2023年高考物理一輪復習：原子物理學與相對論（附答案解析）

1、第 貞共27員第 貞共27員2023年髙考物理一輪復習：原子物理學與相對論.選擇題（共10小題）1-（2021-山東）在測定年代較近的湖泊沉積物形成年份時，常利用沉積物中半袞期較短的 210Pb,其衰變方程為210 pb 21Bi+X。以下說法正確的是（）828283袞變方程中的X是電子升溫度可以加快210?,的袞變82 rD210p與flOBi的質(zhì)量差等于袞變的質(zhì)量虧損82 rD 83 D1方程中的X來自于內(nèi)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化822. （2021-乙卷）醫(yī)學治療中常用放射性核素ll3In產(chǎn)生y射線，而1BIn是由半衰期相對較長 的U3Sn衰變產(chǎn)生的。對于質(zhì)量為mo的113Sn，經(jīng)過時間t后剩余

2、的mSn質(zhì)量為m，其1 m0-t圖線如圖所示。從圖屮可以得到,3Sn的半衰期為（）A. 67.3dB. lOl.OdC. 115.1dD. 124.9d3.4.萬年，其衰變方程為26aj 26Mg+Yo下列說法正確的是（2021-眉山模擬）人類第一次實現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的核反應方程是下列的（A.B.4He+14N-278 1C.235u+ln- 144Ra+89Kr+3l92056360D.2H+3H-*1 14He+ln2 0（2021*廣東）科學家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26。鋁26的半袞期為72Y是氦核Y是質(zhì)子再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁26袞變一半再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁26全

3、部衰變（2021-儀隴縣模擬）氦原子被電離出一個核外電子，形成類氫結構的氦離子。匕知基態(tài) 的氦離子能Ei= - 54.4cV,氦離子的能級示意圖如圖所示。在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是（）0 3.4 eV E-6.0 eVA13.6 eVE54.4 eV40.8eVB. 51.0eVC. 43.2eVD. 48.4eV（2021-興慶區(qū)校級模擬）下列說法中錯誤的是（）235u的半袞期約為7億年，隨地球環(huán)境的變化，其半袞期可能變短92核泄漏事故污染物SfCs能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應方程式為137cs-137Ba+x,可以判斷x力電子56若氫原子從n=6能級向

4、n=l能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應，則 氫原子從n=6能級向n=2能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應質(zhì)子、中子、a粒子的質(zhì)量分別是m2、m3,質(zhì)子和中子結合成個a粒子，釋放 的能量是（2mj+2m2 - mj） c2（2021-五華區(qū)校級模擬）關于近代物理學史，下列說法正確的是（）盧瑟福a粒子大角度散射實驗，使人們認識到原子是可以分割的，是由更小的微粒組 成的光電效應和康普頓效應深入地揭示了光的粒子性的一面愛因斯坦最先將能量引入物理學，使得光電效應的理論與實驗的矛盾迎刃而解玻爾最先將能量子引入物理學，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜 的實驗規(guī)律（202

5、1-青羊區(qū)校級模擬）下列說法中正確的是（）根據(jù)玻爾理論，原子處于定態(tài)時，電子做變速運動，并向外輻射能量根據(jù)玻爾理論，氫原子由較S能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，核外電子的動能減少原子核結合能越大，原子核越穩(wěn)定光子像其它粒子一樣，不但具有能量，也具有動量（2021-湖南）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（）放射性元素經(jīng)過兩個完整的半袞期后，將完全袞變殆盡原子核袞變時電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半袞期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(nèi)則沒有傷害（2021-徐州模擬）太陽產(chǎn)生的能量主要來自H種核反應，這些反

6、應的最終結果是氫轉(zhuǎn)變成氦，其中一種核反應的方程太陽每秒鐘因為核反應失去的質(zhì)量大約為400萬噸。己知光速c=3X108m/s,則（）太陽的總輸出功率大約為3.6X 1026WeH4 2 B.的比結合能小于2 hK比結合能2 1大量質(zhì)均平子核的eH4 2 C.核子平均質(zhì)量3H1%2 1D.聚變成gHe的過程中只有核力做功多選題（共4小題）（2021-溫州模擬）關于原子核及其核反應，下列說法正確的是（）要使核聚變發(fā)生，必須克服庫侖力做功核裂變反應中，生成物的比結合能大于反應物的比結合能p袞變中的電子來自于核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化成一個中子的過程可以通過調(diào)節(jié)溫度、壓強等條件來調(diào)控核衰變反應的速度（2021武侯

