专题14 原子和原子核-【好题汇编】5年（2020-2024）高考1年模拟物理真题分类汇编（解析版）

专题14原子和原子核一、单选题1．（2024·北京·高考）已知钍234的半衰期是24天。1g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为（

）A．0g B．0.25g C．0.5g D．0.75g【答案】B【详解】半衰期1g钍234经过48天后，剩余质量故选B。2．（2023·北京·高考）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（

）A． B．C． D．【答案】A【详解】A．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为故A符合题意；B．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为故B不符合题意；C．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为故C不符合题意；D．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为故D不符合题意。故选A。3．（2022·北京·高考）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【答案】B【详解】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少。故选B。4．（2022·北京·高考）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（）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【答案】A【详解】A．核聚变释放的能量源于来自于原子核的质量亏损，A错误；B．带电粒子运动时，在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散，故可以用磁场来约束等离子体，B正确；C．等离子体是各种粒子的混合体，整体是电中性的，但有大量的自由粒子，故它是电的良导体，C正确；D．提高托卡马克实验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力，D正确。本题选择错误的，故选A。5．（2021·北京·高考）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。6．（2021·北京·高考）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。7．（2020·北京·高考）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。一、单选题1．（2024·北京海淀·统考一模）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。2．（2024·北京海淀·统考一模）同学们设计的一种光电烟雾报警器的结构和原理如图1和图2所示。光源S向外发射某一特定频率的光，发生火情时有烟雾进入报警器内，由于烟雾对光的散射作用，会使部分光改变方向进入光电管C从而发生光电效应，于是有电流输入报警系统，电流大于就会触发报警系统报警。某次实验中，当滑动变阻器的滑片P处于图2所示位置、烟雾浓度增大到n时恰好报警。假设烟雾浓度越大，单位时间内光电管接收到的光子个数越多。已知元电荷为e，下列说法正确的是（）A．仅将图2中电源的正负极反接，在烟雾浓度为n时也可能触发报警B．为使烟雾浓度达到1.2n时才触发报警，可以仅将滑片P向左移动到合适的位置C．单位时间内进入光电管的光子个数为时，一定会触发报警D．报警器恰好报警时，将图2中的滑片P向右移动后，警报有可能会被解除【答案】B【详解】A．图2中光电管两端加的是正向电压，若正负极反接则光电管两端加负向电压，光照强度一定时，根据光电流与电压的关系，可知接正向电压在单位时间内会比接负向电压有更多光电子到达A极，所以反接后光电流会减小，在烟雾浓度为n时无法触发报警系统。故A错误；BD．为使烟雾浓度达到1.2n时才触发报警，就是要降低烟雾报警器的灵敏度，烟雾浓度增加时，单位时间内光电管接收到的光子个数增多，则要减小从K极打到A极的光电子数占产生总光电子数的比例，滑片P需要向左滑动到合适位置，减小两极间的电压，才能达到目的。而恰好报警时将滑片P向右移动，会增大两极间的电压，只可能增强烟雾报警器的灵敏度或保持灵敏度不变，不可能降低报警器的灵敏度，所以不会解除警报。故B正确，D错误；C．单位时间内进入光电管的光子个数为时，但是可能受到两端电压的限制，在阴极产生的光电子不一定全部到达A极，所以不一定能让报警系统的电流达到，不一定能触发报警。故C错误。故选B。3．（2024·北京西城·统考一模）100年前，卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X，后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想，该核反应方程为：，则（

