高考物理二轮复习分类训练专题13 原子物理（含解析）

专题13 原子物理

【真题汇编】

1、(2022·湖南卷·T1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是(   )

A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征

B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律

C. 光电效应揭示了光的粒子性

D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性

【答案】C

【解析】

A．波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误；

B．玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；

C．光电效应揭示了光的粒子性，C正确；

D．电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D错误。

故选C。

2、(2022·广东卷·T5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是(　　)

A. 红外线波段的光子 B. 可见光波段的光子

C. 紫外线波段的光子 D. X射线波段的光子

【答案】A

【解析】

要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为

则被吸收的光子是红外线波段的光子。

故选A。

3、(2022·山东卷·T1)碘125衰变时产生射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　　)

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

设刚植入时碘的质量为，经过180天后的质量为m，根据

代入数据解得

故选B。

4、(2022·全国甲卷·T17)两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为N，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为(　　)

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有

经历2t0后有

联立可得

，

在时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为

故选C。

5、(2022·浙江6月卷·T14)秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是(　　)

A. X是 B. 可以用作示踪原子

C. 来自原子核外 D. 经过一个半衰期，10个将剩下5个

【答案】AB

【解析】

A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1，中子数为1，即为，故A正确；

B．常用的示踪原子有：，，，故B正确；

C．由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以来自原子核内，故C错误；

D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。

故选AB。

6、(2022·浙江6月卷·T7)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是(　　)

A. 逸出光电子的最大初动能为10.80eV

B. n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大

C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应

D. 用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态

【答案】B

【解析】

A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据

可得此时最大初动能为

故A错误；

B．根据

又因为从n=3跃迁到n=1放出光电子能量最大，故可知动量最大，故B正确；

C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为

不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；

D．由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为

所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。

故选B。

7、(2022·浙江1月卷·T14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是(　　)

A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量

B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg

C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度

D. 反应堆中存在的核反应

【答案】CD

【解析】

A．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误；

B．原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为

核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B错误；

C．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；

D．反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在的核反应，故D正确；

故选CD。

8、(2022·湖北·T1) 上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 + →X + 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是(　　)

A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变

C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同

【答案】A

【解析】

AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是，A正确、C错误；

B．由选项A可知，原子核X是，则核反应方程为 + → + ，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；

D．中微子不带电，则中微子的电荷量与电子的不相同，D错误。

故选A。

【突破练习】

1.(2022·广东普通高中高三下学期一模)中俄核能合作项目——田湾核电站和徐大堡核电站于2021年5月举行开工仪式。下列有关核电站采用何种核变化及其对应核反应方程的说法，正确的是(　　)

A. 衰变，

B. 衰变，

C. 核聚变，

D 核裂变，

【答案】D

【解析】

核电站采用的是铀发生核裂变的反应

故选D。

2.(2022·北京市海淀区高三下学期一模)如图所示为氦离子的能级图，根据玻尔原子理论，关于氦离子能级跃迁，下列说法正确的是(　　)

A. 大量处于能级的氦离子，最多可辐射2种不同频率的光子

B. 从向能级跃迁，需吸收能量

C. 处于能级的氦离子，可以吸收的能量而发生电离

D. 从跃迁到能级比从跃迁到能级辐射出的光子频率低

【答案】D

【解析】

A．大量处于能级的氦离子，最多可辐射

种不同频率的光子，故A错误；

B．因为从向能级跃迁，是从高能级向低能级跃迁，要释放能量，故B错误；

C．由图可知，处于能级的氦离子要发生电离，需要吸收的能量应满足

故C错误；

D．因为从跃迁到能级辐射的光子能量为

而从跃迁到能级辐射的光子能量为

即从跃迁到能级比从跃迁到能级辐射出的光子的能量小，又因为

所以从跃迁到能级比从跃迁到能级辐射出的光子频率低，故D正确。

故选D。

3.(2022·山东潍坊市高三下学期一模)如图所示，分别用a、b两束单色光照射阴极K均可产生光电流。调节滑片P，当光电流恰好减小到零时，a、b对应的电压表示数分别为、，已知，下列说法正确的是(　　)

