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2025年高考物理分类解析
专题21 原子物理
一、 光电效应和原子结构
1．（2025高考山东卷）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（ ）
A． B．
C． D．
2. （2025高考四川卷）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10 10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（ ）
A. 德布罗意波长约为7.9×10 13m的中子
B. 德布罗意波长约为8.7×10 12m的质子
C. 德布罗意波长约为2.6×10 11m的氮分子
D. 德布罗意波长约为1.5×10 10m的电子
3．（2025高考广东卷）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为，下列说法正确的是（ ）
A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子
B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于
C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子
D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于
4．（2025高考广西卷）有四种不同逸出功的金属材料：铷，钾，钠和镁制成的金属板。现有能量为的光子，分别照到这四种金属板上，则会发生光电效应的金属板为（ ）
A．铷 B．钾 C．钠 D．镁
5. （2025年1月浙江选考） 如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A. 分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽
B. P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q
C. 氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高
D. 对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q
6. （2025高考物理甘肃卷）用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。离子相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所示。用电子碰撞离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为50eV，则离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（ ）
A. 能级 B. 能级
C. 能级 D. 能级
7．（2025高考河北卷）（8分）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。
(1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。
(2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量）
二、 原子核
1．（2025高考福建卷）核反应方程为→+17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损
B．该反应为核裂变
C．获得的动能约为14MeV
D．获得的动能约为14MeV
2．（2025高考安徽卷）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次衰变，转化为易裂变的铀核（），则（ ）
A． B．
C． D．
3. （2025高考物理海南卷）核反应方程中，则X是（ ）
A. B. C. D.
4．（2025年高考北京卷）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（ ）
A．己知氢原子的基态能量为-13.6eV，则反氢原子的基态能量也为-13.6eV
B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
5．（2025年高考湖南卷）关于原子核衰变，下列说法正确的是（ ）
A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
6．（2025高考海南卷）核反应方程中，则是（ ）
A． B． C． D．
7．（2025年高考云南卷）2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，则（ ）
A．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的
B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的
C．X为质子，是由核内中子转化而来的
D．X为中子，是由核内质子转化而来的
8. （2025高考黑吉辽蒙卷）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（ ）
A. B.
C. 的频率比的大 D. 的波长比的大
9. （2025年1月浙江选考） 同位素相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA-I、磁体-I和高电压清除器，让只含有三种碳同位素、、的离子束（初速度可忽略不计）进入磁体-Ⅱ．磁体-Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离、、三种同位素，其中、的离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA-Ⅱ，被接收器D接收并计算。
（1）写出中子与发生核反应生成，以及发生衰变生成的核反应方程式：
（2）根据图2写出的离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知，原子质量单位，元电荷）；
（3）如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距两平行极板，在下极板开有间距的两小孔，仅允许入射角的离子通过。求两极板之间的电势差U：
（4）对古木样品，测得与离子数之比值为；采用同样办法，测得活木头中与的比值为，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知的半衰期约为5700年，）
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2025年高考物理分类解析
专题21 原子物理
一、 光电效应和原子结构
1．（2025高考山东卷）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】根据光电子最大初动能与遏制电压的关系
根据图像有
故；故选B。
2. （2025高考四川卷）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3.5×10 10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（ ）
A. 德布罗意波长约为7.9×10 13m的中子
B. 德布罗意波长约为8.7×10 12m的质子
C. 德布罗意波长约为2.6×10 11m的氮分子
D. 德布罗意波长约为1.5×10 10m的电子
【答案】D
【解析】衍射现象最明显的是德布罗意波长最大的，D正确。
3．（2025高考广东卷）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为，下列说法正确的是（ ）
A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子
B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于
C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子
D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于
【答案】B
【解析】．某频率的光不能使乙金属发生光电效应，说明此光的频率小于乙金属的截止频率，则换用频率更小的光不能发生光电效应，A错误；
由光电效应方程可知频率越大最大初动能越大，换用频率更小的光最大初动能小于，B正确；
频率不变则小于乙金属的截止频率，不会发生光电效应，C错误；
由可知频率不变最大初动能不变，D错误。
4．（2025高考广西卷）有四种不同逸出功的金属材料：铷，钾，钠和镁制成的金属板。现有能量为的光子，分别照到这四种金属板上，则会发生光电效应的金属板为（ ）
A．铷 B．钾 C．钠 D．镁
【答案】A
【解析】当光子的能量大于金属的逸出功时就能发生光电效应，可知能量是2.20eV的光子分别照射到四种金属板上，会发生光电效应的金属板是铷，A正确。
