原子物理【练习】【解析版】-2023年高考物理二轮复习（新教材新高考）

第五部分热学、振动和波动、光学及原子物理

专题15原子物理【练】

一.练经典试题

1.1934年，约里奥一居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为?He+^A1-X

+An.X会衰变成原子核Y,衰变方程为XTY+Ye。贝∣J（）

A.X的质量数与Y的质量数相等

B.X的电荷数比Y的电荷数少1

C.X的电荷数比日AI的电荷数多2

D.X的质量数与召Al的质量数相等

【答案】AC

【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒，可知3He+WAl-X+Jn方程中X的质量数为30,电荷数为15,再

根据XTY+Ye方程可知Y的质量数为30,电荷数为14,故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y

的电荷数多1,X的电荷数比内Al的电荷数多2,X的质量数比日Al的质量数多3,选项A、C正确，B、D错误。

2.（多选）下列核反应方程中，XHX2、X3>X4代表a粒子的有（）

A.↑H+汨一>4n+X∣

B.τH+∣H→An+X2

C.W+An→l4456Ba+貂KΓ+3X3

D,An+5Li→∣H+X4

【答案】BD

【解析】根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知选项B中的X2质量数是4,电荷数是2,代表

a粒子，B项正确；选项D中的X4质量数是4,电荷数是2,代表a粒子，D项正确；根据核反应方程满足质

量数守恒和电荷数守恒，可知选项A中的X∣质量数是3,电荷数是2,A项错误；选项C中的X3质量数是1,

电荷数是0,代表中子，C项错误。

3.如图所示，在研究光电效应实验的电路中，设光电管阴极K的逸出功为胸，电源的电动势E=4.0V,内阻可

忽略。滑动变阻器的金属丝电阻均匀，总有效长度为小滑动触头P置于金属电阻丝的正中央C点，闭合开关，

用光子能量为3∙5eV的一束单色光照射光电管阴极K,发现灵敏电流计示数不为零；将滑动触头P从C点向左

移动电流计示数刚好减小到零。若将滑动触头P从C点向右移动上,光电子到达阳极A的最大动能为Ekma

则（)

A.胸=2.5eV,Ekmax=LOeV

B.U⅞=2.5eV,EkmaX=2.0eV

C.W）=LOeV,Ekmax=LOeV

D.W）=LOeV,JEkmaX=2.0eV

【答案】B

【解析】入射光的光子能量£=加=3.5eV,阴极K的逸出功为W）,则逸出光电子的最大初动能Eid=

W）;。从C点向左移动光电管上加有反向电压U=IE=LOV,电流计示数刚好减小到零，故一eU=0—Eu,

Ekl=LOeV,Wo=3.5eV-LOeV=2.5eV；触头P从C点向右移动上时,光电管上加有正向电压t∕,=∣E=l.0V,

则光电子到达阳极A的最大动能EkmaX=Ekl+e（∕=2.0eV,故选项B正确。

4.（2022•浙江长兴、余杭、缙云三校联考）下列说法正确的有（）

A.康普顿效应表明，光子除了具有能量之外还具有动量

B.一个电子和一个质子具有同样的动能时，质子的德布罗意波波长更长

C在光电效应实验中，入射光的频率大于该金属的截止频率时不会发生光电效应

D.在光电效应实验中，入射光的频率越高，单位时间内发射的光电子数一定越多

【答案】A

【解析】光电效应证明光具有粒子性，康普顿用实验证实了光的粒子性，说明光子除了具有能量之外还具有

动量，故A正确；相同动能的一个电子和一个质子，由Ek=S可知，由于电子质量小于质子的质量，则电子

的动量小于质子的动量，再由7=（知，电子的德布罗意波波长比质子长，故B错误；发生光电效应的条件是入

射光的频率大于金属的截止频率，故C错误；发生光电效应时，入射光的频率影响的是光电子的最大初动能,

光的强度影响单位时间内发出的光电子的数目，故D错误。

5.（2022•浙江湖州、衢州、丽水质检）下列说法正确的是（）

A.光电效应说明光具有粒子性，康普顿效应说明光具有波动性

B.天然放射的三种射线，电离能力最弱的是α射线

C.电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性

D.卢瑟福α粒子散射实验，揭示了原子只能处于一系列不连续的能量状态中

【答案】C

【解析】光电效应、康普顿效应均说明光具有粒子性，故A错误；天然放射的三种射线，电离能力最弱的是

Y射线，a射线电离能力最强，故B错误；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子能发生衍射，具有波动性，