A. a光束比b光束弱

B. a光子动量小于b光子动量

C. 经过同一单缝，b光产生的衍射现象更明显

D. 经过同一双缝干涉装置得到的图样，a光条纹间距小

【答案】B

【解析】

由题意可知，a的截止电压小于b的遏止电压，则有

可得

，

A．根据已知条件只能判断两者的频率关系，无法判断光束强弱，A错误；

B．a的频率小，则波长大，根据

可知，a的光子动量小于b光子动量，B正确；

C．a的频率小，则波长大，经过同一单缝产生的衍射现象更明显，C错误；

D．根据

a频率小，波长大，则经过同一双缝干涉装置的得到的图样，a光的条纹间距大，D错误。

故选B。

4.(2022·山东潍坊市高三下学期一模)已知半衰期为，其衰变方程为，X是某种粒子，为释放的核能。真空中光速为c，用质谱仪测得原子核质量为m。下列说法正确的是(　　)

A. 发生的是衰变

B. 原子核质量大于m

C. 100个原子核经过，一定有75个发生了衰变

D. 若中子质量为，质子质量为，则核的比结合能为

【答案】D

【解析】

A．根据质量数守恒电荷数守恒可知，X是 ，发生的是 衰变，故A错误；

B．因为衰变过程有质量亏损，所以原子核质量小于m，故B错误；

C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，统计少量个数原子核是没有意义的，故C错误；

D．若中子质量为，质子质量为，则核的比结合能为

N为核子数，故D正确。

故选D。

5.(2022·江苏南京盐城市高三下学期二模)贫铀弹在爆炸中有很多U残留，其半衰期极为漫长且清理困难，所以对环境的污染严重而持久。设U发生α衰变形成新核X，以下说法正确的是(　　)

A. U的比结合能小于新核X的比结合能

B. 该衰变过程的方程可写为U+He→X

C. 衰变反应中的α射线在几种放射线中电离能力最弱

D. 2个U原子核经过一个半衰期后必定有一个发生衰变

【答案】A

【解析】

A.重核衰变较轻质量的核时, 比结合能变大,U比结合能小于新核X的比结合能,A正确;

B.该衰变过程的方程应写为U→X+He ,B错误;

C.衰变反应中的α射线在几种放射线中电离能力最强,C错误;

D.半衰期是大量原子核衰变的统计结果,单个原子核的衰变时间无法预测,D错误;

故选A。

6.(2022·山东济南市高三下学期一模)光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。

由表中数据得出的以下论断中正确的是(　　)

A. 三次实验采用了不同频率的入射光

B. 三次实验光电管中的金属板材质不同

C. 若入射光子的能量为5.0eV，不论光强多大，饱和光电流一定大于60mA

D. 若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV

【答案】D

【解析】

A．入射光子的能量相同，根据

可知三次实验采用了相同频率的入射光，故A错误；

B．根据

可知，最大初动能相同，则逸出功相同，因此金属板材质相同，故B错误；

C．饱和光电流，只与光照强度有关，故C错误；

D．根据

，

代入数据得

故D正确。

故选D。

7.(2022·江苏如皋市高三下学期一调)利用如图所示的电路研究光电效应现象，滑片P的位置在O点的正上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率，且光的强度较大，则(　　)

A. 减弱入射光的强度，遏止电压变小

B. P不移动时，微安表的示数为零

C. P向a端移动，微安表的示数增大

D. P向b端移动，光电子到达阳极A的最大动能增大

【答案】D

【解析】

A．遏止电压仅与入射光频率有关，与强度无关，故A错误；

B．P不移动时，由于图中在光电管中所加电压为正向电压，管中电场向左，电子从K向右逸出所受电场力向右，电子加速从A端流出形成光电流，微安表应有示数，故B错误；

C．P向a端移动，则分压所得正向电压变小，电子加速从A端出去的速度变小，则光电流变小，微安表的示数变小，故C错误；

D．P向b端移动，则分压所得正向电压变大，由

光电子到达阳极A的最大动能增大，故D正确。

故选D。

8.(2022·山东菏泽高三下学期一模)下列说法正确的是(    )

