查補易混易錯15 原子物理學-022年高考物理三輪沖刺過關（解析版）

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查補易混易錯15原子物理學

高考試題對本專題的考查主要圍繞原子結構、原子核和波粒二象性三個部分內容命制試題，涉及的考點比較多；題型多為選擇題，可能只考查一個知識點，也可能涉及多個考點，試題難度不大。如2021年湖南卷第1題、河北卷第1題、廣東卷第1題等都在第1題對該部分內容進行了考查。值得注意的是，在一些地區(qū)的高考物理改革中（如山東省、江蘇?。┛赡軙蚱票匦?、選修的界限，出現如光電效應、氫原子光譜、光的折射、光的反射相結合的題目，進行綜合考查。

【真題示例·2021·山東卷·1】在測定年代較近的湖泊沉積物形成年份時，常利用沉積物中半衰期較短的，其衰變方程為。以下說法正確的是（）

A.衰變方程中的X是電子

B.升高溫度可以加快的衰變

C.與的質量差等于衰變的質量虧損

D.方程中的X來自于內質子向中子的轉化

【答案】A

【解析】

A．根據質量數守恒和電荷數守恒可知，X是電子，A正確；

B．半衰期非常穩(wěn)定，不受溫度，壓強，以及該物質是單質還是化合物的影響，B錯誤；

C．與和電子X的質量差等于衰變的質量虧損，C錯誤；

D．方程中的X來自于內中子向質子的轉化，D錯誤。

故選A。

【易錯分析】考生容易將反應后的電子的質量忽略，不計算在反應前后的質量虧損中，易選成C項。

【易錯01】愛因斯坦光電效應方程和圖像問題

光電效應的圖像分析

圖像名稱

圖線形狀

讀取信息

最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線

①截止頻率(極限頻率):橫軸截距

②逸出功:縱軸截距是金屬逸出功的負值

③普朗克常量:圖線的斜率k=h

遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線

①截止頻率νc:橫軸截距

②遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大

③普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積,即h=ke

顏色相同、強度不同的光照射金屬,光電流與電壓的關系

①遏止電壓Uc:橫軸截距

②飽和電流Im:電流的最大值

③最大初動能:Ek=eUc

顏色不同時,光電流與電壓的關系

①遏止電壓Uc1、Uc2

②飽和電流Im1、Im2

③最大初動能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2

【易錯02】.對光的波粒二象性的理解

從數量上看

個別光子的作用效果往往表現為粒子性;大量光子的作用效果往往表現為波動性

從頻率上看

頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現象,貫穿本領越強

從傳播與作用上看

光在傳播過程中往往表現出波動性;在與物質發(fā)生作用時往往表現出粒子性

波動性與粒子性的統(tǒng)一

由光子的能量ε=hν、光子的動量表達式p=hλ也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ

【易錯03】玻爾理論和能級躍遷

1.對原子躍遷條件hν=Em-En的說明

(1)原子躍遷條件hν=Em-En只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。

(2)當光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)時,也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收,使氫原子電離;當處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV(或|En|)時,氫原子電離后,電子具有一定的初動能。

(3)原子還可吸收外來實物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值(E=Em-En),均可使原子發(fā)生能級躍遷。

2.躍遷中兩個易混問題

(1)一群原子和一個原子

氫原子核外只有一個電子,這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上,在某段時間內,由某一軌道躍遷到另一個軌道時,可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現了。

(2)直接躍遷與間接躍遷

原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時,有時可能是直接躍遷,有時可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的。直接躍遷時輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時輻射(或吸收)的所有光子的能量和。

3.氫原子躍遷前后電子的能量分析

當軌道半徑增大時,原子能量增大,電子動能減小,原子的電勢能增大。反之,當軌道半徑減小時,原子能量減小,電子動能增大,原子的電勢能減小。

【易錯04】α衰變、β衰變的比較

衰變類型

α衰變

β衰變

衰變方程

ZAX→Z?2A?4Y+24He

ZAX→Z+1AY+-10e

衰變實質

2個質子和2個中子結合成一個整體射出

1個中子轉化為1個質子和1個電子

211H+201n→24He

01n→11H+-10e

衰變規(guī)律

電荷數守恒、質量數守恒、動量守恒

【易錯05】.對半衰期的理解

(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律,對個別或少量原子核,無半衰期可言。

(2)根據半衰期的概念,可總結出公式N余=N原12t/τ,m余=m原12t/τ。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數和質量,t表示衰變時間,τ表示半衰期。

【易錯06】核反應方程與核能計算

1.核反應方程的比較

類型

可控性

核反應方程典例

衰

變

α衰變

自發(fā)

92238U→90234Th+24He

β衰變

自發(fā)

90234Th→91234Pa+-10e

人工轉變

人工控制

714N+24He→817O+11H(盧瑟福發(fā)現質子)

