2023年高考物理真题分类汇编：原子物理学

2023年高考真题分类汇编：原子物理学

一、选择题

L（2023•北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（）

A.级U+An—劈Ba+瑞Kr+（）

B.孩UT$47Vl+（）

C./N+知et?0+（）

D./C-；4N+（）

2.（2023・北京）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孙的光，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V。

方法一：根据光子能量E=hv=Me?（式中/?为普朗克常量，机为光子的等效质量，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V。

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

卜-等

球附近，可得接收器接收到的光的频率V=9cR,式中G为引力常量，”为地球质量，/?为地

LJ_2GM

J，2（R+H）

球半径。

下列说法正确的是（）

A.由方法一得到"=%）（1+婴），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。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

3.（2023・山东）“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，原子吸收频率为功的光子

从基态能级I跃迁至激发态能级H,然后自发辐射出频率为匕的光子，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，最后辐射出频率为叱的光子回到基

态。该原子钟产生的钟激光的频率也为（）

C.v0—vj+V3D.v0—Vi—v3

4.（2023•海南）牡元素衰变时会放出0粒子，其中0粒子是（）

A.中子B.质子C.电子D.光子

5.（2023・海南）已知一个激光发射器功率为P,发射波长为;I的光，光速为C,普朗克常量为八，则

（）

A.光的频率为与

B.光子的能量为。

C.光子的动量为与

A

D.在时间t内激光器发射的光子数为等

IIA

6.（2023•浙江）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将尚加比衰变释放的核能一部分转

238PX4

94UT+2

换成电能。2渣pa的衰变方程为92

A.衰变方程中的X等于233

B.匆e的穿透能力比y射线强

238P比

94UL金U的比结合能小

D.月夜的寒冷导致畿P”的半衰期变大

7.（2023•浙江）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W。。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1。已知电子质量为相，普朗克常量为力，光速为c,则（）

A.电子的动量几=照B.电子的动能和=%

自2

C.光子的能量E=%+繇D.光子的动量p=9+

2cmd2Jx2

8.（2023•上海）关于a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a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

9.（2023・湖北）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121.6mn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（）

nE/eV

8-----------------------------0

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

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

2--------------------------------3.40

I-----------------------13.6

A.践=2和般=1能级之间的跃迁B.n=3和九=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

10.（2023・辽宁）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（）o

①②③④

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Ek

11.（2023•新课标卷）葩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，葩原子钟利用

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=6.63x1Q-34）-s,元

电荷e=1.60xI。-19c）（）

A.103HzB.106HzC.109HzD.1012Hz

12.（2023•湖南）2023年4月13日，中国“人造太阳’'反应堆中科院环流器装置（E/S7）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.气泉核聚变的核反应方程为汩+汨->用e+_?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

13.（2023•全国乙卷）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3x108m/s）

A.1019kgB.1024kgC.1029kgD.1034kg

14.（2023•全国甲卷）在下列两个核反应方程中

X+尹N—Y+?0,

Y+蕤TX

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=l,A=1B.Z=l,A=2C.Z=2,A=3D.Z=2,A=4

15.（2023•浙江选考）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：尹N+加力4。+出，产生的铲C能自发进行0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.受C发生0衰变的产物是尹N

B.0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”C的半衰期发生微小变化

D.若测得一古木样品的肥。含量为活体植物的本则该古木距今约为11460年

16.（2023•浙江选考）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现66（）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

也＜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（）

A4Nl7hvB2Nl7hv〃/九丫口〃/九v

R2T]R2T]4R2N2R2N

二、非选择题

17.（2023•上海）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

核反应方程卷80―豺4Th+。（已知：h=6.63xl（）34js,ieV=1.6xlO-i9J）

18.（2023•江苏）"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，设波长为心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/?,普朗克常量为力，光速为c,求：

（1）每个光子的动量p和能量£;

（2）太阳辐射硬X射线的总功率凡

三'多项选择题

19.（2023•浙江选考）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1,从能级3跃迁到能级2产生可见光0。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（）

