新高考物理二轮专题复习精练专题14 原子物理（原卷版）

专题十四、原子物理第一部分织网点睛，纲举目张一、光电效应1．建构知识体系2．掌握两个重要关系(1)遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)。(2)截止频率νc与逸出功W0的关系：hνc＝W0，据此求出截止频率νc。二、玻尔理论1．建构知识体系2．掌握解题思路(1)按照玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时，有eq\f(ke2,r2)＝meq\f(v2,r)，可得eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，可知，氢原子的核外电子向靠近原子核的轨道跃迁时，电子动能增大，库仑力增大，库仑力做正功，系统电势能减少，原子能量减少。(2)一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为Ceq\o\al(2,n)，而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。三、原子核及其衰变1．建构知识体系2．辨析两类问题(1)α粒子、β粒子、γ射线粒子分别为eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(0,－1)e、光子，它们的组成不同，特性不同，在电场、磁场中的偏转规律也不同。(2)α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。3．规避三个易错点(1)半衰期是反映衰变快慢的物理量，其长短由核内自身的因素决定，与原子所处的物理状态或化学状态无关。(2)半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而言的统计概念，对个别原子核来说没有什么意义。(3)注意区分两个质量，已发生衰变的质量为，未发生衰变的质量为。四、爱因斯坦质能方程核能1．建构知识体系2．掌握两种技能(1)核反应方程的书写核反应方程遵循的两个基本规律：质量数守恒和电荷数守恒。(2)核能的计算①爱因斯坦质能方程：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是E＝mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。另一个表达形式是ΔE＝Δmc2。②应用公式ΔE＝Δmc2时应选用国际单位，即ΔE的单位为焦耳，Δm的单位为千克，c的单位为米/秒。③1u相当于931.5MeV，其中u为原子质量单位：1u＝1.660566×10－27kg,1MeV＝106eV,1eV＝1.6×10－19J。第二部分实战训练，高考真题演练1．（2022重庆高考）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为SKIPIF1<0，紫光光子的能量范围为SKIPIF1<0。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<02.（2022山东物理）碘125衰变时产生SKIPIF1<0射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的（）A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<03．（2022高考北京卷）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（）A．放出光子，能量增加B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少4.（2022高考湖北物理）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在实验方案：如果静止原子核SKIPIF1<0俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即SKIPIF1<0。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（）A.原子核X是SKIPIF1<0 B.核反应前后的总质子数不变C.核反应前后总质量数不同 D.中微子SKIPIF1<0的电荷量与电子的相同5.（2022高考上海）某元素可以表示为SKIPIF1<0X，则下列可能为该元素同位素的是（）A、SKIPIF1<0XB、SKIPIF1<0XC、SKIPIF1<0XD、SKIPIF1<0X6．（2022新高考海南卷）下列属于SKIPIF1<0衰变的是（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<07.（2022高考上海）某原子核发生核反应放出一个正电子，则新原子核中多了一个（）A。质子B。中子C、电子D。核子8．（2022新高考海南卷）一群处于SKIPIF1<0激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（）A．需要向外吸收能量B．共能放出6种不同频率的光子C．SKIPIF1<0向SKIPIF1<0跃迁发出的光子频率最大D．SKIPIF1<0向SKIPIF1<0跃迁发出的光子频率最大9.（2022新高考江苏卷）上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（）A.频率减小 B.波长减小 C.动量减小 D.速度减小。10．