原子結(jié)構(gòu)、原子核 熱點(diǎn)專項(xiàng)訓(xùn)練-2025年高考物理二輪復(fù)習(xí)（解析版）

原子結(jié)構(gòu)、原子核熱點(diǎn)專項(xiàng)訓(xùn)練精選

一、選擇題

1、下列關(guān)于物理學(xué)史的敘述不正確的是（）

A.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型

B.貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，表明原子核內(nèi)部具有結(jié)構(gòu)

C.玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律

D.愛(ài)因斯坦提出了光子說(shuō)，成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象

答案：A

解析：湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”，而盧瑟福通過(guò)a粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出

原子的核式結(jié)構(gòu)，所以A說(shuō)法錯(cuò)誤。

2、盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型是為了解釋（）

A.a粒子散射實(shí)驗(yàn)B.核聚變反應(yīng)C.天然放射現(xiàn)象D.核裂變反應(yīng)

答案：A

解析：盧瑟福提出原子核式結(jié)構(gòu)模型是為了解釋a粒子散射實(shí)驗(yàn)。故選A。

3、關(guān)于a粒子散射實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是（）

A.絕大多數(shù)a粒子經(jīng)過(guò)重金屬箔后，發(fā)生了角度不太大的偏轉(zhuǎn)

B.a粒子在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減少，電勢(shì)能減少

C.a粒子離開原子核的過(guò)程中，動(dòng)能增大，電勢(shì)能增大

D.對(duì)a粒子散射實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以估算出原子核的大小

答案：D

解析：a粒子散射實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容是：絕大多數(shù)a粒子幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，少數(shù)a粒子發(fā)生了較

大角度的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)a粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)（偏轉(zhuǎn)角度超過(guò)90°,有的甚至幾乎達(dá)到

180。，被反彈回來(lái)），A錯(cuò)誤；由于a粒子受排斥力作用，在接近原子核的過(guò)程中，動(dòng)能減

少，電勢(shì)能增加，B錯(cuò)誤；離開原子核的過(guò)程中，動(dòng)能增大，電勢(shì)能減少，C錯(cuò)誤；可以估

算出原子核的大小，D正確。

4、下列說(shuō)法正確的是（）

A.乃衰變中釋放的電子是核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子過(guò)程中產(chǎn)生的

B.陽(yáng)光下看到細(xì)小的塵埃飛揚(yáng)，是固體顆粒在空氣中做布朗運(yùn)動(dòng)

C,由于原子核衰變時(shí)釋放能量，根據(jù)￡衰變過(guò)程質(zhì)量增加

D.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比

答案：A

解析：A.。衰變中釋放的電子是核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子過(guò)程中產(chǎn)生的,

故A正確；

B.陽(yáng)光下看到細(xì)小的塵埃飛揚(yáng)，是固體顆粒在空氣對(duì)流作用下飛揚(yáng)，不是布朗運(yùn)動(dòng)，故B

錯(cuò)誤；

C.由于原子核衰變時(shí)釋放能量，根據(jù)：E=mc2

衰變過(guò)程質(zhì)量虧損，故C錯(cuò)誤；

D.根據(jù)光電效應(yīng)方程：Ek=hv-W0

即光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率為線性關(guān)系但不是正比例關(guān)系，故D錯(cuò)誤。

故選Ao

5、如圖所示為氫原子能級(jí)示意圖，一群處于〃=4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，下列說(shuō)法

正確的是（）

n￡7eV

8o

5——==-0.54

4---------------------------0.85

3---------------------------1.51

2---------------------------3.4

1------------------------------13.6

A.躍遷過(guò)程中最多可輻射出4種頻率的光子

B.從〃=4能級(jí)躍遷到〃=2能級(jí)的氫原子能量增大

C.從〃=4能級(jí)躍遷到n=\能級(jí)輻射出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)

D.有三種頻率的光子可使逸出功為4.54eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)

答案：D

解析：躍遷過(guò)程中最多可輻射出的光子種類有鬣=6種，A錯(cuò)誤。

從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)，氫原子要向外輻射光子，能量減小，B錯(cuò)誤。

從n=4能級(jí)躍遷到n=l能級(jí)，輻射出的光子能量最大，由E=/iv=后可知，能量最

大的光子波長(zhǎng)最短，C錯(cuò)誤。

要使逸出功為4.54eV的金屬發(fā)生光電效應(yīng)，需要光子能量大于4.54eVo在輻射的6種

光子中,分別從n=4、3、2能級(jí)向n=l能級(jí)躍遷而輻射的光子滿足此條件；從n=4、3能

級(jí)向n=2能級(jí)躍遷而輻射的光子，從n=4能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷而輻射的光子，均不滿足

