专题18 原子物理-【满分思维】2026年高考物理真题分类

联立解得g=pL一L) Lioh (2)若调控空气柱温度，使水平放置时空气柱长度与竖直放置 时相同，则空气柱的休积不变，由在理定徐可得号一号 联立解得g=(TT》=9.5m/S T2oh 19.压强的计算、气体实验定律 解：(1)金属液刚好充满铸型室时，有 S h=S2h2 解得h1=0.05m p1=p+pg(h1+h2+H)=1.2X105Pa (2)注气后铸型室内金属液高为h3=0.04m 设气室内金属液面下降h4 则S2ha=S1h 解得h4=0.01m 铸型室内气体发生等温变化，设注气后铸型室内气体压强为 p,由玻意耳定律得 PoS2h2=pS2 (h2-h3) 解得p'=1.25×10°Pa p2=p'+pg(h4+H+h3)=1.35×105Pa 20.盖-吕萨克定律、热力学第一定律 解：(1)活塞缓慢上升过程中，玻璃管内部气体压强不变，根据 专题十八 1.A光电效应照射金属表而的单色光的光子能量大于金属的 逸出功时能发生光电效应，逸出光电子，已知单色光光子能量 E=2.20eV,铷的逸出功为2.13eV2.20eV,能发生光电效 应，而钾、钠、钙的逸出功均大于2.20cV,不能发生光电效应，故 选A。 2.B核反应方程、B衰变根据质量数守恒可知232+x=233,解 得x=1:根据电荷数守恒可知90+y=92(发生1次3衰变电荷 数增加1)，解得y=2,故选B。 3.B半衰期假设采集时Be和Be的原子个数分别为m、n, B经过106天刚好经过两个半衰期，所以IBc的原子个数还剩 下，而e的半衰期为139万年，在106天内只有少数e原 子发生衰安近拟看皮不空黑题可风身 :!=1：2,B正确，ACD错误。 ·物玉 若昌华克定准有兰-兰 代人数据解得气柱高度A:=专， (2)活塞缓慢上升过程，对活塞受力分析，有pS十F和=p1S 解得此过程玻璃管内气体压强p,一号。 此过程气体对外界做功，大小为 W=pav-7A,XS(侍A-h,)-器a,, 活塞缓慢下降过程，对活塞受力分析，有pS=p2S十F 解得此过程管内气体压强p:=2p0 20 下降过程，根据盖昌萨克定律有T一T .Sh2 Sh3 代入数据，解得气柱高度h,=h, 11, 下降过程外界对气体做功，大小为 W=pav-贺，XS(侍A品，)）=后m 整个过程气体对外界做的功大小为 w=w,-w,-器，5h,-号p,s,=高ps%, 因为T,=T4,所以整个过程气体内能不变，所以封闭气体吸收 的净热量等于气体对外界数的功.即Q=W=是A,, 原子物理 4.C能级跃迁由题可知，用来碰撞He的电子的熊量为0ey 【易错：此处为本题的关键，也是容易忽略的信息】，所以基态的 Hc最高能跃迁到=3能级，当处于n=3能级的Hc往低能 级跃迁时只能有三种情况，分别是3231.21.由△正-织可 知3→2对应的谱线的波长最长，故选C。 5.B遏止电压、光电效应由题图知UeU>U【易错：负号仅 表示电压为反向电压】，由动能定理得Ek-U,故Ee>Fk> Ek1,B正确，ACD错误。 6.A阝衰变根据核反应过程巾质量数和核屯荷数守恒，可知X的 质量数为0，核电荷数为一1，所以X为电了，CD错误；由碳14的 哀变方程(C→V+”c知，“，c是在核内巾子转化为质子的 过程中产生的，A正确，B错误。 7.A核反应方程、反粒子、动量守恒定律氢原了由质了和电了 组成，据题意可知，反氢原了由反质了和下电了组成，在基态时 答46· 氢原子和反氢原子的电势能和动能相等，所以反氢原子和氢原 子在基态时能量都为一13.6eV,A正确；根据核反应方程。n→ H十_e可知，一个中子可以转化为一个质子和一个电子，B错 误；一对正负电子等速率对撞，总动量为零，则需产生至少两个 光子以保证动量守恒，单个光子无法满足动量守恒，C错误；反 氘核和反氚核发生聚变反应，同样会出现质量亏损，放出能量， D错误 8.B原子核衰变、半衰期原子核衰变过程中释放能量，存在质 量亏损，所以新核总质量小于原核质量，A错误；半衰期为大量 某种放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间【点拔：半 衰期描述的是大量原子核行为的统计规律，样本数必须足够 大】，且半衰期由原子核内部自身的因素决定，与所处的化学状 态和物理环境无关，B正确，CD错误。 9.C核反应方程、衰变根据核反应方程电荷数守恒及质量数守 恒可知，X为8O,A错误；核聚变反应是指两个轻核结合成质量 较大的核的反应过程，该反应不是核聚变反应，B错误；物质质 量与原子核数成正比，经过一个半衰期，1克8F有半数发生衰 变，故质量也减半，C正确：。y不带电荷，故在磁场中不受洛伦滋 力，即无偏转，D错误 10.B光电效应由题意可知，甲金属的逸出功小于乙金属的逸 出功，入射光只能使甲金属发生光电效应，由，=W可知，入 射光的频率大于甲金属发生光电效应的截止频率而小于乙金 属发生光电效成的截止频率，因此使用频率更小的光无法使 乙金属发生光电效应，A错误；山光电效应方程Ek=hy一W可 知，使州频疼更小的光，若仍能使甲发生光电效应，则光电子的 最大初动能减小，B正确：能否发生光电效应与入射光强度尤 关，C错误：光电子的最大初动能只与入射光频率有关，与其强 度无关，D错误。 