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2024 高考30 热点最新模拟题精练
热点28 原子物理
1. （2024 江苏泰州3 月调研）小明用同一光电管在不同实验条件下做光电效应实验，得到了三条光电流与
电压之间的关系曲线，如图所示。关于本实验，下列说法中正确的是（ ）
A. 甲光的频率比乙光的频率大
B. 乙光的波长比丙光的波长大
C. 乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大
D. 甲光所产生光电子的最大初动能比丙光所产生光电子的最大初动能大
【参考答案】C
【名师解析】根据图像可知，甲、丙光的遏止电压相等，小于乙光的遏止电压，根据动能定理，
，由此可知，甲光所产生光电子的最大初动能与丙光所产生光电子的最大初动能相等，D 错
误；
根据逸出功与截止频率的关系有：
，由于逸出功与截止频率均由金属材料本身决定，实验中小明
用的是同一光电管，则乙光所对应的截止频率与丙光所对应的截止频率一样大，C 正确；根据爱因斯坦光
电效应方程，有
，解得：
。
由于甲的遏止电压小于乙的遏止电压，由
可知甲光的频率比乙光的频率小，A 错误；由
可知，乙光的频率比丙光的频率大，根据
，解得
。由
可知，乙光的波
1
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长比丙光的波长小，B 错误。
2. （2024 河南高考适应性考试）某光源包含不同频率的光，光的强度与频率的关系如图所示。表中给出
了一些金属的截止频率
，用该光源照射这些金属。则（ ）
金
属
铯
4.69
钠
5.53
锌
8 06
钨
10.95
A. 仅铯能产生光电子
B. 仅铯、钠能产生光电子
C. 仅铯、钠、锌能产生光电子
D. 都能产生光电子
【参考答案】C
【名师解析】根据爱因斯坦光电效应方程，
，可知金属的逸出功为
，
由题给的光的强度与频率的关系图可知光源中光的频率范围为
，该频率范围中
最大频率小于钨的截止频率，大于铯、钠、锌的截止频率，根据发生光电效应的条件可知，用该光源照射
钨，不能发生光电效应，产生光电子，而照射铯、钠、锌，均能发生光电效应产生光电子，所以C 正确。
3. （2024 河北部分学校期末联考）如图所示为氢原子能级示意图，铝的逸出功为4.2eV。现用某单色光照
射大量处于
能级的氢原子，这些氢原子释放出6 种不同频率的光，用产生的光线照射铝板。下列说
2
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法中正确的是（ ）
A. 氢原子被该单色光照射后跃迁到
的激发态
B. 直接用该单色光照射铝板，能够发生光电效应
C. 氢原子释放出来的6 种光中有4 种可以使铝板发生光电效应
D. 从铝板逃逸出来的光电子的最大初动能为8.55eV
【参考答案】D
【名师解析】
该单色光照射氢原子后释放6 种不同频率的光，故氢原子被照射后跃迁到
的激发态，故A 错误；
由前面分析可知该单色光的光子能量
所以直接用该单色光照射铝板，不能发生光电效应，故B 错误；
由前面分析可知当氢原子从不同激发态向基态跃迁时释放出的光都可以使铝板发生光电效应，所以应该有
三种不同频率的光，故C 错误；
当用氢原子从
跃迁到基态释放出来的光照射铝板时，从铝板逃逸出来的光电子的初动能最大，此时
光子的能量
由爱因斯坦光电效应方程有
故D 正确。
4. （2024 重庆乌江新高考协作体一模）光镊技术可以用来捕获、操控微小粒子(目前已达微米级)．激光经
透镜后会聚成强聚焦光斑，微粒一旦落入会聚光的区域内，就有移向光斑中心的可能，从而被捕获．由于
光的作用使微粒具有势能，光斑形成了一个类似于“陷阱”的能量势阱，光斑中心为势能的最低点．结合
3
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以上信息可知，关于利用光镊捕获一个微小粒子的情况，下列说法正确的是
A. 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定沿着激光传播的方向
B. 微粒被捕获时，受到激光的作用力一定垂直激光传播的方向
C. 微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能可能增大
D. 被捕获的微粒在获得较大的速度之后，有可能逃离能量势阱