故C正确；卢瑟福a粒子散射实验，揭示了在原子内部存在原子核，故D错误。

6.（2022•天津市等级性考试模拟）下列说法正确的是（）

≡9---------------O××∣××

4----------0.85

3---------T∙51XXX×

2--------3.40ʌɛ-e

113.6X×0×X

丙丁

A.图甲中，当弧光灯发出的光照射到锌板上时，与锌板相连的验电器铝箔有张角，发生光电效应，证明光具有

粒子性

B.如图乙所示为某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率V的关系图象，当入射光的频率为2物

时，光电子逸出的初动能一定等于加。

C.图丙中，用从〃=2能级跃迁到〃=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属伯，不能发生光电效应

D.图丁是放射性元素发出的射线在垂直于纸面的磁场中偏转示意图，射线C是B粒子流，它产生的机理是原子

的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

【答案】A

【解析】与锌板相连的验电器的铝箔有张角，说明光照射到锌板上发生光电效应，从锌板上有光电子逸出，

光电效应说明光具有粒子性，故A正确；根据光电效应方程有Ek=Zn-W,则当入射光的频率为2吻时•，光电

子逸出的初动能不一定等于〃vo,故B错误；图丙中，用〃=2能级跃迁到〃=1能级辐射出的光照射逸出功为

6.34eV的金属钳，光子的能量为E=-3.4eV—（―13.6）eV=10.2eV,大于金属粕的逸出功，所以能

发生光电效应，故C错误；图丁是放射线在磁场中偏转示意图，根据左手定则可知，射线C是β粒子流，它是

原子核发生P衰变的过程中，由中子转化为一个质子与一个电子时形成的，故D错误。

7.（多选）下列说法中正确的是（）

冢的衰变,纵坐标表示的是

任意时刻我的质量加⅞t=（）

时的质量%的比值

丙T

A.根据甲图氢原子的电子云示意图可知，电子在玻尔理论中的某一轨道上稳定运动，应该是一个概率问题

B.根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，ni原子核中的平均核子质量比ιeo的要小

C.丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须要具有一定的体积或质量

D.根据丁图中氢的衰变可知，1g氨经过38天后还剩0.1g

【答案】AC

【解析】玻尔理论有一定的局限性，要适当修正，A正确；比结合能越大，平均核子质量就越小，越稳定，

B错误；链式反应进行要达到临界体积，C正确：氢的半衰期是3.8天，1g氢经过38天后还剩（｝）∣∣g,D错

'口

厌。

8.（多选）（2022∙江西五市九校协作体第一次联考）在利用光电管装置研究光电效应的实验中，使用某一频率的光照

射光电管阴极时，有光电流产生。下列说法正确的是（）

A.光电效应揭示了光的粒子性

B.在光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光频率成正比

C.保持入射光的频率不变，不断减小入射光的强度，遏止电压始终不变

D.保持入射光的频率不变，增大入射光的强度，光电子的最大初动能一定变大

【答案】AC

【解析】光电效应说明光具有粒子性，故A正确；根据光电效应方程Ekm=加一v⅛知，光电子的最大初动能

与入射光的频率不是正比关系，故B错误；山光电效应方程瓜m=K-Wo及Ekm=eUc可知入射光频率不变，光

电子的最大初动能不变，对应的遏止电压不变，故C正确；由光电效应方程Ekm=加一版知I，保持入射光的频

率不变，则光电子的最大初动能保持不变，故D错误。

9.（2022•陕西西安高三检测）一个23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为23592U+

3nτX+戏Sr+2jn,则下列叙述正确的是（）

A.X原子核中含有86个中子

B.X原子核中含有141个核子

C.因为裂变时释放能量，根据E=wc∙2,所以裂变后的总质量数增加

D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少

【答案】A

【解析】设X的原子核中含有X个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有92=x+38,235+l=y+

94+2,解得X=54,y=140,所以X的中子数为y—x=86,故A正确；根据A选项的解析可知，X含有质量

数为140,即核子数为140,故B错误；裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会变化，也不会减少，故C、D