归纳总结 (1)入射光频率大于截止频率，才能发生光电效应： (2)金属逸出功越大，发生光电效应的截止频率越高：(3)光 电子最大初动能随入射光频率增大而增大，与入射光强度 无关。 11.ABC原子核双B衰变、第二激发态、能级跃迁、光子能量根 据衰变方程质量数守恒有100=A十0，解得A=100,A正确： 根据衰变方程电荷数守恒有42=44一y,解得y=2,B正确；由 ·物理 光子能量E=v=h￡可知，能量大的光子频率大，波长小， C正确，D错误。 12.AC核反应、动量守恒定律、能量守恒定律根据核反应方程 ?H+H→He+n+17.6MeV可知，该反应释放了能量， 根据爱因斯坦质能方程有△E=△c2,即释放能量意味着有质 量亏损，A正确；该反应是两个轻核（氘核和氚核）结合成一个 较重的核（氦核）并释放出中子和能量的过程，属于核聚变，而 核裂变是重核分裂成轻核的过程，B错误；由于碰撞前氘核与 氚核动量大小相等、方向相反，则系统总动量为0，因此反应后 He与n的动量大小相等，方向相反，即pe=pn,根据动能 瓦一可得器-一子·又因为反应释放的能量全部转 化为它们的动能，即Eke十Em=17.6MeV,联立解得Em= 号×I7.6MV=k.o8MeVe14MV.EL=号XI.6MeV 3.52MeV,C正确，D错误 13.BC光电效应方程的图像、原子跃迁、单缝衍射、德布罗意波长 三束光中，Q的频率最大，对应光电子在K处，动能E,v-m,则P产 光子能量也最大。三束光都生的光电子动能小于Q,根据p√2mE, 是由更高能级向第一激发态可知P产生的光电子动量小于Q,德布罗 跃迁发出的，根据氢原子跃意波长=名，则P产生的光电子德布罗 迁规律可知，能量越大对应 的能级差也越大，所以Q对 意波长大于Q,B正确 应的初始能级最高，C正确↑ M点对应光电流相同的位置 R 说明单位时间内到达们极A 0 的光电子数山相同.D错误 P,R两光的遏止电压相同，Q光的遏止电压更人一些.即U>U-UR.根 据U=E=w-W,可知频率关系龙w>p=。根据=气，可知波长关 系是Q<p=R.根据单缝衍射规律知，波长越大，央亮条纹越宽 则分别射入同一单缝衍射装置时.Q的央亮纹应比R窄，A错误 14.光电效应 W 解：1)逸出功W。=心，解得=方 (2)由爱因斯坦光电效应方程有Ek一hv一W, 15.光的全反射、光电效应 解：(1)光任玻璃丝内发生全反射的条件为人射角≥( 则发生全反射时的最小人射角为i=C 又折射率n=sinC 解得in=60° (2)根据光电效应方程有Em=hy一W, 当Ek=0时，可得该材料的截止频率为 _W-1.5×101z 答47· 16.核反应方程、带电粒子在磁场中运动、匀强电场中电势差与电 场强度的关系、类平抛运动、半衰期 思维导图 (1)核反应过程质量数守恒、核电荷数守恒 电场qU= 1 2 mo2 2mU (2) B= 2 磁场qB=m 4C在板间做 水平方向L=usin ot (3) →解出U 类斜抛运动 gU 竖直方向at=2vc0s9,a md (4(分）”=号→n=lg,3-b8共 ln2-7 三12X5700(年)令 8957(年) 解：(1)n+4N→H+4C,C→4N+-9e (2)由题图2可得U=1.93×10V时，1C粒子被接收器F接 收的比例最大 粒子经过电压U加速，gU=2m0 在磁体-Ⅱ中偏转gB=mR ·物理答 解得B= 12md≈2.0T R q (3)由(2)分析可知，三种粒子的q相同，则m与U的乘积恒 定，C经过磁体-Ⅱ时，所对应的电压m1U4=m12U12,求得 U14≈1.65×10V C经过ESA-Ⅱ区域时，设入射速度为v,则粒子在极板间做 类斜抛运动 a=9 md L=vtsin p,at=2vcos 解得U1=U14=1.65×10°V )根据N=N,(兮)产 4×1018 1.2X1012 (份)-日 t In 3-7In 2 1=T出88957年 48·专题十八原子物理 一、单项选择题 1.(2025·广西卷)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13eV、2.25eV、2.29eV、3.20eV。用光子能量为 2.20V的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是 () A.铷 B.钾 C.钠 D.钙 2.(2025·安徽卷)2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人 类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核(Th)俘获x个中子()，并发生y次B衰 变，转化为易裂变的铀核(23U),则 () A.x=1,y=1 B.x=1,y=2 C.x=2,y=1 D.x=2,y=2 3.(2025·河南卷)由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素Be和B。