查補(bǔ)易混易錯15 原子物理學(xué)-022年高考物理三輪沖刺過關(guān)（解析版）

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查補(bǔ)易混易錯15原子物理學(xué)

高考試題對本專題的考查主要圍繞原子結(jié)構(gòu)、原子核和波粒二象性三個(gè)部分內(nèi)容命制試題，涉及的考點(diǎn)比較多；題型多為選擇題，可能只考查一個(gè)知識點(diǎn)，也可能涉及多個(gè)考點(diǎn)，試題難度不大。如2021年湖南卷第1題、河北卷第1題、廣東卷第1題等都在第1題對該部分內(nèi)容進(jìn)行了考查。值得注意的是，在一些地區(qū)的高考物理改革中（如山東省、江蘇?。┛赡軙蚱票匦?、選修的界限，出現(xiàn)如光電效應(yīng)、氫原子光譜、光的折射、光的反射相結(jié)合的題目，進(jìn)行綜合考查。

【真題示例·2021·山東卷·1】在測定年代較近的湖泊沉積物形成年份時(shí)，常利用沉積物中半衰期較短的，其衰變方程為。以下說法正確的是（）

A.衰變方程中的X是電子

B.升高溫度可以加快的衰變

C.與的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損

D.方程中的X來自于內(nèi)質(zhì)子向中子的轉(zhuǎn)化

【答案】A

【解析】

A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X是電子，A正確；

B．半衰期非常穩(wěn)定，不受溫度，壓強(qiáng)，以及該物質(zhì)是單質(zhì)還是化合物的影響，B錯誤；

C．與和電子X的質(zhì)量差等于衰變的質(zhì)量虧損，C錯誤；

D．方程中的X來自于內(nèi)中子向質(zhì)子的轉(zhuǎn)化，D錯誤。

故選A。

【易錯分析】考生容易將反應(yīng)后的電子的質(zhì)量忽略，不計(jì)算在反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損中，易選成C項(xiàng)。

【易錯01】愛因斯坦光電效應(yīng)方程和圖像問題

光電效應(yīng)的圖像分析

圖像名稱

圖線形狀

讀取信息

最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

①截止頻率(極限頻率):橫軸截距

②逸出功:縱軸截距是金屬逸出功的負(fù)值

③普朗克常量:圖線的斜率k=h

遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線

①截止頻率νc:橫軸截距

②遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大

③普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積,即h=ke

顏色相同、強(qiáng)度不同的光照射金屬,光電流與電壓的關(guān)系

①遏止電壓Uc:橫軸截距

②飽和電流Im:電流的最大值

③最大初動能:Ek=eUc

顏色不同時(shí),光電流與電壓的關(guān)系

①遏止電壓Uc1、Uc2

②飽和電流Im1、Im2

③最大初動能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2

【易錯02】.對光的波粒二象性的理解

從數(shù)量上看

個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性

從頻率上看

頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)

從傳播與作用上看

光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性

波動性與粒子性的統(tǒng)一

由光子的能量ε=hν、光子的動量表達(dá)式p=hλ也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和動量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ

【易錯03】玻爾理論和能級躍遷

1.對原子躍遷條件hν=Em-En的說明

(1)原子躍遷條件hν=Em-En只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。

(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)時(shí),也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收,使氫原子電離;當(dāng)處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV(或|En|)時(shí),氫原子電離后,電子具有一定的初動能。

(3)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實(shí)物粒子的動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兩能級的能量差值(E=Em-En),均可使原子發(fā)生能級躍遷。

2.躍遷中兩個(gè)易混問題

(1)一群原子和一個(gè)原子

氫原子核外只有一個(gè)電子,這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上,在某段時(shí)間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí),可能的情況只有一種,但是如果容器中盛有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會有各種情況出現(xiàn)了。

(2)直接躍遷與間接躍遷

原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時(shí),有時(shí)可能是直接躍遷,有時(shí)可能是間接躍遷。兩種情況下輻射(或吸收)光子的能量是不同的。直接躍遷時(shí)輻射(或吸收)光子的能量等于間接躍遷時(shí)輻射(或吸收)的所有光子的能量和。

