2027届高考物理二轮复习专项训练 专题十五 原子与原子核

**基本信息** 聚焦原子与原子核模块，以核反应、光电效应、能级跃迁为核心，通过16道题构建从概念辨析到综合应用的递进训练，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |核反应与衰变|5题（1,2,7,9,11）|结合实际情境考查核反应方程、半衰期计算|从电荷数守恒到质量亏损，构建核反应规律应用链| |光电效应与能级|7题（3-6,8,10,12）|实验情境分析与定量计算结合|从光子能量到遏止电压，形成光电效应全链条解题逻辑| |综合应用|4题（13-16）|跨模块综合计算（结合动量、能量）|以氢原子能级为基础，拓展至光谱分析与实际探测应用|

2027届高考物理二轮复习第三部分 专题十五原子与原子核同步练习 一、单选题 1．铅（Pb）205放射性核素的半衰期约为1700万年，对其丰度的研究为推断太阳的形成时间提供了重要的科学依据。天体环境中，形成铅205的重要机制之一是铊（）核的束缚态衰变，其方程为。下列说法正确的是（     ） A． B． C．核的中子数为124 D．核与核质量数不同 2．两种重金属元素铀（）和钚（），下列选项中相等的是（     ） A．核电荷数 B．质量数 C．原子质量 D．中子数 3．以下说法中正确的是（　　） A．甲图是粒子散射实验示意图，当显微镜在a、b、c、d中的c位置时荧光屏上接收到的粒子数最多 B．乙图是氢原子的能级示意图，氢原子从能级跃迁到能级时放出了一定能量的光子 C．丙图是光电效应实验示意图，当用光照射不带电的锌板时，验电器的指针发生了偏转，验电器指针带正电荷 D．丁图是描绘两种温度下黑体辐射强度与波长的关系图，爱因斯坦在研究黑体辐射的基础上，提出了量子理论 4．一块带正电的锌板连接在验电器上，验电器指针略微张开，用紫外灯照射锌板后，关于指针张角说法正确的是（     ） A．验电器指针张角变小 B．验电器指针张角变大 C．验电器指针张角先变大后变小 D．验电器指针张角先变小后变大 5．科学研究中，通过“角分辨光电子能谱仪”测量光电效应中光电子的动能和出射角，可了解样品的相关特性。若一束频率为的紫外光照射在样品表面产生光电子，某具有最大初动能的光电子，其速度方向与样品表面法线的夹角为，光电子质量为mc，普朗克常量为h，则（     ） A．样品的逸出功为 B．该光电子的德布罗意波长为 C．该光电子的速度沿样品表面法线方向的分量大小为 D．当入射光的频率变为时，光电子的最大初动能变为 6．光照射到某半导体上，光子能量超过特定值，会激发半导体内部一些受束缚的电子，使其能够在半导体内部自由运动，从而增强导电能力，这属于光电导效应。可用如图所示电路研究光电导效应。用频率为的单色光分别均匀照射该半导体和逸出功为的金属，，h为普朗克常量。下列说法错误的是（     ） A．金属不发生光电效应，半导体发生光电导效应 B．增大单色光的强度，电流表示数增大 C．对调电源的正负极，通过半导体的电流反向 D．半导体两端电压为0时，电流表示数不为0 7．利用氪81测定南极冰芯年龄约为13万年。已知氪81的半衰期为23万年，冰芯形成时冰芯中氪81的质量为m0，a点表示现在冰芯中氪81的质量。下列图像中能反映冰芯中81的质量m随时间t的变化关系且a点标注正确的是（   ） A． B． C． D． 8．氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图乙和图丙所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。由可见光Ⅰ和可见光Ⅱ组成的复合光通过三棱镜后有两个出射点M、N，如图戊所示。下列说法正确的是（     ） A．图甲中的对应的是Ⅰ B．图乙中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．图丁中P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 D．图戊中可见光Ⅰ的出射点是M 二、多选题 9．观测分子云中的射电谱线对我们理解恒星的诞生、星际物质循环等具有重要意义。我国正在开展的第二期“银河画卷”巡天项目中，观测、、同位素分子辐射出的电磁波的频率如表所示。下列说法正确的是（　　） CO同位素分子 频率 1.153 1.102 1.098 A．比多两个质子 B．比多一个中子 C．辐射出的光子的能量最小 D．辐射出的电磁波的波长最短 10．用如图所示的电路研究光电效应现象，A、K两个电极密封在真空玻璃管中。先后用频率为、的入射光照射K极，电压表测出遏止电压分别为和，电子电荷量为e，下列说法正确的是（     ） A．光电子在K极、A极间先做减速运动 B．普朗克常量 C．减小入射光的强度，K极金属的逸出功减小 D．当微安表示数恰好为0时，电压表示数为遏止电压 11．如图所示为我国自主研发的三代核电——“华龙一号”示范工程。