此條件。D正確。

故選D。

6、氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子（）

A.放出光子，能量增加B.放出光子，能量減少

C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量減少

答案：B

解析：從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，氫原子以釋放光子的形式輻射能量，大小為兩個(gè)能級(jí)的能量差,

氫原子能量減少。

7、如圖甲、乙所示放電管兩端加上高壓，管內(nèi)的稀薄氣體會(huì)發(fā)光，從其中的放電管觀察氫

原子的光譜，發(fā)現(xiàn)它只有一些分立的不連續(xù)的亮線，下列說(shuō)法正確的是（）

金屬導(dǎo)桿

甲

410.29A/nm

397.12434.17486.27656.47

乙

A.亮線分立是因?yàn)闅湓佑袝r(shí)發(fā)光，有時(shí)不發(fā)光

B.有幾條譜線，就對(duì)應(yīng)著氫原子有幾個(gè)能級(jí)

C.核式結(jié)構(gòu)決定了氫原子有這種分立的光譜

D.光譜不連續(xù)對(duì)應(yīng)著氫原子輻射光子能量的不連續(xù)

答案：D

解析：氫原子在發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，向外輻射光子，形成發(fā)射光譜。由于能級(jí)是分立的，不連

續(xù)的，則輻射的光子的能量是不連續(xù)的，光子頻率也不連續(xù)，所以形成的光譜也是不連續(xù)的。

8、硼（B）中子俘獲治療是目前最先進(jìn)的癌癥治療手段之一。治療時(shí)先給病人注射一種含硼的

藥物，隨后用中子照射，硼俘獲中子后，產(chǎn)生高殺傷力的a粒子和鋰（Li）離子。這個(gè)核反應(yīng)

的方程是（）

714

A.^°B+Jn^Li+^HeB.9B+，He^N+/n

1714

C.尹N+，HegO+[HD,尹N+4n%C+汨

答案：A

解析：由題設(shè)條件知，硼（B）俘獲中子?n）產(chǎn)生a粒子?He）和鋰（Li）離子，由反應(yīng)

物和生成物，知A正確，B、C、D錯(cuò)誤。

9、圖1是a、0、y三種射線穿透能力的示意圖。圖2是某軋鋼廠的熱軋機(jī)上安裝的射線

測(cè)厚儀裝置示意圖，讓射線穿過(guò)鋼板，探測(cè)器探測(cè)到的射線強(qiáng)度與鋼板的厚度有關(guān)，將射線

強(qiáng)度的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，可對(duì)鋼板的厚度進(jìn)行自動(dòng)控制。射線測(cè)厚儀所利用的射線最適合的

是（）

放大器

探測(cè)器工

厚度控制裝置

I鋼板

放射性同位素

圖2

A.a射線B.B射線C.y射線D.三種射線都可以

答案：C

解析：測(cè)厚儀利用的是射線的穿透性，三種射線之中，Y射線的穿透性最強(qiáng)，最適合作為測(cè)

厚儀的射線源，故C正確。

10、2021年12月30日，我國(guó)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了7000萬(wàn)攝氏度高溫下

1056秒長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，打破了自己保持的世界紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)在可控核聚

變研究上處于世界領(lǐng)先水平。托卡馬克內(nèi)部發(fā)生的主要核反應(yīng)的方程可能是（）

A.端Th+iHeB.名Al+初e%P+時(shí)

174

C./N+，He\O+擔(dān)D.汨+汨[He+]

答案：D

解析：A是a衰變，B、C為原子核的人工轉(zhuǎn)變，D是核聚變，是把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,

并釋放出核能的反應(yīng)，符合題意。故選D。

11、關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是（

A.天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B.p射線是原子核外電子形成的電子流

C.升高溫度可以減小放射性元素的半衰期D.p射線比a射線的穿透能力弱

答案：A

解析：A.射線的放射表明原子核內(nèi)部存在著復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和相互作用。例如a衰變過(guò)程中

2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起形成a粒子。所以天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有一定結(jié)構(gòu),

故A正確；

B.發(fā)生一次0衰變，實(shí)際是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，這個(gè)電子被

拋射出來(lái)，故B錯(cuò)誤；

C.原子核衰變的半衰期由自身結(jié)構(gòu)決定，與物理?xiàng)l件和化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故升高溫度不能改

