2025届高考物理二轮复习：第14讲　原子物理 -专项训练 （含解析）

2025届高考物理二轮复习：第14讲　原子物理 -专项训练
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.[2024·学军中学模拟] 下列说法中正确的是(　)
A.α粒子散射实验证明原子内部的正电荷是均匀分布的
B.氢原子的发射光谱是连续谱
C.当入射光子与晶体中的电子碰撞后,这些光子散射后的波长变小
D.镉棒在反应堆中的作用是控制链式反应的速度
2.[2024·桐乡一中模拟] 关于下列四幅图的说法正确的是 (　)
A.图甲中氢原子的电子云示意图体现出卢瑟福能级理论中的电子运动轨道是概率问题
B.根据图乙中原子核的比结合能示意图,由核反应方程UnBaKr+n可知,U核的结合能一定小于Ba和Kr的结合能之和
C.图丙中的链式反应就是太阳内部每时每刻发生的核反应
D.根据图丁中氡的衰变可知10 000个氡核经过7.6天后还剩2500个
3.[2024·温州模拟] 把一块铀矿石放在一只玻璃管内,过几天在管内发现了氦气,已知矿石中存在铀核U,则在此过程中 (　)
A.矿石必须达到一临界质量才有氦气产生
B.放入矿石后至少需等待一个半衰期才有氦气产生
C.矿石中的铀核发生α衰变生成氦原子
D.涉及的反应方程为UThHe
4.(不定项)[2024·绍兴模拟] 如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图像(直线与横轴的交点的横坐标为4.30,与纵轴的交点的纵坐标为0.5),如图乙所示是氢原子的能级图,下列说法正确的是 (　)
A.根据该图像能求出普朗克常量
B.该金属的逸出功为1.82 eV
C.该金属的极限频率为5.50×1014 Hz
D.用n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应
5.(不定项)[2024·宁波模拟] 如图甲所示为氢原子的能级图,用同一光电管研究氢原子发出的a、b、c三种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图乙所示,则这三种光 (　)
A.光子动量paB.照射该光电管时,c光使其逸出的光电子初动能最大
C.通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距最大
D.若是原子从能级n=3跃迁到较低能级时发出的光,波长关系就可以表示为λc=λa+λb
6.[2024·江西九江模拟] 普通的手机电池含有已经存在了大约137亿年的一种化学元素——锂,根据最新的大爆炸理论,在宇宙诞生很短时间内,He和H发生核聚变形成Li,HeHLi+X,He、H、Li和X的质量分别为m1、m2、m3、m4,光速为c.关于该核反应,下列说法正确的是 (　)
A.X为H
B.在锂元素形成的过程中宇宙的温度一定很高
C.　He和H聚合时两者间距离的数量级为10-10 m
D.该反应释放的核能为c2
7.[2024·杭州模拟] 某无毒放射性元素的半衰期为2天,为估算某水库的库容,取该元素的5 mL水溶液,测得溶液每分钟衰变3.2×107次.将水溶液倒入水库,8天后可视为溶液已均匀分布,在水库中取水样1 m3,测得水样每分钟衰变20次.则该水库中水的体积约为(　)
A.1×105 m3 B.4×105 m3
C.1×108 m3 D.2×1010 m3
8.(不定项)[2024·嘉兴模拟] 如图所示是氢原子的能级图.已知可见光的波长范围为4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s,关于大量氢原子的能级跃迁,下列说法正确的是(　)
A.氢原子处在n=4能级,会辐射可见光
B.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应
C.氢原子从n=4能级向n=2能级和n=1能级跃迁时辐射的两种光,在同一介质中传播时前者速度小于后者
D.氢原子从n=4能级向低能级跃迁,辐射的光子的最大动量是5.44×10-27 kg· m/s
9.[2024·绍兴模拟] 原子核的平均结合能与质量数之间的关系图像如图所示.下列说法正确的是 (　)
A.　Kr核比Ba核更稳定
B.　He核的结合能约为14 MeV
C.三个中子和三个质子结合成Li核时吸收能量
D.在核反应UnKrBa+n中,要吸收热量
10.[2024·温州模拟] 在匀强磁场中,静止的钚的放射性同位素Pu衰变为铀核U,并放出α粒子.已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu、mU和mα,衰变放出的光子的动量和能量均忽略不计,α粒子的运动方向与磁场相垂直,则 (　)
A.α粒子的动能为(mPu-mU-mα)c2
B.α粒子的动量为
C.　U与α粒子在磁场中运动的半径之比约为4∶235
D.　U与α粒子在磁场中运动的周期之比约为1.3∶1
11.[2024·宁波模拟] 2024年2月 19日中国科学家成功合成两种新的核素:锇160Os)和钨156W).锇160发生α衰变发射出的高能粒子能使空气电离,钨156发生β+衰变(正电子e)生成钽156Ta).下列说法正确的是 (　)
A.不同温度下,锇160的半衰期不同
B.能使空气电离的高能粒子主要是γ射线
C.钨156发生β+衰变产生的新核与钨156是一对同位素
D.锇160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能
12.(不定项)[2024·丽水模拟] 核污水中的Po具有放射性,其发生衰变时的核反应方程为Pb+X,该核反应过程中放出的能量为Q.设Po的结合能为E1,Pb的结合能为E2,X的结合能为E3,已知光在真空中的传播速度为c,则下列说法正确的是 (　)
A.　Pb的比结合能大于Po的比结合能
B.该核反应过程中放出的能量Q=206E2+4E3-210E1
C.该核反应过程中的质量亏损可以表示为m=Qc2
D.衰变过程中放出的光子是由新原子核从高能级向低能级跃迁产生的
参考答案与详细解析
1.D　[解析] α粒子散射实验中绝大多数α粒子几乎不发生偏转,可以推测使粒子受到斥力的核体积极小,所以带正电的物质只占整个原子的很小空间,并不是均匀分布的,故A错误;氢原子发射的光子能量值是不连续的,只能是一些特殊频率的谱线,故不是连续谱,故B错误;当入射光子与晶体中的电子碰撞后,这些光子的能量减小,波长变大,故C错误;镉棒能够吸收中子,在反应堆中的作用是控制链式反应的速度,故D正确.
