2023年高考真题分类汇编：原子物理学

试卷更新日期：2023-07-14 类型：二轮复习

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一、选择题

1. 下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（）

A、 $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{56}^{144} Ba +_{36}^{89} Kr + ()$ B、 $_{92}^{238} U \to_{90}^{234} Th + ()$ C、 $_{7}^{14} N +_{2}^{4} He \to_{8}^{17} O + ()$ D、 $_{6}^{14} C \to_{7}^{14} N + ()$

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2. 在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。
现象：从地面P点向上发出一束频率为 $v_{0}$ 的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为 $ν$ 。

方法一：根据光子能量 $E = h ν = m c^{2}$ （式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率 $ν$ 。

方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率 $ν = ν_{0} \frac{\sqrt{1 - \frac{2 G M}{c^{2} R}}}{\sqrt{1 - \frac{2 G M}{c^{2} (R + H)}}}$ ，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。

下列说法正确的是（　　）

A、由方法一得到 $ν = ν_{0} (1 + \frac{g H}{c^{2}})$ ， g为地球表面附近的重力加速度 B、由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长 C、若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小 D、通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大

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3. “梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为 $ν_{0}$ 的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为 $ν_{1}$ 的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为 $ν_{3}$ 的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率 $ν_{2}$ 为（）

A、 $ν_{0} + ν_{1} + ν_{3}$ B、 $ν_{0} + ν_{1} - ν_{3}$ C、 $ν_{0} - ν_{1} + ν_{3}$ D、 $ν_{0} - ν_{1} - ν_{3}$

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4. 钍元素衰变时会放出 $β$ 粒子，其中 $β$ 粒子是（）

A、中子 B、质子 C、电子 D、光子

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5. 已知一个激光发射器功率为 $P$ ，发射波长为 $λ$ 的光，光速为 $c$ ，普朗克常量为 $h$ ，则（）

A、光的频率为 $\frac{c}{λ}$ B、光子的能量为 $\frac{h}{λ}$ C、光子的动量为 $\frac{h}{λ}$ D、在时间 $t$ 内激光器发射的光子数为 $\frac{P t c}{h λ}$

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6. “玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将 ${}_{94}^{238}P u$ 衰变释放的核能一部分转换成电能。 ${}_{94}^{238}P u$ 的衰变方程为 ${}_{94}^{238}P u \to_{92}^{X} U +_{2}^{4} H e$ ，则（　　）

A、衰变方程中的X等于233 B、 $_{2}^{4} He$ 的穿透能力比γ射线强 C、 ${}_{94}^{238}P u$ 比 $_{92}^{X} U$ 的比结合能小 D、月夜的寒冷导致 ${}_{94}^{238}P u$ 的半衰期变大

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7. 有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W₀。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为∆x。已知电子质量为m ，普朗克常量为h ，光速为c ，则（）

A、电子的动量 $p_{c} = \frac{h L}{d Δ x}$ B、电子的动能 $E_{k} = \frac{h L^{2}}{2 m d^{2} Δ x^{2}}$ C、光子的能量 $E = W_{0} + \frac{c h L}{d Δ x}$ D、光子的动量 $p = \frac{W_{0}}{c} + \frac{h^{2} L^{2}}{2 c m d^{2} Δ x^{2}}$

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8. 关于α粒子散射实验正确的是（）

A、实验要在真空中进行 B、荧光屏是为了阻挡α粒子 C、实验中显微镜必须正对放射源 D、证明了原子核中有质子存在

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9. 2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为 $121 ． 6nm$ 的氢原子谱线（对应的光子能量为 $10 ． 2eV$ ）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（）

A、 $n = 2$ 和 $n = 1$ 能级之间的跃迁 B、 $n = 3$ 和 $n = 1$ 能级之间的跃迁 C、 $n = 3$ 和 $n = 2$ 能级之间的跃迁 D、 $n = 4$ 和 $n = 2$ 能级之间的跃迁

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10. 原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（）。

A、① 和③的能量相等 B、② 的频率大于④的频率 C、用②照射该金属一定能发生光电效应 D、用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于E_k

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11. 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 $h = 6.63 \times 10^{- 34} J \cdot s$ ，元电荷 $e = 1.60 \times 10^{- 19} C$ ）（　　）

A、10³Hz B、10⁶Hz C、10⁹Hz D、10¹²Hz

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12. 2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置 $(EAST)$ 创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（）

A、相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B、氘氚核聚变的核反应方程为 ${}_{1}^{2}H + {}_{1}^{3}H \to {}_{2}^{4}H e + {}_{- 1}^{0}e$ C、核聚变的核反应燃料主要是铀235 D、核聚变反应过程中没有质量亏损

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13. 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10⁴⁸J 。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3×10⁸m/s）

A、 $1 0^{19} k g$ B、 $1 0^{24} k g$ C、 $1 0^{29} k g$ D、 $1 0^{34} k g$

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14. 在下列两个核反应方程中
X+ $_{7}^{14} N$ →Y+ $_{8}^{17} O$ ，

Y+ $_{3}^{7} L i$ →2X

X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数则（）

A、Z=1，A=1 B、Z=1，A=2 C、Z=2，A=3 D、Z=2，A=4

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15. 宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应： $_{7}^{14} N +_{0}^{1} n \to_{6}^{14} C +_{1}^{1} H$ ，产生的 $_{6}^{14} C$ 能自发进行 $β$ 衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代．下列说法正确的是（　　）

A、 $_{6}^{14} C$ 发生 $β$ 衰变的产物是 $_{7}^{15} N$ B、 $β$ 衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C、近年来由于地球的温室效应，引起 $_{6}^{14} C$ 的半衰期发生微小变化 D、若测得一古木样品的 $_{6}^{11} C$ 含量为活体植物的 $\frac{1}{4}$ ，则该古木距今约为11460年

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16. 被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有 $η (η < 1)$ 倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（　　）

A、 $\frac{4 N L^{2} h ν}{R^{2} η}$ B、 $\frac{2 N L^{2} h ν}{R^{2} η}$ C、 $\frac{η L^{2} h ν}{4 R^{2} N}$ D、 $\frac{η L^{2} h ν}{2 R^{2} N}$

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二、非选择题

17. 能量为8eV的光子的波长为，下一代超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程 $_{92}^{238} U$ → $_{90}^{234} T h$ +。(已知：h=6.63×10^-34Js，1eV=1.6×10^-19J)

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18. “夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为 $λ$ 。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S ，卫星离太阳中心的距离为R ，普朗克常量为h ，光速为c ，求：

(1)、每个光子的动量p和能量E；

(2)、太阳辐射硬X射线的总功率P。

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三、多项选择题

19. 氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　）

A、图1中的 $H_{α}$ 对应的是Ⅰ B、图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C、Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D、P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大

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