Hp九

紫红

图1

uumminnn

图2

iiiiiiiiim

图3

A.图1中的对应的是I

B.图2中的干涉条纹对应的是11

c.I的光子动量大于n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H的大

答案解析部分

L【答案】A

【知识点】原子核的人工转变；天然放射现象；核裂变

【解析】【解答】根据质量数和电荷数守恒分别完成下列核反应方程：

A、笏U+命续Ba+解Kr+3/n,中子，A正确；

B、投Ur策77i+$He,a粒子，B错误；

C、/N+加e-470+%，质子，C错误；

D、及C-/N+'e,电子，D错误；

【分析】根据核反应方程的质量数和电荷数守恒完成核反应方程，以此判断粒子是否为中子。

2.【答案】B

【知识点】能量守恒定律；光子及其动量

【解析】【解答】A、由方法一，根据能量守恒：hv0-mgH+hv,又因为九打=me?,代入解得：v=

MT），A错误；

卜一等

B、由方法二，接收到的光的频率v=vo>4=^=可知，v<v0>根据光速公式：c=4v,频率小波

1-萼忆

JC2（R+H）

长长，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长，B正确；

C、由方法一二可知，从P点发出到Q点，频率都变小，相反从Q点发出到P点，频率增大，C错误；

D、通过类比，从太阳表面发出的光在传播过程中频率应逐渐变小。D错误；

故答案为：B

【分析】A、由方法一，根据能量守恒定律结合光子能量分析光子频率的变化；

B、由方法二，接收到的光的频率公式，结合光速公式分析波长变化；

CD、结合AB中的频率变化规律分析得出结论。

3.【答案】D

【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；能量守恒定律

【解析】【解答】根据光子能量方程£=和可知，原子吸收频率为火的光子从基态能级I跃迁至激发态能

级H,吸收的能量为八功；

自发辐射出频率为也的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2,放出的能量为/I%；

在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,放出的能量为八叱；

辐射出频率为叱的光子回到基态，放出的能量为机3；

由能量守恒定律得：hv0=hvr+hv2+hv3,解得也=v（）-也一叱，ABC不符合题意，D符合题意。

故答案为：D。

【分析】根据光子能量方程£=前求解原子吸收和释放的能量，再通过能量守恒定律写出能量关系，即

可求解。

4.【答案】C

【知识点】a、。、丫射线及特点

【解析】【解答】天然放射现象释放的a、B、丫三种射线，分别是狙e、_呢和电磁波，ABD错误，C正

确；

故答案为：C

【分析】正确理解天然放射现象释放的a、6丫三种射线的性质分别是氮核流、电子流和光子流。

5.【答案】A.C

【知识点】光子及其动量

【解析】【解答】A、由c=<=触可得光的频率为：v=与，A正确；

B、光子的能量为：E=hv=哈,B错误；

C、光子的动量为：P=与C正确；

D、在时间t内激光器发射的光子数为：/=:=攀，D错误；

故答案为：AC

【分析】根据光的速度公式得出频率与光速和波长的关系，明确光子的能量公式和动量公式，由激光发

射器的功率一定时间内释放的能量等于释放光子的总能量，以此计算判断。

6.【答案】C

【知识点】原子核的衰变、半哀期

【解析】【解答】A.根据质量数守恒得：238=X+4,解得：X=234,故A不符合题意；

B.匆e的穿透能力比y射线弱，故B不符合题意；

C.比结合能越大越稳定，由于崎Pa衰变成为了2部%所以嗡U比畿Pa稳定，即畿P”比馈u得比结合能

小，故C符合题意；

D.半衰期由原子本身的特点决定的，与温度等外部因素无关，故D不符合题意。

故答案为：C

【分析】根据质量数守恒求X；如e的电离能力比y射线强，$He的穿透能力比y射线弱；比结合能

越大，原子核越稳定；半衰期只与原子核自身有关。

7.【答案】A.D

【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系；光电效应；光子及其动量

【解析】【解答】A.根据Ax=乡4得：A=所以电子的动量为：p=2=%故A符合题意；

aLrAdAx

2.2J2

B.根据动能和动量的关系%=}=—M—，故B不符合题意；

2m2md2Ax2

22

C.根据光电效应方程得：E=W0+Ek=W0+-^—，故C不符合题意；

27nd

22

D.光子的动量p=mc,光子的能量E=mc2,联立可得：0=g=也+」_1—,故D符合题意。

c02cmdA%2

故答案为：AD

【分析】根据电子的动量公式结合双缝干涉实验的条纹间距公式联立求得电子的动量表达式；根据动能

和动量的关系求电子的动能；根据光电效应方程列式求光子的能量，结合能量和动量的关系式求光子的

动量。

8.【答案】A

【知识点】a粒子的散射

【解析】【解答】A、为避免其它空气粒子的干扰，a粒子散射实验应在真空中进行，A正确；

B、荧光屏是为了接受a粒子，a粒子打在荧光屏上会发出闪光，方便显微镜观察记录，B错误；

C、为观察不同方向a粒子的射出情况，带荧光屏的显微镜要在水平面内不同方向移动，C错误；

D、卢瑟福通过a粒子的散射实验说明了原子的核式结构模型，D错误；

故答案为：A

【分析】充分理解卢瑟福a粒子的散射实验的条件、原理、现象和结论，在真空中a粒子轰击金箔，用

带有荧光屏的显微镜观察记录，射出的a粒子的情况，发现绝大多是沿直线传播，极少数大角度偏转，

得出原子核式结构模型。

9.【答案】A

【知识点】氢原子光谱

【解析】【解答】由氢原子能级图知，n=2和n=1的能级能量差为：AE=%-Ei=-3AeV-(-

13.6eV)=10.2eV，与探测器探测到的谱线能量相等，所以此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能