一期工程建设了每年总发电量约200亿千瓦时的电机组。“华龙一号”利用铀核裂变释放能量，原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示。下列说法正确的是（     ） A．铀核裂变的一个重要核反应方程是 B．“华龙一号”机组发电一年需消耗铀核为0.8 kg C．的平均核子质量小于的平均核子质量 D．两个中子和两个质子结合成一个原子核时释放能量约为28 MeV 12．如图甲所示，初速度近似为0的热电子进入电势差为的加速区，被加速后轰击处于基态的冷氢原子气体，电子和原子发生弹性或非弹性碰撞。发生非弹性碰撞的部分电子使氢原子激发到不同能级（两个电子连续激发同一原子概率极低，可忽略），电子能量减小后向不同方向射出。具有不同能量的电子经准直后，均从点以入射角射入电势差、间距的两极板间匀强电场区，经电场偏转后打到下极板上，形成一系列分立的荧光斑点，其中最远的斑点离点距离。已知氢原子能级如图乙所示。则（     ） A．加速电压 B．被激发的氢原子可发出3种不同频率的可见光 C．下极板上可以观测到5个荧光斑点 D．相邻荧光斑点间距的最大值为10.2 cm 三、解答题 13．几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部的高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为，该反应放出的能量为E，真空中光速为c。 (1)试求该核反应方程的质量亏损Δm； (2)如果的比结合能为E1，的比结合能为E2，试求E与E1、E2的关系。 14．如图所示，光电管的阴极用某种金属制成，闭合开关S，用发光功率为的激光光源直接照射阴极时，产生了光电流。移动变阻器的滑片，当光电流恰为零时，电压表的示数为，已知该金属的逸出功为，普朗克常量为，电子电荷量为，真空中的光速为，求： (1)激光的光子频率； (2)激光光源单位时间内产生的光子数。 15．“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求： （1）每个光子的动量p和能量E； （2）太阳辐射硬X射线的总功率P。 16．同位素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、、的离子束（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、、三种同位素，其中、的离子被接收器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。 (1)写出中子与发生核反应生成，以及发生衰变生成的核反应方程式： (2)根据图2写出的离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知，原子质量单位，元电荷）； (3)如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距两平行极板，在下极板开有间距的两小孔，仅允许入射角的离子通过。求两极板之间的电势差U： (4)对古木样品，测得与离子数之比值为；采用同样办法，测得活木头中与的比值为，由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（已知的半衰期约为5700年，） 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C B C B B D A C BD AD 题号 11 12 答案 CD AD 13．(1) (2) 【详解】（1）由质能方程 得该核反应的质量亏损为 （2）每个氦核的结合能为，反应前3个氦核的总结合能为；碳核的结合能为，核反应释放的能量等于生成物的总结合能与反应物的总结合能之差，故 14．(1) (2) 【详解】（1）根据爱因斯坦光电效应方程有 又 解得激光的光子频率 （2）设激光光源单位时间内产生的光子数，有 可得 15．（1），；（2） 【详解】（1）由题意可知每个光子的动量为 每个光子的能量为 （2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则 可得 所以t秒辐射光子的总能量 太阳辐射硬X射线的总功率 16．(1)， (2)， (3) (4) 【详解】（1）中子与发生核反应生成的核反应方程式为 发生衰变生成的核反应方程式为 （2）在加速电场中，由动能定理得 解得 磁场中，洛伦兹力提供向心力 联立解得 ， 相比，的比荷更大，通过圆形管道所需要的电压更大，通过图2可知当电压为时，与的离子数百分比为，故的离子所对应的U值为。 根据整理得 （3）由题意知，粒子在板间做类斜抛运动，水平方向有 ， 竖直方向有 ，， 联立解得 （4）古木中与比值是活木头中的，说明经过衰变后只剩下，已知经过一个半衰期剩下，设经过n个半衰期，则有 解得 则砍伐时间 学科网（北京）股份有限公司 $