专题06 原子和原子核（解析版）-【好题汇编】2024年高考物理三模试题分类汇编（北京专用）

专题06原子和原子核（解析版）一、单选题1．（2024·北京海淀·统考三模）图为氢原子的能级图。大量处于的激发态的氢原子，下列说法正确的是（）A．原子向低能级跃迁只能放出2种不同频率的光子B．原子跃迁到低能级后电子动能变大C．原子至少需要吸收13.6eV的能量才能发生电离D．从的激发态跃迁到的激发态放出的光子频率最高【答案】B【详解】A．大量氢原子处于的激发态上，向低能级跃迁发出种不同频率的光子，A错误；B．根据库仑引力提供向心力，则有当原子跃迁到低能级后电子的轨迹半径减小，则电子速度变大，则动能变大，B正确；C．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，C错误；D．由图可知从的激发态跃迁到的基态放出的光子的能量最大，根据可知从的激发态跃迁到的基态放出的光子的频率最高，故D错误。故选B。2．（2024·北京顺义·统考三模）关于天然放射现象，下列说法正确的是（）A．天然放射现象表明原子核内部是有结构的 B．β射线是原子核外电子形成的电子流C．升高温度可以减小放射性元素的半衰期 D．β射线比α射线的穿透能力弱【答案】A【详解】A．射线的放射表明原子核内部存在着复杂的结构和相互作用。例如α衰变过程中，2个质子和2个中子结合在一起形成α粒子。所以天然放射现象表明原子核内部有一定结构，故A正确；B．发生一次β衰变，实际是原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，这个电子被抛射出来，故B错误；C．原子核衰变的半衰期由自身结构决定，与物理条件和化学状态无关，故升高温度不能改变原子核衰变的半衰期，故C错误；D．放射性元素衰变时放出的三种射线，γ射线穿透能力最强，β射线穿透能力居中，α射线穿透能力最弱，故D错误。故选A。3．（2024·北京人大附中·统考三模）2024年4月19日起，日本开始排放第五批福岛核污染水，预计排放19天。核污染水中含有一定量的放射性核素“氚”，该核素可在生物体内富集，损害生物体的健康。已知氚的衰变方程为，半衰期约为12年，下列说法正确的是（）A．氚核发生的是衰变B．衰变产物X来自氚的核外电子C．该衰变产生的射线穿透能力比射线强D．若立即停止排放，12年后因排污导致的核辐射量会减少【答案】D【详解】A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数为-1，则X为电子，则氚核发生的是β衰变，故A错误；B．衰变产物X来自氚核内的中子转化为质子时放出的电子，故B错误；C．β射线穿透能力比射线弱，故C错误；D．若立即停止排放，12年后即经过一个半衰期，会有一半氚核发生衰变，即因排污导致的核辐射量会减少50%，故D正确。故选D。4．（2024·北京人大附中·校考三模）如图，A和B两单色光，以适当的角度向半圆形玻璃砖射入，出射光线都从圆心O沿OC方向射出，且这两种光照射同种金属，都能发生光电效应。那么在光电效应实验中（如图所示），调节这两束光的光强并分别照射相同的光电管。使实验中这两束光都能在单位时间内产生相同数量的光电子，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以A、B表示，则下列4图中可能正确的是哪些？（）A． B．C． D．【答案】D【详解】由光路的可逆性可知，单色光A的偏转程度较大，其折射率较大，频率较高，由又联立，解得可知单色光A的遏制电压较大，根据可知二者的饱和光电流相等。如果所加的电压U=0，两束光在单位时间内产生相同数量的光电子，则相同时间到达阳极的光电子的数量相等，光电流相等。故选D。5．（2024·北京人大附中·校考三模）量纲分析是我们分析、估算物理问题的有力工具和重要思路。1950年，英国力学家泰勒通过原子弹爆炸后火球随时间扩散的照片，并结合量纲分析，估算出了美国第一颗原子弹爆炸释放的能量。假设原子弹爆炸时形成的冲击波是球面波，爆炸中心是该球面波的球心，爆炸火球半径R仅仅依赖于爆炸后的时间t，爆炸瞬间释放的能量E、空气密度，以及无量纲常数C，因此可以写成。为了估算量级，C可以近似等于1，空气密度。图中是原子弹爆炸25毫秒时刻的冲击波，横纵轴都是长度。请你利用所学知识，估算该次原子弹爆炸释放的能量量级最接近以下哪个选项（）A． B． C． D．【答案】B【详解】由题意R的国际单位为m，t的国际单位为s，E的国际单位为kg•m2/s2，ρ的国际单位为kg/m3令各个量的数值均为1，可得：1m=(1s)x×(1kg•m2/s2)y•×(kg/m3)z整理得m=kg(y+z)m(2y-3z)s(x-2y)由单位的关系可得：y+z＝02y−3z＝1x−2y＝0解得由上述结论可得将C=1，，t=25毫秒，由图可知R=132m，带入可解得故该次原子弹爆炸释放的能量量级最接近以1014J。故选B。6．（2024·北京首师大附中·校考三模）下列反应中属于核聚变反应的是（）A．B．C．D．【答案】D【详解】A．核反应方程是α衰变方程，故A不符合题意；B．核反应方程是β衰变方程，故B不符合题意；C．核反应方程为核裂变方程，故C不符合题意；D．核反应方程为核聚变方程，故D符合题意。故选D。7．（2024·北京首师大附中·校考三模）云室是借助过饱和水蒸气在离子上凝结来显示通过它的带电粒子径迹的装置。图为一张云室中拍摄的照片。云室中加了垂直于纸面向外的磁场。图中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。有关这些径迹以下判断正确的是（）A．d、e都是正电子的径迹B．a径迹对应的粒子动量最大C．b径迹对应的粒子动能最大D．a径迹对应的粒子运动时间最长【答案】D【详解】A．带电粒子在垂直于纸面向外的磁场中运动，根据左手定则可知a、b、c都是正电子的径迹，d、e都是负电子的径迹，A错误；B．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有解得由图可知a径迹对应的粒子的运动半径最小，a径迹对应的粒子的速度最小，根据可知a径迹对应的粒子动量最小，B错误；C．根据可知即b径迹对应的粒子动能不是最大的，C错误；D．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有，则所以粒子在磁场中的运动时间其中为粒子在磁场中的偏转角度，由图可知a径迹对应的偏转角度最大，则a径迹对应的粒子运动时间最长，D正确。故选D。8．（2024·北京首师大附中·校考三模）在经典核式结构模型中，氢原子的电子围绕原子核做圆周运动。经典的电磁理论表明电子做加速运动会发射电磁波，同时电子的轨道半径逐渐减小（假设电子的每一圈运动轨道可近似视为圆周），电磁波的发射功率可表示为（拉莫尔公式）：，其中a为电子的加速度，c为真空光速，k为静电力常数，e为电子电荷量。根据经典电磁理论，在电子落到原子核上之前，下列说法正确是（）A．电磁波发射功率越来越小B．电子的动能变化量大于电势能的减少量C．电子发射的电磁波的波长越来越短D．电子的物质波的波长越来越长【答案】C【详解】A．根据牛顿第二定律可知电子落到原子核上之前，电子轨道半径减小，则加速度增大，根据可知电磁波发射功率越来越大，故A错误；B．根据结合动能表达式可得电子落到原子核上之前，电子轨道半径减小，动能增大，电势能减小，由于辐射能量出去，电子总能量减小，则电子的动能变化量小于电势能的减少量，故B错误；C．电磁波发射功率越来越大，则电磁波的频率越大，波长越短，故C正确；D．电子的动能增大，则动量增大，根据可知电子的物质波的波长越来越短，故D错误。故选C。9．（2024·北京首师大附中·校考三模）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是（