错误。

10.（多选）（2022•东北三省三校4月第二次联合考试）如图所示，匀强磁场磁感应强度为B,一静止的23892U核在

匀强磁场中发生α衰变，a粒子与新核运动轨迹为两个圆周。己知小圆和大圆半径分别为4和R2,电子带电量

为e,a粒子与新核的核子平均质量为,如，衰变过程中释放的核能全部转化为动能。下列说法正确的是（）

A.小圆为a粒子的运动轨迹

119e2"咫

B.衰变过程中释放的核能为

234∕∏o

C&=45R

D.a粒子和反冲核的运动周期之比为9带2

【答案】BC

【解析】根据牛顿第二定律得qvB=∖,解得r端衰变时动量守恒，而a粒子电量较小，所以半径较大，

A错误；根据动量守恒定律得4""w=（238-4）硒/，衰变过程中释放的核能为E=BX4"2ov2+gx（238-4）"⅛√2,

结合半径公式得Rl=/鬻=般，&=驾，联立解得&=45R,E=啜优,B、C正确；根据周期公

ma

式2您得一生———y~----n伴谟

1~qBm-234x2-117,D午日庆。

q

二、练创新情境

1.（多选）（2022∙宁夏银川九中等三校联考）“超导托卡马克”（EAST）是我国自行研制的可控热核反应实验装置。设该

实验反应前笊核GH）的质量为，“1，旅核GH）的质量为机2，反应后氯核GHe）的质量为机3，中子Gn）的质量为机4,

真空中光速为c。下列说法中正确的是（）

A.这种装置中发生的核反应方程是?H+汨一扭e+4n

B.由核反应过程质量守恒可知m∖÷∕∏2-∕M3÷∕M4

C.核反应放出的能量等于（如+机2—"13—〃14）/

D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同

【答案】ACD

【解析】可控热核反应装置中发生的核反应方程是田+汨-^He+Jn,A正确；核反应过程中质量数守恒，但

质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，B错误；核反应过程中的质量亏损释放的

核能AE=（πη+g—砥-3）d,C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置的核反

应是核裂变，它们的核反应原理不同，D正确。

2.（多选）（2022•浙江宁波慈溪市适应性测试）据悉我国第四代反应堆一针基熔盐堆能源系统（TMSR）研究已获重要

突破。该反应堆以⅛t为核燃料，针俘获一个中子后经过若干次。衰变转化成轴；铀的一种典型裂变产物是钢和

氟，同时释放巨大能量。下列说法正确的是（）

A.为减小核反应速度，还要在铀棒之间插一些镉棒，用来吸收掉一部分中子

B.铀核裂变的一种核反应方程为23592U+4nτ∣4456Ba+然Kr+3也

C.放射性元素衰变的快慢与原子所处的化学状态和外部条件无关，与核外电子的分布状态有关

D.重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小

【答案】AB

【解析】核反应堆中，镉棒的作用是通过吸收一部分中子来控制核反应的速度，故A正确；根据质量数守恒

与电荷数守恒可知，铀核裂变的一种核反应方程为23592U+⅛ιτ∣4456Ba+怨Kr+38n,故B正确；原子核的半衰

期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，与核外电子的分布状态也无关，故C错误；

重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增大，故D错误。

3.（多选）（2022•浙江湖州、衢州、丽水质检）半衰期为3.8天的氨22286Rn具有放射性，它会衰变成针2∣8g4Po和另

一种粒子，氧被人体吸入后，会对呼吸系统造成辐射损伤，是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。下

列说法正确的是（）

A.该衰变的方程是22286Rn-2%4Po+?He

B.IOO个氢原子核经过3.8天后还剩下50个氢原子核

C.4克氨元素经过1.9天后还剩下1克氨元素

D.真空中一个静止的氯原子核衰变后，生成另一种粒子的动能要大于朴原子核的动能

【答案】AD

【解析】氢22286Rn衰变成针2*84Po质量数减少%核电荷数减少2,说明发生了1次α衰变，该衰变的方程

是22286Rn-÷2∣884Po+初e,故A正确；半衰期是统计规律，对少数原子核没有意义，故B错误；根据m树=〃［以甘）

夕ʃ知，4克氨元素经过1.9天后还剩下约2.83克氢元素，故C错误；根据动量守恒定律可知，衰变后的两种粒

子动量等大反向，即动量大小相等，根据Ek=M可知，针原子核质量大，动能小，故a粒子的动能大于针原子

核的动能，故D正确。

4.（多选）（2022•浙江宁波慈溪市高三适应性测试）大量处于〃=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种

不同频率的光，用这些光照射如图3甲所示的光电管的阴极K。已知氢原子的部分能级图如图乙所示，阴极K

为金属鸨，其逸出功为4.54eV。可见光的波长范围为皮07x107m~7.6×107m,普朗克常量〃=6.6×1034J∙s,

A.这些氢原子最多能发出6种不同频率的光

B.跃迁到基态时，会辐射Y射线

C.能使金属鸨发生光电效应的光有3种，且都不是可见光

D.若将滑动变阻器的滑片调到最左端，电路中的光电流可能变为0

【答案】AC

4×（4—1）

【解析】这些氢原子最多发出——2——=6种不同频率的光，A正确；γ射线是原子核衰变产生的高能电磁

波,与核外电子无关，B错误；根据能级跃迁公式可计算出对应跃迁产生的能量、波长分别为2τl,E2,=10.20

-77

eV、加=1.21×10m,3→1,E31=12.09eV,A2=1.02×10-m,4→LEU=12.75eVʌ力=0.97×

-777

10m,3→2,£32=1.89eV,Λ4=6.55×10^m,4→2,E42=2.55eV、Λ5=4.85×IO^m,4→3,Elia=0.66

eV,然=18.75×107m,再结合光电效应方程加=Wi）+Ekm可知，能使金属铝发生光电效应的光有3种，

分别为4—1、3-1、2→1,对应跃迁辐射的光的波长均不在可见光的波长范围内，C正确；滑动变阻器的滑片

调到最左端，光电管两端电压为零，但发生了光电效应，光电子有速度，能够到达A极板，光电流不可能为0,

D错误。

5.（多选）（2022•江西鹰潭市高考一模）一群处于第4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光,