3.氫原子躍遷前后電子的能量分析

當(dāng)軌道半徑增大時(shí),原子能量增大,電子動能減小,原子的電勢能增大。反之,當(dāng)軌道半徑減小時(shí),原子能量減小,電子動能增大,原子的電勢能減小。

【易錯04】α衰變、β衰變的比較

衰變類型

α衰變

β衰變

衰變方程

ZAX→Z?2A?4Y+24He

ZAX→Z+1AY+-10e

衰變實(shí)質(zhì)

2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出

1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子

211H+201n→24He

01n→11H+-10e

衰變規(guī)律

電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒

【易錯05】.對半衰期的理解

(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對個(gè)別或少量原子核,無半衰期可言。

(2)根據(jù)半衰期的概念,可總結(jié)出公式N余=N原12t/τ,m余=m原12t/τ。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時(shí)間,τ表示半衰期。

【易錯06】核反應(yīng)方程與核能計(jì)算

1.核反應(yīng)方程的比較

類型

可控性

核反應(yīng)方程典例

衰

變

α衰變

自發(fā)

92238U→90234Th+24He

β衰變

自發(fā)

90234Th→91234Pa+-10e

人工轉(zhuǎn)變

人工控制

714N+24He→817O+11H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)

24He+49Be→612C+01n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)

人工轉(zhuǎn)變

人工控制

1327Al+24He→1530P+01n

約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子

1530P→1430Si++10e

重核裂變

比較容易進(jìn)

行人工控制

92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n

92235U+01n→54136Xe+3890Sr+1001n

輕核聚變

很難控制

12H+13H→24He+01n

2.質(zhì)能方程的理解

(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2。

方程的含義是:物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系,物體的能量增大,質(zhì)量也增大;物體的能量減少,質(zhì)量也減少。

(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)減少,即ΔE=Δmc2。

(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2。

3.核能釋放的兩種途徑的理解

中等大小的原子核的比結(jié)合能最大,這些核最穩(wěn)定。由比結(jié)合能較小的核反應(yīng)生成比結(jié)合能較大的核會釋放能量,核能釋放一般有兩種途徑:

(1)使較重的核分裂成中等大小的核;

(2)使較小的核結(jié)合成中等大小的核。

4.計(jì)算核能的幾種方法

(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算,計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,ΔE的單位是“J”。

(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV/u計(jì)算。因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量,所以計(jì)算時(shí)Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。

(3)根據(jù)平均結(jié)合能來計(jì)算核能:原子核的結(jié)合能=平均結(jié)合能×核子數(shù),反應(yīng)前后原子核的結(jié)合能之差即釋放(吸收)的核能。

(4)有時(shí)可結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律進(jìn)行分析計(jì)算。

1.（2021·河北卷）普朗克常量，光速為c，電子質(zhì)量為，則在國際單位制下的單位是（）

A． B．m C． D．

【答案】B

【解析】

根據(jù)可得它們的單位為：

故選B。

2．（2021·浙江卷）已知普朗克常量，電子的質(zhì)量為，一個(gè)電子和一滴直徑約為的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為（）

A． B． C． D．

【答案】C

【解析】

根據(jù)德布羅意波長公式

解得

由題意可知，電子與油滴的動能相同，則其波長與質(zhì)量的二次方根成反比，所以有

代入數(shù)據(jù)解得

所以C正確；ABD錯誤；

故選C。

3．（2021·廣東卷）科學(xué)家發(fā)現(xiàn)銀河系中存在大量的放射性同位素鋁26，鋁26的半衰期為72萬年，其衰變方程為，下列說法正確的是（）

A．Y是氦核

B．Y是質(zhì)子

C．再經(jīng)過72萬年，現(xiàn)有的鋁26衰變一半

D．再經(jīng)過144萬年，現(xiàn)有的鋁26全部衰變

【答案】C

【解析】

AB．根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，該核反應(yīng)是

即Y是正電子，選項(xiàng)AB錯誤；

CD．因72萬年是一個(gè)半衰期，可知再過72萬年，現(xiàn)有的鋁26衰變一半；再過144萬年，即兩個(gè)半衰期，現(xiàn)有的鋁26衰變四分之三，選項(xiàng)C正確，D錯誤；

