃迁到n＝1能级释放的光子
C．光电效应的实验中，b光的光照强度比a光的强
D．处于n＝3能级的氢原子至少需要吸收1.51 eV的能量才能电离
三、实验题（本大题共2小题）
11．（8分）二十世纪初期物理学家对于光电效应有许多不同的解释，密立根通过实验证实爱因斯坦的光量子理论，从而奠定了现代光电科技的基础。现代生活中常见的太阳能板，能将太阳能转化为电能，即是应用了此效应。h代表普朗克常量，e代表一个电子的电荷量大小。
（1）假设ν为光的频率，λ为光的波长，c为光速，E为光子能量，下列表达式正确的是 。
A． E＝h B． E＝hλ C． E＝hλ2 D． E＝hν
（2）为了测量普朗克常量h，某同学设计了如图所示的实验电路图，其中电源 （填“a”或“b”）端为正极。
（3）若对同一金属进行实验，取某一入射光频率，并调节电源电压，当电路中的光电流为 时，记录此时的电压和对应频率，然后改变入射光频率，重复以上步骤，得到多组数据。
（4）作出遏止电压U随入射光频率ν变化的U－ν图像，其斜率为k，可求得普朗克常量h＝ 。
12．如图甲所示为研究光电效应的电路图，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，用某一频率的光照射阴极K时电流表的指针发生了偏转，在保持光照条件不变的情况下，将滑动变阻器滑片向右移动的过程中，电流表的示数不可能 （填“增大”、“减小”或“不变”）；图乙是发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光频率的关系图像，图线与横轴的交点坐标为，与纵轴的交点坐标为，则由图像可求出普朗克常量 ．
参考答案
1．【答案】D
【详解】A．比结合能越大，原子核越稳定，的结合能与X的结合能之和大于的结合能，A错误；
BC．该核反应过程为，该核反应过程中放出的能量，由爱因斯坦质能方程，解得，BC错误；
D．核衰变后，生成的新原子核位于高能级，能自发向低能级跃迁，从而放出光子，D正确。选D。
2．【答案】C
【详解】A：由黑体的辐射强度与辐射光波长的关系可知，随温度的升高，各种波长的辐射光的辐射强度均增加，可知可知，辐射强度的极大值向波长较短方向移动，A错误；
B：发生光电效应时，入射光频率越大，光电子的最大初动能也就越大，光电子的最大初动能与光照强度无关，B错误；
C：根据，则有可知，该直线的斜率为，纵轴截距为，C正确；
D：根据图像可知，遏止电压的关系有，由于可知，
D错误。选C。
3．【答案】C
【解析】“膜层反射”利用了光的干涉原理，即该膜是蓝光的“增反膜”，薄膜干涉得到加强，B错误；全反射要满足光从光密介质射到光疏介质，而防蓝光眼镜主要是通过镜片表面镀膜将有害蓝光进行反射，光由光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，A错误；当光子从光疏介质进入光密介质后，由v＝可知光速降低，又知频率不变，根据v＝λf可知光的波长变短，根据物质波波长λ＝，可知动量p会增大，C正确，D错误。
【一题多解】
本题C选项，由于光从一种介质到另一种介质，光的频率、颜色和能量均保持不变，E不变，由于E＝mc2，p＝mc，所以E＝pc，p＝，光速c变小，可知动量p会增大，故C正确。
4．【答案】B
【解析】因为A为内壁镀银的真空玻璃球，无论滑片P向左移动还是向右移动，最终光电子均会打到内壁上，有的打在左内壁，有的打在右内壁，但总数相等，因此微安表示数保持不变(易错：本题可能会错认为所加为正向电压，向左移动滑片会增大电压，那么光电流先增大后达到饱和电流而不变；而向右移动滑片会减小正向电压，光电流会减小。但事实上，本题光电子不一定要打到右内壁某区域才会有光电流，而是打到玻璃球整个内壁(左内壁、右内壁)任一处均可以，那么打到镀银层上的光电子总数相等，形成光电流大小不变)，B正确，A、C错误；无论开关S是否闭合，C均能发生光电效应，微安表均有示数，D错误。
5．【答案】D
【解析】根据能级跃迁规律hν＝En－Em，汞原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生光子的能量为8．80 eV，从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生光子的能量为7．70 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级产生光子的能量为2．80 eV，三种光中，光Ⅲ的光子能量小于金属钙的逸出功而无法发生光电效应，因此只有用光Ⅰ、Ⅱ照射能使电流计G的指针发生偏转，且电流计G的指针能否发生偏转与光照时间无关，A错误；电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，用光Ⅰ照射阴极K时通过电流计G的电流方向是由c到d，B错误；题图甲中滑片右移时，电路所加电压为正向电压，用光Ⅱ照射阴极K时，将滑动变阻器的滑片逐渐向右移动会增大光电流(点拨：滑片向右移动，增加O、P间分压阻值，从而使正向电压变大)，但达到饱和电流后，光电流不再变化，C错误；根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，遏止电压与最大初动能的关系为－eUc＝0－Ekm，联立解得eUc＝hν－W0，即Uc＝ν－，可知遏止电压与入射光频率成正比关系，入射光的光子能量(或频率)越大，遏止电压越大，所以要使电流计G示数为零，滑片P左移最多的是用光Ⅰ照射时，D正确。