将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象如图乙所示，己知氢原子

的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（）

nEZeV

8O

1-----------------13.6

丙

A.图乙中的“光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的

B.图乙中的匕光光子能量为12.09eV

C.动能为1eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离

D.阴极金属的逸出功可能为WO=I.75eV

【答案】ABC

【解析】由乙图可知，〃光的遏止电压最大，据et∕=J"向=∕?V-W0,可知，α光频率最高，是由第4能级向

基态跃迁发出的,A正确;b光是由第3能级向基态跃迁发出的,其能量值为比=无一鼠=-1.51eV-（-13.6eV）

=12.09eV,B正确；由图丙可知，第3能级的能量值为-1.51eV,电离能为1.51eV,由玻尔理论可知，动能

为1eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离，C正确：山第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为Ec=E2

-£,=10.2eV,辐射能量第4大的光子能量为Et-E2=2.55eV,由于只测得3条电流随电压变化的图象，故阴

极金属的逸出功介于2.55eV〜10.2eV之间，不可能是1.75eV,D错误。

6.[2022•吉林长春市质量监测（二）]我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号MV2020年12月4日在成

都正式建成放电，标志着我国正式跨入全球可控核聚变研究前列。某核聚变的反应方程式是汨+汨-3He+X,

关于核聚变下列说法正确的是（）

A.我国已建成的核电站使用了核聚变发电

B.⅛He的比结合能比汨的比结合能大

C.核反应过程中释放出了核能，所以反应后生成物的质量数一定减少

D.核反应中生成的X粒子是质子

【答案】B

【解析】我国已建造的核电站是使用核裂变发电，故A错误；反应释放能量，则由比结合能定义可知IHe的

比结合能比田的比结合能大，故B正确；核反应过程中释放出了核能，所以反应中质量一定亏损，但质量数不

变，故C错误；根据质量数守恒，电荷数守恒可知，该核聚变反应中生成的X粒子是中子，故D错误。

7.（多选）（2022•江西鹰潭市高考一模）一群处于第4能级的氢原子,向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光,

将这些光分别照射到图甲电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图象如图乙所示，已知氢原子

的能级图如图丙所示，则下列推断正确的是（）

-Uu-Ut-UrOl

A.图乙中的a光是氢原子由第4能级向基态跃迁发出的

B.图乙中的6光光子能量为12.09eV

C.动能为1eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离

D.阴极金属的逸出功可能为WO=I.75eV

【答案】ABC

【解析】由图乙可知，α光的遏止电压最大，据eU,=?记=加一卬可知，频率最高，是由第4能级向基态跃

迁发出的，A正确；b光是由第3能级向基态跃迁发出的，其能量值为氏=&-昂=-1.5IeV—（―13.6eV）=

12.09eV,B正确；由图丙可知，第3能级的能量值为-1.51eV,电离能为1.51eV,由玻尔理论可知，动能为

1eV的电子不能使处于第3能级的氢原子电离，C正确；由第2能级向基态跃迁辐射的光子能量为Ec=E2-El

=10.2eV,辐射能量第4大的光子能量为ELEZ=2.55eV,由于只测得3条电流随电压变化的图象，故阴极金

属的逸出功介于2.55〜10.2eV之间，不可能是1.75eV,D错误。

8.（多选）太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4

个氢核（IH）结合成1个氨核©He）。下表中列出了部分粒子的质量（1U相当于931.5MeV的能量），以下选项正确

的是（）

粒子名称质子Pa粒子电子e中子n

质量/u1.00734.00150.000551.0087

A.核反应方程为4∣H→^He+2⅝e

B.核反应方程为4|H一夕He+2.Ye

C.4个氢核结合成1个氨核GHe）时的质量亏损约为0.0266U

D.4个氢核聚变过程中释放的能量约为24.8MeV

【答案】ACD

【解析】根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可判断选项A正确，B错误：反应过程中的质量亏损∖m

=4∕Mp-∕Mα-2∕Me=0.0266u,故该反应过程中释放的能量AE=A"ix931.5MeV=24.8MeV,故