2023年高考物理一轮复习：原子物理学与相对论（附答案解析）

1、第 贞共27员第 贞共27员2023年髙考物理一轮复习：原子物理学与相对论.选择题（共10小题）1-（2021-山东）在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半袞期较短的 210Pb,其衰变方程为210 pb 21Bi+X。以下说法正确的是（）828283袞变方程中的X是电子升温度可以加快210?,的袞变82 rD210p与flOBi的质量差等于袞变的质量亏损82 rD 83 D1方程中的X来自于内质子向中子的转化822. （2021-乙卷）医学治疗中常用放射性核素ll3In产生y射线，而1BIn是由半衰期相对较长 的U3Sn衰变产生的。对于质量为mo的113Sn，经过时间t后剩余

2、的mSn质量为m，其1 m0-t图线如图所示。从图屮可以得到,3Sn的半衰期为（）A. 67.3dB. lOl.OdC. 115.1dD. 124.9d3.4.万年，其衰变方程为26aj 26Mg+Yo下列说法正确的是（2021-眉山模拟）人类第一次实现原子核人工转变的核反应方程是下列的（A.B.4He+14N-278 1C.235u+ln- 144Ra+89Kr+3l92056360D.2H+3H-*1 14He+ln2 0（2021*广东）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26。铝26的半袞期为72Y是氦核Y是质子再经过72万年，现有的铝26袞变一半再经过144万年，现有的铝26全

3、部衰变（2021-仪陇县模拟）氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。匕知基态 的氦离子能Ei= - 54.4cV,氦离子的能级示意图如图所示。在具有下列能量的光子中，不能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）0 3.4 eV E-6.0 eVA13.6 eVE54.4 eV40.8eVB. 51.0eVC. 43.2eVD. 48.4eV（2021-兴庆区校级模拟）下列说法中错误的是（）235u的半袞期约为7亿年，随地球环境的变化，其半袞期可能变短92核泄漏事故污染物SfCs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为137cs-137Ba+x,可以判断x力电子56若氢原子从n=6能级向

4、n=l能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则 氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应质子、中子、a粒子的质量分别是m2、m3,质子和中子结合成个a粒子，释放 的能量是（2mj+2m2 - mj） c2（2021-五华区校级模拟）关于近代物理学史，下列说法正确的是（）卢瑟福a粒子大角度散射实验，使人们认识到原子是可以分割的，是由更小的微粒组 成的光电效应和康普顿效应深入地揭示了光的粒子性的一面爱因斯坦最先将能量引入物理学，使得光电效应的理论与实验的矛盾迎刃而解玻尔最先将能量子引入物理学，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱 的实验规律（202

5、1-青羊区校级模拟）下列说法中正确的是（）根据玻尔理论，原子处于定态时，电子做变速运动，并向外辐射能量根据玻尔理论，氢原子由较S能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，核外电子的动能减少原子核结合能越大，原子核越稳定光子像其它粒子一样，不但具有能量，也具有动量（2021-湖南）核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（）放射性元素经过两个完整的半袞期后，将完全袞变殆尽原子核袞变时电荷数守恒，质量数不守恒改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半袞期过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害（2021-徐州模拟）太阳产生的能量主要來自H种核反应，这些反

6、应的最终结果是氢转变成氦，其中一种核反应的方程太阳每秒钟因为核反应失去的质量大约为400万吨。己知光速c=3X108m/s,则（）太阳的总输出功率大约为3.6X 1026WeH4 2 B.的比结合能小于2 hK比结合能2 1大量质均平子核的eH4 2 C.核子平均质量3H1%2 1D.聚变成gHe的过程中只有核力做功多选题（共4小题）（2021-温州模拟）关于原子核及其核反应，下列说法正确的是（）要使核聚变发生，必须克服库仑力做功核裂变反应中，生成物的比结合能大于反应物的比结合能p袞变中的电子来自于核内一个质子转化成一个中子的过程可以通过调节温度、压强等条件来调控核衰变反应的速度（2021武侯

7、区校级模拟）氢原子的能级图如图所示，一群处于第4能级的氢原子，下列说法正确的是（）/V0-O.5 -1.51-3.4|13.6这群氢原子向低能级跃迁过程中能发出4种不同频率的光处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.95eV的光子并电离n=2能级的氢原子若吸收能量为1.89eV的光子，可以跃迁到n=3能级从n=4能级跃迁到n= 1能级的氢原子所辐射光子的波长最长（2021-义乌市模拟）2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核 电站内储存的核废水，消息一出举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235,核废水含有 大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钻60、碘129、钉10