级之间的跃迁，故A符合题意，BCD不符合题意。

故答案为：A

【分析】根据探测到的谱线对应的光子能量，结合氢原子能级图求解。

10.【答案】A

【知识点】玻尔理论与氢原子的能级跃迁；光电效应

【解析】【解答】A、由图可知，①和③对应的跃迁能级差相同，所以①和③的能量相等，A正

确；

B、由图可知，②对应的能级差小于④对应的能级差，（2）的能量小于④的能量，根据E=/n/可知

②的频率小于④的频率，B错误；

C、由图可知，（2）对应的能级差小于①对应的能级差，②的能量小于①的能量，②频率小于①的频

率，若用①照射某金属时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，C错误；

D、由图可知，④对应的能级差大于①对应的能极差，④的能量大于①的能量，④的频率大于①的频

率，

根据光电效应方程：Ekm=hv-WQ则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于％,D错误；

故答案为：A

【分析】根据珀尔氢原子能级轨道和跃迁理论，分析能级轨道差对应释放光子能量，判断频率大小，由

光电效应方程进一步分析判断能否发生光电效应和发生光电效应释放光电子动能的大小。

1L【答案】C

【知识点】能量子与量子化现象；光子及其动量

【解析】【解答】根据光子的能量公式E=成得1/=1。"1吗32I'/。'io9，z,故C正确。

6.63x10一为.s24

故答案为：C

【分析】根据光子能量表达式E=成计算求解。

12.【答案】A

【知识点】核裂变；核聚变

【解析】【解答】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，故A符合题意；

B.质量数和电荷数不守恒，故B不符合题意；

C.核裂变的核反应燃料主要是铀235,核聚变是轻核的聚变，故C不符合题意；

D.核聚变过程中放出大量能量，有质量亏损，故D不符合题意。

故答案为：A

【分析】核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。

13.【答案】C

【知识点】质量亏损与质能方程

1（）48

29

【解析】【解答】由爱因斯坦质能方程AE=AmC2可知，Am=2=0I4x10kg,故ABD

C（3xl08）

错误，C正确；

故答案为：C

【分析】正确理解应用爱因斯坦质能方程。

14.【答案】D

【知识点】原子核的人工转变

【解析】【解答】设Z'、4’分别为Y的电荷数和质量数。由质量数守恒和电荷数守恒得：A+14=A'+

17,Z+7=Z'+8,A'+7=2A,Z'+3=2Z,联立解得：Z=2,4=4。

故答案为：D。

【分析】核反应方程式满足质量数守恒和核电荷数守恒。

15.【答案】D

【知识点】原子核的衰变、半衰期

【解析】【解答】A：衰变过程质量数守恒，电荷守恒。0衰变一个中子转变为一个质子和一个电子，所

以质量数不变，电荷数加一。故A错。

B：6衰变辐射出的电子是由原子核内的中子转变的，来自于碳原子的原子核而不是核外电子。故B错

C：半衰期不随外部条件的温度，压强等的变化而变化。地球的温室效应不会引起半衰期的改变，故C