故選C。

4．（2021·湖南卷）核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要妥善處理。下列說法正確的是（）

A．放射性元素經(jīng)過兩個(gè)完整的半衰期后，將完全衰變殆盡

B．原子核衰變時(shí)電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒

C．改變壓力、溫度或濃度，將改變放射性元素的半衰期

D．過量放射性輻射對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害

【答案】D

【解析】

A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少量的個(gè)別的原子核無意義，則放射性元素完全衰變殆盡的說法錯誤，故A錯誤；

B．原子核衰變時(shí)滿足電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，故B錯誤；

C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身結(jié)構(gòu)決定的，而與物理環(huán)境如壓力、溫度或濃度無關(guān)，與化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯誤；

D．過量放射性輻射包含大量的射線，對人體組織有破壞作用，但輻射強(qiáng)度在安全劑量內(nèi)則沒有傷害，故D正確；

故選D。

5．（2021·浙江卷）對四個(gè)核反應(yīng)方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列說法正確的是（）

A．（1）（2）式核反應(yīng)沒有釋放能量

B．（1）（2）（3）式均是原子核衰變方程

C．（3）式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程

D．利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一

【答案】CD

【解析】

A．（1）是衰變，（2）是衰變，均有能量放出，故A錯誤；

B．（3）是人工核轉(zhuǎn)變，故B錯誤；

C．（3）式是人類第一次實(shí)現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程，故C正確；

D．利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術(shù)之一，故D正確。

故選CD。

6.（2021海南卷）某金屬在一束單色光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能為，已知該金屬的逸出功為，普朗克常量為h。根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)理論，該單色光的頻率為（）

A. B. C. D.

【答案】D

【解析】根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知

解得該單色光的頻率為

故選D。

7（2021江蘇卷）.用“中子活化”技術(shù)分析某樣品的成分，中子轟擊樣品中的產(chǎn)生和另一種粒子X，則X是（）

A.質(zhì)子 B.粒子 C.粒子 D.正電子

【答案】A

【解析】

該核反應(yīng)方程為

可知X是質(zhì)子。

故選A。

8．（2021·湖南婁底市高三零模）具有放射性，會發(fā)生衰變；俘獲中子會發(fā)生裂變產(chǎn)生中等質(zhì)量的原子核，同時(shí)放出大量的核能，下列說法正確的是（）

A．發(fā)生衰變時(shí)需要吸收熱量

B．能發(fā)生衰變說明中有粒子

C．的比結(jié)合能比裂變產(chǎn)生的中等質(zhì)量原子核比結(jié)合能小

D．裂變產(chǎn)生的能量即為的結(jié)合能

【答案】C

【解析】A．發(fā)生衰變時(shí)會放出熱量，A錯誤；B．發(fā)生衰變是原子核中兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成的一個(gè)粒子釋放出來即為粒子，原子核中并沒有粒子，B錯誤；C．裂變時(shí)釋放核能，有質(zhì)量虧損，產(chǎn)生的中等質(zhì)量原子核的核子平均質(zhì)量減小，核子的比結(jié)合能增大，C正確；D．核子結(jié)合成原子核或原子核分解成核子吸收的能量為結(jié)合能，因此裂變產(chǎn)生的能量并不是的結(jié)合能，D錯誤。

故選C。

9．（2021·湖南高三一模）圖甲是“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)電路圖，圖乙為某次“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中得到的同一光電管兩端的遏止電壓隨入射光頻率v變化的函數(shù)關(guān)系圖像，下列判斷正確的是（）