测定不 同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知B和B的半衰期分别 约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现Be和Be的总原子个数经过106天 后变为原来的，则采集时该高度的大气中Be和°Be的原子个数比约为 A.1:4 B.1:2 C.3:4 D.1:1 4.(2025·甘肃卷)利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。He离子相对基态的能 级图（设基态能量为0）如图所示。用电子碰撞H+离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电 子的能量为50eV,则He离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为 () Elev 最9踢 40.81 一0（基态） A.n=4→n=3能级 B.n=4→n=2能级 C.n=3→n=2能级 D.n=3→n=1能级 5.(2025·山东卷)在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1,2,3的金属，所得 遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能E的大小关系正确的是 () 3 金属编号 -2 ·104- A.E>E>Ek B.E>E>Ek C.Ek>Ek>Ek D.E>E>E 6.(2025·云南卷)2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核 能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为C→N+X,则 () A.X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B.X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C.X为质子，是由核内中子转化而来的 D.X为中子，是由核内质子转化而来的 7.(2025·北京卷)自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿 领域之一，目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的 反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守 恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是 () A.已知氢原子的基态能量为一13.6eV,则反氢原子的基态能量也为一13.6eV B.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C.一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子 D.反氘核和反氚核的核聚变反应吸收能量 8.(2025·湖南卷)关于原子核衰变，下列说法正确的是 A.原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量 B.大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期 C.放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长 D.采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期 9.(2025·湖北卷)PET(正电子发射断层成像)是核医学科重要的影像学诊断T具，其检查原理是将含放 射性同位素（如8F)的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的日的。8F的衰变方程为8F→X十 9e十8，其中8y是中微子。已知8F的半衰期是110分钟。下列说法正确的是 () A.X为3) B.该反应为核聚变反应 C.1克8F经110分钟剩下0.5克8F D.该反应产生的。在磁场中会发生偏转 10.(2025·广东卷)有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金 属，只有印发射光电子，其最大初动能为Ek。下列说法正确的是 A.使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子 B.使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek (C.频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子 D.