押全国卷16题：原子物理（结合当前热点问题）（解析版）_4.2025物理总复习_2024年新高考资料_5.2024三轮冲刺_备战2024年高考物理临考题号押题（新高考通用）324057615

押全国卷16题：原子物理（结合当前热点问题） 核心考点 考情统计 考向预测 备考策略 光子能量 2023·新课标卷16 近代物理成了近几年来 在选择题中必考的题目，题 核反应 2023·全国甲卷15 目一般难度不大，多为单 选。结合近年来高考真题命 1. 紧扣教材，夯实核心知识、重 质能方程 2023·全国乙卷16 题特点，该题常常以国家重 要实验原理和方法 半衰期 2022·全国甲卷17 大科学项目中取得的最新成 2. 认真研究近5年全国各地高考 就为情境，引出相关问题。 真题 光子能量 2022·全国乙卷17 也可能会与物理学史相结 3. 精选精炼模拟试题 合。 原子核衰变 2021·全国甲卷17 半衰期 2021·全国甲卷17 1．（2023·新课标卷，T16）铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利 用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量 ，元电荷 ）（ ） A．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz 【答案】C 【详解】铯原子利用的两能极的能量差量级对应的能量为 由光子能量的表达式 可得，跃迁发射的光子的频率量级为 跃迁发射的光子的频率量级为109Hz。 故选C。2．（2023·全国乙卷，T16）2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧 眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分 钟内释放的能量量级为 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光 速为 ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据质能方程 可知，则每秒钟平均减少的质量为 则每秒钟平均减少的质量量级为 。 故选C。 一、光电效应 1.黑体辐射的实验规律 (1)对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关． (2)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度 都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图． 2．能量子 (1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值 ε的整数倍，这个不可 再分的最小能量值ε叫作能量子． (2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)． 3.光电效应规律 (1)每种金属都有一个截止频率ν，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应． c (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s. (4)当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比． 4．爱因斯坦光电效应方程 (1)光电效应方程 ①表达式：hν＝E＋W 或E＝hν－W. k 0 k 0 ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W，剩 0 下的表现为逸出后电子的最大初动能． (2)逸出功W：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W＝hν＝h. 0 0 c (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值． 5.光电效应的分析思路 (1)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； (2)通过光的频率分析：光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 6.光电效应中常见的四类图像 图像名称 图线形状 获取信息 ①截止频率ν：图线与ν轴交点的横坐标 c 最大初动能E 与入 ②逸出功W：图线与E 轴交点的纵坐标的 k 0 k 射光频率ν的关系 绝对值W＝|－E|＝E 0 ③普朗克常量h：图线的斜率k＝h ①截止频率ν：图线与横轴的交点的横坐标 c ②遏止电压U：随入射光频率的增大而增大 c 遏止电压U 与入射 c ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电 光频率ν的关系 荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接 反向电压) 颜色相同、强度不 ①遏止电压U：图线与横轴的交点的横坐标 c 同的光，光电流与 ②饱和电流：电流的最大值 电压的关系 ③最大初动能：E＝eU k c ①遏止电压U 、U c1 c2 颜色不同时，光电 ②饱和电流 流与电压的关系 ③最大初动能E ＝eU ，E ＝eU k1 c1 k2 c2 7.光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是 光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运 动物体的动量，h为普朗克常量． 