7、區(qū)校級模擬）氫原子的能級圖如圖所示，一群處于第4能級的氫原子，下列說法正確的是（）/V0-O.5 -1.51-3.4|13.6這群氫原子向低能級躍遷過程中能發(fā)出4種不同頻率的光處于第4能級的氫原子可以吸收一個能量為0.95eV的光子并電離n=2能級的氫原子若吸收能量為1.89eV的光子，可以躍遷到n=3能級從n=4能級躍遷到n= 1能級的氫原子所輻射光子的波長最長（2021-義烏市模擬）2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬噸福島核 電站內(nèi)儲存的核廢水，消息一出舉世嘩然。福島核電站的裂變材料是鈾235,核廢水含有 大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鉆60、碘129、釘10

8、6等放射性核素。由于含氚的 水和普通的水具有相同的化學性質(zhì)，物理性質(zhì)也相近，因而現(xiàn)有的廢水處理技術很難去 除，鈾235的半衰期大約為12.5年。針對這一事件，下列同學的觀點正確的是（）為了保護海洋環(huán)境，日本政府應在12.5年后再排放經(jīng)過處理的核廢水比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的平均核子質(zhì)量最大比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾235的比結合能最大核反應方程：235u+ln14lBa+9r+3X中的X是中子9205636（2021-南平二模）原子能電池是利用放射性同位素袞變過程釋放的熱能轉(zhuǎn)換成電能，具 有尺寸小、重量輕、性能穩(wěn)定可靠、工作壽命長、環(huán)境耐

9、受性好等特點，能力空間及各種特殊惡劣環(huán)境條件下的自動觀察站或信號站等提供能源。其中0SF89 3是原子能電池的放射源之一，會發(fā)生p袞變，半袞期力28.5年。osrco9 3主要來源于g5U的裂變，其核反應方第 #貞共27員第 貞共27員第5頁共27頁 TOC o 1-5 h z 程力235u+ln9（r+144xe+2ln。下列說法中正確的是（）92038540235u的平均結合能比裂變產(chǎn)物144Xe的平均結合能小9254CK8%89 3 9 3B.C.的袞變方程3839 -1C袞變產(chǎn)生的P射線是其核外電子吸收能量后躍遷產(chǎn)生的D.密閉容器中裝有l(wèi)g9QSr經(jīng)過28.5年容器屮剩余物質(zhì)質(zhì)量為0.

10、5g填空題（共2小題）（2020-如皋市校級模擬）己知普朗克常量為h，真空中的光速為c。一靜止的原子核放 出一個波長為入的光子，該光子的能量為 ，反沖核的質(zhì)量為m，則 反沖核的物質(zhì)波的波長為 。（2020-海安市校級模擬）現(xiàn)有k個氫原子被激發(fā)到n=3的能級上，若這些受激氫原子 最后都回到基態(tài)，則在此過程中發(fā)出的光的譜線的條數(shù)為 條：發(fā)出光的光子總數(shù)是（假定處在量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到各較低能級的原子數(shù)都是處在該激發(fā)態(tài) 能級上的原子總數(shù)的 1）。n-1計算題（共2小題）（2021-昆山市校級模擬）如圖1所示為氫原子的能級圖。一群氫原子處于量子數(shù)n=4 的能級狀態(tài)，用n=4的能級躍遷到n=

11、2的能級輻射的光子照射某種金屬，測得光電流 與電壓的關系如圖2所示，求： n X-2.3 eV12514(n113.6 -2 |0 _ 圖1圖2（1）光電管陰極金屬的逸出功W0:（2）己知電子的質(zhì)量m = 9.1X103lkg、電荷量e=1.6X10 l9C,普朗克常量h = 6.63 X 10 34J*s,光電子的對應物質(zhì)波的最短波長入。（結果保留1位有效數(shù)字）（2020-大興區(qū)一模）經(jīng)典理論認為，氫原子核外電子在庫侖力作用下繞固定不動的原子 核做圓周運動。已知電子電荷量的大小為e，質(zhì)量為m，靜電力常量為k，取無窮遠為電勢能零點，系統(tǒng)的電勢能可表示為Ep= -其中r為電子與氫原子核之間的距離

