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专题 13 原子物理
【真题汇编】
1、(2022·湖南卷·T1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是( )
A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C. 光电效应揭示了光的粒子性
D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
【答案】C
【解析】
A．波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误；
B．玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，
如电子轨道的概念，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；
C．光电效应揭示了光的粒子性，C正确；
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D错
误。
故选C。
2、(2022·广东卷·T5)目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为
，其中 。图是按能量排列的电磁波谱，要使 的氢原子吸收一个光子后，恰
好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是( )A. 红外线波段的光子 B. 可见光波段的光子
C. 紫外线波段的光子 D. X射线波段的光子
【答案】A
【解析】
要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为
则被吸收的光子是红外线波段的光子。
故选A。
3、(2022·山东卷·T1)碘125衰变时产生 射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为
60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的( )
A. B. C. D.
【答案】B
【解析】
设刚植入时碘的质量为 ，经过180天后的质量为m，根据
代入数据解得故选B。
4、(2022·全国甲卷·T17)两种放射性元素的半衰期分别为 和 ，在 时刻这两种元素的原子核总
数为N，在 时刻，尚未衰变的原子核总数为 ，则在 时刻，尚未衰变的原子核总数为(
)
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】
根据题意设半衰期为t 的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有
0
经历2t 后有
0
联立可得
，
在 时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未
衰变的原子核总数为故选C。
5、(2022·浙江6月卷·T14)秦山核电站生产 的核反应方程为 ，其产物 的衰变
方程为 。下列说法正确的是( )
A. X是 B. 可以用作示踪原子
C. 来自原子核外 D. 经过一个半衰期，10个 将剩下5个
【答案】AB
【解析】
A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1，中子数为1，即为 ，故A正确；
B．常用的示踪原子有： ， ， ，故B正确；
C． 由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以 来自原子核内，故
C错误；
D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。
故选AB。
6、(2022·浙江6月卷·T7)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放
出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是( )A. 逸出光电子的最大初动能为10.80eV
B. n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大
C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应
D. 用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态
【答案】B
【解析】
A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据
可得此时最大初动能为
故A错误；
B．根据
的
又因为从n=3跃迁到n=1放出 光电子能量最大，故可知动量最大，故B正确；C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出 种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子
能量为
不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；
D．由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为
所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。
故选B。
7、(2022·浙江1月卷·T14)2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约
6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民
供热。下列说法正确的是( )
A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg
C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D. 反应堆中存在 的核反应
【答案】CD
【解析】
A．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误；B．原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为
核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B错误；
C．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；
D．反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在
的核反应，故D正确；
故选CD。
8、(2022·湖北·T1) 上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果
静止原子核 俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子ν，即 + →X +
e
。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下
列说法正确的是( )
A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变
C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子 的电荷量与电子的相同
【答案】A
【解析】
AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是 ，A正确、C错误；
B．由选项A可知，原子核X是 ，则核反应方程为 + → + ，则反应前的总质子数为
4，反应后的总质子数为3，B错误；D．中微子不带电，则中微子 的电荷量与电子的不相同，D错误。
故选A。
【突破练习】
1.(2022·广东普通高中高三下学期一模)中俄核能合作项目——田湾核电站和徐大堡核电站于2021年5月
举行开工仪式。下列有关核电站采用何种核变化及其对应核反应方程的说法，正确的是( )
A. 衰变，
B. 衰变，
C. 核聚变，
.
