命题区间16 原子物理
(满分62分)
题型一 光电效应 波粒二象性
1．(4分)(2024·湖南卷T1)量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是( )
[A]普朗克认为黑体辐射的能量是连续的
[B]光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出
[C]康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分
[D]德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性
2．(4分)(2022·全国乙卷T17 补偿题)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10-7 m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 -34 J·s，光速为c＝3×108 m/s。R约为( )
[A]1× 102 m [B]3× 102 m
[C]6× 102 m [D]9× 102 m
3．(6分)(多选)(2024·辽宁卷T8)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则( )
[A]该金属的逸出功增大
[B]X光的光子能量不变
[C]逸出的光电子最大初动能增大
[D]单位时间逸出的光电子数增多
4．(6分)(多选)(2017·全国Ⅲ卷T19 姊妹题)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( )
[A]若νa>νb，则一定有Ua＜Ub
[B]若νa>νb，则一定有Eka＞Ekb
[C]若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb
[D]若νa>νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb
题型二 原子结构与玻尔理论
1．(4分)(2022·广东卷T5 子母题)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En＝，其中E1＝－13.6 eV。如图所示是按能量排列的电磁波谱，现使n＝20的氢原子发射一个光子后，恰好变成n＝10的氢原子，则发射的光子是( )
[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
2．(4分)(2024·江苏卷T5)在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种( )
[A]λ1 [B]λ2
[C]λ3 [D]λ4
3．(6分)(多选)(2020·1月浙江选考T14 姊妹题)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，则( )
[A]氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出γ射线
[B]氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时会辐射出红外线
[C]处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离
[D]大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光
4．(4分)(2023·山东卷T1 补偿题)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为( )
[A]ν0＋ν1＋ν3 [B]ν0＋ν1－ν3
[C]ν0－ν1＋ν3 [D]ν0－ν1－ν3
题型三 原子核及其衰变
1．(4分)(2022·山东卷T1 子母题)碘125衰变时产生γ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天发生衰变的碘125的质量为刚植入时的( )
[A]
[C]
2．(4分)(2022·全国甲卷T17 补偿题)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0，在t＝0时刻这两种元素的原子核总数为N，在t＝2t0时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在t＝4t0时刻，尚未衰变的原子核总数为( )
[A]
[C]
3．(4分)(2024·河北卷T1)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为H＋X，式中的X为( )
He
4．(4分)(2021·全国乙卷T17 姊妹题)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线，而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的。对于质量为m0的113Sn，经过时间t后剩余的113Sn质量为m，其 t图线如图所示。从图中可以得到113Sn的半衰期为( )
[A]67.3 d [B]101.0 d
[C]115.1 d [D]124.9 d
5．(4分)(2021·全国甲卷T17 补偿题)如图所示，一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为( )
[A]6 [B]8
[C]10 [D]14
6．(4分)(2021·广东卷T1 补偿题)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26。铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为Mg＋Y。下列说法正确的是( )
[A] Y是氦核
[B]Y是质子
[C]再经过72万年，现有的铝26衰变一半
[D]再经过144万年，现有的铝26全部衰变
4 / 4高考真题衍生卷·命题区间16
题型一
1．B [普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误；紫光的频率大于红光，若红光能使其金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确；石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据λ＝可知波长变长，故C错误；德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。故选B。]
2．B [一个光子的能量为E＝hν，ν为光的频率，光的波长与频率的关系为c＝λν，光源每秒发出的光子的个数为n＝＝，P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014 个，那么此处的球面的表面积为S＝4πR2，则＝3×1014，联立以上各式解得R≈3×102 m，故选B。]
3．BD [金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误；根据光子能量公式ε＝hν可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，可知逸出的光电子最大初动能不变，故C错误；增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。故选BD。]
4．BC [光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝Ek，根据光电效应方程可知Ek＝hν－W0，若νa＞νb，则Eka＞Ekb，Ua＞Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua＜Ub，则Eka＜Ekb，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－Ek，则hνa－Eka＝hνb－Ekb，选项D错误。]
题型二
1．A [使n＝20的氢原子发射一个光子后，恰好变成n＝10的氢原子，则发射光子的能量为E＝－＝0.102 eV，则发射的光子是红外线波段的光子。故选A。]
2．C [根据光电方程可知，当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据题中能级图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大。故选C。]
3．CD [氢原子从高能级向低能级跃迁时只能辐射出紫外线、可见光和红外线，而γ射线是原子核辐射的，选项A错误；氢原子从n＝3能级向n＝2能级跃迁时辐射出可见光，不会辐射出红外线，选项B错误；由于紫外线光子能量大于处于n＝3能级氢原子的电离能1.51 eV，所以处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离，选项C正确；大量氢原子从n＝4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种不同频率的光子，其中只有从n＝4能级跃迁到n＝2能级和从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射的光子能量在可见光光子能量范围内，所以可辐射出2种频率的可见光，选项D正确。]
4．D [根据原子跃迁理论和题图所示能级图可知，EⅡ－EⅠ＝hν0，E1－EⅠ＝hν3，E2－E1＝hν2，EⅡ－E2＝hν1，联立解得hν0＝hν1＋hν2＋hν3，则ν2＝ν0－ν1－ν3，D正确，A、B、C错误。]
题型三
1．C [设刚植入时碘125的质量为m0，经过180天后的质量为m，根据m＝m0·，代入数据解得m＝m0·＝m0＝m0，故发生衰变的碘125的质量为刚植入时的，故选C。]
2．C [根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有x＋y＝N，经历2t0后有x＋y＝，联立可得x＝N，y＝N；在t＝4t0时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为n＝x＋y＝。故选C。]
3．D [根据核反应前后质量数和电荷数守恒得A＝12＋1－7－2×1＝4，Z＝6＋1－3－2×1＝2，故式中的X为e，故选D。]
4．C [由题图可知从＝到＝恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为T＝182.4 d－67.3 d＝115.1 d。故选C。]
5．A [原子核发生α衰变，释放出氦核，质子数减2，中子数减2，不释放电子(核外会有多余的2个电子，最终会被α粒子俘获形成He原子，核衰变本身并未释放电子)；发生β衰变质子数加1，中子数减1，释放1个电子。根据此特性，由题图可知(从右上往左下读图)，该原子核发生了8次α衰变，6次β衰变，释放6个电子，A正确。]
6．C [根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是e即Y是正电子，选项A、B错误；因72万年是一个半衰期，可知再经过72万年，现有的铝26衰变一半；再经过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误。故选C。]
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