2.B　[解析] 图甲中氢原子的电子云示意图体现出玻尔能级理论中的电子运动轨道是概率问题,故A错误;结合能等于比结合能乘核子数,根据图乙中原子核的比结合能示意图Ba核和Kr核的比结合能均大于U核,且中子的结合能为0,所以二者结合能之和一定大于U核的结合能,故B正确;太阳内部每时每刻发生的是核聚变,而图丙中的链式反应是核裂变,故C错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少量原子核不适用,10 000个氡核经过7.6天后不一定还剩2500个,故D错误.
3.D　[解析] 铀核自发地进行α衰变和β衰变,分别放射出氦核和电子,氦核和电子再形成氦原子,因为氦气分子是单原子分子,所以大量的氦原子就形成了氦气,涉及的反应方程式为UThHe,故选D.
4.AD　[解析] 根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W,知该图线的斜率表示普朗克常量,得普朗克常量为h= J·s≈6.67×10-34 J·s,故A正确;根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W=hν-hν0,可知Ekm-ν图像的横轴的截距大小等于截止频率,由图知该金属的截止频率为ν0=4.3×1014 Hz,逸出功为W=hν0=6.67×10-34×4.3×1014 J≈2.868×10-19 J≈1.79 eV,故B、C错误;n=4能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光子能量为ΔE=E4-E2=2.55 eV>W,故所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应,故D正确.
5.AC　[解析] 根据光电效应方程Ek=hν-W0和动能定理Uce=Ek,联立可得Uce=hν-W,根据图乙中遏止电压的值可知νa<νb<νc,而光子动量和能量之间的关系为p=,因此这三种光的光子动量paλb>λc,根据双缝干涉相邻亮(暗)纹间距公式Δx=λ可知,通过同一装置发生双缝干涉,a光的相邻条纹间距最大,C正确;这三种光若是原子从能级n=3跃迁到较低能级时发出的光,利用光电效应方程可知h=h+h,整理得=+,D错误.
6.B　[解析] 根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,故X为中子n,故A错误;在锂元素形成的过程中,发生核聚变反应,核聚变需要很高温度才能进行,可知宇宙的温度一定很高,故B正确;He和H聚合时两者间距离的数量级为10-15m,故C错误;该反应释放的核能为ΔE=c2,故D错误.
7.A　[解析] 因1立方米的水经过8天,即4个半衰期后测得水样每分钟衰变20次,可知8天前1立方米的水每分钟衰变次数为n==320次,则水库中水的体积V= m3=1×105 m3,故选A.
8.AB　[解析] 可见光的波长范围为4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,根据hν=h,可得可见光的光子能量范围为1.6 eV~3.1 eV,氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁,辐射的光子能量为3.4 eV-0.85 eV=2.55 eV,属于可见光,故A正确;氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光子能量小于1.51 eV,属于红外线,具有显著的热效应,故B正确;氢原子从n=4能级向n=2能级和n=1能级跃迁时辐射的两种光,前者频率更低,在同一介质中传播时前者速度大于后者,故C错误;氢原子从n=4能级向低能级跃迁,光子动量最大时能量最大,有E4-E1=hν=pc,得辐射的光子的最大动量p===6.8×10-27 kg· m/s,故D错误.
9.A　[解析] 平均结合能越大的原子核越稳定,由图像可知,Kr核比Ba核的平均结合能大,所以Kr核比Ba核更稳定,故A正确;由图像可知,He核的平均结合能为7 MeV,根据平均结合能的定义可知,He核的结合能为4×7 eV=28 eV,故B错误;核子结合成原子核时,发生质量亏损,释放核能,故三个中子和三个质子结合成Li核时释放能量,故C错误;重核裂变时,发生质量亏损,释放能量,故D错误.
10.D　[解析] 　U与α粒子的动能之和等于衰变释放的核能(mPu-mU-mα)c2,衰变前后动量守恒,则U与α粒子的动量大小相等,方向相反,由Ek=可知,两者的动能与质量成反比,所以α粒子的动能为Ekα=·(mPu-mU-mα)c2,故A错误;α粒子的动量为p==,故B错误U与α粒子的动量大小相等,电荷量之比为46∶1,根据qvB=m得r==,则U与α粒子在磁场中运动的半径之比为1∶46,故C错误;根据周期公式T=可知,U与α粒子在磁场中运动的周期之比为=,代入质量数和电荷数,可得约为1.3∶1,故D正确.
11.D　[解析] 半衰期与温度无关,故A错误;能使空气电离的高能粒子主要是α射线,故B错误;由题意可知核反应方程为WTa→e,由于钨156发生β+衰变产生的新核与钨156质子数不同,故二者不是同位素,故C错误;比结合能越大越稳定,自然衰变的产物比结合能会变大,故锇160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能,故D正确.
12.AD　[解析] 比结合能越大,原子核越稳定,由于Pb比Po更稳定,所以Pb的比结合能大于Po的比结合能,故A正确;Po的结合能为E1,Pb的结合能为E2,X的结合能为E3,则该核反应过程中放出的能量为Q=E2+E3-E1,故B错误;根据爱因斯坦质能方程可知Q=mc2,可得m=,故C错误;核衰变后,生成的新原子核位于高能级,能自发向低能级跃迁,从而放出光子,故D正确.