變?cè)雍怂プ兊陌胨テ?，故c錯(cuò)誤；

D.放射性元素衰變時(shí)放出的三種射線，丫射線穿透能力最強(qiáng)，p射線穿透能力居中，a射線

穿透能力最弱，故D錯(cuò)誤。

故選A。

12、100年前，盧瑟福猜想在原子核內(nèi)除質(zhì)子外還存在著另一種粒子X(jué),后來(lái)科學(xué)家用a粒

子轟擊鍍核證實(shí)了這一猜想，該核反應(yīng)方程為：：He+：Be-；2c+：X,則（）

A.m=1,n=Q,X是中子B.m=1,n=0,X是電子

C.m=Q,n=1,X是中子D.m=0,n=l,X是電子

答案：A

解析：根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，則有

4+9=12+機(jī)，2+4=6+〃

解得機(jī)=1,n=0,故X是中子

故選Ao

13、工業(yè)部門可以使用放射性同位素發(fā)出的射線來(lái)測(cè)厚度。某軋鋼廠的熱軋機(jī)上安裝的射

線測(cè)厚裝置如圖所示，讓/射線穿過(guò)鋼板，探測(cè)器探測(cè)到的丫射線強(qiáng)度與鋼板的厚度有關(guān),

將射線強(qiáng)度的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，可對(duì)鋼板的厚度進(jìn)行自動(dòng)控制。下列說(shuō)法正確的是（）

—|放大器|-------1

.厚度控制裝置

探測(cè)器//

=/鋼板

OI&

放射性

同位素射線測(cè)厚裝置

A,若鋼板變厚，則探測(cè)到丫射線變?nèi)?/p>

B.若鋼板內(nèi)部有裂縫，則探測(cè)到丫射線變?nèi)?/p>

C.該裝置主要利用/射線的電離能力

D.若僅把y射線換為a射線，該裝置仍正常運(yùn)行

答案：A

解析：A.若鋼板變厚，則對(duì)丫射線的阻礙變強(qiáng)，探測(cè)到丫射線變?nèi)酰蔄正確；

B.若鋼板內(nèi)部有裂縫，則對(duì)丫射線的阻礙變?nèi)?，探測(cè)到丫射線變強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；

C.該裝置主要利用y射線的穿透能力，故C錯(cuò)誤；

D.該裝置主要利用y射線的穿透能力，而a射線的穿透能力很弱，若僅把y射線換為a射

線，該裝置不能正常運(yùn)行，故D錯(cuò)誤。

故選A。

14、某一放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)放出a、￡、y三種射線，讓構(gòu)成這三種射線的粒子進(jìn)入

磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)情況如圖所示。下列說(shuō)法正確的是（）

A.該放射性物質(zhì)的半衰期隨溫度的升高會(huì)增大

B.C粒子是原子核的重要組成部分

C.力粒子一定帶正電

D.B粒子的穿透性最弱

答案：C

解析：半衰期由原子核本身決定，與外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；由題圖可知C粒子為電子,

故B錯(cuò)誤；由左手定則可知，力粒子一定帶正電，故C正確；B粒子為光子，穿透性最強(qiáng)，

故D錯(cuò)誤。

15、北京高能光源是我國(guó)首個(gè)第四代同步輻射光源，計(jì)劃于2025年建成。同步輻射光具有

光譜范圍寬（從遠(yuǎn)紅外到X光波段，波長(zhǎng)范圍約為lO-m?lO-Um,對(duì)應(yīng)能量范圍約為

10-1eV?1。5eV）、光源亮度高、偏振性好等諸多特點(diǎn)，在基礎(chǔ)科學(xué)研究、應(yīng)用科學(xué)和工藝

學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。

速度接近光速的電子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)沿圓弧軌道切線發(fā)出電磁輻射，這個(gè)現(xiàn)象最初是在

