專題06 原子和原子核（解析版）-【好題匯編】2024年高考物理三模試題分類匯編（北京專用）

專題06原子和原子核（解析版）一、單選題1．（2024·北京海淀·統(tǒng)考三模）圖為氫原子的能級圖。大量處于的激發(fā)態(tài)的氫原子，下列說法正確的是（）A．原子向低能級躍遷只能放出2種不同頻率的光子B．原子躍遷到低能級后電子動能變大C．原子至少需要吸收13.6eV的能量才能發(fā)生電離D．從的激發(fā)態(tài)躍遷到的激發(fā)態(tài)放出的光子頻率最高【答案】B【詳解】A．大量氫原子處于的激發(fā)態(tài)上，向低能級躍遷發(fā)出種不同頻率的光子，A錯誤；B．根據(jù)庫侖引力提供向心力，則有當(dāng)原子躍遷到低能級后電子的軌跡半徑減小，則電子速度變大，則動能變大，B正確；C．根據(jù)能級圖可知氫原子處于能級的能量為，故要使其電離至少需要吸收1.51eV的能量，C錯誤；D．由圖可知從的激發(fā)態(tài)躍遷到的基態(tài)放出的光子的能量最大，根據(jù)可知從的激發(fā)態(tài)躍遷到的基態(tài)放出的光子的頻率最高，故D錯誤。故選B。2．（2024·北京順義·統(tǒng)考三模）關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的 B．β射線是原子核外電子形成的電子流C．升高溫度可以減小放射性元素的半衰期 D．β射線比α射線的穿透能力弱【答案】A【詳解】A．射線的放射表明原子核內(nèi)部存在著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和相互作用。例如α衰變過程中，2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合在一起形成α粒子。所以天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有一定結(jié)構(gòu)，故A正確；B．發(fā)生一次β衰變，實際是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，這個電子被拋射出來，故B錯誤；C．原子核衰變的半衰期由自身結(jié)構(gòu)決定，與物理條件和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故升高溫度不能改變原子核衰變的半衰期，故C錯誤；D．放射性元素衰變時放出的三種射線，γ射線穿透能力最強，β射線穿透能力居中，α射線穿透能力最弱，故D錯誤。故選A。3．（2024·北京人大附中·統(tǒng)考三模）2024年4月19日起，日本開始排放第五批福島核污染水，預(yù)計排放19天。核污染水中含有一定量的放射性核素“氚”，該核素可在生物體內(nèi)富集，損害生物體的健康。已知氚的衰變方程為，半衰期約為12年，下列說法正確的是（）A．氚核發(fā)生的是衰變B．衰變產(chǎn)物X來自氚的核外電子C．該衰變產(chǎn)生的射線穿透能力比射線強D．若立即停止排放，12年后因排污導(dǎo)致的核輻射量會減少【答案】D【詳解】A．根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)為-1，則X為電子，則氚核發(fā)生的是β衰變，故A錯誤；B．衰變產(chǎn)物X來自氚核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的電子，故B錯誤；C．β射線穿透能力比射線弱，故C錯誤；D．若立即停止排放，12年后即經(jīng)過一個半衰期，會有一半氚核發(fā)生衰變，即因排污導(dǎo)致的核輻射量會減少50%，故D正確。故選D。4．（2024·北京人大附中·?？既＃┤鐖D，A和B兩單色光，以適當(dāng)?shù)慕嵌认虬雸A形玻璃磚射入，出射光線都從圓心O沿OC方向射出，且這兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應(yīng)。那么在光電效應(yīng)實驗中（如圖所示），調(diào)節(jié)這兩束光的光強并分別照射相同的光電管。使實驗中這兩束光都能在單位時間內(nèi)產(chǎn)生相同數(shù)量的光電子，實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關(guān)系曲線分別以A、B表示，則下列4圖中可能正確的是哪些？（）A． B．C． D．【答案】D【詳解】由光路的可逆性可知，單色光A的偏轉(zhuǎn)程度較大，其折射率較大，頻率較高，由又聯(lián)立，解得可知單色光A的遏制電壓較大，根據(jù)可知二者的飽和光電流相等。