24He+49Be→612C+01n(查德威克發(fā)現中子)

人工轉變

人工控制

1327Al+24He→1530P+01n

約里奧·居里夫婦發(fā)現放射性同位素,同時發(fā)現正電子

1530P→1430Si++10e

重核裂變

比較容易進

行人工控制

92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n

92235U+01n→54136Xe+3890Sr+1001n

輕核聚變

很難控制

12H+13H→24He+01n

2.質能方程的理解

(1)一定的能量和一定的質量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質量成正比,即E=mc2。

方程的含義是:物體具有的能量與它的質量之間存在簡單的正比關系,物體的能量增大,質量也增大;物體的能量減少,質量也減少。

(2)核子在結合成原子核時出現質量虧損Δm,其能量也要相應減少,即ΔE=Δmc2。

(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量,相應的質量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2。

3.核能釋放的兩種途徑的理解

中等大小的原子核的比結合能最大,這些核最穩(wěn)定。由比結合能較小的核反應生成比結合能較大的核會釋放能量,核能釋放一般有兩種途徑:

(1)使較重的核分裂成中等大小的核;

(2)使較小的核結合成中等大小的核。

4.計算核能的幾種方法

(1)根據ΔE=Δmc2計算,計算時Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。

(2)根據ΔE=Δm×931.5MeV/u計算。因1原子質量單位(u)相當于931.5MeV的能量,所以計算時Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。

(3)根據平均結合能來計算核能:原子核的結合能=平均結合能×核子數,反應前后原子核的結合能之差即釋放(吸收)的核能。

(4)有時可結合動量守恒定律和能量守恒定律進行分析計算。

1.（2021·河北卷）普朗克常量，光速為c，電子質量為，則在國際單位制下的單位是（）

A． B．m C． D．

【答案】B

【解析】

根據可得它們的單位為：

故選B。

2．（2021·浙江卷）已知普朗克常量，電子的質量為，一個電子和一滴直徑約為的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數量級為（）

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】

根據德布羅意波長公式

解得

由題意可知，電子與油滴的動能相同，則其波長與質量的二次方根成反比，所以有

代入數據解得

所以C正確；ABD錯誤；

故選C。

3．（2021·廣東卷）科學家發(fā)現銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26，鋁26的半衰期為72萬年，其衰變方程為，下列說法正確的是（）

A．Y是氦核

B．Y是質子

C．再經過72萬年，現有的鋁26衰變一半

D．再經過144萬年，現有的鋁26全部衰變

【答案】C

【解析】

AB．根據核反應的質量數和電荷數守恒可知，該核反應是

即Y是正電子，選項AB錯誤；

CD．因72萬年是一個半衰期，可知再過72萬年，現有的鋁26衰變一半；再過144萬年，即兩個半衰期，現有的鋁26衰變四分之三，選項C正確，D錯誤；

故選C。

4．（2021·湖南卷）核廢料具有很強的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是（）

A．放射性元素經過兩個完整的半衰期后，將完全衰變殆盡

B．原子核衰變時電荷數守恒，質量數不守恒

C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期

D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內則沒有傷害

【答案】D

【解析】

A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少量的個別的原子核無意義，則放射性元素完全衰變殆盡的說法錯誤，故A錯誤；

B．原子核衰變時滿足電荷數守恒，質量數守恒，故B錯誤；

C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身結構決定的，而與物理環(huán)境如壓力、溫度或濃度無關，與化學狀態(tài)無關，故C錯誤；

D．過量放射性輻射包含大量的射線，對人體組織有破壞作用，但輻射強度在安全劑量內則沒有傷害，故D正確；

故選D。

5．（2021·浙江卷）對四個核反應方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列說法正確的是（）

A．（1）（2）式核反應沒有釋放能量

B．（1）（2）（3）式均是原子核衰變方程

C．（3）式是人類第一次實現原子核轉變的方程

D．利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術之一

【答案】CD

【解析】

A．（1）是衰變，（2）是衰變，均有能量放出，故A錯誤；

B．（3）是人工核轉變，故B錯誤；

C．（3）式是人類第一次實現原子核轉變的方程，故C正確；

D．利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術之一，故D正確。

故選CD。

6.（2021海南卷）某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應，光電子的最大初動能為，已知該金屬的逸出功為，普朗克常量為h。根據愛因斯坦的光電效應理論，該單色光的頻率為（）