同步加速器上觀察到的，稱為“同步輻射”。以接近光速運(yùn)動(dòng)的單個(gè)電子能量約為1。9eV,回

旋一圈輻射的總能量約為1。4eV。下列說(shuō)法正確的是（）

A.同步輻射的機(jī)理與氫原子發(fā)光的機(jī)理一樣

B.用同步輻射光照射氫原子，不能使氫原子電離

C.蛋白質(zhì)分子的線度約為lO^m,不能用同步輻射光得到其衍射圖樣

D.盡管向外輻射能量，但電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小

答案：D

解析：從題目獲取同步輻射的信息與氫原子的發(fā)光機(jī)理進(jìn)行對(duì)比可知兩者不同，A錯(cuò)誤。要

使氫原子電離，光子能量要大于等于136eV才行，電子回旋一圈輻射的能量為IO4eV,大

于13.6eV,能使氫原子電離，B錯(cuò)誤。障礙物的尺寸比波長(zhǎng)小或與波長(zhǎng)相差不多時(shí)，會(huì)發(fā)生

明顯衍射，蛋白質(zhì)分子的線度是lO-m,同步輻射光波長(zhǎng)范圍約為10-5m?10-nm,可以

得到衍射圖樣，C錯(cuò)誤。電子回旋一圈輻射能量IO4eV,單個(gè)光子能量約為1。9eV,兩能量

值相差太大，電子回旋一圈后能量不會(huì)明顯減小，D正確。

16、如圖所示，靜電力探針顯微鏡的核心組成部分是懸臂和與懸臂末端相互垂直的絕緣體探

針。探針針尖由數(shù)十個(gè)原子構(gòu)成，直徑在納米級(jí)。當(dāng)帶電針尖逐漸靠近帶電絕緣體材料的表

面，由于二者的相互作用使得懸臂發(fā)生彎曲，入射到懸臂背面激光的反射光線在光屏的位置

會(huì)發(fā)生變化，該變化被探測(cè)器記錄之后進(jìn)行處理，得到材料的相關(guān)電學(xué)信息。根據(jù)上述材料,

下列說(shuō)法正確的是（）

株

A.針尖與材料表面發(fā)生的相互作用為核子之間的核力

B.懸臂發(fā)生彎曲使激光入射面的法線方向轉(zhuǎn)過(guò)6角，則反射光線也轉(zhuǎn)過(guò)。角

C.靜電力顯微鏡可以探測(cè)帶電金屬材料表面的電荷分布

D.將探針改為磁性材料，可以探測(cè)近樣品表面磁場(chǎng)的強(qiáng)弱

答案：D

解析：由題意，當(dāng)帶電針尖逐漸靠近帶電絕緣體材料的表面，由于二者的相互作用使得懸臂

發(fā)生彎曲，可知針尖與材料表面發(fā)生的相互作用為靜電力。A錯(cuò)誤。

懸臂發(fā)生彎曲使激光入射面的法線方向轉(zhuǎn)過(guò)0角，由光的反射定律可知，反射光線轉(zhuǎn)過(guò)

20角。B錯(cuò)誤。

由題意，靜電力顯微鏡可以探測(cè)帶電絕緣體材料表面的電荷分布。C錯(cuò)誤。

與題目中的工作原理相似，若將探針改為磁性材料，依舊可以在磁場(chǎng)力的作用下實(shí)現(xiàn)相

似的功能，即探測(cè)近樣品表面磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。D正確。

故選D。

17、“北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)”是我國(guó)第一臺(tái)高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基礎(chǔ)設(shè)

施。一對(duì)速率相同的正、負(fù)電子正碰后湮滅生成兩個(gè)y光子，反應(yīng)方程為％e+，e72y。

己知單個(gè)電子的質(zhì)量為nie，電荷量為e,光速為C,普朗克常量為八。下列說(shuō)法正確的是()

A,單個(gè)光子的能量為niecB.光子的頻率為胃

C.兩個(gè)光子的頻率可以不同D.兩個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)方向可能相同

答案：B

解析：根據(jù)質(zhì)能方程可得2E=2MeC2,則單個(gè)光子的能量為E=GeC2,A錯(cuò)誤；根據(jù)E=

hv,可得光子的頻率為v=胃，B正確；一對(duì)正、負(fù)電子湮滅會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)同頻率的光子，

光子既有能量，又有動(dòng)量，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知，產(chǎn)生的兩個(gè)光子的總動(dòng)量與初動(dòng)量是相

等的，即它們的和為零，所以兩個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)方向相反，故c、D錯(cuò)

18、科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種只由四個(gè)中子構(gòu)成的粒子，這種粒子稱為“四中子”，用4n表示?！八闹?/p>

子”是通過(guò)向液態(tài)氫靶上發(fā)射8He原子核而產(chǎn)生的，與H碰撞可將一個(gè)8He核分裂成一個(gè)。

粒子和一個(gè)“四中子”。由于《He核由四個(gè)核子組成，與“四中子”體系很相近，所以早在上個(gè)

世紀(jì)50年代就有人根據(jù)《He核的結(jié)合能，估算“四中子”的結(jié)合能最大約為14MeV,其后

有很多實(shí)驗(yàn)對(duì)四中子體系進(jìn)行探測(cè)，但多數(shù)結(jié)論是否定的。2022年，由數(shù)十個(gè)國(guó)家的科學(xué)

家組成的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了“四中子態(tài)”存在的明確證據(jù)。下列有關(guān)“四中子”粒子的說(shuō)法正確的是

()