（2022高考北京卷）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（SKIPIF1<0）取得新突破，成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是（）A．核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能B．可以用磁场来约束等离子体C．尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体D．提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力11.（2022高考上海）“玉兔号”月球车的电池中具有同位素“钚”。请补充钙元素原子核发生的核反应方程式：SKIPIF1<0Pu→SKIPIF1<0U+；该反应属于反应。（选填：“裂变”或“衰变”）12.（2022高考辽宁物理）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为SKIPIF1<0，己知SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的质量分别为SKIPIF1<0，真空中的光速为c，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是（）A.X为氘核SKIPIF1<0 B.X为氚核SKIPIF1<0C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<013.（2022高考上海）“玉兔号”月球车的电池中具有同位素“钚”。请补充钙元素原子核发生的核反应方程式：SKIPIF1<0Pu→SKIPIF1<0U+；该反应属于反应。（选填：“裂变”或“衰变”）14.（2022高考河北）如图是密立根于1916年发表的纳金属光电效应的遏止电压SKIPIF1<0与入射光频率SKIPIF1<0的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（）

A.钠的逸出功为SKIPIF1<0 B.钠的截止频率为SKIPIF1<0C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压SKIPIF1<0与入射光频率SKIPIF1<0成正比15．（2022·全国理综甲卷·17）两种放射性元素的半衰期分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，在SKIPIF1<0时刻这两种元素的原子核总数为N，在SKIPIF1<0时刻，尚未衰变的原子核总数为SKIPIF1<0，则在SKIPIF1<0时刻，尚未衰变的原子核总数为（）A．SKIPIF1<0B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0D．SKIPIF1<016．（2022·高考广东物理）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为SKIPIF1<0，其中SKIPIF1<0。图4是按能量排列的电磁波谱，要使SKIPIF1<0的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（）A．红外线波段的光子B．可见光波段的光子C．紫外线波段的光子D．X射线波段的光子17.（2022·全国理综乙卷·17）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34Js。R约为（）A.1×102m B.3×102m C.6×102m D.9×102m18.（2022年1月浙江选考）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（）A.秦山核电站利用的是核聚变释放的能量B.秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kgC.核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度D.反应堆中存在SKIPIF1<0的核反应19．（2022年6月浙江选考）秦山核电站生产SKIPIF1<0的核反应方程为SKIPIF1<0，其产物SKIPIF1<0的衰变方程为SKIPIF1<0。下列说法正确的是，A．X是SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0可以用作示踪原子C．SKIPIF1<0来自原子核外 D．经过一个半衰期，10个SKIPIF1<0将剩下5个20．（2022年6月浙江选考）图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是A．逸出光电子的最大初动能为10.80eVB．n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大C．有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D．用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态第7题图第7题图21.（2022年1月浙江选考）如图为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息。在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度，使电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m、电荷量为e，板M的逸出功为W0，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为ν的光照射板M时有光电子逸出，（1）求逸出光电子的最大初动能Ekm，并求光电子从O点射入区域Ⅰ时的速度v0的大小范围；（2）若区域Ⅰ的电场强度大小SKIPIF1<0，区域Ⅱ的磁感应强度大小SKIPIF1<0，求被探测到的电子刚从板M逸出时速度vM的大小及与x轴的夹角SKIPIF1<0；（3）为了使从O点以各种大小和方向的速度射向区域Ⅰ的电子都能被探测到，需要调节区域Ⅰ的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值。

