查补易混易错15 原子物理学-【查漏补缺】2022年高考物理三轮冲刺过关（原卷版）

查补易混易错15  原子物理学

高考试题对本专题的考查主要围绕原子结构、原子核和波粒二象性三个部分内容命制试题，涉及的考点比较多；题型多为选择题，可能只考查一个知识点，也可能涉及多个考点，试题难度不大。如2021年湖南卷第1题、河北卷第1题、广东卷第1题等都在第1题对该部分内容进行了考查。值得注意的是，在一些地区的高考物理改革中（如山东省、江苏省）可能会打破必修、选修的界限，出现如光电效应、氢原子光谱、光的折射、光的反射相结合的题目，进行综合考查。

【真题示例·2021·山东卷·1】  在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的，其衰变方程为。以下说法正确的是（　　）

A. 衰变方程中的X是电子

B. 升高温度可以加快的衰变

C. 与的质量差等于衰变的质量亏损

D. 方程中的X来自于内质子向中子的转化

【易错01】爱因斯坦光电效应方程和图像问题

光电效应的图像分析

【易错02】.对光的波粒二象性的理解

【易错03】玻尔理论和能级跃迁

1.对原子跃迁条件hν=Em-En的说明

(1)原子跃迁条件hν=Em-En只适用于原子在各定态之间跃迁的情况。

(2)当光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)时,也可以被处于基态(或n能级)的氢原子吸收,使氢原子电离;当处于基态(或n能级)的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV(或|En|)时,氢原子电离后,电子具有一定的初动能。

(3)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁。

2.跃迁中两个易混问题

(1)一群原子和一个原子

氢原子核外只有一个电子,这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上,在某段时间内,由某一轨道跃迁到另一个轨道时,可能的情况只有一种,但是如果容器中盛有大量的氢原子,这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了。

(2)直接跃迁与间接跃迁

原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时,有时可能是直接跃迁,有时可能是间接跃迁。两种情况下辐射(或吸收)光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射(或吸收)光子的能量等于间接跃迁时辐射(或吸收)的所有光子的能量和。

3.氢原子跃迁前后电子的能量分析

当轨道半径增大时,原子能量增大,电子动能减小,原子的电势能增大。反之,当轨道半径减小时,原子能量减小,电子动能增大,原子的电势能减小。

【易错04】α衰变、β衰变的比较

　【易错05】.对半衰期的理解

(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律,对个别或少量原子核,无半衰期可言。

(2)根据半衰期的概念,可总结出公式N余=N原,m余=m原。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量,N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t表示衰变时间,τ表示半衰期。

【易错06】　核反应方程与核能计算

1.核反应方程的比较

　　2.质能方程的理解

(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2。

方程的含义是:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少。

(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即ΔE=Δmc2。

(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2。

3.核能释放的两种途径的理解

中等大小的原子核的比结合能最大,这些核最稳定。由比结合能较小的核反应生成比结合能较大的核会释放能量,核能释放一般有两种途径:

(1)使较重的核分裂成中等大小的核;

(2)使较小的核结合成中等大小的核。

4.计算核能的几种方法

(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单位是“J”。

(2)根据ΔE=Δm×931.5MeV/u计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。

(3)根据平均结合能来计算核能:原子核的结合能=平均结合能×核子数,反应前后原子核的结合能之差即释放(吸收)的核能。

(4)有时可结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算。

1.（2021·河北卷）普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是（　　）

A． B．m C． D．

2．（2021·浙江卷）已知普朗克常量，电子的质量为，一个电子和一滴直径约为的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（　　）

A． B． C． D．

3．（2021·广东卷）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为，下列说法正确的是（　　）

A．Y是氦核

B．Y是质子

C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半

D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变

4．（2021·湖南卷）核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（　　）

A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽

B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒

C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期

D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害

5．（2021·浙江卷）对四个核反应方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列说法正确的是（　　）

A．（1）（2）式核反应没有释放能量

B．（1）（2）（3）式均是原子核衰变方程

C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程

D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一

6.（2021海南卷）某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为，已知该金属的逸出功为，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率为（　　）

A.  B.  C.  D.

7（2021江苏卷）. 用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的产生和另一种粒子X，则X是（　　）

A. 质子 B. 粒子 C. 粒子 D. 正电子

8．（2021·湖南娄底市高三零模）具有放射性，会发生衰变；俘获中子会发生裂变产生中等质量的原子核，同时放出大量的核能，下列说法正确的是（　　）

A．发生衰变时需要吸收热量

B．能发生衰变说明中有粒子

C．的比结合能比裂变产生的中等质量原子核比结合能小

D．裂变产生的能量即为的结合能

9．（2021·湖南高三一模）图甲是“光电效应”实验电路图，图乙为某次“光电效应”实验中得到的同一光电管两端的遏止电压随入射光频率v变化的函数关系图像，下列判断正确的是（　　）

A．入射光的频率v不同，遏止电压相同

B．入射光的频率v不同，光照强度不同，图像的斜率相同

C．只要光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同

D．图甲所示电路中，当电压表增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流

10．（2021·山东高三模拟）由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置试用已经成功，标志着我国站在了世界核聚变研究的前端。设可控热核反应前氘核（）的质量为，氚核（）的质量为，反应后氦核（）的质量为，中子（）的质量为，已知真空中的光速为c。下列说法中正确的是（　　）

A．核反应放出的能量为

B．上述核反应过程中原子核的比结合能减小

C．这种热核反应释放出氦核，是衰变

D．这种装置的核反应原理与我国大亚湾核电站所使用核装置的原理相同

11．（2021·广东高三模拟）下列说法正确的是（　　）

A．经一次α衰变后成为

B．氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，原子的能量增大

C．温度升高能改变放射性元素的半衰期

D．核反应方程应遵循质子数和中子数守恒

12．（2021·河北高三一模）铀同位素的衰变对岩石中元素丰度的影响可以用来进行地质测年，其中核发生α衰变生成核，下列说法正确的是（　　）

A．核的质量等于核与α粒子的质量之和

B．核的质量数等于核与α粒子的质量数之和

C．核的电荷数大于核与α粒子的电荷数之和

D．核的中子数小于核与α粒子的中子数之和

13．（2021·广东高三模拟）氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于n=4的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为4.5 eV的钨时，下列说法中正确的是（　　）

A．氢原子能辐射4种不同频率的光子

B．氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应

C．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大

D．钨能吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应

14．（2021·天津高三模拟）2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆中核集团福清核电5号机组首次并网成功。如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图，下列说法正确的是（　　）

A．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒 B．华龙一号的原理是热核反应

C．原子核结合能越大，原子核越稳定 D．核裂变反应发生后，核子的平均质量减小