专题20 原子物理-备战2025年高考物理真题题源解密（新高考通用）

考情概览：解读近年命题思路和内容要求，统计真题考查情况。 2024年真题研析：分析命题特点，探寻常考要点，真题分类精讲。 近年真题精选：分类精选近年真题，把握命题趋势。 必备知识速记：归纳串联解题必备知识，总结易错易混点。 名校模拟探源：精选适量名校模拟题，发掘高考命题之源。 命题解读 考向 考查统计 本类试题主要考查光电效应、能级跃迁、衰变规律、核能的释放。 考向一 光电效应、光子说、物质波 2024·浙江1月，11 2024·北京卷，13 2024·湖南卷，1 2024·辽宁卷，8 2024·新课标卷，4 2024·上海卷，6 2023·湖南卷，10 2023·江苏卷，14 2023·浙江6月，15 2022·浙江1月，16 考向二 原子模型、能级跃迁 2024·浙江1月，12 2024·安徽卷，1 2024·江苏卷，5 2024·江西卷，2 2023·河北卷，1 2023·湖北卷，1 2023·辽宁卷，6 2023·山东卷，1 2023·新课标卷，3 2022·浙江6月，7 考向三 衰变规律 2024·北京卷，1 2024·广西卷，4 2024·山东卷，1 2023·浙江6月，5 2023·湖南卷，1 2023·重庆卷，6 2022·浙江6月，14 2022·全国甲卷，4 2022·山东卷，1 2021·全国甲卷，4 考向四 聚变和裂变 2024·浙江1月，7 2024·全国甲卷，1 2024·上海卷，9 2023·福建卷，9 2023·湖南卷，1 2023·全国乙卷，3 2023·天津卷，3 2022·浙江1月，14 2022·北京卷，14 2021·湖北卷，1 考向五 人工核转变 2024·甘肃卷，1 2024·广东卷，2 2024·河北卷，1 2024·湖北卷，2 2024·江苏卷，3 2023·广东卷，1 2023·全国甲卷，2 2022·湖北卷，1 2022·辽宁卷，2 2021·北京卷，1 命题分析 2024年高考各卷区物理试题均不同程度地考查了光电效应、能级跃迁、衰变规律、核能的释放。预测2025年高考将会继续考查。 试题精讲 考向一 光电效应、光子说、物质波 1. （2024年1月浙江卷第11题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A. M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B. 只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C. 电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D. M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 2. （2024年北京卷第13题）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as = 1 × 10−18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c = 3.0 × 108m/s，普朗克常量h = 6.6 × 10−34J⋅s，下列说法正确的是（ ） A. 对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显 B. 此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多 C. 此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离 D. 为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期 3. （2024年湖南卷第1题）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是（　　） A. 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的 B. 光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出 C. 康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分 D. 德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性 4. （2024年辽宁卷第8题）（多选）X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（　　） A. 该金属逸出功增大 B. X光的光子能量不变 C. 逸出的光电子最大初动能增大 D. 单位时间逸出的光电子数增多 5. （2024年新课标卷第4题）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（　　） A. 蓝光光子的能量大于红光光子的能量 B. 蓝光光子的动量小于红光光子的动量 C. 在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度 D. 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 6. （2024·上海卷·第6题）某紫外激光波长为，其单个光子能量为______。若用该激光做光电效应实验，所用光电材料的截止频率为，则逸出光电子的最大初动能为______。（普朗克常量为h，真空中光速为c） 考向二 原子模型、能级跃迁 7. （2024年1月浙江卷第12题）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　） A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽 B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小 C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多 D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小 8. （2024年安徽卷第1题）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（ ） A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种 9. （2024·江苏卷·第5题）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（　　） A. λ1 B. λ2 C. λ3 D. λ4 10. （2024年江西卷第2题）近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（ ） A. B. C. D. 考向三 衰变规律 11. （2024年北京卷第1题）已知钍234的半衰期是24天。1g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为（ ） A. 0g B. 0.25g C. 0.5g D. 0.75g 12. （2024年广西卷第4题）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇（）和钨（）。若锇经过1次衰变，钨经过1次衰变（放出一个正电子），则上述两新核素衰变后的新核有相同的（　　） A. 电荷数 B. 中子数 C. 质量数 D. 质子数 13. （2024年山东卷第1题）2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为29年；衰变为的半衰期约87年。现用相同数目的和各做一块核电池，下列说法正确的是（　　） A. 衰变为时产生α粒子 B. 衰变为时产生β粒子 C. 50年后，剩余的数目大于的数目 D. 87年后，剩余的数目小于的数目 考向四 聚变和裂变 14. （2024年1月浙江卷第7题）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A. 核反应方程式为 B. 氘核的比结合能比氦核的大 C. 氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D. 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 15. （2024年全国甲卷第1题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　） A. ， B. ， C. ， D. ， 16. （2024·上海卷·第9题）原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。 （1）质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为______ A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变 （2）核的质量为，核的质量为，它们通过核反应形成一个质量为的氮原子核，此过程释放的能量为______。