）A． B．C． D．【答案】A【详解】由题知，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子，而α粒子为氦原子核，则这个核反应方程为故选A。10．（2024·北京首师大附中·校考三模）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（）A．同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样B．用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离C．蛋白质分子的线度约为10-8m，不能用同步辐射光得到其衍射图样D．尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小【答案】D【详解】A．同步辐射是在磁场中圆周自发辐射光能的过程，氢原子发光是先吸收能量到高能级，在回到基态时辐射光，两者的机理不同，故A错误；B．用同步辐射光照射氢原子，总能量约为104eV大于电离能13.6eV，则氢原子可以电离，故B错误；C．同步辐射光的波长范围约为10-5m～10-11m，与蛋白质分子的线度约为10-8m差不多，故能发生明显的衍射，故C错误；D．以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV，则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确；故选D。11．（2024·北京九中·校考三模）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B．从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低C．从能级跃迁到能级需吸收的能量D．能级的氢原子电离至少需要吸收的能量【答案】C【详解】A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为从能级跃迁到能级辐射的光子能量为比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为故C正确；D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；故选C。12．（2024·北京九中·校考三模）研究光电效应现象的装置如图所示。图中K、A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K极受到光照时能够发射电子。当用光子能量为2.82eV的光照射K极时，电流表的读数为30μA，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数等于1V时，电流表读数为零，保持滑片位置不变。下列说法中正确的是（

）A．光电子的最大初动能为1.82eVB．K极材料的逸出功为1eVC．电流表的读数为30μA时，电压表的示数大于1VD．仅将电源正负极对调，电流表示数一定大于30μA【答案】D【详解】A．电压表示数为1V时，电流表示数为零，即遏止电压为1V，则光电子最大初动能为A错误；B．K极材料的逸出功为B错误；C．电流表有示数，说明两极电压小于遏止电压1V，C错误；D．仅将电源正负极对调，则两极间电场对光电子的运动有促进作用，电流表示数增大，一定大于30μA，D正确。故选D。13．（2024·北京大兴精华学校·校考三模）针对下面几个图说法正确的是（）A．甲图中锌