A.可以通過(guò)電磁場(chǎng)使4n形成高速粒子束

B.產(chǎn)生“四中子”的核反應(yīng)為H+?He-4He+4n

C.從核子間相互作用來(lái)看，“四中子”與4He核的區(qū)別在于是否存在電磁力

D.按上世紀(jì)50年代的估算，4個(gè)中子結(jié)合成“四中子”至多需要吸收14MeV的能量

答案：C

解析：A.由于中子不帶電，所以四中子也是不帶電，即無(wú)法通過(guò)電磁場(chǎng)使4n形成高速粒

子束，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.由電荷數(shù)守恒和質(zhì)子數(shù)守恒，其核反應(yīng)方程應(yīng)該為

H+8HeTHe+4n+H

故B項(xiàng)錯(cuò)誤;

c.“四中子，，的核子由于是中子構(gòu)成的，其不帶電，核子間的作用力沒(méi)有電磁力，而“He核

中有帶正電的質(zhì)子，所以其核子間的作用力有電磁力。所以從核子間相互作用來(lái)看，“四中

子''與"He核的區(qū)別在于是否存在電磁力，故C項(xiàng)正確；

D.由題意可知，其結(jié)合能約為14MeV,所以四個(gè)中子結(jié)合成“四中子”需要放出約14MeV

的能量，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。

故選C。

19、如圖甲所示，中國(guó)工程物理研究院建立的“聚龍一號(hào)”實(shí)現(xiàn)了我國(guó)磁化套筒慣性約束聚變

裝置零的突破。該裝置實(shí)現(xiàn)聚變的核心區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)半徑為『（大約為1cm）、類似指環(huán)的金

屬套筒。套筒放在軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)2中，內(nèi)部空間充滿固定體積的笊瓶氣體（如圖乙陰影

部分）。當(dāng)沿軸向通入大電流/后，金屬套筒迅速在100ns時(shí)間內(nèi)汽化成等離子體。在洛倫

茲力的作用下，等離子體向中心匯聚，壓縮笊瓶氣體發(fā)生聚變反應(yīng)釋放出能量。大電流產(chǎn)生

的磁場(chǎng)提供給套筒側(cè)面的壓強(qiáng)滿足關(guān)系：其中4°為常數(shù)。下列說(shuō)法正確的是

87TT

（）

B

甲乙

A.該裝置將電能全部轉(zhuǎn)化成聚變反應(yīng)的核能

B.外加磁場(chǎng)的作用是保證汽化后的等離子體受到軸向洛倫茲力的作用

C.施加在套筒上的電流越大，越有利于聚變的發(fā)生

D.套筒的厚度越大，汽化后的等離子體越容易向軸向運(yùn)動(dòng)，越有利于聚變的發(fā)生

答案：C

解析：A.該裝置通入大電流后使金屬套筒迅速汽化，該過(guò)程中一定有熱能散失，則該裝

置不可能將電能全部轉(zhuǎn)化成聚變反應(yīng)的核能，故A錯(cuò)誤；

B.汽化后的等離子體速度方向各不相同，則外加磁場(chǎng)不一定保證汽化后的等離子體都受到

軸向洛倫茲力的作用，故B錯(cuò)誤；

c.根據(jù)夕m="r施加在套筒上的電流越大，大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供給套筒側(cè)面的壓強(qiáng)

越大，越有利于聚變的發(fā)生，故C正確；

D.套筒的厚度越大，汽化后的等離子體越不容易向軸向運(yùn)動(dòng)，不利于聚變的發(fā)生，故D錯(cuò)

誤。

故選C。

20、2022年10月31日“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射，其上配置了世界領(lǐng)先的微重力超冷原子物

理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用太空中的微重力環(huán)境和冷卻技術(shù)，可獲得地面無(wú)法制備的超冷原子。超冷

原子是指溫度接近0K狀態(tài)下的原子（質(zhì)量約10-27kg）,其運(yùn)動(dòng)速度約為室溫下原子速度（約

500m/s）的5x10-5倍。超冷原子的制備要先利用激光冷卻技術(shù)，使用方向相反的兩束激光照

射原子，原子會(huì)吸收激光的光子然后再向四周隨機(jī)輻射光子，經(jīng)過(guò)多次吸收和輻射后，原子

的速度減小。同時(shí)施加磁場(chǎng)將原子束縛在一定區(qū)域內(nèi)，避免原子逃逸，以延長(zhǎng)原子與激光作

用的時(shí)間。再用蒸發(fā)冷卻技術(shù)，將速度較大的原子從該區(qū)域中排除，進(jìn)一步降低溫度。取普

朗克常量/?=6.63xl0-34j.s。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A.太空中的微重力環(huán)境可使實(shí)驗(yàn)艙中的原子長(zhǎng)時(shí)間處于懸浮狀態(tài)，利于獲得超冷原子