（真空中光速为c） 考向五 人工核转变 17. （2024年甘肃卷第1题）2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素，核反应方程如下：该方程中X是（　　） A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 粒子 18. （2024年广东卷第2题）我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是（　　） A. Y为 B. Y为 C. Y为 D. Y为 19. （2024年河北卷第1题）锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料．研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为，式中的X为（ ） A. B. C. D. 20. （2024年湖北卷第2题）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一、是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则（　　） A. a=7，b=1 B. a=7，b=2 C. a=6，b=1 D. a=6，b=2 21. （2024·江苏卷·第3题）用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是，粒子X为（　　） A. 正电子 B. 中子 C. 氘核 D. 氦核 考向一 光电效应、光子说、物质波 1. （2023年海南卷第10题）（多选）已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（ ） A. 光的频率为 B. 光子的能量为 C. 光子的动量为 D. 在时间内激光器发射的光子数为 2. （2023年江苏卷第14题）“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。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射线总功率P。 3. （2023年浙江6月卷第15题）（多选）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 B. 电子的动能 C. 光子的能量 D. 光子的动量 4. （2022年浙江1月卷第16题）（多选）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（　　） A. 发射电子的动能约为8.0×10-15J B. 发射电子的物质波波长约为5.5×10-11m C. 只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D. 如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 5. （2022年全国乙卷第4题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（ ） A. 1 × 102m B. 3 × 102m C. 6 × 102m D. 9 × 102m 6. （2022年河北卷第4题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（　　） A. 钠的逸出功为 B. 钠的截止频率为 C. 图中直线的斜率为普朗克常量h D. 遏止电压与入射光频率成正比 7. （2021年海南卷第3题）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. 8. （2021年河北卷第3题）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. 9. （2021年江苏卷第8题）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　） A. B. C. D. 10. （2021年辽宁卷第2题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（　　） A. 玻尔 B. 康普顿 C. 爱因斯坦 D. 德布罗意 11. （2021年天津卷第2题）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　） A. 波长变短 B. 光子能量增加 C. 频率降低 D. 传播速度增大 12. （2021年浙江卷第13题）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. 考向二 原子模型、能级跃迁 13.（2023年河北卷第1题） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（　　） A. 从跃迁到 B. 从跃迁到 C. 从跃迁到 D. 从跃迁到 14. （2023年湖北卷第1题）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的氢原子谱线（对应的光子能量为）。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. 和能级之间的跃迁 B. 和能级之间的跃迁 C. 和能级之间的跃迁 D. 和能级之间的跃迁 15. （2023年辽宁卷第6题）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Ek 16. （2023年山东卷第1题）“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，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ） A. B. C. D. 17. （2023年新课标卷第3题）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，元电荷）（　　） A. 103Hz B. 106Hz C. 109Hz D. 1012Hz 18. （2022年浙江6月卷第7题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（　　） A. 逸出光电子的最大初动能为10.80eV B. n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大 C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D. 用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态 19. （2022年北京卷第1题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ） A. 放出光子，能量增加 B. 放出光子，能量减少 C. 吸收光子，能量增加 D. 吸收光子，能量减少 20. （2022年广东卷第5题）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（　　） A. 红外线波段的光子 B. 可见光波段的光子 C. 紫外线波段的光子 D. X射线波段的光子 21. （2022年重庆卷第6题）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53 ~ 2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76 ~ 3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（ ） A. 10.20eV B. 12.09eV C. 12.75eV D. 13.06eV 22. （2021年北京卷第14题）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（　　） A. 同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样 B. 用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离 C. 蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样 D. 尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小 考向三 衰变规律 23. （2023年海南卷第1题）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 24. （2023年浙江6月卷第5题）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则（　　） A. 衰变方程中的X等于233 B. 的穿透能力比γ射线强 C. 比的比结合能小 D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大 25. （2023年重庆卷第6题）原子核可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核，在该过程中，可能发生的β衰变是（　　） A. B. C. D. 26. （2022年浙江6月卷第14题）（多选）秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（　　） A. X是 B. 可以用作示踪原子 C. 来自原子核外 D. 