A. 银河系中存在大量的铝同位素，它的衰变方程为，其中Y是质子

B. 核废料具有很强的放射性，放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽

C. 裂变反应有质量亏损，聚变反应没有质量亏损

D. 射线是原子核能级跃迁释放出的能量，是一种电磁波

【答案】D

【解析】

A．根据质量数和电荷数守恒可知，Y质量数为0，电荷数为+1，是正电子，A错误；

B．核废料具有很强的放射性，放射性元素经过两个完整的半衰期后，将剩余原来的四分之一，B错误；

C．裂变反应有质量亏损，聚变反应也有质量亏损，C错误；

D．射线是原子核能级跃迁释放出的能量，是一种电磁波，D正确。

故选D。

9.(2022·山东烟台市德州市高三下学期一模)有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子核，从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”。现有一个铍原子核()发生了“K俘获”，生成一个新的原子核，并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子()，核反应方程为。关于铍原子核()的“K俘获”的过程，下列说法正确的是(　　)

A. 新原子核带负电

B. 新原子核比原来的铍原子核少一个中子

C. 新原子核比原来的铍原子核少一个质子

D. 新原子核与原来铍原子核的核子数不同

【答案】C

【解析】

A．根据电荷数守恒得，新原子核X的电荷数是3，则新原子核X带正电，故A错误；

BCD．根据电荷数和质量数守恒得，新原子核X的电荷数是3，核子数是7，新原子核与铍核相比，电荷数少一个而核子数相同，所以是质子数少一个，中子数多一个，故BD错误，C正确。

故选C。

10.(2022·湖南岳阳市高三下学期二模)在火星上，太阳能电池板的发电能力有限，因此科学家用放射性材料作为发电能源为火星车供电。中的元素是，具有天然放射性，半衰期为87.7年。发生衰变的核反应方程为，则下列说法正确的是(　　)

A. 原子核的中子数为141

B. 原子核发生衰变后产生的新核的比结合能比核的比结合能小

C. 10个原子核经过87.7年后一定还会剩余5个

D. 的半衰期是由核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系

【答案】D

【解析】

A．根据质量数和电荷数守恒可知，原子核的中子数为

故A错误；

B．原子核发生衰变后产生的新核更稳定，所以新核的比结合能比核的比结合能大，故B错误；

C．半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；

D．半衰期是由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部的物理条件没有关系，故D正确。

故选D。

11.(2022·湖北八市高三下学期二模)下列说法正确的是(　　)

A. 在光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关

B. 结合能越大的原子核核子平均质量越小

C. 汤姆孙通过研究阴极射线精确测定出电子所带的电荷量

D. 泊松亮斑说明光具有粒子性

【答案】A

【解析】

A．根据光电效应方程

根据动能定理得

解得

在光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关，A正确；

B．根据结合能曲线，随着原子核质量的增大，结合能先增大后减小，B错误；

C．密立根精确测定出电子所带的电荷量，C错误；

D．泊松亮斑说明光具有波动性，D错误。

故选A。

12.(2022·河北唐山市高三下学期一模)氚是氢的一种放射性同位素，简写为H，氟核发生β衰变后变成另一种新原子核，氚的半衰期为12.43年，下列关于氚核衰变说法正确的(　　)

A. 经过12.43年，6个氚核还剩余3个没有衰变

B. 经过12.43年，质量为m的氚核还剩余仍没有衰变

C. 增加气体中氚的浓度可以缩短其半衰期

D. 改变氚核存放环境可改变其半衰期

【答案】B

【解析】

AB．半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律，对个别的原子核没有意义，故A错误B正确；

CD．半衰期由放射性元素的原子核本身因素决定，跟原子核所处的物理或化学状态无关，故CD错误。

故选B。