二、原子结构 1．玻尔理论 (1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽 然绕核运动，但并不产生电磁辐射． (2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E ，m2的能级返回n=2能级时释放出的 谱线，赖曼线系的谱线是氢原子的电子从n>1的能级跃迁至n=1能级的一系列光谱线。则赖曼线系能量最小的 光子与巴耳末线系能量最大的光子的能量差约为（ ） A．10.2eV B．6.8eV C．3.4eV D．0.54eV 【答案】B 【详解】赖曼线系的光子中，从n2能级跃迁到n1基态释放的能量最小，则有 巴耳末线系的光子中，从n能级跃迁至n2能级释放的能量最大，则有 所以有 故选B。 6．某种光伏电池的工作原理如图所示。半径为 的透明导电的球壳为阳极A，球形感光材料为阴极K。现用动 量为 的黄光照射K极，K极能发射出最大初动能为 的光电子。已知电子电荷量为 ，光速为 ，普朗克常 量为 ，忽略光电子重力及之间的相互作用。下列说法正确旳是（ ）A．入射光子的波长为 B．阴极感光材料的逸出功为 C．若仅增大入射光强度，电压表的示数将增大 D．若用紫光照射K极，电压表的最大示数将小于 【答案】B 【详解】A．根据德布罗意波长公式可知入射光子的波长为 故A错误； B．根据爱因斯坦光电效应方程有 解得阴极感光材料的逸出功为 故B正确； CD．随着K极逸出的光电子运动到A极，A、K之间的电压逐渐增大，若K电极逸出的最大动能的光电子恰好 运动不到A电极，两极间电压达到最大，再增大入射光强度电压表示数不再增大，根据动能定理有 两极间的最大电压为 若用紫光照射K极，可知初动能增大，则有 故CD错误。 故选B。 7．2023年12月，新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放。“人造太阳”内部发生的一种核反应方程 为 ，已知 的比结合能为 ， 的比结合能为 ， 的比结合能为 ，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（ ） A．核反应方程中X为电子 B． 的比结合能小于 的比结合能 C．核反应吸收的能量为 D．核反应中的质量亏损为 【答案】D 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X为 ，故A错误； B．核反应方程式中，生成物比反应物稳定，则 的比结合能大于 的比结合能，故B错误； CD．核反应放出的能量为 由能量守恒可得 解得 故C错误，D正确。 故选D。 8．贫铀弹是以含有铀238的硬质合金为主要原料制成的炮弹和枪弹，它利用贫铀合金的高硬度、高比重和高熔 点依靠动能来穿透目标，其多用来毁伤坦克等装甲目标。科学研究发现，铀238具有极大的危害性，它的半衰 期为45亿年，其衰变方程为 ，该衰变过程中产生的γ光子照射到逸出功为 的金属上， 溢出光电子的最大初动能为 。已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h。下列说法正确的是 （ ） A．衰变产生的γ光子具有很强的电离能力 B． 原子核中含有92个中子 C．γ光子的波长为 D．100个 经过90亿年后一定剩余25个 【答案】C 【详解】A．γ光子不带电，电离能力弱，故A错误； B． 原子核中含有90个质子和144个中子，故B错误； C．由爱因斯坦光电效应方程 可得故C正确； D．放射性元素的半衰期是对大量原子核的行为进行统计预测，对于具体个数的原子核无意义，故D错误。 故选C。 9．将放射性同位素氟-18（ ）注入人体参与人体的代谢过程，如图甲所示，氟-18在人体内衰变放出正电子， 与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图 像。氟-18的衰变规律如图乙所示，其中纵坐标 表示任意时刻放射性元素的原子数与 的原子数之比，设 正、负电子的质量均为m，光速为c，普朗克常数为h。则（ ） A．氟-18衰变的方程为 B．上述一对光子由氟-18直接产生并释放 C．上述一对光子波长为 D．经5小时人体内氟-18的残留量是初始时的33.3% 【答案】C 【详解】A．根据质量数与质子数守恒，可得氟-18的衰变方程 故A错误； B．依题意，正负电子湮灭方程为 故B错误； C．由质能方程，可得 根据能量守恒，可得联立，解得 故C正确； D．由乙图可知氟-18的半衰期为T=100min，根据 又 联立，解得 故D错误。 故选C。 10．如图所示为氢原子的发射光谱和氢原子能级图， 、 、 、 是其中的四条光谱线及其波长，分别 对应能级图中从量子数为n=3、4、5、6的能级向量子数为n=2的能级跃迁时发出的光谱线。已知可见光波长在 400nm~700nm之间，下列说法正确的是（ ） A． 谱线对应的光是可见光中的紫光 B．四条光谱线中， 谱线对应的光子能量最大 C． 谱线对应的是从n=5的能级向n=2的能级跃迁时发出的光谱线 D． 谱线对应的光，照射逸出功为3.20eV的金属，可使该金属发生光电效应 【答案】B 【详解】A．四条光谱线中， 谱线对应的光子波长最大，频率最小，而紫光频率最大，故A错误； B．四条光谱线中， 谱线对应的光子波长最小，频率最大，能量最大，故B正确； C． 谱线对应的光子能量为从n=5的能级向n=2的能级跃迁时的能量 故C错误； D． 谱线对应的光子能量为 由此可知，光子能量小于金属的逸出功，所以该金属不能发生光电效应，故D错误。 故选B。