A．入射光的頻率v不同，遏止電壓相同

B．入射光的頻率v不同，光照強(qiáng)度不同，圖像的斜率相同

C．只要光的光照強(qiáng)度相同，光電子的最大初動能就一定相同

D．圖甲所示電路中，當(dāng)電壓表增大到一定數(shù)值時(shí)，電流計(jì)將達(dá)到飽和電流

【答案】B

【解析】A．逸出功與金屬材料有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，由，可知，入射光的頻率不同，電子的最大初動能不同，又，所以入射光的頻率不同，遏止電壓不同，A錯誤；B．由，可得，故圖線的斜率為相同的常量，B正確；C．由愛因斯坦光電效應(yīng)，可知在入射光頻率不同的情況下，光電子的最大初動能不同，最大初動能與光照強(qiáng)度無關(guān)，C錯誤；D．必須使圖甲所示電路中的電源正負(fù)極反接過來，才能用來驗(yàn)證光電流與電壓的關(guān)系，即當(dāng)電壓表增大到一定數(shù)值時(shí)電流計(jì)將達(dá)到飽和電流，D錯誤。故選B。

10．（2021·山東高三模擬）由中科院等離子體物理研究所設(shè)計(jì)制造的EAST全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置試用已經(jīng)成功，標(biāo)志著我國站在了世界核聚變研究的前端。設(shè)可控?zé)岷朔磻?yīng)前氘核（）的質(zhì)量為，氚核（）的質(zhì)量為，反應(yīng)后氦核（）的質(zhì)量為，中子（）的質(zhì)量為，已知真空中的光速為c。下列說法中正確的是（）

A．核反應(yīng)放出的能量為

B．上述核反應(yīng)過程中原子核的比結(jié)合能減小

C．這種熱核反應(yīng)釋放出氦核，是衰變

D．這種裝置的核反應(yīng)原理與我國大亞灣核電站所使用核裝置的原理相同

【答案】A

【解析】A．可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1+m2＞m3+m4，核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損，釋放的核能為

，A正確；B．因輕核聚變反應(yīng)釋放巨大核能，說明拆開的結(jié)合能小于組合的結(jié)合能，則生成物的比結(jié)合能增大，B錯誤；C．這種熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)是核聚變反應(yīng)，而不是自發(fā)發(fā)生的α衰變，C錯誤；D．這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應(yīng)原理不相同，D錯誤。故選A。

11．（2021·廣東高三模擬）下列說法正確的是（）

A．經(jīng)一次α衰變后成為

B．氫原子的核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，原子的能量增大

C．溫度升高能改變放射性元素的半衰期

D．核反應(yīng)方程應(yīng)遵循質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)守恒

【答案】B

【解析】A．根據(jù)核反應(yīng)過程中，核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，知經(jīng)一次α衰變后成為不會成為，故A錯誤；B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，吸收光子，原子的能量增加，故B正確；C．半衰期與物理環(huán)境無關(guān)，故C錯誤；D．核反應(yīng)過程中，核電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，中子數(shù)不一定守恒，故D錯誤。故選B。

12．（2021·河北高三一模）鈾同位素的衰變對巖石中元素豐度的影響可以用來進(jìn)行地質(zhì)測年，其中核發(fā)生α衰變生成核，下列說法正確的是（）

A．核的質(zhì)量等于核與α粒子的質(zhì)量之和

B．核的質(zhì)量數(shù)等于核與α粒子的質(zhì)量數(shù)之和

C．核的電荷數(shù)大于核與α粒子的電荷數(shù)之和

D．核的中子數(shù)小于核與α粒子的中子數(shù)之和

【答案】B

【解析】A.核的質(zhì)量大于核與α粒子的質(zhì)量之和，因?yàn)榘l(fā)生質(zhì)量虧損，A錯誤；B.因?yàn)樗プ冞^程質(zhì)量數(shù)守恒，核的質(zhì)量數(shù)等于核與α粒子的質(zhì)量數(shù)之和，B正確；C.因?yàn)樗プ冞^程電荷數(shù)守恒，核的電荷數(shù)等于核與α粒子的電荷數(shù)之和，C錯誤；D.因?yàn)樗プ冞^程中子數(shù)守恒，核的中子數(shù)等于核與α粒子的中子數(shù)之和，D錯誤。故