8、6等放射性核素。由于含氚的 水和普通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去 除，铀235的半衰期大约为12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（）为了保护海洋环境，日本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的平均核子质量最大比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀235的比结合能最大核反应方程：235u+ln14lBa+9r+3X中的X是中子9205636（2021-南平二模）原子能电池是利用放射性同位素袞变过程释放的热能转换成电能，具 有尺寸小、重量轻、性能稳定可靠、工作寿命长、环境耐

9、受性好等特点，能力空间及各种特殊恶劣环境条件下的自动观察站或信号站等提供能源。其中0SF89 3是原子能电池的放射源之一，会发生p袞变，半袞期力28.5年。osrco9 3主要来源于g5U的裂变，其核反应方第 #贞共27员第 贞共27员第5页共27页 TOC o 1-5 h z 程力235u+ln9（r+144xe+2ln。下列说法中正确的是（）92038540235u的平均结合能比裂变产物144Xe的平均结合能小9254CK8%89 3 9 3B.C.的袞变方程3839 -1C袞变产生的P射线是其核外电子吸收能量后跃迁产生的D.密闭容器中装有lg9QSr经过28.5年容器屮剩余物质质量为0.

10、5g填空题（共2小题）（2020-如皋市校级模拟）己知普朗克常量为h，真空中的光速为c。一静止的原子核放 出一个波长为入的光子，该光子的能量为 ，反冲核的质量为m，则 反冲核的物质波的波长为 。（2020-海安市校级模拟）现有k个氢原子被激发到n=3的能级上，若这些受激氢原子 最后都回到基态，则在此过程中发出的光的谱线的条数为 条：发出光的光子总数是（假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态 能级上的原子总数的 1）。n-1计算题（共2小题）（2021-昆山市校级模拟）如图1所示为氢原子的能级图。一群氢原子处于量子数n=4 的能级状态，用n=4的能级跃迁到n=

11、2的能级辐射的光子照射某种金属，测得光电流 与电压的关系如图2所示，求： n X-2.3 eV12514(n113.6 -2 |0 _ 图1图2（1）光电管阴极金属的逸出功W0:（2）己知电子的质量m = 9.1X103lkg、电荷量e=1.6X10 l9C,普朗克常量h = 6.63 X 10 34J*s,光电子的对应物质波的最短波长入。（结果保留1位有效数字）（2020-大兴区一模）经典理论认为，氢原子核外电子在库仑力作用下绕固定不动的原子 核做圆周运动。已知电子电荷量的大小为e，质量为m，静电力常量为k，取无穷远为电势能零点，系统的电势能可表示为Ep= -其中r为电子与氢原子核之间的距离

12、。r（1）设电子在半径为的圆轨道上运动：推导电子动能表达式：若将电子的运动等效成环形电流，推导等效电流的表达式；（2）在玻尔的氢原子理论中，他认为电子的轨道是量子化的，这些轨道满足如下的量子 化条件mvnrn=n-L-,其中n=l, 2, 3称为轨道量子数，rn为相应的轨道半径，vn2丌为电子在该轨道上做圆周运动的速度大小，h力普朗克常量：当氢原子中电子的轨道量子数为n吋，推导轨道的半径rn及电子在该轨道上运动吋氢 原子能量。的表达式；假设氢原子甲的核外电子从第2轨道跃迁到第1轨道的过程中所释放的能量，恰好被 量子数n=3的氢原子乙吸收并使其电离，不考虑跃迁或电离前后原子核所受到的反冲， 推导

13、氢原子乙电离出的电子动能表达式。解答题（共2小题）（2020-启东市二模）1930年英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿建造了世界上第一台粒子 加速器，他们获得了商速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核（?Li）,形成一个不稳 定的复合核后分解成两个相同的原子核。写出核反应方程式；己知质子的质量为m,初速度为vo,反应后产生的个原子核速度大小为1 .5vq，方 向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能（设反应过程释放的核能全部转变力 动能）。（2020-海淀区校级模拟）根据玻尔的氢原子模型，电子的运动看作经典力学描述下的轨 道运动，原子中的电子在库仑引力作用下，绕原子核做圆周运动。己知电子质量为m，

14、电荷量为e，静电力常量为k。氢原子处于基态（n=l）时电子1 2的轨道半径为n，电势能为EPl=-H （取无穷远处电势能为零），氢原子处于第n rl个能级的能量为基态能量的n=l, 2, 3,）。 n2求氢原子从基态跃迁到n=2的激发态时吸收的能量。一个处于基态，且动能力El的氢原子与另一个处于基态且静止的氢原子进行对心碰撞。若要是其中一个氢原子从基态跃迁到激发态，则以EkD至少为多少？第 贞共27员第 页共27页2023年髙考物理一轮复习：原子物理学与相对论参考答案与试题解析一.选择题（共10小题）1-（2021-山东）在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半袞期较短的 210