5. （2025年1月浙江选考） 如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A. 分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽
B. P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q
C. 氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高
D. 对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q
【答案】BC
【解析】根据
因Q的截止电压大于R，可知Q的频率大于R的频率，Q的波长小于R的波长，则分别射入同一单缝衍射装置时，R的衍射现象比Q更明显，则Q的中央亮纹比R窄，选项A错误；
同理可知P、Q产生的光电子在K处Q的最大初动能比P较大，根据
可知最小德布罗意波长，P大于Q，选项B正确；
因Q对应的能量最大，则氢原子向第一激发态跃迁发光时，根据，可知三束光中Q对应的能级最高，选项C正确；对应于图2中的M点，P和Q的光电流相等，可知P和Q单位时间到达阳极A的光电子数目相等，选项D错误。
6. （2025高考物理甘肃卷）用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。离子相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所示。用电子碰撞离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为50eV，则离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（ ）
A. 能级 B. 能级
C. 能级 D. 能级
【答案】C
【解析】根据题述，用能量为50eV的电子碰撞离子使其从基态激发到可能的激发态，可使离子跃迁到n=3能级和n=2能级，由△E=hc/λ，可知离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为能级，C正确。
7．（2025高考河北卷）（8分）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。
(1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。
(2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量）
【答案】(1)
(2)
【解析】（1）光在玻璃丝内发生全反射的最小入射角满足
可得 （4分）
（2）根据爱因斯坦光电方程
可得 （4分）
二、 原子核
1．（2025高考福建卷）核反应方程为→+17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损
B．该反应为核裂变
C．获得的动能约为14MeV
D．获得的动能约为14MeV
【答案】AC
【解析】．核反应过程中质量数守恒，有质量亏损，A正确；
该反应是核聚变反应，B错误；
在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。
由得反应粒子获得的动能之比为
而两个粒子获得的总动能为，故获得的动能，
获得的动能。故C正确，D错误。
2．（2025高考安徽卷）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次衰变，转化为易裂变的铀核（），则（ ）
A． B．
C． D．
【答案】B
【解析】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次衰败，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生2次衰败，即，，故选B。
3. （2025高考物理海南卷）核反应方程中，则X是（ ）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】由核反应方程遵循电荷数守恒和质量数守恒可知X是中子，C正确。
4．（2025年高考北京卷）自然界中物质是常见的，反物质并不常见。反物质由反粒子构成，它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等；反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等，电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是（ ）
A．己知氢原子的基态能量为-13.6eV，则反氢原子的基态能量也为-13.6eV
B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
【答案】D
【解析】氢原子基态能量由电子和质子决定，反氢原子的基态能量由正电子和反质子决定，电荷结构相同，能级结构不变，所以反氢原子的基态能量也为-13.6eV，A正确；根据电荷守恒定律，一个中子可以转化为一个质子和一个负电子，B错误；一对正负电子等速率对撞，总动量为零，根据动量守恒定律，湮灭时需要产生至少两个光子，否则湮灭为一个光子，不满足动量守恒定律，C错误；氘核和氘核的核聚变反应释放能量，反氘核和反氘核的核聚变应该遵循相同规律，所以反氘核和反氘核的核聚变反应释放能量，D错误。
5．（2025年高考湖南卷）关于原子核衰变，下列说法正确的是（ ）
A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
【答案】B
【解析】原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新核总质量小于原核质量，故A错误；半衰期定义为大量放射性原子核半数发生衰变所需的时间，题干中强调“大量”，符合定义，故B正确；半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故C错误；
半衰期不受化学方法影响，因化学变化不改变原子核性质，故D错误。
6．（2025高考海南卷）核反应方程中，则是（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X是。C正确。
7．（2025年高考云南卷）2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，则（ ）
A．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的
B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的
C．X为质子，是由核内中子转化而来的
D．X为中子，是由核内质子转化而来的
【答案】A
【解析】根据质量数和电荷数守恒有
可知X为电子，电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的。A正确。
8. （2025高考黑吉辽蒙卷）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（ ）
A. B.
C. 的频率比的大 D. 的波长比的大
【答案】ABC
【解析】．由核反应方程质量数和电荷数守恒可得
解得，AB正确；由题可得光子的能量大于光子的能量，光子的能量公式，波长
可得的频率大于的频率，的波长小于的波长，C正确，D错误。
9. （2025年1月浙江选考） 同位素相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA-I、磁体-I和高电压清除器，让只含有三种碳同位素、、的离子束（初速度可忽略不计）进入磁体-Ⅱ．磁体-Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离、、三种同位素，其中、的离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA-Ⅱ，被接收器D接收并计算。
（1）写出中子与发生核反应生成，以及发生衰变生成的核反应方程式：
（2）根据图2写出的离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知，原子质量单位，元电荷）；
（3）如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距两平行极板，在下极板开有间距的两小孔，仅允许入射角的离子通过。求两极板之间的电势差U：
（4）对古木样品，测得与离子数之比值为；采用同样办法，测得活木头中与的比值为，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知的半衰期约为5700年，）
【答案】（1），
（2），
（3）
（4）
【解析】（1）中子与发生核反应生成的核反应方程式为
发生衰变生成的核反应方程式为
（2）在加速电场中，由动能定理得
解得
磁场中，洛伦兹力提供向心力
联立解得
，
相比，的比荷更大，通过圆形管道所需要的电压更大，通过图2可知当电压为时，与的离子数百分比为，故的离子所对应的U值为。
根据整理得
（3）由题意知，粒子在板间做类斜抛运动，水平方向有
，
竖直方向有
，，
联立解得
（4）古木中与比值是活木头中的，说明经过衰变后只剩下，已知经过一个半衰期剩下，设经过n个半衰期，则有
解得
则砍伐时间
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