如果所加的電壓U=0，兩束光在單位時間內(nèi)產(chǎn)生相同數(shù)量的光電子，則相同時間到達(dá)陽極的光電子的數(shù)量相等，光電流相等。故選D。5．（2024·北京人大附中·?？既＃┝烤V分析是我們分析、估算物理問題的有力工具和重要思路。1950年，英國力學(xué)家泰勒通過原子彈爆炸后火球隨時間擴(kuò)散的照片，并結(jié)合量綱分析，估算出了美國第一顆原子彈爆炸釋放的能量。假設(shè)原子彈爆炸時形成的沖擊波是球面波，爆炸中心是該球面波的球心，爆炸火球半徑R僅僅依賴于爆炸后的時間t，爆炸瞬間釋放的能量E、空氣密度，以及無量綱常數(shù)C，因此可以寫成。為了估算量級，C可以近似等于1，空氣密度。圖中是原子彈爆炸25毫秒時刻的沖擊波，橫縱軸都是長度。請你利用所學(xué)知識，估算該次原子彈爆炸釋放的能量量級最接近以下哪個選項（）A． B． C． D．【答案】B【詳解】由題意R的國際單位為m，t的國際單位為s，E的國際單位為kg?m2/s2，ρ的國際單位為kg/m3令各個量的數(shù)值均為1，可得：1m=(1s)x×(1kg?m2/s2)y?×(kg/m3)z整理得m=kg(y+z)m(2y-3z)s(x-2y)由單位的關(guān)系可得：y+z＝02y?3z＝1x?2y＝0解得由上述結(jié)論可得將C=1，，t=25毫秒，由圖可知R=132m，帶入可解得故該次原子彈爆炸釋放的能量量級最接近以1014J。故選B。6．（2024·北京首師大附中·校考三模）下列反應(yīng)中屬于核聚變反應(yīng)的是（）A．B．C．D．【答案】D【詳解】A．核反應(yīng)方程是α衰變方程，故A不符合題意；B．核反應(yīng)方程是β衰變方程，故B不符合題意；C．核反應(yīng)方程為核裂變方程，故C不符合題意；D．核反應(yīng)方程為核聚變方程，故D符合題意。故選D。7．（2024·北京首師大附中·校考三模）云室是借助過飽和水蒸氣在離子上凝結(jié)來顯示通過它的帶電粒子徑跡的裝置。圖為一張云室中拍攝的照片。云室中加了垂直于紙面向外的磁場。圖中a、b、c、d、e是從O點發(fā)出的一些正電子或負(fù)電子的徑跡。有關(guān)這些徑跡以下判斷正確的是（）A．d、e都是正電子的徑跡B．a(chǎn)徑跡對應(yīng)的粒子動量最大C．b徑跡對應(yīng)的粒子動能最大D．a(chǎn)徑跡對應(yīng)的粒子運動時間最長【答案】D【詳解】A．帶電粒子在垂直于紙面向外的磁場中運動，根據(jù)左手定則可知a、b、c都是正電子的徑跡，d、e都是負(fù)電子的徑跡，A錯誤；B．帶電粒子在磁場中運動，洛倫茲力提供向心力，有解得由圖可知a徑跡對應(yīng)的粒子的運動半徑最小，a徑跡對應(yīng)的粒子的速度最小，根據(jù)可知a徑跡對應(yīng)的粒子動量最小，B錯誤；C．根據(jù)可知即b徑跡對應(yīng)的粒子動能不是最大的，C錯誤；D．帶電粒子在磁場中運動，洛倫茲力提供向心力，有，則所以粒子在磁場中的運動時間其中為粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)角度，由圖可知a徑跡對應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角度最大，則a徑跡對應(yīng)的粒子運動時間最長，D正確。故選D。8．（2024·北京首師大附中·?？既＃┰诮?jīng)典核式結(jié)構(gòu)模型中，氫原子的電子圍繞原子核做圓周運動。經(jīng)典的電磁理論表明電子做加速運動會發(fā)射電磁波，同時電子的軌道半徑逐漸減?。僭O(shè)電子的每一圈運動軌道可近似視為圓周），電磁波的發(fā)射功率可表示為（拉莫爾公式）：，其中a為電子的加速度，c為真空光速，k為靜電力常數(shù)，e為電子電荷量。根據(jù)經(jīng)典電磁理論，在電子落到原子核上之前，下列說法正確是（）A．電磁波發(fā)射功率越來越小B．電子的動能變化量大于電勢能的減少量C．電子發(fā)射的電磁波的波長越來越短D．電子的物質(zhì)波的波長越來越長【答案】C【詳解】A．根據(jù)牛頓第二定律可知電子落到原子核上之前，電子軌道半徑減小，則加速度增大，根據(jù)可知電磁波發(fā)射功率越來越大，故A錯誤；B．根據(jù)結(jié)合動能表達(dá)式可得電子落到原子核上之前，電子軌道半徑減小，動能增大，電勢能減小，由于輻射能量出去，電子總能量減小，則電子的動能變化量小于電勢能的減少量，故B錯誤；C．電磁波發(fā)射功率越來越大，則電磁波的頻率越大，波長越短，故C正確；D．電子的動能增大，則動量增大，根據(jù)可知電子的物質(zhì)波的波長越來越短，故D錯誤。故選C。9．（2024·北京首師大附中·?？既＃┡穑˙）中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之一、治療時先給病人注射一種含硼的藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的α粒子和鋰（Li）離子。這個核反應(yīng)的方程是（

