单元十六 近代物理 原子和原子核 专项训练-2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 以原子结构与原子核为核心，通过辨析、计算、实验题型系统覆盖衰变规律、能级跃迁、光电效应等考点，注重物理观念与科学思维的综合应用。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |概念辨析|单选1-4、多选8-9|聚焦衰变类型、半衰期、能级跃迁能量计算|从微观结构（原子/原子核）到现象解释（光谱、光电效应）| |实验探究|实验11-12|光电效应实验操作与原理分析|实验现象→规律总结（爱因斯坦方程）| |综合计算|解答13-16|核反应方程、质能方程、能级跃迁综合应用|概念（衰变/能级）→规律（能量守恒）→应用（科技情境）|

单元十六 近代物理 原子和原子核 2027届高考物理一轮复习 一、单选题 1．许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（　　） A．元素发生衰变后质量数增加 B．衰变过程中存在质量亏损 C．低温会增大放射性元素的半衰期 D．衰变说明原子核内存在电子 2．“羲和号”卫星通过分析太阳光谱中的特定谱线来研究太阳活动。太阳光谱中某条谱线对应光子的能量与氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能量相同。氢原子的能级图如图所示，则该谱线对应的光子能量为（　　） A．0.66eV B．1.89eV C．2.55eV D．12.09eV 3．我国在“冷原子干涉重力仪”等精密测量领域处于世界先进水平。实验中常利用激光冷却原子，某原子从高能级E2、E3分别跃迁至同一低能级E1，辐射出光子a和b。已知E3-E1>E2-E1，且光子a对应跃迁E2→E1，光子b对应跃迁E3→E1。关于这两种光子，下列说法正确的是（　　） A．光子a的能量大于光子b的能量 B．光子a的能量等于光子b的能量 C．光子a的频率大于光子b的频率 D．光子a的波长大于光子b的波长 4．工业安防常用光电式火焰传感器监测火情，其核心部件为真空光电管，如图甲所示。用三束可见光P、Q、R分别照射光电管阴极K，调节滑动变阻器改变电压，记录光电流与电压表示数，得到关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　） A．P光的频率大于Q光的频率 B．Q光的频率大于R光的频率 C．P光的频率大于R光的频率 D．R光的强度大于P光的强度 5．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。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，则离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（　　） A．能级 B．能级 C．能级 D．能级 6．在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 7．一束粒子撞击一静止的金原子核，它们的运动轨迹如图所示。图中虚线是以金原子核为圆心的圆。已知静电力常量，元电荷，金原子序数为79，不考虑粒子间的相互作用，则（　　） A．沿轨迹1运动的粒子受到的库仑力先做正功，后做负功 B．沿轨迹2运动的粒子到达P时动能为零、电势能最大 C．位于图中虚线圆周上的3个粒子的电势能不相等 D．若粒子与金原子核距离为，则库仑力数量级为 二、多选题 8．未来火星基地可能利用“钚238”放射性同位素热电发生器供电。钚238（）衰变方程为：，衰变释放的光子照射到锂薄膜上发生光电效应。已知钚238衰变前的质量为，衰变后X核和粒子的总质量为，真空中光速为。根据以上材料，则下列说法中正确的是（　　） A．核比X核的比结合能大 B．一个核发生上述衰变过程中释放的核能为 C．衰变产物X核的中子数为142 D．若仅减小光子照射到锂薄膜上的照射时间，则有可能不发生光电效应现象 9．氢原子能级图如甲图所示，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中发出的光中，仅有a、b两种光能使乙图所示的光电管阴极K产生光电效应。用a、b两种光分别照射光电管阴极K，测得光电流I随电压U变化的图像如丙图所示。下列说法中正确的是（　　） A．a光的频率大于b光 B．处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时发出b光 C．在水中传播时，a光的传播速度小于b光的传播速度 D．处于基态的氢原子可以吸收能量为10.20eV的光子发生跃迁 10．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核（）发生了一次α衰变。放射出的α粒子（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。下面说法正确的是（　　） A．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙 B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径为 C．