22.（2021重庆高考）放射性元素SKIPIF1<0I会衰变为稳定的SKIPIF1<0Te，半衰期约为13h，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻SKIPIF1<0I与SKIPIF1<0Te的原子数量之比为4׃1，则通过26h后SKIPIF1<0I与SKIPIF1<0Te的质量之比A。1׃2B.1׃4C.1׃8D1׃1623．[多选](2020·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－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eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋eq\o\al(0,1)e。则()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1C．X的电荷数比eq\o\al(27,13)Al的电荷数多2D．X的质量数与eq\o\al(27,13)Al的质量数相等24．(2020·全国卷Ⅱ)氘核eq\o\al(2,1)H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n＋43.15MeV表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J，1MeV＝1.6×10－13J，则M约为()A．40kg B．100kgC．400kg D．1000kg25．(2020·山东等级考)氚核eq\o\al(3,1)H发生β衰变成为氦核eq\o\al(3,2)He。假设含氚材料中eq\o\al(3,1)H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104s时间内形成的平均电流为5.0×10－8A。已知电子电荷量为1.6×10－19C，在这段时间内发生β衰变的氚核eq\o\al(3,1)H的个数为()A．5.0×1014 B．1.0×1016C．2.0×1016 D．1.0×1018第三部分思路归纳，内化方法1．光电效应的“两条线索”和“两个对应关系”(1)两条线索：(2)两个对应关系：eq\x(光照强)→eq\x(光子数目多)→eq\x(发射光电子多)→eq\x(光电流大)eq\x(光子频率高)→eq\x(光子能量大)→eq\x(光电子的最大初动能大)2．用图像表示光电效应方程(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0。(2)逸出功：图线与Ek轴交点的绝对值等于金属的逸出功：W0＝|－E|＝E。(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h。3.关于原子跃迁必须掌握的六个要点(1)氢原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定频率的光子，当光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，否则不吸收。(2)氢原子从高能级向低能级跃迁：以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时两能级间的能量差。(3)电离：当光子能量大于等于原子所处能级的能量值的绝对值时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。(4)光谱线条数：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝eq\f(nn－1,2)。(5)氢原子还可吸收外来实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级差，均可使原子发生能级跃迁。(6)跃迁时电子动能、原子电势能与总能量变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子电势能减小，电子动能增大，原子总能量减小，反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子总能量增大。4.解决核衰变与动量综合问题的三点提醒(1)原子核在释放粒子的过程中系统动量守恒。(2)由左手定则和粒子在磁场中轨迹的内切或外切圆判断释放粒子的电性。(3)根据洛伦兹力和牛顿第二定律以及动量守恒定律可知运动半径和粒子电荷量的关系。5.书写核反应方程的步骤(1)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程的适当位置。(2)根据质量数和电荷数守恒计算出未知核(或未知粒子)的质量数和电荷数。(3)根据求得的电荷数确定是哪种元素，并在核反应方程中的适当位置填上它们的符号。(4)写核反应方程时，要熟记电子、中子、质子、α粒子等基本粒子的电荷数和质量数。