12、。r（1）設電子在半徑為的圓軌道上運動：推導電子動能表達式：若將電子的運動等效成環(huán)形電流，推導等效電流的表達式；（2）在玻爾的氫原子理論中，他認為電子的軌道是量子化的，這些軌道滿足如下的量子 化條件mvnrn=n-L-,其中n=l, 2, 3稱為軌道量子數(shù)，rn為相應的軌道半徑，vn2丌為電子在該軌道上做圓周運動的速度大小，h力普朗克常量：當氫原子中電子的軌道量子數(shù)為n吋，推導軌道的半徑rn及電子在該軌道上運動吋氫 原子能量。的表達式；假設氫原子甲的核外電子從第2軌道躍遷到第1軌道的過程中所釋放的能量，恰好被 量子數(shù)n=3的氫原子乙吸收并使其電離，不考慮躍遷或電離前后原子核所受到的反沖， 推導

13、氫原子乙電離出的電子動能表達式。解答題（共2小題）（2020-啟東市二模）1930年英國物理學家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子 加速器，他們獲得了商速運動的質(zhì)子，用來轟擊靜止的鋰原子核（?Li）,形成一個不穩(wěn) 定的復合核后分解成兩個相同的原子核。寫出核反應方程式；己知質(zhì)子的質(zhì)量為m,初速度為vo,反應后產(chǎn)生的個原子核速度大小為1 .5vq，方 向與質(zhì)子運動方向相同，求反應過程中釋放的核能（設反應過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)變力 動能）。（2020-海淀區(qū)校級模擬）根據(jù)玻爾的氫原子模型，電子的運動看作經(jīng)典力學描述下的軌 道運動，原子中的電子在庫侖引力作用下，繞原子核做圓周運動。己知電子質(zhì)量為m，

14、電荷量為e，靜電力常量為k。氫原子處于基態(tài)（n=l）時電子1 2的軌道半徑為n，電勢能為EPl=-H （取無窮遠處電勢能為零），氫原子處于第n rl個能級的能量為基態(tài)能量的n=l, 2, 3,）。 n2求氫原子從基態(tài)躍遷到n=2的激發(fā)態(tài)時吸收的能量。一個處于基態(tài)，且動能力El的氫原子與另一個處于基態(tài)且靜止的氫原子進行對心碰撞。若要是其中一個氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，則以EkD至少為多少？第 貞共27員第 頁共27頁2023年髙考物理一輪復習：原子物理學與相對論參考答案與試題解析一.選擇題（共10小題）1-（2021-山東）在測定年代較近的湖泊沉積物形成年份時，常利用沉積物中半袞期較短的 210

15、pb，其衰變方程為21Pb21Bi+X。以下說法正確的是（）828283衰變方程中的X是電子升島溫度可以加快210p,的袞變82 rD2iop與質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損8283D.方程中的X來自于內(nèi)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化【考點】原子核袞變及半袞期、袞變速度；愛因斯坦質(zhì)能方程：裂變反應和聚變反應. 【專題】定性思想；推理法；袞變和半袞期專題：推理能力. 【分析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒判斷，卩衰變生成的電子是因為其中的一個中子轉(zhuǎn) 化為質(zhì)子產(chǎn)生的，半衰期與外界因素無關.【解答】解：A、根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知X的質(zhì)量數(shù)為：A=210-210=0,電荷數(shù)為82- 83=-1，可知X是電子，故A正確；B、半袞期

16、與外界因素無關，只與自身有關，故B錯誤；C、210p與質(zhì)量差等于電子的質(zhì)量與質(zhì)量虧損的和，故C錯誤；8283D、方程式中的電子來自于鉛的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子同時生成一個電子，故D錯誤。 故選：A?！军c評】本題考査了衰變的實質(zhì)，半衰期的特點，和衰變前后有質(zhì)量虧損.（2021-乙卷）醫(yī)學治療中常用放射性核素mIn產(chǎn)生y射線，而1BIn是由半衰期相對較長 的,3Sn衰變產(chǎn)生的。對于質(zhì)量為mo的ll3Sn,經(jīng)過時間t后剩余的ll3Sn質(zhì)量為m,其1 m0-t圖線如圖所示。從圖中可以得到,3Sn的半衰期為（）67.3dB. lOl.OdC. 115.IdD. 124.9d【考點】原子核袞變及半袞期、袞