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为 D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为 三、实验题 11．如图所示，用导线将验电器与洁净锌板连接，触摸锌板使验电器指示归零．用紫外线照射锌板，验电器指针发生明显偏转，接着用毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌板，发现验电器指针张角减小，此现象说明锌板带____电（选填写“正”或“负”）；若改用红外线重复上实验，结果发现验电器指针根本不会发生偏转，说明金属锌的极限频率_____红外线的频率（选填“大于”或“小于”）． 12．光电效应实验装置示意图如图所示． （1）若要使发生光电效应的电子不能到达A极，则电源的a极应为_____极（选填正、负） （2）用频率为v的普通光源照射K极，没有发生光电效应，用频率大于ν的光照射K极，则立即发生了光电效应；此实验说明发生光电效应的条件是_______.     （3）若KA加上反向电压U，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的_____（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量） A．     B． C．U=2hν﹣W    D． 四、解答题 13．我国钍基熔盐堆技术达到世界领先水平。反应堆中（钍核）发生衰变生成（镤核）。已知钍233核的质量为，镤233核的质量为，电子的质量为，钍233的半衰期，真空中光速为。 (1)求质量的钍233，经过时间剩余钍233的质量； (2)写出发生衰变生成的方程式，并求一个钍233核发生衰变释放的能量。 14．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，普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率； (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。 15．已知基态的氢原子能量为，普朗克常量为，光在真空中速度为，氢原子的能级公式，其中是基态能量，，求： (1)一个处于能级的氢原子跃迁到能级，需吸收的光子能量； (2)用波长为的光子照射基态氢原子使其电离，电离后电子的动能。 16．氢原子结构模型是衔接经典物理与量子物理的桥梁，也是探索未知现象的基础。已知电子电荷量为e，质量为m，静电力常量为k，普朗克常量为h，不考虑相对论效应。 (1)假定氢原子核静止，核外电子绕核沿图甲所示方向做半径为r的匀速圆周运动。 a．若电子仅受静电力作用，求其做圆周运动的角速度大小ω1； b．若氢原子处在匀强磁场中，磁场方向垂直于电子圆周运动的平面向下。已知电子的轨道半径仍为r，角速度大小为ω2，求该匀强磁场的磁感应强度大小B0。 (2)2024年1月，我国发射的首颗大视场X射线天文卫星，用于观测太空中X射线辐射源以揭示天体演化的奥秘。某次观测得到X射线辐射的光子数与光子能量的图谱如图乙所示，发现这些光子能量主要取E、2E、3E…一系列差值相等的分立值。其中E为已知量。 a．电子在不同能级之间的跃迁是产生分立光谱的常见机理。请简要分析能否类比氢原子能级模型解释上述X射线图谱的特点。已知氢原子的能级为（n=1，2，3…），其中n为量子数，E1为基态能量。 b．科学家推测该X射线源表面存在极强磁场，电子仅在磁场力作用下运动，并呈现轨道量子化现象，进而发生能级跃迁。请据此估算该X射线源表面的磁感应强度大小B。已知电子运行轨道量子化条件为（n=1，2，3…），其中，式中rn、λn、pn分别是En能级对应的轨道半径、电子波长和动量。 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C D B C C D BC BD BCD 11．正，大于 12． 正极 只有照射光的频率大于金属的极限频率时才会发生光电效应 A 13．(1)1.0×10-6 kg (2)； 【详解】（1）由题意可知，时间 即经过的时间钍233进行了3次衰变，所以剩余钍233的质量为 （2）根据质量数和电荷数守恒可知，发生衰变生成的核反应方程为     由质能方程可得一个钍233核发生衰变释放的能量为 14．(1) (2) 【详解】（1）根据题意，由光电效应方程有 当时，可得该金属的截止频率 （2）根据题意，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为 15．(1) (2) 【详解】（1）氢原子从能级跃迁到能级，需吸收的光子能量应恰好等于两能级间的能量之差，光子能量满足 其中 解得 （2）波长为的光子能量为 由能量守恒得电离后电子的动能 解得 16．(1)a.；b. (2)a.不能，分析见理由；b. 【详解】（1）a．由题干可知，电子仅受静电力作用做匀速圆周运动，即静电力提供电子所需向心力。根据氢原子结构可知氢原子核带电量为e，有， b．当氢原子处在匀强磁场中时，电子同时受到静电力和洛伦兹力。根据右手定则，这两个力均指向圆心提供向心力，即， 整理得 （2）a．不能。这些光子能量显然是等差数列，而氢原子能级差为，并非等差数列。因此不能类比氢原子能级模型解释上述X射线图谱的特点。 b．电子在该磁场中运动，仅受磁场力作用，则有洛伦兹力提供向心力，即 因电子呈现轨道量子化，则需满足轨道量子化条件 电子的德布罗意波长为 整理得，能级差为 解得 学科网（北京）股份有限公司 $