D 核裂变，
【答案】D
【解析】
核电站采用的是铀发生核裂变的反应
故选D。
2.(2022·北京市海淀区高三下学期一模)如图所示为氦离子 的能级图，根据玻尔原子理论，关于氦
离子能级跃迁，下列说法正确的是( )A. 大量处于 能级的氦离子，最多可辐射2种不同频率的光子
B. 从 向 能级跃迁，需吸收 能量
C. 处于 能级的氦离子，可以吸收 的能量而发生电离
D. 从 跃迁到 能级比从 跃迁到 能级辐射出的光子频率低
【答案】D
【解析】
A．大量处于 能级的氦离子，最多可辐射
种不同频率的光子，故A错误；
B．因为从 向 能级跃迁，是从高能级向低能级跃迁，要释放能量，故B错误；
C．由图可知，处于 能级的氦离子要发生电离，需要吸收的能量应满足
故C错误；
D．因为从 跃迁到 能级辐射的光子能量为而从 跃迁到 能级辐射的光子能量为
即从 跃迁到 能级比从 跃迁到 能级辐射出的光子的能量小，又因为
所以从 跃迁到 能级比从 跃迁到 能级辐射出的光子频率低，故D正确。
故选D。
3.(2022·山东潍坊市高三下学期一模)如图所示，分别用a、b两束单色光照射阴极K均可产生光电流。调
节滑片P，当光电流恰好减小到零时，a、b对应的电压表示数分别为 、 ，已知 ，下列说法正
确的是( )
A. a光束比b光束弱
B. a光子动量小于b光子动量
C. 经过同一单缝，b光产生的衍射现象更明显
D. 经过同一双缝干涉装置得到的图样，a光条纹间距小
【答案】B
【解析】由题意可知，a的截止电压小于b的遏止电压，则有
可得
，
A．根据已知条件只能判断两者的频率关系，无法判断光束强弱，A错误；
B．a的频率小，则波长大，根据
可知，a的光子动量小于b光子动量，B正确；
C．a的频率小，则波长大，经过同一单缝产生的衍射现象更明显，C错误；
D．根据
的
a 频率小，波长大，则经过同一双缝干涉装置的得到的图样，a光的条纹间距大，D错误。
故选B。
4.(2022·山东潍坊市高三下学期一模)已知 半衰期为 ，其衰变方程为
，X是某种粒子， 为释放的核能。真空中光速为c，用质谱仪测得 原子
核质量为m。下列说法正确的是( )
A. 发生的是 衰变
B. 原子核质量大于mC. 100个 原子核经过 ，一定有75个发生了衰变
D. 若中子质量为 ，质子质量为 ，则 核的比结合能为
【答案】D
【解析】
A．根据质量数守恒电荷数守恒可知，X是 ，发生的是 衰变，故A错误；
B．因为衰变过程有质量亏损，所以 原子核质量小于m，故B错误；
C．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，统计少量个数原子核是没有意义的，故C错误；
D．若中子质量为 ，质子质量为 ，则 核的比结合能为
N为核子数，故D正确。
故选D。
5.(2022·江苏南京盐城市高三下学期二模)贫铀弹在爆炸中有很多 U残留，其半衰期极为漫长且清理困
难，所以对环境的污染严重而持久。设 U发生α衰变形成新核X，以下说法正确的是( )
A. U的比结合能小于新核X的比结合能
B. 该衰变过程的方程可写为 U+ He→ X
C. 衰变反应中的α射线在几种放射线中电离能力最弱D. 2个 U原子核经过一个半衰期后必定有一个发生衰变
【答案】A
【解析】
A.重核衰变较轻质量的核时, 比结合能变大, U比结合能小于新核X的比结合能,A正确;
B.该衰变过程的方程应写为 U→ X+ He ,B错误;
C.衰变反应中的α射线在几种放射线中电离能力最强,C错误;
D.半衰期是大量原子核衰变的统计结果,单个原子核的衰变时间无法预测,D错误;
故选A。
6.(2022·山东济南市高三下学期一模)光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板
上时，可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。
入射光子 的能量/ 相对光
次 饱和光电流大小/mA 逸出光电子的最大初动能/eV
eV 强
1 4.0 弱 29 0.8
2 4.0 中 43 0.8
3 4.0 强 60 0.8
由表中数据得出的以下论断中正确的是( )
A. 三次实验采用了不同频率的入射光
B. 三次实验光电管中的金属板材质不同
C. 若入射光子的能量为5.0eV，不论光强多大，饱和光电流一定大于60mA
D. 若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV【答案】D
【解析】
A．入射光子的能量相同，根据
可知三次实验采用了相同频率的入射光，故A错误；
B．根据
可知，最大初动能相同，则逸出功相同，因此金属板材质相同，故B错误；
C．饱和光电流，只与光照强度有关，故C错误；
D．根据
，
代入数据得
故D正确。
故选D。
7.(2022·江苏如皋市高三下学期一调)利用如图所示的电路研究光电效应现象，滑片P的位置在O点的正
上方。已知入射光的频率大于阴极K的截止频率，且光的强度较大，则( )A. 减弱入射光的强度，遏止电压变小
B. P不移动时，微安表的示数为零