【参考答案】D
【名师解析】.微粒被捕获时，受到激光的作用力朝着激光焦点的方向，故A 错误；
.微粒被捕获时，受到激光的作用力朝着激光焦点的方向，故B 错误；
.由题干可知，光斑中心为势能的最低点，所以微粒向光斑中心移动时，在能量势阱中对应的势能不能增大，
只能减小，故C 错误；
.根据能量守恒，较大的初速度对应较大初动能，可以让微粒逃离能量势阱，故D 正确．
5. （2024 武汉新洲区期末）核电池又叫“放射性同位素电池”，在航天深空探测、心脏起搏器等方面有着重
要的应用。某种核电池常用的放射性同位素是钚238，其半衰期为87.7 年，该电池利用α 衰变放出的能量
转化为电能；还有一种微型核电池，可以把放射性物质镍52 衰变时放出的高能β 粒子直接转化成电流。下
列说法不正确的是（ ）
A. 核电池的发电原理与核电站相同，都是将放射性同位素衰变时产生的能量转化为电能
B. 与高能β 粒子相比，利用同位素钚238 的核电池在衰变过程中释放的α 粒子质量较大，速度较慢，用一
张纸就可以阻挡
C. 利用钚238 的核电池可以较长时间提供电能，不受阳光、温度、压力、电磁场、化学反应的影响
D. 镍52 发射的高能β 粒子是镍的中子变成质子放出的电子
【参考答案】A
【名师解析】
核电池的发电原理是将放射性同位素衰变时产生的能量转化为电能，核电站是利用核裂变时产生的能量转
化为电能，故A 错误；与高能β 粒子相比，利用同位素钚238 的核电池在衰变过程中释放的α 粒子质量较
大，速度较慢，用一张纸就可以阻挡，故B 正确；利用怀238 的核电池可以较长时间提供电能，不受阳光、
温度、压力、电磁场、化学反应的影响，故C 正确；镍52 发射的高能β 粒子是镍的中子变成质子放出的电
子，故D 正确。
6. （2024 江西上进联盟质检）碘131 是碘元素的人工放射性同位素，医学上常用碘
标记的玫瑰
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红钠盐和马尿酸钠作为肝、胆和肾等检查的扫描显像剂，其发生衰变的方程为
则下列说
法正确的是（ ）
A. 碘131 发生的是β 衰变
B. 碘131 的原子核内中子数比X 粒子的原子核内中子数少一个
C. 碘131 在玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的半衰期可能不相同
D. 碘131 原子核内有68 个中子
【参考答案】A
【名师解析】由质量数守恒和电荷数守恒可知，
是电子，碘131 发生的是β 衰变，故A 正确；
由质量数守恒和电荷数守恒可知，
的电荷数为
，碘131 原子核内的中子数为
X 粒子的原子核内中子数
可知，碘131 的原子核内中子数比X 粒子的原子核内中子数多一个，故BD 错误；
半衰期不受外界物理环境及化合态的影响，则碘131 在玫瑰红钠盐和马尿酸钠中的半衰期相同，故C 错误。
7. （2024 年1 月安徽联考）核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺
问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是
，
核的结合能为
，
核的结合能为
，
核的结合能为
．则（ ）
A. 该核反应过程动量不守恒
B. 该核反应方程中的X 为
C. 该核反应中释放的核能为
D. 该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒
【参考答案】B
【名师解析】
．在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A 错误；
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设X 为
，由核电荷数守恒可知
可得
由质量数守恒得
解得
所以该核反应方程中的X 为
，故B 正确，D 错误；
由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能为
故C 错误
8. （2024 江苏南京27 中期末）如下左图是用于研究光电效应的实验装置，右图是氢原子的能级结构。实
验发现
跃迁到
时发出的某种光照射左图实验装置的阴极时，发现电流表示数不为零，慢慢移动
滑动变阻器触点c，发现电压表读数大于等于
时，电流表读数为零，下列说法正确的是（ ）
A.
