2025年高考物理光電效應(yīng)與原子結(jié)構(gòu)試題一、光電效應(yīng)與波粒二象性（一）基礎(chǔ)概念辨析關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（）A.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律C.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性解析：盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型僅解釋了原子的核式結(jié)構(gòu)，無法解釋原子光譜的分立特征，A錯誤；玻爾原子理論引入量子化觀念，但未完全揭示微觀粒子運動規(guī)律，B錯誤；光電效應(yīng)中光的能量以光子形式被電子吸收，證明光具有粒子性，C正確；電子衍射圖樣體現(xiàn)電子的波動性，D錯誤。答案為C。用波長為300nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10?1?J。已知普朗克常量h=6.63×10?3?J·s，光速c=3×10?m/s，求鋅的逸出功。解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程(E_k=h\nu-W_0)，其中(\nu=\frac{c}{\lambda})。代入數(shù)據(jù)得：(h\nu=6.63×10^{-34}×\frac{3×10^8}{300×10^{-9}}=6.63×10^{-19}J)則逸出功(W_0=h\nu-E_k=6.63×10^{-19}-1.28×10^{-19}=5.35×10^{-19}J)（或3.34eV）。（二）實驗現(xiàn)象分析某實驗小組用如圖所示裝置研究光電效應(yīng)，陰極材料為鈣金屬（逸出功W?=2.71eV）。用不同頻率的單色光照射陰極，測量對應(yīng)的遏止電壓Uc，得到Uc-ν關(guān)系圖像。若將陰極材料換為逸出功更大的金屬，圖像斜率和橫軸截距將如何變化？解析：由(eU_c=h\nu-W_0)可知，圖像斜率(k=\frac{h}{e})為普朗克常量與元電荷的比值，與材料無關(guān)，故斜率不變；橫軸截距對應(yīng)截止頻率(\nu_0=\frac{W_0}{h})，逸出功增大時，截止頻率增大，截距右移。一點光源以113W的功率向周圍均勻輻射波長6×10??m的光，在距離光源R處每秒垂直通過每平方米的光子數(shù)為3×101?個。求R的數(shù)值。解析：單個光子能量(\varepsilon=h\frac{c}{\lambda}=6.63×10^{-34}×\frac{3×10^8}{6×10^{-7}}≈3.315×10^{-19}J)單位時間通過面積S的光子數(shù)(N=3×10^{14}×S)，總能量(P=N\varepsilon)點光源輻射的球面面積(S=4\piR^2)，則(113=3×10^{14}×4\piR^2×3.315×10^{-19})解得(R≈3×10^2m)。二、原子結(jié)構(gòu)與能級躍遷（一）核式結(jié)構(gòu)與玻爾理論關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，下列說法正確的是（）A.湯姆孫通過陰極射線實驗發(fā)現(xiàn)質(zhì)子B.盧瑟福α粒子散射實驗證明原子存在核式結(jié)構(gòu)C.玻爾原子理論完全否定了盧瑟福模型D.氫原子光譜的分立特征證明電子運動軌道量子化解析：湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子而非質(zhì)子，A錯誤；盧瑟福通過α粒子大角度散射現(xiàn)象提出核式結(jié)構(gòu)模型，B正確；玻爾理論是對核式結(jié)構(gòu)模型的量子化修正，并非否定，C錯誤；氫原子光譜的分立譜線對應(yīng)能級躍遷的能量差，證明軌道量子化，D正確。答案為BD。氫原子能級圖如圖所示，大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時：（1）最多可輻射幾種頻率的光子？（2）其中波長最長的光子能量是多少？（3）能否使逸出功為2.2eV的鈉金屬發(fā)生光電效應(yīng)？解析：（1）躍遷種類數(shù)為(C_4^2=6)種；（2）波長最長對應(yīng)能量最小的躍遷，即n=4→n=3，能量差(\DeltaE=-0.85-(-1.51)=0.66eV)；（3）最大光子能量為n=4→n=1的躍遷：(\DeltaE=-0.85-(-13.6)=12.75eV>2.2eV)，能發(fā)生光電效應(yīng)。