）A．，，X是中子B．，，X是电子C．，，X是中子D．，，X是电子【答案】A【详解】根据电荷数和质量数守恒，则有，解得m=1，n=0，故X是中子故选A。4．（2024·北京西城·统考一模）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。5．（2024·北京东城·统考一模）下列说法正确的是（）A．衰变中释放的电子是核内中子转化为质子过程中产生的B．阳光下看到细小的尘埃飞扬，是固体颗粒在空气中做布朗运动C．由于原子核衰变时释放能量，根据，衰变过程质量增加D．发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比【答案】A【详解】A．β衰变中释放的电子是核内一个中子转化为一个质子和一个电子过程中产生的，故A正确；B．阳光下看到细小的尘埃飞扬，是固体颗粒在空气对流作用下飞扬，不是布朗运动，故B错误；C．由于原子核衰变时释放能量，根据衰变过程质量亏损，故C错误；D．根据光电效应方程即光电子的最大初动能与入射光的频率为线性关系但不是正比例关系，故D错误。故选A。6．（2024·北京东城·统考一模）科学家发现一种只由四个中子构成的粒子，这种粒子称为“四中子”，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射原子核而产生的，与H碰撞可将一个核分裂成一个粒子和一个“四中子”。由于核由四个核子组成，与“四中子”体系很相近，所以早在上个世纪50年代就有人根据核的结合能，估算“四中子”的结合能最大约为，其后有很多实验对四中子体系进行探测，但多数结论是否定的。2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子态”存在的明确证据。下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（）A．可以通过电磁场使形成高速粒子束B．产生“四中子”的核反应为C．从核子间相互作用来看，“四中子”与核的区别在于是否存在电磁力D．按上世纪50年代的估算，4个中子结合成“四中子”至多需要吸收的能量【答案】C【详解】A．由于中子不带电，所以四中子也是不带电，即无法通过电磁场使形成高速粒子束，故A项错误；B．由电荷数守恒和质子数守恒，其核反应方程应该为故B项错误；C．“四中子”的核子由于是中子构成的，其不带电，核子间的作用力没有电磁力，而核中有带正电的质子，所以其核子间的作用力有电磁力。所以从核子间相互作用来看，“四中子”与核的区别在于是否存在电磁力，故C项正确；D．由题意可知，其结合能约为14MeV，所以四个中子结合成“四中子”需要放出约14MeV的能量，故D项错误。故选C。7．（2024·北京朝阳·统考一模）下列核反应中属于核裂变的是（）A．B．C．D．【答案】B【详解】A．转变为，同时释放出一个电子，这是衰变，不是核裂变，故A不符合题意；B．核在中子的轰击下，裂变为较小的核和核，同时释放出两个中子，这是原子核的裂变，故B符合题意；C．核在的轰击下转变为，同时释放出一个质子，这是人工转变原子核，不是核裂变，故C不符合题意；D．该核反应是轻核结合成较重的原子核，属于聚变，故D不符合题意。故选B。8．（2024·北京丰台·统考一模）如图所示为氢原子能级示意图，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是（）A．跃迁过程中最多可辐射出4种频率的光子B．从n=4能级跃迁到n=2能级的氢原子能量增大C．从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光子波长最长D．有三种频率的光子可使逸出功为4.54eV的金属发生光电效应【答案】D【详解】A．一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出种频率的光子，A错误；B．从n=4能级跃迁到n=2能级时向外辐射光子，氢原子能量减小，B错误；C．从n=4能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量最大，根据可知，能量越大的光子，波长越短，C错误；D．根据跃迁规律，有一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能有要想发生光电效应，应满足所以有三种频率的光子可使逸出功为4.54eV的金属发生光电效应，D正确。故选D。9．（2024·北京石景山·统考一模）工业部门可以使用放射性同位素发出的射线来测厚度。某轧钢厂的热轧机上安装的射线测厚装置如图所示，让γ射线穿过钢板，探测器探测到的γ射线强度与钢板的厚度有关，将射线强度的信号输入计算机，可对钢板的厚度进行自动控制。下列说法正确的是（）A．若钢板变厚，则探测到γ射线变弱B．若钢板内部有裂缝，则探测到γ射线变弱C．该装置主要利用γ射线的电离能力D．若仅把γ射线换为射线，该装置仍正常运行【答案】A【详解】A．若钢板变厚，则对γ射线的阻碍变强，探测到γ射线变弱，故A正确；B．若钢板内部有裂缝，则对γ射线的阻碍变弱，探测到γ射线变强，故B错误；C．该装置主要利用γ射线的穿透能力，故C错误；D．该装置主要利用γ射线的穿透能力，而射线的穿透能力很弱，若仅把γ射线换为射线，该装置不能正常运行，故D错误。故选A。10．（2024·北京石景山·统考一模）处于n=1能级的氢原子，向n=3能级跃迁时（）A．吸收光子，能量减少 B．吸收光子，能量增加C．放出光子，能量减少 D．放出光子，能量增加【答案】B【详解】根据波尔原子理论可知处于能级的氢原子，向能级跃迁时吸收光子，能量增加。故选B。11．（2024·北京石景山·统考一模）研究光电效应的电路如图所示，用蓝光、较强的黄光和较弱的黄光分别照射密封真空管中的金属极板K，极板发射出的光电子在电路中形成的光电流I与AK之间的电压U的关系图像如图乙所示。关于1、2、3三条曲线，下列说法正确的是（）A．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线1对应的黄光较强B．1、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强C．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线2对应的黄光较强D．2、3为用黄光照射时得到的曲线，曲线3对应的黄光较强【答案】A【详解】黄光的频率小于蓝光的频率，根据光电效应方程，再根据动能定理可得即可见频率越大则对应的截止电压越大，截止电压相等，则光的频率相等，故2为蓝光，1和3为黄光；根据光电流的大小与光强成正比，可知曲线1对应的黄光的光强大于曲线3对应的黄光的光强。选项A正确，BCD错误。故选A。12．（2024·北京通州·统考一模）兰州重离子加速器能合成超重核，在核反应方程中，X表示的是（  ）A． B． C． D．【答案】A【详解】根据电荷数守恒，X的电荷数为110+0-28=82根据质量数守恒，X的质量数为271+1-64=208所以X表示。故选A。13．（2024·北京顺义·统考一模）下列说法正确的是（）A．若放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B．卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子核内部存在质子C．在核反应方程中，X表示的是中子D．天然放射现象中的α射线是高速电子流【答案】C【详解】A．放射性物质的半衰期由原子核内部性质决定，不会受外界因素的影响。故A错误；B．卢瑟福通过α粒子散射实验得出了原子核核式结构理论，并没有证实原子核内部存在质子。故B错误；C．在核反应方程程中，X的质量数为1，电荷数为0，表示的是中子。故C正确；D．天然放射现象中的α射线是高速氦核。故D错误。故选C。14．（2024·北京顺义·统考一模）1899年，苏联物理学家列别捷夫首先从实验上证实了“光射到物体表面上时会产生压力”，和大量气体分子与器壁的频繁碰撞类似，将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。某同学设计了如图所示的探测器，利用太阳光的“光压”为探测器提供动力，以使太阳光对太阳帆的压力超过太阳对探测器的引力，将太阳系中的探测器送到太阳系以外。假设质量为m的探测器正朝远离太阳的方向运动，帆面的面积为S，且始终与太阳光垂直，探测器到太阳中心的距离为r，不考虑行星对探测器的引力。已知：单位时间内从太阳单位面积辐射的电磁波的总能量与太阳绝对温度的四次方成正比，即，其中T为太阳表面的温度，为常量。引力常量为G，太阳的质量为M，太阳的半径为R，光子的动量，光速为c。下列说法正确的是（）A．常量的单位为B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量C．若照射到太阳帆上的光一半被太阳帆吸收一半被反射，探测器太阳帆的面积S至少为D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力【答案】D【详解】A．P0是单位时间从太阳单位面积辐射的电磁波的能量，所以单位为，则则常量的单位为故A错误；B．t时间内探测器在r处太阳帆受到太阳辐射的能量故B错误；C．辐射到太阳帆的光子的总数一半光子被吸收，一半反射，则有其中联立可得故C错误；D．若照射到太阳帆上的光全部被太阳帆吸收，则有可得探测器在r处太阳帆受到的太阳光对光帆的压力故D正确。故选D。15．（2024·北京房山·统考一模）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。16．（2024·北京门头沟·统考一模）如图为氢原子的能级图，现有大量氢原子处于能级上。下列说法正确的是（