B.超冷原子的物質(zhì)波波長(zhǎng)約為10-51n量級(jí)

C.原子減速是通過(guò)原子向四周隨機(jī)輻射光子實(shí)現(xiàn)的

D.超冷原子的蒸發(fā)冷卻的機(jī)制，與室溫下水杯中的水蒸發(fā)冷卻的機(jī)制類似

答案：C

解析：A.在微重力環(huán)境下，原子幾乎不受外力，故而能夠長(zhǎng)時(shí)間處于懸浮狀態(tài)，有利于

激光照射，故利于獲得超冷原子，A正確，不符合題意；

B.由德布羅意波波長(zhǎng)公式

I

4二一h

P

其中

p=mv=10-27x500x5xlO_5kg-m/s=2.5xl0-29kg-m/s

解得超冷原子的物質(zhì)波波長(zhǎng)

2=2.652xl0-5m

故B正確，不符合題意；

C.原子減速是通過(guò)吸收迎面射來(lái)的激光光子的能量，從而動(dòng)量減少，速度減小，故C錯(cuò)誤,

符合題意；

D.超冷原子的蒸發(fā)冷卻的機(jī)制，與室溫下水杯中的水蒸發(fā)冷卻的機(jī)制類似，D正確，不符

合題意。

故選Co

21、對(duì)于愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程石=爪02,下列說(shuō)法中不正確的是（）

A.E=nw2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比

B.根據(jù)AE=Z\MC2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能

C.若nt表示核電站參與反應(yīng)的鈾235的質(zhì)量，貝歸表示核反應(yīng)釋放的核能

D.太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，因此太陽(yáng)的質(zhì)量在不斷減少

答案：C

解析：質(zhì)能方程E=znc2能表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比；由AE=Amc2可以計(jì)算

核反應(yīng)中釋放的核能，其中△山表示核反應(yīng)過(guò)程虧損的質(zhì)量，不是反應(yīng)物的質(zhì)量；太陽(yáng)輻射

的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，太陽(yáng)的質(zhì)量會(huì)不斷減少。故A、B、D均正確，C不

正確。

22、在一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)笊核的核反應(yīng)過(guò)程中虧損的質(zhì)量為Am,則此核反應(yīng)

過(guò)程中（）

A.向外界釋放的能量為加?。?B.向外界釋放的能量為Amc

C.從外界吸收的能量為△me?D.從外界吸收的能量為Amc

答案：A

23、2021年5月，中國(guó)科學(xué)院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）取得新突破，成功實(shí)

現(xiàn)了可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝

置運(yùn)行新的世界紀(jì)錄，向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步。等離子體狀態(tài)不同于固體、液體和

氣體的狀態(tài)，被認(rèn)為是物質(zhì)的第四態(tài)。當(dāng)物質(zhì)處于氣態(tài)時(shí)，如果溫度進(jìn)一步升高，幾乎全部

分子或原子由于激烈的相互碰撞而離解為電子和正離子，此時(shí)物質(zhì)稱為等離子體。在自然界

里，火焰、閃電、極光中都會(huì)形成等離子體，太陽(yáng)和所有恒星都是等離子體。下列說(shuō)法不正

確的是（）

A.核聚變釋放的能量源于等離子體中離子的動(dòng)能

B,可以用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體

C.盡管等離子體整體是電中性的，但它是電的良導(dǎo)體

D.提高托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行溫度有利于克服等離子體中正離子間的庫(kù)侖斥力

答案：A

解析：核聚變的能量來(lái)源于核能，A錯(cuò)誤。磁場(chǎng)可改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，B正確。等離

子體中存在大量可自由移動(dòng)的電荷，故具有良好的導(dǎo)電性能，C正確。熱核反應(yīng)利用的是聚

變材料中的離子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，來(lái)克服正離子間的庫(kù)侖斥力做功，使正離子間距離能接近到

核力發(fā)生作用的距離，而溫度越高時(shí)離子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能越大，故D正確。

24、下列說(shuō)法中正確的是（）

A.太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)

B.幾個(gè)核子結(jié)合成原子核的過(guò)程一定有質(zhì)量虧損，需要吸收能量

C.知道氫元素的半衰期我們就能知道一個(gè)氫原子核將何時(shí)發(fā)生衰變

D.大量處于幾=3能級(jí)的氫原子自發(fā)躍遷，可能輻射2種不同頻率的光

答案：A

解析：核子結(jié)合成原子核會(huì)釋放能量，B錯(cuò)誤。元素半衰期是針對(duì)大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)