（二）能級躍遷與光譜分析復(fù)旦大學(xué)研發(fā)的鈣基電池中，用處于n=5能級的氫原子發(fā)光照射鈣陰極（W?=2.71eV）。下列躍遷過程不能發(fā)生光電效應(yīng)的是（）A.n=5→n=1B.n=5→n=2C.n=5→n=3D.n=5→n=4解析：計算各躍遷能量差：A.13.6-0.54=13.06eV>2.71eVB.3.4-0.54=2.86eV>2.71eVC.1.51-0.54=0.97eV<2.71eVD.0.85-0.54=0.31eV<2.71eV答案為CD。原子處于磁場中時能級會發(fā)生劈裂（塞曼效應(yīng)）。某原子劈裂前后的能級如圖，躍遷放出的光子①②③④中，若①能使金屬發(fā)生光電效應(yīng)且光電子最大初動能為Ek，則（）A.①和③能量相等B.②頻率大于④C.用②照射一定能發(fā)生光電效應(yīng)D.用④照射的最大初動能小于Ek解析：由圖可知，①對應(yīng)能級差最大，能量最高；④對應(yīng)能級差最小，能量最低。①能發(fā)生光電效應(yīng)，則能量更高的②③也能發(fā)生，C正確；④能量低于①，初動能更小，D正確；①和③能級差不同，能量不相等，A錯誤；②能級差小于①，頻率小于①，無法比較與④的關(guān)系，B錯誤。答案為CD。三、波粒二象性與近代物理綜合關(guān)于量子力學(xué)奠基事件的說法正確的是（）A.康普頓效應(yīng)表明光具有波動性B.德布羅意提出實物粒子具有波粒二象性C.盧瑟福α粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)質(zhì)子D.玻爾理論成功解釋所有原子光譜解析：康普頓效應(yīng)證明光的粒子性，A錯誤；德布羅意提出物質(zhì)波概念，B正確；盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核式結(jié)構(gòu)，查德威克發(fā)現(xiàn)中子，C錯誤；玻爾理論僅能解釋氫原子光譜，D錯誤。答案為B。電子束穿過鋁箔后形成衍射圖樣，若增大電子的加速電壓，衍射條紋間距將如何變化？若用質(zhì)子束替代電子束，相同加速電壓下衍射現(xiàn)象更明顯嗎？解析：根據(jù)德布羅意波長公式(\lambda=\frac{h}{p}=\frac{h}{\sqrt{2meU}})，加速電壓增大時，動量p增大，波長λ減小，衍射條紋間距減?。毁|(zhì)子質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子，相同電壓下質(zhì)子動量更大，波長更小，衍射現(xiàn)象更不明顯。鈾核(^{238}{92}U)衰變?yōu)殂U核(^{206}{82}Pb)過程中，經(jīng)過幾次α衰變和β衰變？已知α衰變釋放的α粒子動能為4.2MeV，計算衰變過程中的質(zhì)量虧損（1u=931.5MeV/c2）。解析：質(zhì)量數(shù)減少238-206=32，每次α衰變減少4，故α衰變次數(shù)(n=32/4=8)次；電荷數(shù)減少92-82=10，α衰變減少8×2=16，需β衰變補充6次（每次β衰變電荷數(shù)+1）；質(zhì)量虧損(\Deltam=\frac{E}{c^2}=\frac{4.2}{931.5}≈0.0045u)（實際需考慮反沖核動能，此處簡化計算）。氡核半衰期為3.8天，16g氡經(jīng)過7.6天后剩余質(zhì)量為多少？若改為16個氡原子核，剩余個數(shù)是多少？解析：7.6天為2個半衰期，質(zhì)量剩余(m=16×(1/2)^2=4g)；半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用，16個原子核經(jīng)過2個半衰期后剩余個數(shù)不確定（可能0-16個）。四、命題趨勢與解題策略從近年高考真題分析，光電效應(yīng)與原子結(jié)構(gòu)試題呈現(xiàn)以下特點：交叉融合：如2024年新課標(biāo)卷將光電效應(yīng)與氫原子能級結(jié)合（如第7題），需綜合應(yīng)用能級躍遷公式與光電效應(yīng)方程。圖像應(yīng)用：Uc-ν圖像、能級圖、衍射圖樣等識圖題型占比提升，需掌握斜率、截距的物理意義（如第3題）。實際情境：結(jié)合鈣基電池、自由電子激光等科技熱點（如第5題），考查信息提取能力。解題關(guān)鍵策略：公式記憶：熟練掌握(E_k=h\nu-W_0)、(\DeltaE=hc/\lambda)、能級公式(E_n=-13.6/