）A．氢原子所处能级越高，越稳定B．氢原子在向低能级跃迁时放出光子，能量增加C．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子D．从能级跃迁到能级时辐射出的光子频率最大【答案】D【详解】A．氢原子所处能级越高，氢原子越活越，不稳定，故A错误；B．氢原子在向低能级跃迁时放出光子，能量减少，故B错误；C．这些原子跃迁过程中最多可辐射出种频率的光子，故C错误；D．根据氢原子能级理论可知从能级跃迁到能级时辐射出的光子能量最大，根据可知其频率最大，故D正确。故选D。17．（2024·北京延庆·统考一模）下列核反应方程中属于聚变反应的是（）A．B．C．D．【答案】A【详解】聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应方式，A是轻核聚变，B中方程是质子的发现方程；C中方程是原子核的人工转变；D是重核裂变，A正确，BCD错误。故选A。18．（2024·北京海淀·统考二模）下列核反应方程中，属于核裂变的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】A．A的衰变生成物里有电子，属于β衰变，故A错误；B．B反应是用中子轰击重核使重核转变成轻核，属于核裂变反应，故B正确；C．C反应是轻核聚变，是氢弹的基本反应方程，故C错误；D．D是用α粒子轰击原子核发生核反应，是原子核的人工转变，是发现质子的方程，故D错误。故选B。19．（2024·北京西城·统考二模）氢原子的能级图如图所示，大量氢原子处于能级，关于这些氢原子，下列说法正确的是（

）A．氢原子向低能级跃迁只能发出2种不同频率的光子B．氢原子跃迁到能级，辐射光子的能量最大C．氢原子跃迁到能缓，辐射光子的频率最高D．氢原子跃迁到能级，需吸收1.5leV的能量【答案】B【详解】A．大量氢原子处于能级的氢原子向低能级跃迁只能发出=3种不同频率的光子，选项A错误；BC．氢原子跃迁到能级，能级差最大，则辐射光子的能量最大，频率最高，选项B正确，C错误；D．氢原子跃迁到能级，需吸收(-0.85eV)-(-1.5leV)=0.66eV的能量，选项D错误。故选B。20．（2024·北京东城·统考二模）如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是（）A．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B．粒子性最强的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的C．最容易发生衍射的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的D．这群氢原子发出的光子中，能量的最大值为12.75eV【答案】D【详解】A．这些氢原子总共可辐射出种不同频率的光，故A错误；B．氢原子从能级跃迁到n能级放出的能量（）粒子性最强的光，频率最大，光子能量最大，故粒子性最强的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的，故B错误；C．最容易发生衍射的光波长最长，光频率最小，光子能量最小，是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的，故C错误；D．这群氢原子发出的光子中，由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，能量的最大值为故D正确。故选D。21．（2024·北京东城·统考二模）如图所示为研究光电效应的电路图。开关闭合后，当用波长为的单色光照射光电管的阴极K时，电流表有示数。下列说法正确的是（）

A．若只让滑片向端移动，则电流表的示数一定增大B．若只增加该单色光的强度，则电流表示数一定增大C．若改用波长小于的单色光照射光电管的阴极K，则阴极K的逸出功变大D．若改用波长大于的单色光照射