17、變速度.【專題】定性思想；衰變和半衰期專題；理解能力.【分析】半衰期指的是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，從圖像中可得 出,3Sn從質(zhì)量為Sno的袞變到質(zhì)量為imo的所用的時間，即為半衰期。33【解答】解：由圖可知質(zhì)量為io的ll3Sn衰變到Imo的所用的時間 t=t2-ti，其中t2 33= 182.4d, t|=67.3d,代入解得八t=115.1d，故1BSn的半衰期為115.Id,故C正確，ABD 錯誤。故選：C?！军c評】木題考查學生對原子核半衰期的認識以及結合圖像讀取信息的能力，難度不大。（2021-眉山模擬）人類第一次實現(xiàn)原子核人工轉(zhuǎn)變的核反應方程是下列的（）A.4He

18、+14N-170+lHc.D. 2r+ 3H-4He+ln112 0【考點】原子核袞變及半袞期、袞變速度；原子核的人工轉(zhuǎn)變；裂變反應和聚變反應. 【專題】定性思想；推理法；袞變和半衰期專題：退核的裂變和輕核的聚變專題；理解 能力.【分析】A中的方程是居里夫人發(fā)現(xiàn)放射性同位素的核反應方程；B中的方程是盧瑟福 發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程，也是人類第一次實現(xiàn)的原子核人工轉(zhuǎn)變：C中的方程是重核裂 變方程：D中的方程是輕核聚變方程?！窘獯稹拷猓篈、該方程是居里夫人發(fā)現(xiàn)放射性同位素的核反應方程，故A錯誤：B、該方程是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程，也是人類第一次實現(xiàn)的原子核人工轉(zhuǎn)變，故 B正確；C、該方程是重核裂變

19、方程，故C錯誤。D、該方程是輕核聚變方程，故D錯誤。故選：B?！军c評】本題考查了原子核人工轉(zhuǎn)變、重核裂變、輕核聚變等知識，掌握基本概念是解 題關鍵。（2021-r東）科學家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26。鋁26的半袞期為72萬年，其袞變方程為26A126Mg+Y。下列說法正確的是（）Y是氦核Y是質(zhì)子再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁26衰變一半再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁26全部袞變【考點】原子核袞變及半袞期、袞變速度.【專題】定性思想；推理法；袞變和半袞期專題：理解能力.【分析】根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒確定Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，從而確定Y是什么粒 子；抓住每經(jīng)過一個半袞期，有半數(shù)發(fā)生衰變，判斷

20、有多少的鋁26發(fā)生袞變。 【解答】解：AB、根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，Y的電荷數(shù)為1,質(zhì)量數(shù)為0,可 知Y為正電子，故A、B錯誤；C、每經(jīng)過一個半袞期，有半數(shù)發(fā)生衰變，再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁有一半發(fā)生衰變， 故C正確：D、每經(jīng)過一個半衰期，有半數(shù)發(fā)生衰變，再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁有發(fā)生衰變，還4剩沒有衰變，故D錯誤。4故選：C?！军c評】解決本題的關鍵知道袞變的過程中電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，理解半袞期的含 義，知道每經(jīng)一個半袞期，有半數(shù)發(fā)生袞變。（2021-儀隴縣模擬）氦原子被電離出一個核外電子，形成類氫結構的氦離子。已知基態(tài) 的氦離子能E!=-54.4cV,氦離子的能級示意圖如圖所示。

21、在具有下列能量的光子中，不能被叢態(tài)氦離吸收而發(fā)生躍遷的是(故八正確；BC、該核反應存在質(zhì)量虧損釋放核能，所以生成物的核子平均質(zhì)量小于反應物的平均核 子質(zhì)量，生成物比反應物更穩(wěn)定其比結合能也更大，故BC錯誤；D、該聚變反應過程中，由于超溫讓原子核獲得足夠的動能，從而可以克服庫侖力做功， 使得核之間的距離接近到1X10 l5m，也就是接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍內(nèi)使核發(fā)生聚變反應，所以該過程不僅存在核力做功也存在庫侖力做負功，故D錯誤。故選：A?！军c評】核反應中只要存在質(zhì)量虧損一定會釋放出核能，會造成生成物的核子平均質(zhì)量 小于反應物的平均核子質(zhì)量，生成物的比結合能比反應物的比結合能大。第1S貞井2