6核能的计算(1)计算核能的步骤(2)核能的计算①若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2，ΔE的单位为“J”。②若以原子质量单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5MeV，ΔE的单位为“MeV”。第四部分最新模拟集萃，提升应试能力1.（2022年9月甘肃张掖一诊）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率SKIPIF1<0的关系图像，由图像可知（）A.该金属的逸出功等于EB.普朗克常量等于SKIPIF1<0C.入射光的频率为SKIPIF1<0时，产生的电子的最大初动能为2ED.入射光的频率为SKIPIF1<0时，产生的电子的最大初动能为SKIPIF1<02.（2023云南昆明云南师大附中质检）现用某一频率为SKIPIF1<0光照射在阴极K上，阴极材料极限频率为SKIPIF1<0，如图所示，调节滑动变阻器滑片的位置，当电压表SKIPIF1<0示数为SKIPIF1<0时，电流表G示数恰好为零。电子电荷量的大小为SKIPIF1<0，普朗克常量为SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A.若入射光频率变为原来的2倍，则遏止电压为SKIPIF1<0B.若入射光频率变为原来的3倍，则光电子的最大初动能为2SKIPIF1<0C.保持滑动变阻器滑片位置不变，若入射光频率变为原来3倍，则电子到达A极的最大动能为SKIPIF1<0D.入射光频率为SKIPIF1<0，若改变电路，加大小为SKIPIF1<0的正向电压，电子到达A极的最大动能为SKIPIF1<03.（2023陕西师大附中期初检测）钴，银白色铁磁性金属，元素符号Co，早期的中国就已知并用于陶器釉料；SKIPIF1<0衰变的核反应方程为SKIPIF1<0，其半衰期为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0的质量分别为SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0，下列说法正确的是（）A.经过SKIPIF1<0的时间，10个SKIPIF1<0核中有5个已经发生了衰变B.SKIPIF1<0射线的穿透本领比SKIPIF1<0粒子弱C.该核反应中释放的能量为SKIPIF1<0D.SKIPIF1<0粒子是SKIPIF1<0核外的电子电离形成的4.（2023四川成都蓉城名校联盟联考）2021年11月30日，上海市洋山海关透露，199.5吨被放射性污染的樟子松板材被退运出境。原因是在这批进口板材中检测出了人工核素铯137（SKIPIF1<0），且其活度浓度超过了国家规定的免管浓度值。已知人工核素铯137的半衰期长达30年，衰变时会辐射γ射线。其衰变方程为SKIPIF1<0→SKIPIF1<0+X。下列说法正确的是（）A.衰变方程中的X来自于铯（SKIPIF1<0）内中子向质子的转化B.通过高温暴晒，可使板材中的铯（SKIPIF1<0）尽快衰变殆尽C.该反应产生的新核SKIPIF1<0与铯（SKIPIF1<0）的比结合能相等D.衰变时放出的X离子的穿透性比γ射线强5．（2023江西红色十校第一次联考）小华家里装修，爸爸在网上购买了一条蓝光LED灯带（如图所示），该灯带的发光功率为10W。已知蓝光光子的能量范围为SKIPIF1<0，则1s内该灯带发出的蓝光光子数的数量级为（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<06．（2022年9月河北示范性高中调研）1986年4月26日，乌克兰切尔诺贝利核电厂的第44号反应堆发生了爆炸。前苏联政府为了阻止核电站爆炸产生放射性核污染，建造起来的一个巨大的钢筋混凝土建筑将核电站的第4号反应堆彻底封住。由于从远处看这一建筑像一座巨大的坟墓，被称为“切尔诺贝利核石棺”。这座“石棺”到2022年就会达到寿命极限，目前乌克兰已经完成核电站新防护罩建造工作，据乌克兰政府表示，“新棺”的用期计划达到100年。核事故中辐射防护的主要对象是碘－131，放射性碘进入人体后对甲状腺造成损害，短期引起甲状腺功能减退，长期可引起癌变。碘的半衰期为8天，其衰变方程为SKIPIF1<0，以下说法正确的是（）A．通过加压或者是降温的方法，可以改变放射性物质的半衰期B．8个碘核8个SKIPIF1<0经过8天后还剩下4个C．衰变发出的射线是波长很短的光子，电离能力很强D．衰变过程中质量数不变7（2022年9月河北示范性高中调研）如图所示，是一种典型的光电管示意图，抽成真空的玻璃管内部密闭有阴极和阳极，当受到光照时，就会发生光电效应，将其与灵敏电流计相连，关于此光电管以下说法正确的是（）A．图中A为阳极，B为阴极B．当光照射在A极，会从其表面溢出光子打在B极上C．只提高照射光频率时，会使得电路中光电流变大D．只提高光照强度时，会使得电路中光电流变大8.（2023湖北新高考协作体高三起点考试）科学技术的发展，推动了人类社会的进步。关于物理学发展的历史，在下列说法中，错误的是（）A.麦克斯韦提出电磁场理论后，成功预言了光是电磁波B.德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，提出实物粒子也具有波动性C.卢瑟福通过α粒子散射实验，第一次实现了原子核的人工转变，成功发现了质子和中子D.爱因斯坦质能方程表明，原子核的平均核子质量越小，它的比结合能越大，原子核越稳定9.（2023湖南三湘创新发展联考）氢原子光谱除了巴耳末系外，还有赖曼系、帕邢系等，其中帕邢系的公式为SKIPIF1<0，SKIPIF1<0。电磁波谱如图所示，其中可见光的波长范围是400nm~760nm，帕邢系中，氢原子可以发出（）

A.可见光 B.红外线 C.紫外线 D.X射线10.(2023浙江名