15、pb，其衰变方程为21Pb21Bi+X。以下说法正确的是（）828283衰变方程中的X是电子升岛温度可以加快210p,的袞变82 rD2iop与质量差等于衰变的质量亏损8283D.方程中的X来自于内质子向中子的转化【考点】原子核袞变及半袞期、袞变速度；爱因斯坦质能方程：裂变反应和聚变反应. 【专题】定性思想；推理法；袞变和半袞期专题：推理能力. 【分析】根据质量数守恒与电荷数守恒判断，卩衰变生成的电子是因为其中的一个中子转 化为质子产生的，半衰期与外界因素无关.【解答】解：A、根据质量数守恒可知X的质量数为：A=210-210=0,电荷数为82- 83=-1，可知X是电子，故A正确；B、半袞期

16、与外界因素无关，只与自身有关，故B错误；C、210p与质量差等于电子的质量与质量亏损的和，故C错误；8283D、方程式中的电子来自于铅的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子，故D错误。 故选：A。【点评】本题考査了衰变的实质，半衰期的特点，和衰变前后有质量亏损.（2021-乙卷）医学治疗中常用放射性核素mIn产生y射线，而1BIn是由半衰期相对较长 的,3Sn衰变产生的。对于质量为mo的ll3Sn,经过时间t后剩余的ll3Sn质量为m,其1 m0-t图线如图所示。从图中可以得到,3Sn的半衰期为（）67.3dB. lOl.OdC. 115.IdD. 124.9d【考点】原子核袞变及半袞期、袞

17、变速度.【专题】定性思想；衰变和半衰期专题；理解能力.【分析】半衰期指的是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，从图像中可得 出,3Sn从质量为Sno的袞变到质量为imo的所用的时间，即为半衰期。33【解答】解：由图可知质量为io的ll3Sn衰变到Imo的所用的时间 t=t2-ti，其中t2 33= 182.4d, t|=67.3d,代入解得八t=115.1d，故1BSn的半衰期为115.Id,故C正确，ABD 错误。故选：C。【点评】木题考查学生对原子核半衰期的认识以及结合图像读取信息的能力，难度不大。（2021-眉山模拟）人类第一次实现原子核人工转变的核反应方程是下列的（）A.4He

18、+14N-170+lHc.D. 2r+ 3H-4He+ln112 0【考点】原子核袞变及半袞期、袞变速度；原子核的人工转变；裂变反应和聚变反应. 【专题】定性思想；推理法；袞变和半衰期专题：退核的裂变和轻核的聚变专题；理解 能力.【分析】A中的方程是居里夫人发现放射性同位素的核反应方程；B中的方程是卢瑟福 发现质子的核反应方程，也是人类第一次实现的原子核人工转变：C中的方程是重核裂 变方程：D中的方程是轻核聚变方程。【解答】解：A、该方程是居里夫人发现放射性同位素的核反应方程，故A错误：B、该方程是卢瑟福发现质子的核反应方程，也是人类第一次实现的原子核人工转变，故 B正确；C、该方程是重核裂变

19、方程，故C错误。D、该方程是轻核聚变方程，故D错误。故选：B。【点评】本题考查了原子核人工转变、重核裂变、轻核聚变等知识，掌握基本概念是解 题关键。（2021-r东）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26。铝26的半袞期为72万年，其袞变方程为26A126Mg+Y。下列说法正确的是（）Y是氦核Y是质子再经过72万年，现有的铝26衰变一半再经过144万年，现有的铝26全部袞变【考点】原子核袞变及半袞期、袞变速度.【专题】定性思想；推理法；袞变和半袞期专题：理解能力.【分析】根据电荷数守恒、质量数守恒确定Y的电荷数和质量数，从而确定Y是什么粒 子；抓住每经过一个半袞期，有半数发生衰变，判断

20、有多少的铝26发生袞变。 【解答】解：AB、根据电荷数守恒、质量数守恒知，Y的电荷数为1,质量数为0,可 知Y为正电子，故A、B错误；C、每经过一个半袞期，有半数发生衰变，再经过72万年，现有的铝有一半发生衰变， 故C正确：D、每经过一个半衰期，有半数发生衰变，再经过144万年，现有的铝有发生衰变，还4剩没有衰变，故D错误。4故选：C。【点评】解决本题的关键知道袞变的过程中电荷数守恒、质量数守恒，理解半袞期的含 义，知道每经一个半袞期，有半数发生袞变。（2021-仪陇县模拟）氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子。已知基态 的氦离子能E!=-54.4cV,氦离子的能级示意图如图所示。