A. B. C. D.

【答案】D

【解析】根據愛因斯坦的光電效應方程可知

解得該單色光的頻率為

故選D。

7（2021江蘇卷）.用“中子活化”技術分析某樣品的成分，中子轟擊樣品中的產生和另一種粒子X，則X是（）

A.質子 B.粒子 C.粒子 D.正電子

【答案】A

【解析】

該核反應方程為

可知X是質子。

故選A。

8．（2021·湖南婁底市高三零模）具有放射性，會發(fā)生衰變；俘獲中子會發(fā)生裂變產生中等質量的原子核，同時放出大量的核能，下列說法正確的是（）

A．發(fā)生衰變時需要吸收熱量

B．能發(fā)生衰變說明中有粒子

C．的比結合能比裂變產生的中等質量原子核比結合能小

D．裂變產生的能量即為的結合能

【答案】C

【解析】A．發(fā)生衰變時會放出熱量，A錯誤；B．發(fā)生衰變是原子核中兩個中子和兩個質子組成的一個粒子釋放出來即為粒子，原子核中并沒有粒子，B錯誤；C．裂變時釋放核能，有質量虧損，產生的中等質量原子核的核子平均質量減小，核子的比結合能增大，C正確；D．核子結合成原子核或原子核分解成核子吸收的能量為結合能，因此裂變產生的能量并不是的結合能，D錯誤。

故選C。

9．（2021·湖南高三一模）圖甲是“光電效應”實驗電路圖，圖乙為某次“光電效應”實驗中得到的同一光電管兩端的遏止電壓隨入射光頻率v變化的函數關系圖像，下列判斷正確的是（）

A．入射光的頻率v不同，遏止電壓相同

B．入射光的頻率v不同，光照強度不同，圖像的斜率相同

C．只要光的光照強度相同，光電子的最大初動能就一定相同

D．圖甲所示電路中，當電壓表增大到一定數值時，電流計將達到飽和電流

【答案】B

【解析】A．逸出功與金屬材料有關，與入射光的頻率無關，由，可知，入射光的頻率不同，電子的最大初動能不同，又，所以入射光的頻率不同，遏止電壓不同，A錯誤；B．由，可得，故圖線的斜率為相同的常量，B正確；C．由愛因斯坦光電效應，可知在入射光頻率不同的情況下，光電子的最大初動能不同，最大初動能與光照強度無關，C錯誤；D．必須使圖甲所示電路中的電源正負極反接過來，才能用來驗證光電流與電壓的關系，即當電壓表增大到一定數值時電流計將達到飽和電流，D錯誤。故選B。

10．（2021·山東高三模擬）由中科院等離子體物理研究所設計制造的EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置試用已經成功，標志著我國站在了世界核聚變研究的前端。設可控熱核反應前氘核（）的質量為，氚核（）的質量為，反應后氦核（）的質量為，中子（）的質量為，已知真空中的光速為c。下列說法中正確的是（）

A．核反應放出的能量為

B．上述核反應過程中原子核的比結合能減小

C．這種熱核反應釋放出氦核，是衰變

D．這種裝置的核反應原理與我國大亞灣核電站所使用核裝置的原理相同

【答案】A

【解析】A．可控熱核反應裝置中發(fā)生的核反應方程式是，核反應過程中存在質量虧損，因此m1+m2＞m3+m4，核反應過程中的質量虧損，釋放的核能為

，A正確；B．因輕核聚變反應釋放巨大核能，說明拆開的結合能小于組合的結合能，則生成物的比結合能增大，B錯誤；C．這種熱核實驗反應是核聚變反應，而不是自發(fā)發(fā)生的α衰變，C錯誤；D．這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應原理不相同，D錯誤。故選A。

11．（2021·廣東高三模擬）下列說法正確的是（）

A．經一次α衰變后成為

B．氫原子的核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，原子的能量增大

C．溫度升高能改變放射性元素的半衰期

D．核反應方程應遵循質子數和中子數守恒

【答案】B

【解析】A．根據核反應過程中，核電荷數和質量數守恒，知經一次α衰變后成為不會成為，故A錯誤；B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，吸收光子，原子的能量增加，故B正確；C．半衰期與物理環(huán)境無關，故C錯誤；D．核反應過程中，核電荷數和質量數守恒，中子數不一定守恒，故D錯誤。故選B。

12．（2021·河北高三一模）鈾同位素的衰變對巖石中元素豐度的影響可以用來進行地質測年，其中核發(fā)生α衰變生成核，下列說法正確的是（）

A．核的質量等于核與α粒子的質量之和

B．核的質量數等于核與α粒子的質量數之和

C．核的電荷數大于核與α粒子的電荷數之和

D．核的中子數小于核與α粒子的中子數之和

【答案】B

【解析】A.核的質量大于核與α粒子的質量之和，因為發(fā)生質量虧損，A錯誤；B.因為衰變過程質量數守恒，核的質量數等于核與α粒子的質量數之和，B正確；C.因為衰變過程電荷數守恒，核的電荷數等于核與α粒子的電荷數之和，C錯誤；D.因為衰變過程中子數守恒，核的中子數等于核與α粒子的中子數之和，D錯誤。故