跃迁到
的光电子动能为
B. 滑动变阻器触点c 向a 侧慢慢移动时，电流表读数会增大
C. 其他条件不变，一群氢原子处于
能级跃迁发出的光，总共有3 种光可以发生光电效应
D. 用不同频率的光子照射该实验装置，记录电流表恰好读数为零的电压表读数，根据频率和电压关系可以
精确测量普朗克常数
【参考答案】D
【名师解析】
跃迁到
的光子能量为
，当电压大于等于
时，溢出来最大动能的光电子被截止，
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说明光电子最大初动能为
。根据光电效应方程
可知该材料的逸出功
故A 错误；
B．滑动变阻器触点c 慢慢向a 端移动，增加反向截止电压，电流表读数会减小，甚至有可能出现电流读数
为零，故B 错误；
从
向下跃迁，一共可以发射出
种光，其中
跃迁到
的光子能量小于逸出功，所以总
共5 种光可以发生光电效应，故C 错误；
根据光电效应方程
可知只要记录光子频率、截止电压就能精确测量普朗克常数，故D 正确。
9. （2024 宁夏银川一中第六次月考）真空中一对半径均为R1的圆形金属板P、Q 圆心正对平行放置，两板
距离为d，Q 板中心镀有一层半径为
（
）的圆形锌金属薄膜。Q 板受到紫外线持续照射后，只有
锌薄膜中的电子可吸收光的能量而逸出。现将两金属板P、Q 与两端电压UPQ可调的电源、灵敏电流计G 连
接成如图所示的电路。
已知元电荷电量为e，电子质量为m。单位时间内从锌薄膜中逸出的电子数为n、逸出时的最大动能为
Ekm，n、Ekm只由光照和锌膜材料决定。且电子逸出的方向各不相同。忽略电子的重力以及电子之间的相互
作用，不考虑平行板的边缘效应，光照条件保持不变。
（1）当电压为U0时，求电子逸出后加速度大小a；
（2）调整电源两端电压，使灵敏电流计示数恰好为零，求此时电压
；
（3）实验发现，当UPQ大于或等于某一电压值
，时灵敏电流计示数始终为最大值
求
和
。
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【参考答案】（1）
；（2）
；（3）
，
【名师解析】
（1）当电压为U0时，金属板P、Q 间的电场强度为
根据牛顿第二定律有
可得，电子逸出后加速度大小为
（2）调整电源两端电压，使灵敏电流计示数恰好为零，则根据动能定理有
可得，求此时电压为
（3）当从锌薄膜边缘平行Q 板逸出的动能最大的电子做类平抛运动刚好能到达P 板边缘时，则所有电子
均能达到P 板，此时的电流和电压最大，电流的最大值为
根据牛顿第二定律可得，此时逸出的电子做类平抛运动的加速度大小为
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设逸出电子的初速度为v，运动时间为t，则平行金属板方向有
垂直于金属板方向有
又
联立可得，此时的最大电压为
10．（2024 北京摸底）在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许
传动机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵。如图所示是一种液态金属电磁泵的简化结构示意图，
将装有液态金属、截面为矩形的导管的一部分水平置于匀强磁场中，当电流穿过液态金属时，液态金属即
被驱动。若输送液态金属的管道（用特殊陶瓷材料制成）截面长为a，宽为b（不计管道壁的厚度），正、
负电极板镶嵌在管道两侧（两极板正对且与管内液态金属良好接触），电极板长为c，宽为b；正、负电极
板间的液态金属恰好处在磁场区域内，该磁场的磁感应强度为B，方向与导管上、下表面垂直；通过两电
极板间液态金属的电流为I；液态金属在磁场驱动力的作用下，在导管中以恒定的速率v 流动。已知液态金
属的电阻率为ρ。
（1）导管截面上由磁场驱动力所形成的附加压强是多大？
（2）在Δt时间内，电流通过两电极板间液态金属所消耗的电能是多少？
（3）推动液态金属的驱动力实际上是通电金属液柱在磁场中受到的安培力，安培力推动液态金属做功，
使电能转化为机械能。我们知道，导体中的运动电荷受到的洛仑兹力在宏观上表现为安培力，而洛伦兹力
对运动电荷是不做功的，但是推动液态金属的安培力却做功了，这是为什么？请你对此做出合理的解释
（为了方便，可假设液态金属中的自由电荷为正电荷）。
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【参考答案】（1）BI
b ；（2）Ia Δt(
Iρ
bc + Bv)；（3）见解析
【名师解析】（1）通电液体在磁场中受到的安培力F = BIa，
则导管截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p= F
S = BIa
ab = BI
b
（2）电路产生的热量Q = I
2 R Δt = I
2 ρ a
bc Δt
所以在Δt时间内电流通过液态金属所消耗的电能Δ E =Q+ E机= I
2 ρ a
bc Δt + BIav Δt = Ia Δt(
Iρ
bc + Bv)
（3）液态金属中的自由电荷一方面沿电流方向运动，另一方面沿极板方向运动，洛伦兹力f 与二者合速度
的方向垂直，而运动电荷受到的洛仑兹力在宏观上表现为安培力，则f 的方向即为安培力的方向，可见安
培力在推动液态金属沿导管运动过程是做功的。
设电荷沿电流方向的定向移动为v，对应受到的洛仑兹力为f 1；沿极板方向的运动的速度为u，对应受到的
洛仑兹力为f 2，如图：
有W 1=- f 1u Δt =-qvBu Δt，W 2= f 2v Δt =quBv Δt，可见W =W 1+W 2=0，即洛伦兹力f 对运动电荷是
不做功的。
12. （2024 江苏泰州3 月调研） 我国是国际热核聚变研究领域的领先者之一。在某次核反应中，一个氘核
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和一个氚核
结合生成一个氦核
，并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为
，氚核的
比结合能为
，该核反应释放的核能为
，真空中光速为c。
（1）写出核反应方程并求出质量亏损；
（2）求氦核的比结合能
。
【答案】（1）
；
；（2）
【解析】（1）核反应方程为
根据质能方程，可得
解得质量亏损
（2）依题意，可得
解得
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