21、在具有下列能量的光子中，不能被丛态氦离吸收而发生跃迁的是(故八正确；BC、该核反应存在质量亏损释放核能，所以生成物的核子平均质量小于反应物的平均核 子质量，生成物比反应物更稳定其比结合能也更大，故BC错误；D、该聚变反应过程中，由于超温让原子核获得足够的动能，从而可以克服库仑力做功， 使得核之间的距离接近到1X10 l5m，也就是接近到核力能够发生作用的范围内使核发生聚变反应，所以该过程不仅存在核力做功也存在库仑力做负功，故D错误。故选：A。【点评】核反应中只要存在质量亏损一定会释放出核能，会造成生成物的核子平均质量 小于反应物的平均核子质量，生成物的比结合能比反应物的比结合能大。第1S贞井2

22、7页多选题（共4小题）（2021-温州模拟）关于原子核及其核反应，下列说法正确的是（）要使核聚变发生，必须克服库仑力做功核裂变反应中，生成物的比结合能大于反应物的比结合能p袞变中的电子来自于核内一个质子转化成一个中子的过程可以通过调节温度、压强等条件来调控核袞变反应的速度【考点】原子核袞变及半袞期、袞变速度；原子核的结合能；裂变反应和聚变反应. 【专题】应用题：定性思想；推理法；袞变和半袞期专题；理解能力.【分析】要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10 l5m以内，由于原子核都带正电， 要使它们接近到这种程度，必须克服库仑力做功：核裂变反应的过程中释放能量，所以生成物的比结合能变大；P袞变

23、中的电子来自于核内一个中子转化成一个质子的过程，而非质子转化成中子的过 程；衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 【解答】解：A、要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10 15m以内，核力才能起 作用，由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力做功， 故A正确：B、核裂变反应的过程中释放能量，所以生成物的比结合能变大，故生成物的比结合能大 于反应物的比结合能，故B正确；C、p衰变中的电子来自于核内一个中子转化成一个质子的过程，而非质子转化成中子的 过程，故C错误：D、袞变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和

24、外部条件没有关 系，故D错误。故选：ABo【点评】本题考查了聚变、裂变、袞变等基本知识，对于这部分基本知识要注意加强理 解和应用，这是容易被忽略和犯错误的地方。（2021*武侯E校级模拟）氢原子的能级图如图所示，一群处于第4能级的氢原子，下列说法正确的是（）第17贞共27员第17贞共27员/V0-O.5 -1.51-3.4|13.6这群氢原子向低能级跃迁过程中能发出4种不同频率的光处于第4能级的氢原子可以吸收一个能量为0.95eV的光子并电离n=2能级的氢原子若吸收能量为1.89eV的光子，可以跃迁到n=3能级从n=4能级跃迁到n= 1能级的氢原子所辐射光子的波长最长【考点】氢原子的能级公式和

25、跃迁.【专题】定量思想：推理法；原子的能级结构专题：分析综合能力.【分析】根据数学组合公式求出氢原子能辐射光子频率的种数：报据电离条件分析： 能级间跃迁时，辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率 越岛，即可一一求解。【解答】解：A、一群处于第4能级的氢原子向低能级跃迁过程中能发出C2=6种不同 频率的光，故A错误：B、能量大于电离能的光子可以被吸收，处于第4能级的氢原子的电离能为0.85eV，可 以吸收一个能量为0.95eV的光子并电离，故B正确；C、n=3 能级与 n=2 能级之间的差值为AE=E3 - E2= - 1.51eV - ( - 3.4eV) =1.89e

26、V, 所以n=2能级的氢原子若吸收能量为1.89eV的光子，可以跃迁到n=3能级，故C正确;D、从n=4能级跃迁到n=l能级的氢原子所辐射光子的频率最萵，波长最短，故D错 误。故选：BCo【点评】解决本题的关键知道能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能级差， 计算辐射光子的种类时注意“一群氢原子”和“一个氢原子”的区别。(2021-义乌市模拟)2021年4月13 H H本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核 电站内储存的核废水，消息一出举世哗然。？苗岛核电站的裂变材料是铀235,核废水含有 大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钉106等放射性核素。由于含氚的 水和筲通的水具有相同的化学性质，物理性质也相近，因而现有的废水处理技术很难去除，铀235的半袞期大约力12.5年。针对这一事件，下列同学的观点正确的是（）为了保护海洋环境，H本政府应在12.5年后再排放经过处理的核废水比较铀235、钡141、氪92、锶90的原子核，铀2