律，無(wú)法確定某一個(gè)原子核的具體衰變時(shí)刻，C錯(cuò)誤。鬣=3,可能輻射3種不同頻率的光,

D錯(cuò)誤。故選A。

25、從外太空來(lái)到地球的宇宙線以原子核為主，還包括少量的正、負(fù)電子和y射線，它們傳

遞了來(lái)自宇宙深處的信息。2021年，我國(guó)高海拔宇宙線觀測(cè)站“拉索”（LHAASO）記錄到1.4

拍電子伏（1拍=1015）的y射線。這是迄今為止，人類發(fā)現(xiàn)的最高能量的y射線。從此

打開了探索極端宇宙秘密的新窗口，直接開啟了“超高能y天文學(xué)”的新時(shí)代。y射線在天文

探測(cè)方面有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和特殊意義，但由于數(shù)量極少，很難直接測(cè)量。當(dāng)高能y射線進(jìn)入大

氣后，立即和大氣層中的氣體作用而產(chǎn)生各種次級(jí)粒子。這些次級(jí)粒子又繼續(xù)與空氣作用,

使次級(jí)粒子數(shù)目呈幾何級(jí)數(shù)增加，這個(gè)過(guò)程稱為“空氣簇射”。隨著“空氣簇射”向地面發(fā)展,

空氣對(duì)次級(jí)粒子的吸收會(huì)逐漸增多。觀測(cè)站的粒子探測(cè)器需要將更多的次級(jí)粒子記錄下來(lái),

進(jìn)而反推y射線進(jìn)入大氣層頂部時(shí)的信息。結(jié)合所學(xué)知識(shí)，判斷下列說(shuō)法正確的是（）

A.觀測(cè)站的粒子探測(cè)器直接探測(cè)到來(lái)自宇宙的y射線

B.觀測(cè)站建在海拔低處比在海拔高處能記錄到更多的次級(jí)粒子

C.y射線是高頻電磁波，能量越高，傳播速度越大

D.y射線在星系間傳播時(shí)，運(yùn)動(dòng)不受星系磁場(chǎng)的影響，可以方便追溯到源頭

答案：D

解析：由題目信息可知由于y射線數(shù)量極少，很難直接測(cè)量，A錯(cuò)誤。隨著“空氣簇射”向地

面發(fā)展，空氣對(duì)次級(jí)粒子的吸收會(huì)逐漸增多，所以應(yīng)建造高海拔宇宙線觀測(cè)站，B錯(cuò)誤。電

磁波的傳播速度與介質(zhì)有關(guān)，與自身能量無(wú)關(guān)，c錯(cuò)誤。Y射線不帶電，不受磁場(chǎng)影響，D

正確。

二、計(jì)算題

26、1913年，玻爾建立氫原子模型時(shí)，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。

他認(rèn)為，氫原子中的電子在庫(kù)侖力的作用下，繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。己知電子質(zhì)量為

m,電荷量為一e,靜電力常量為k,氫原子處于基態(tài)時(shí)電子的軌道半徑為勺。不考慮相對(duì)論

效應(yīng)。

（1）氫原子處于基態(tài)時(shí)，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，求電子的動(dòng)能。

（2）許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條

重要途徑。利用氫氣放電管可獲得氫原子光譜。1885年，巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可

見(jiàn)光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)能夠用巴耳末公式表示：;=尺8（/—

5=3,4,5,…），式中Rs叫作里德伯常量。玻爾回憶說(shuō)：“當(dāng)我看到巴耳末公式時(shí)，我立刻

感到一切都明白了?！备鶕?jù)玻爾理論可知，氫原子的基態(tài)能量為電，激發(fā)態(tài)能量為￡?=*,

其中n=2,3,4,…。用八表示普朗克常量，c表示真空中的光速，請(qǐng)根據(jù)玻爾理論推導(dǎo)里

德伯常量Rgo

答案：⑴安⑵見(jiàn)解析

解析：（1）電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有

電子的動(dòng)能為Ek=|mv2解得Ek=第

(2)根據(jù)玻爾理論，巴耳末系的光子能量：號(hào)=En—E2

則有竺=曳一旦

人JnA九222

根據(jù)巴耳末公式(=Roo(^-^)(n=3,4,5,-)

有版/?8?_")=叁_f|解得/?8=_*

27、如圖所示，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的，Li核俘獲一個(gè)速度為%=7.7xIO4m/s的中子而發(fā)生

核反應(yīng)，§Li+演―汨+3He,若已知，He的速度為=2.0xIO,m/s,其方向跟中子反應(yīng)