C. P向a端移动，微安表的示数增大
D. P向b端移动，光电子到达阳极A的最大动能增大
【答案】D
【解析】
A．遏止电压仅与入射光频率有关，与强度无关，故A错误；
B．P不移动时，由于图中在光电管中所加电压为正向电压，管中电场向左，电子从K向右逸出所受电场
力向右，电子加速从A端流出形成光电流，微安表应有示数，故B错误；
C．P向a端移动，则分压所得正向电压变小，电子加速从A端出去的速度变小，则光电流变小，微安表的
示数变小，故C错误；
D．P向b端移动，则分压所得正向电压变大，由
光电子到达阳极A的最大动能增大，故D正确。
故选D。
8.(2022·山东菏泽高三下学期一模)下列说法正确的是( )A. 银河系中存在大量的铝同位素 ，它的衰变方程为 ，其中Y是质子
B. 核废料具有很强的放射性，放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
C. 裂变反应有质量亏损，聚变反应没有质量亏损
D. 射线是原子核能级跃迁释放出的能量，是一种电磁波
【答案】D
【解析】
A．根据质量数和电荷数守恒可知，Y质量数为0，电荷数为+1，是正电子，A错误；
B．核废料具有很强的放射性，放射性元素经过两个完整的半衰期后，将剩余原来的四分之一，B错误；
C．裂变反应有质量亏损，聚变反应也有质量亏损，C错误；
D． 射线是原子核能级跃迁释放出的能量，是一种电磁波，D正确。
故选D。
9.(2022·山东烟台市德州市高三下学期一模)有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”
一个电子形成一个新原子核，从离原子核最近的K层电子中俘获电子，叫“K俘获”。现有一个铍原子核(
)发生了“K俘获”，生成一个新的原子核 ，并放出一个不带电的、质量接近于零的中微子( )，
核反应方程为 。关于铍原子核( )的“K俘获”的过程，下列说法正确的是( )
A. 新原子核 带负电
B. 新原子核 比原来的铍原子核少一个中子
C. 新原子核 比原来的铍原子核少一个质子
的
D. 新原子核 与原来 铍原子核的核子数不同【答案】C
【解析】
A．根据电荷数守恒得，新原子核X的电荷数是3，则新原子核X带正电，故A错误；
BCD．根据电荷数和质量数守恒得，新原子核X的电荷数是3，核子数是7，新原子核与铍核相比，电荷
数少一个而核子数相同，所以是质子数少一个，中子数多一个，故BD错误，C正确。
故选C。
10.(2022·湖南岳阳市高三下学期二模)在火星上，太阳能电池板的发电能力有限，因此科学家用放射性材
料 作为发电能源为火星车供电。 中的 元素是 ，具有天然放射性，半衰期为87.7年。
发生 衰变的核反应方程为 ，则下列说法正确的是( )
A. 原子核的中子数为141
B. 原子核发生 衰变后产生的新核的比结合能比 核的比结合能小
C. 10个 原子核经过87.7年后一定还会剩余5个
D. 的半衰期是由核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系
【答案】D
【解析】
A．根据质量数和电荷数守恒可知， 原子核的中子数为
故A错误；
B． 原子核发生 衰变后产生的新核更稳定，所以新核的比结合能比 核的比结合能大，故B
错误；C．半衰期是针对大量原子核的统计规律，对少量原子核不适用，故C错误；
D．半衰期是由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的化学状态和外部的物理条件没有关系，故D正
确。
故选D。
11.(2022·湖北八市高三下学期二模)下列说法正确的是( )
A. 在光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关
B. 结合能越大的原子核核子平均质量越小
C. 汤姆孙通过研究阴极射线精确测定出电子所带的电荷量
D. 泊松亮斑说明光具有粒子性
【答案】A
【解析】
A．根据光电效应方程
根据动能定理得
解得
在光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关，A正确；
B．根据结合能曲线，随着原子核质量的增大，结合能先增大后减小，B错误；
C．密立根精确测定出电子所带的电荷量，C错误；D．泊松亮斑说明光具有波动性，D错误。
故选A。
12.(2022·河北唐山市高三下学期一模)氚是氢的一种放射性同位素，简写为H，氟核发生β衰变后变成另
一种新原子核，氚的半衰期为12.43年，下列关于氚核衰变说法正确的( )
A. 经过12.43年，6个氚核还剩余3个没有衰变
B. 经过12.43年，质量为m的氚核还剩余 仍没有衰变
C. 增加气体中氚的浓度可以缩短其半衰期
D. 改变氚核存放环境可改变其半衰期
【答案】B
【解析】
AB．半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律，对个别的原子核没有意义，故A错误B正确；
CD．半衰期由放射性元素的原子核本身因素决定，跟原子核所处的物理或化学状态无关，故CD错误。
故选B。