）A． B．C． D．【答案】A【詳解】由題知，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的α粒子和鋰（Li）離子，而α粒子為氦原子核，則這個核反應(yīng)方程為故選A。10．（2024·北京首師大附中·?？既＃┍本└吣芄庠词俏覈讉€第四代同步輻射光源，計劃于2025年建成。同步輻射光具有光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長范圍約為10-5m～10-11m，對應(yīng)能量范圍約為10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。速度接近光速的電子在磁場中偏轉(zhuǎn)時，會沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個現(xiàn)象最初是在同步加速器上觀察到的，稱為“同步輻射”。以接近光速運動的單個電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV。下列說法正確的是（）A．同步輻射的機理與氫原子發(fā)光的機理一樣B．用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離C．蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m，不能用同步輻射光得到其衍射圖樣D．盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會明顯減小【答案】D【詳解】A．同步輻射是在磁場中圓周自發(fā)輻射光能的過程，氫原子發(fā)光是先吸收能量到高能級，在回到基態(tài)時輻射光，兩者的機理不同，故A錯誤；B．用同步輻射光照射氫原子，總能量約為104eV大于電離能13.6eV，則氫原子可以電離，故B錯誤；C．同步輻射光的波長范圍約為10-5m～10-11m，與蛋白質(zhì)分子的線度約為10-8m差不多，故能發(fā)生明顯的衍射，故C錯誤；D．以接近光速運動的單個電子能量約為109eV，回旋一圈輻射的總能量約為104eV，則電子回旋一圈后能量不會明顯減小，故D正確；故選D。11．（2024·北京九中·?？既＃湓幽芗壥疽馊鐖D。現(xiàn)有大量氫原子處于能級上，下列說法正確的是（）A．這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子B．從能級躍遷到能級比躍遷到能級輻射的光子頻率低C．從能級躍遷到能級需吸收的能量D．能級的氫原子電離至少需要吸收的能量【答案】C【詳解】A．大量氫原子處于能級躍遷到最多可輻射出種不同頻率的光子，故A錯誤；B．根據(jù)能級圖可知從能級躍遷到能級輻射的光子能量為從能級躍遷到能級輻射的光子能量為比較可知從能級躍遷到能級比躍遷到能級輻射的光子頻率高，故B錯誤；C．根據(jù)能級圖可知從能級躍遷到能級，需要吸收的能量為故C正確；D．根據(jù)能級圖可知氫原子處于能級的能量為-1.51eV，故要使其電離至少需要吸收1.51eV的能量，故D錯誤；故選C。12．（2024·北京九中·?？既＃┭芯抗怆娦?yīng)現(xiàn)象的裝置如圖所示。圖中K、A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K極受到光照時能夠發(fā)射電子。當(dāng)用光子能量為2.82eV的光照射K極時，電流表的讀數(shù)為30μA，移動滑動變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)等于1V時，電流表讀數(shù)為零，保持滑片位置不變。下列說法中正確的是（

）A．光電子的最大初動能為1.82eVB．K極材料的逸出功為1eVC．電流表的讀數(shù)為30μA時，電壓表的示數(shù)大于1VD．僅將電源正負(fù)極對調(diào)，電流表示數(shù)一定大于30μA【答案】D【詳解】A．電壓表示數(shù)為1V時，電流表示數(shù)為零，即遏止電壓為1V，則光電子最大初動能為A錯誤；B．K極材料的逸出功為B錯誤；C．電流表有示數(shù)，說明兩極電壓小于遏止電壓1V，C錯誤；D．僅將電源正負(fù)極對調(diào)，則兩極間電場對光電子的運動有促進(jìn)作用，電流表示數(shù)增大，一定大于30μA，D正確。故選D。13．（2024·北京大興精華學(xué)?！ば？既＃┽槍ο旅鎺讉€圖說法正確的是（）A．甲圖中鋅