前的速度方向相同，求：

(1)汨的速度是多大？

(2)求粒子汨和如e的軌道半徑之比。

(3)當(dāng)粒子知e旋轉(zhuǎn)了3周時(shí)，粒子汨旋轉(zhuǎn)幾周？

答案：見(jiàn)解析

解析：(1)"i核俘獲肉的過(guò)程，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，則

mnv0=7nH%+mHev2

He3

即%=mH=—1-0x10m/s,負(fù)號(hào)表示巧的方向與火的方向相反。

(2)汨和知e在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為

_mH也-He-_

r:r3:40

HHe=Bq±'Bq2=

(3)汩和知e的周期之為

21T771H21T77lHe

TH：7He=3:2

Bq2

當(dāng)如e轉(zhuǎn)3周時(shí)，汨轉(zhuǎn)了2周。

28、把不易測(cè)量的微觀量轉(zhuǎn)化為測(cè)量宏觀量、易測(cè)量是一種常用的科學(xué)方法。

(1)用油膜法估算油酸分子的直徑。已知1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積為匕其在水

面上形成的單分子油膜面積為S,求油酸分子的直徑小

(2)根據(jù)玻爾理論，可認(rèn)為氫原子核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。處于基態(tài)的氫原子吸收

頻率為的光子恰好發(fā)生電離，已知處于基態(tài)的氫原子具有的電勢(shì)能為E。電子的電荷量為

e,質(zhì)量為加，靜電力常量為左，普朗克常量為鼠求基態(tài)氫原子的半徑九

（3）科研人員設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)便的估算原子核直徑的方案：取某種材料的薄板，薄板的面積

為力,薄板內(nèi)含有N個(gè)該種材料的原子。用高能粒子垂直薄板表面轟擊，已知入射薄板的粒

子數(shù)為〃1，從薄板另一側(cè)射出的粒子數(shù)為〃2,設(shè)高能粒子在空間均勻分布，薄板材料中的

原子核在高能粒子通道上沒(méi)有重疊。

Vke1

答案：（1）?；（2）一

解析：（1）根據(jù)題中條件可得

S

（2）設(shè)基態(tài)電子的速度為n,根據(jù)能量守恒有

1,

hv+E+—mv^=0

2

庫(kù)侖力提供向心力

r_ke1

2（/zu+E）

（3）設(shè)該種材料原子核的投影面積為

根據(jù)題意有

%_A

%_%NS。

29、1913年，玻爾建立氫原子模型時(shí)，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。

他認(rèn)為，氫原子中的電子在庫(kù)侖力的作用下，繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電子質(zhì)量為

m,電荷量為一e,靜電力常量為總氫原子處于基態(tài)時(shí)電子的軌道半徑為不考慮相對(duì)論

效應(yīng)。

（1）氫原子處于基態(tài)時(shí)，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)，求電子的動(dòng)能。

（2）氫原子的能量等于電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、電子與原子核系統(tǒng)的電勢(shì)能的總和。已

知當(dāng)取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零時(shí)，點(diǎn)電荷電場(chǎng)中距場(chǎng)源電荷Q為r處的各點(diǎn)的電勢(shì)勺=圖。

r

求處于基態(tài)的氫原子的能量。

（3）許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條

重要途徑。利用氫氣放電管可獲得氫原子光譜。1885年，巴爾末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的在可見(jiàn)光區(qū)

的四條譜線做了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)能夠用巴爾末公式表示，寫做;=氏［!—

（"=3,4,5...）,式中R叫做里德伯常量。玻爾回憶說(shuō)：“當(dāng)我看到巴爾末公式時(shí)，我立刻

感到一切都明白了?！备鶕?jù)玻爾理論可知，氫原子的基態(tài)能量為耳，激發(fā)態(tài)能量為

E

E“T，其中片2,3,4...O用〃表示普朗克常量，c表示真空中的光速，請(qǐng)根據(jù)玻爾理

n

論推導(dǎo)里德伯常量心

ke2ke1

答案：（1）——;（2）一■-—；（3）見(jiàn)解析

lrx24

解析：（1）電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則有

e2v2

?-=m—

電子的動(dòng)能為

"12

E,=—mv

k2

解得

（2）電勢(shì)能

E=-e(p=-k—

4

基態(tài)氫原子能量

E[=Ek+Ep

解得

rke1

（3）根據(jù)玻爾理論，巴爾末系的光子能量

he

—=E-E、

2"2

則有

he_ExEx

力一/一齊

根據(jù)巴爾末公式

2Un2）

解得

既有

R=一區(qū)

he

30、在量子力學(xué)誕生以前，玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)，建構(gòu)了原子模型：電子在庫(kù)侖引力作

用下繞原子