22、7頁多選題（共4小題）（2021-溫州模擬）關于原子核及其核反應，下列說法正確的是（）要使核聚變發(fā)生，必須克服庫侖力做功核裂變反應中，生成物的比結合能大于反應物的比結合能p袞變中的電子來自于核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化成一個中子的過程可以通過調(diào)節(jié)溫度、壓強等條件來調(diào)控核袞變反應的速度【考點】原子核袞變及半袞期、袞變速度；原子核的結合能；裂變反應和聚變反應. 【專題】應用題：定性思想；推理法；袞變和半袞期專題；理解能力.【分析】要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到10 l5m以內(nèi)，由于原子核都帶正電， 要使它們接近到這種程度，必須克服庫侖力做功：核裂變反應的過程中釋放能量，所以生成物的比結合能變大；P袞變

23、中的電子來自于核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子的過程，而非質(zhì)子轉(zhuǎn)化成中子的過 程；衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和外部條件沒有關系。 【解答】解：A、要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到10 15m以內(nèi)，核力才能起 作用，由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力做功， 故A正確：B、核裂變反應的過程中釋放能量，所以生成物的比結合能變大，故生成物的比結合能大 于反應物的比結合能，故B正確；C、p衰變中的電子來自于核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子的過程，而非質(zhì)子轉(zhuǎn)化成中子的 過程，故C錯誤：D、袞變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學狀態(tài)和

24、外部條件沒有關 系，故D錯誤。故選：ABo【點評】本題考查了聚變、裂變、袞變等基本知識，對于這部分基本知識要注意加強理 解和應用，這是容易被忽略和犯錯誤的地方。（2021*武侯E校級模擬）氫原子的能級圖如圖所示，一群處于第4能級的氫原子，下列說法正確的是（）第17貞共27員第17貞共27員/V0-O.5 -1.51-3.4|13.6這群氫原子向低能級躍遷過程中能發(fā)出4種不同頻率的光處于第4能級的氫原子可以吸收一個能量為0.95eV的光子并電離n=2能級的氫原子若吸收能量為1.89eV的光子，可以躍遷到n=3能級從n=4能級躍遷到n= 1能級的氫原子所輻射光子的波長最長【考點】氫原子的能級公式和

25、躍遷.【專題】定量思想：推理法；原子的能級結構專題：分析綜合能力.【分析】根據(jù)數(shù)學組合公式求出氫原子能輻射光子頻率的種數(shù)：報據(jù)電離條件分析： 能級間躍遷時，輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，能級差越大，輻射的光子頻率 越島，即可一一求解?！窘獯稹拷猓篈、一群處于第4能級的氫原子向低能級躍遷過程中能發(fā)出C2=6種不同 頻率的光，故A錯誤：B、能量大于電離能的光子可以被吸收，處于第4能級的氫原子的電離能為0.85eV，可 以吸收一個能量為0.95eV的光子并電離，故B正確；C、n=3 能級與 n=2 能級之間的差值為AE=E3 - E2= - 1.51eV - ( - 3.4eV) =1.89e

26、V, 所以n=2能級的氫原子若吸收能量為1.89eV的光子，可以躍遷到n=3能級，故C正確;D、從n=4能級躍遷到n=l能級的氫原子所輻射光子的頻率最萵，波長最短，故D錯 誤。故選：BCo【點評】解決本題的關鍵知道能級間躍遷輻射或吸收光子的能量等于兩能級間的能級差， 計算輻射光子的種類時注意“一群氫原子”和“一個氫原子”的區(qū)別。(2021-義烏市模擬)2021年4月13 H H本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬噸福島核 電站內(nèi)儲存的核廢水，消息一出舉世嘩然。？苗島核電站的裂變材料是鈾235,核廢水含有 大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129、釘106等放射性核素。由于含氚的 水和筲通的水具有相同的化學性質(zhì)，物理性質(zhì)也相近，因而現(xiàn)有的廢水處理技術很難去除，鈾235的半袞期大約力12.5年。針對這一事件，下列同學的觀點正確的是（）為了保護海洋環(huán)境，H本政府應在12.5年后再排放經(jīng)過處理的核廢水比較鈾235、鋇141、氪92、鍶90的原子核，鈾2