6．【答案】C
【解析】一切物体都在辐射电磁波，故A正确，C错误；黑体是一种理想模型，故B正确；一般物体辐射电磁波的强度与温度有关，故D正确。
7．【答案】AC
【详解】这些氢原子在向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，按频率从高到低（辐射能量从大到小）分别是n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1，n=4跃迁到n=2，n=3跃迁到n=2，n=4跃迁到n=3。依题意，照射图甲所示的光电管阴极K，能使金属发生光电效应的是其中频率高的三种，分别是n=4跃迁到n=1，n=3跃迁到n=1，n=2跃迁到n=1。
A：由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量eVn=4跃迁到n=2的光子能量为eV，由于只测得3条电流随电压变化的图像，故阴极金属的逸出功介于2.55 eV~10.2 eV之间，A正确；
B：b光是频率排第二的光，则是第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为eV，B错误；
C：由乙图可知，a光的遏止电压最大，据爱因斯坦光电效应方程，a光的频率最高，a光是由第4能级向基态跃迁发出的，其光子能量为eV，
由可知金属的逸出功为5.75eV，c光应是能级2向基态跃迁产生的光，其光子能量为10.2eV，故eV，C正确；
D：若甲图中电源左端为正极，则光电管上加的正向电压，随着滑片向右滑动，正向电压逐渐增大，更多的光电子到达A极，光电流在增大；当正向电压达到某值时所有光电子都能到达A极，光电流达到最大值，滑片再向右滑动，光电流保持不变，但该选项电源右端为正极，D错误。选AC。
8．【答案】BC
【详解】A．滑片P从滑动变阻器中点向右端移动，不能测得遏止电压，A错误；
B．由爱因斯坦光电效应方程，得，B正确；
C．由，，可知，由可知，金属材料1逸出电子的物质波波长比金属材料2逸出电子的物质波波长更长，C正确；
D．光电效应现象表明光具有粒子性，不能表明光子具有动量，D错误。选BC。
9．【答案】CD
【详解】A．根据题意可知金属的截止频率为
则有
所以光源S发出的光波波长不能大于，A错误；
B．根据遏制电压与光电子的最大初动能之间的关系，同时结合爱因斯坦的光电效应方程可得
整理得
由此可得图像的斜率为， B错误；
C．当光电流等于时，根据电流的定义式可知每秒产生的光子的个数为
C正确；
D．当光源S发出的光能使光电管发生光电效应，则光源越强，被烟雾散射进入光电管的光就越多，越容易探测到烟雾，也就是说光电烟雾探测器灵敏度越高，即通过调节光源发光的强度来调整光电烟雾探测器的灵敏度是可行的，D正确；
故选CD。
10．【答案】BCD
【解析】A：大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时产生3种光子：
由n＝3跃迁到n＝1的光子能量ΔE31＝E3－E1＝12.09 eV，
由n＝3跃迁到n＝2的光子能量ΔE32＝E3－E2＝1.89 eV，
由n＝2跃迁到n＝1的光子能量ΔE21＝E2－E1＝10.2 eV，由于只有两种光照能引起电流计的指针偏转，因此该实验装置中阴极材料的逸出功ΔE32
C：由于b光的饱和电流大于a光，因此b光的光照强度比a光的强，故C正确；
D：要使处于n＝3能级的氢原子电离，则氢原子吸收的能量E≥0－E3＝1.51 eV，故D正确。
11．【答案】（1）AD （2分） （2）b（2分） （3）0（2分）
（4）ke（2分）
【解析】（1）光子能量E＝hν，ν＝，可得E＝h，A、D正确。
（2）在该实验中在A、K两端加的是遏止电压，阻止电子的移动，K极应该为高电势，b端为电源的正极。
（3）电子在电场力的作用下做减速运动，当Ue＝Ek时，电路中电流为零，即Ue＝hν－W0。
（4）利用爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W0，当Ue＝Ek时，Ue＝hν－W0，U＝ν－，斜率k＝，则h＝ke。
12．【答案】减小 ；
【详解】
根据光电效应的特点可知，在光照强度一定的条件下，电路中的电流随着光电管两端的正向电压的增大而增大，直到达到电路中的饱和光电流，再增大两端电压，饱和光电流保持不变．滑动变阻器的触头从图示位置向右滑动，光电管两端电压增大，光电流变大或保持不变，故不可能减小；根据Ekm＝hv﹣W0得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于b．当最大初动能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为v0＝a，那么普朗克常量为h．
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