频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek 二、多项选择题 11.(2025·辽吉黑内蒙古卷)某理论研究认为，1№Mo原子核可能发生双3衰变，衰变方程为№M0→ 4Ru+ye。处于第二激发态的Ru原子核先后辐射能量分别为0.5908MeV和0.5395McV的Y、 ·105· Y2两光子后回到基态。下列说法正确的是 A.A=100 B.y=2 C.Y1的频率比Y2的大 D.Y1的波长比Y2的大 12.(2025·福建卷)某核反应方程为H+H→He十n+17.6MeV,现真空中有两个动量大小相等、方 向相反的氘核与氚核相撞，发生该核反应，设反应释放的能量（远大于碰前氘核和氚核的动能）全部转 化为He与n的动能，则 () A.该反应有质量亏损 B.该反应为核裂变 C.n获得的动能约为14MeV D.He获得的动能约为14MeV 13.(2025·1月浙江卷)如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴 极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是() ,光束 窗口 真空A Q R 图1 图2 A.分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B.P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C.氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光巾Q对应的能级最高 D.对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数日，P多于Q 三、非选择题 14.(2025·江苏卷)江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。 光电倍增管阴极金属材料的逸出功为W。,普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率a; (2)若频率为的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能Ek。 ·106 15.(2025·河北卷)光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出， 再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。 2v3 (1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为3，求光在玻璃丝内发生全反射时的最 小入射角。 (2)若探测器阴极材料的逸出功为9.939×10-20J,求该材料的截止频率。（普朗克常量h=6.626× 10-34J·s)》 光纤 探测器 棱镜 .107· 16.(2025·1月浙江卷)同位素4C相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少 量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA-I、磁体-I和高电压清除器，让只含有三 种碳同位素C、C、1C的C3+离子束（初速度可忽略不计）进入磁体-Ⅱ。磁体-Ⅱ由电势差为U的加 速电极P,磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U,可分离 C、8C、14C三种同位素，其中C、18C的C+离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与 U之间的关系曲线如图2所示，而C离子可通过接收器F,进入静电分析仪ESA-Ⅱ，被接收器D接收 并计算。 磁体I 磁体Ⅱ 102 高电压消除器 0 磁体 B ESA-I 接收器F 是w 离子源 接收器D 10 ESA-Ⅱ .4i5i6i7181.92.02.1 U/(10V) 图1 图2 (1)写出中子与N发生核反应生成C,以及C发生3衰变生成N的核反应方程式； (2)根据图2写出C的C3+离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留2位有效数字； 已知R=0.2m,原子质量单位u=1.66×10”kg,元电荷e=1.6×1019C): (3)如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距d=5cm两平行极板，在下极板开有间距L=10cm的两小孔， 仅允许入射角9=45的C离子通过。求两极板之间的电势差U1； (4)对古木样品，测得C与℃离子数之比值为4×10-13；采用同样办法，测得活木头中C与C的比 值为1.2×1012，巾于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的 时间（已知C的半衰期约为5700年，ln3=1.1,ln2=0.7)。 108