错误。

D：若测得一古木样品的3c含量为活体植物的上,相当于样品必须经历两个半衰期，所以时间约为

11460年。故D正确。

故选D。

【分析】半衰期不会随外界条件改变而改变，利用半衰期可以推测物体存留的时间。

16.【答案】A

【知识点】光子及其动量

【解析】【解答】天眼接收光子的横截面半径为R,面积为兀R2,距离为L,设天体发射频率为v光子的

功率为P.则天眼每秒接收到的光子能量为号又兀/?2义小由题意得二Jx兀/?2*〃=Nhv,解得P=

4NL2hv

~Z2--0

RV

故选A

【分析】功率即为每秒做功的多少或者释放能量的多少。根据几何关系求出天眼每秒接收到的光子能

量，结合光子频率与能量关系求解。

17.【答案】1.55x10-7；狙e

【知识点】原子核的衰变、半衰期；能量子与量子化现象

【解析】【解答】根据光子的能量公式：E=成和光速公式：C=*=人

Cca

AT=-=-=E

联立可得:V-E

九

代入数据可得：A=1.55x10-7m；

根据核反应方程的电荷数，质量数守恒，高精度原子钟的工作原理依据核反应方程：2要U-2羽7vl+

加e.

故答案为：1.55x10-7；4He

【分析】根据光子的能量公式和波长与频率的关系，可以得出波长的大小，根据核反应方程的电荷数，

质量数守恒，完成核反应方程。

18.【答案】（1）由E=mc2,E=hv,

又因为动量p=mc,

而4专

联立得p=）。E=hv=hp

（2）设摄像头面积为单位面积，在t时间内，每单位面积上所吸收的能量为E产Nhvt,

2

则整个卫星在时间t内吸收的能量E&=哈£1,

而太阳辐射硬X射线的总功率P=fa,

t

2

联立解得，P=4兀RNhc。

SA

【知识点】能量子与量子化现象；光子及其动量

【解析】【分析】（1）根据光子能量和光子动量与光子的频率和波长之间的关系式求解。

（2）根据光子能量表达式和摄像头面积以及功率的定义分析求解。

19.【答案】C,D

【知识点】干涉条纹和光的波长之间的关系；光电效应；光谱和光谱分析

【解析】【解答】A:图一中“°偏红光，能量最低。能级越高，能量越大，从更高能级向相同低能级跃迁

会产生能量更大的光子，所以可见光I能量更大，不可能是Ha。故A错误。

B：由AX=gx；l可得，干涉条纹间距越小，波长也越小，频率越大，能量越高，图2中的干涉条纹对

应的是I。故B错误

C：由P=J得，波长短，光子动量大，所以I的光子动量大于H的光子动量。故C正确。

D：频率越大，能量越大，发生光电效应时，遏止电压越大。所以电流表示数为零时I对应的电压表示

数比n的大。故D正确。

故选CDo

【分析】红光能量低，波长长，频率低。能量越低的光子更容易产生红光。

试题分析部分

1、试卷总体分布分析

总分：48分

客观题（占比）34.0(70.8%)

分值分布

主观题（占比）14.0(29.2%)

客观题（占比）17(89.5%)

题量分布

主观题（占比）2(10.5%)

2、试卷题量分布分析

大题题型题目量（占比）分值（占比）

选择题16(84.2%)32.0(66.7%)

非选择题2(10.5%)14.0(29.2%)

多项选择题1(5.3