经过一个半衰期，10个将剩下5个 27. （2022年全国甲卷第4题）两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为N，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为（　　） A. B. C. D. 28. （2022年山东卷第1题）碘125衰变时产生射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的（　　） A. B. C. D. 29. （2021年全国甲卷第4题）如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（　　） A. 6 B. 8 C. 10 D. 14 30. （2021年全国乙卷第4题）医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　） A. B. C. D. 31. （2021年广东卷第1题）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 32. （2021年河北卷第1题）银河系中存在大量的铝同位素，核衰变的衰变方程为，测得核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（　　） A. 核的质量等于核的质量 B. 核的中子数大于核的中子数 C. 将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变 D. 银河系中现有铝同位素将在144万年后全部衰变为 33. （2021年湖南卷第1题）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 34. （2021年山东卷第1题）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 考向四 聚变和裂变 35. （2023年福建卷第9题）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A = _________；Z = _________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0 × 108m/s） 36. （2023年湖南卷第1题）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置创下新纪录，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 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 37. （2023年全国乙卷第3题）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 。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） A. B. C. D. 38. （2023年天津卷第3题）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（　　） A. 核聚变需要在高温下进行 B. 核聚变中电荷不守恒 C. 太阳质量不变 D. 太阳核反应方程式： 39. （2022年浙江1月卷第14题）（多选）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 D. 反应堆中存在的核反应 40.（2022年北京卷第14题）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（）取得新突破，成功实现了可重复1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是（　　） A. 核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能 B. 可以用磁场来约束等离子体 C. 尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体 D. 提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力 41. （2021年湖北卷第1题） 20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是（　　） A. 原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的 B. 原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的 C. 原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的 D. 原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的 考向五 人工核转变 42. （2023年广东卷第1题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响。下列说法正确的是（ ） A. Y是粒子，射线穿透能力比射线强 B. Y是粒子，射线电离能力比射线强 C. Y是粒子，射线穿透能力比射线强 D. Y是粒子，射线电离能力比射线强 43. （2023年全国甲卷第2题）在下列两个核反应方程中、，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. ， B. ， C. ， D. ， 44. （2022年湖北卷第1题）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　） A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变 C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同 45. （2022年辽宁卷第2题）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，已知、、的质量分别为，真空中的光速为c，该反应中释放的核能为E。下列说法正确的是（ ） A. X为氘核 B. X为氚核 C. D. 46. （2021年北京卷第1题）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是（ ） A. B. C. D. 47. （2021年海南卷第5题）1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为。已知、、X的质量分别为、、，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（　　） A 质量亏损 B. 释放的核能 C. 铍原子核内的中子数是5 D. X表示的是氚原子核 48. （2021年江苏卷第1题）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 考向六 综合问题 49. （2023年北京卷第3题）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ） A. B. C. D. 50. （2023年北京卷第14题）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。 方法一：根据光子能量（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。 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，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，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 51.（2022年湖南卷第1题） 关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ） A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征 B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律 C. 光电效应揭示了光的粒子性 D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性 52. （2021年浙江卷第14题）（多选）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 一、光电效应　波粒二象性 考点一　黑体辐射及实验规律 1．热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同． 2．黑体、黑体辐射的实验规律 (1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体． (2)黑体辐射的实验规律： ①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关． ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图． 3．能量子 (1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子． (2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)． 考点二　光电效应 1．光电效应及其规律 (1)光电效应现象 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子． (2)光电效应的产生条件 入射光的频率大于或等于金属的截止频率． (3)光电效应规律 ①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应． ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． ③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s. ④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比． 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)光电效应方程 ①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能． (2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h. (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． 考点三　光电效应中常见的四类图像 图像名称 图线形状 获取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 ①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量h：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 ①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压) 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标 ②饱和电流：电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 考点四　光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 二、原子结构 考点一　原子结构和氢原子光谱 1．原子结构 (1)电子的发现：英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子． (2)α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． (3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．氢原子光谱 (1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． (3)氢原子光谱的实验规律： ①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． ②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 考点二　玻尔理论　能级跃迁 1．玻尔理论 (1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． (2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 2．能级跃迁 (1)能级和半径公式： ①能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV. ②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m. (2)氢原子的能级图，如图所示 3．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 光子的频率ν＝＝. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量． ①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离) ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE. 4．光谱线条数的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝C＝. 5．电离 (1)电离态：n＝∞，E＝0. (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． 例如：氢原子从基态→电离态： E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV (3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能． 三、原子核 考点三　原子核的衰变及半衰期 1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2．天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． 3．三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 4.原子核的衰变 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)α衰变、β衰变 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的． 5．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原. (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)． 6．放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． (2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做示踪原子等． (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 考点四　核反应及核能的计算 1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 3．核力和核能 (1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能． (3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定． (4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.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. 4．核能的计算方法 (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×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”． (3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数． 1. （2024·安徽安庆·三模）根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是（　　） A. 核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒 B. 核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能 C. 只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能 D. 要使核聚变持续发生，需要外界持续不断提供能量 2. （2024·北京市海淀区·二模）下列核反应方程中，属于核裂变的是（　　） A. B. C. D. 3. （2024·北京首都师大附中·三模） 下列反应中属于核聚变反应的是（　） A. B. C. D. 4. （2024·北京首都师大附中·三模）下列哪种物理现象可以说明光具有粒子性（　　） A. 薄膜干涉 B. 康普顿效应 C. 光的偏振 D. 泊松亮斑 5. （2024·福建省三明市·一模）（多选）有关量子力学下列说法中，正确的是（ ） A. 普朗克为解释图甲的黑体辐射实验数据，提出了能量子的概念 B. 图乙在某种单色光照射下，电流表发生了偏转，若仅将图乙中电源的正负极反接，电流表一定不会偏转 C. 密立根依据爱因斯坦光电效应方程，测量并计算出的普朗克常量，与普朗克根据黑体辐射得出的值在误差允许的范围内是一致的 D. 图丙为氢原子的能级示意图，一群处于的激发态的氢原子向低能级跃迁过程所发出的光中，从跃迁到到所发出的光波长最长 6. （2024·甘肃省白银市靖远县·三模）放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。用大量氘核轰击时可产生放射性元素的半衰期为87.74年，含有的化合物核电池的原理是其发生α衰变时将释放的能量转化为电能，我国的火星探测车用放射性材料作为燃料，中的元素就是，下列判断正确的是（　　） A. B. C. 的比结合能大于的比结合能 D. 化合物经过87.74年后剩余 7. （2024·广西南宁市、河池市等校联考·二模）在公元前1500年我们的祖先就已掌握炼铁技术，炼铝技术仅在其后。铝的元素符号是Al，核的衰变方程为，其半衰期为72万年，、、的质量分别为、、下列说法正确的是（　　） A. 核中子数26 B. 是电子，来源于原子核外电子 C. 经过144万年的时间，100g原子核中有75g会发生衰变 D. 该核反应中释放的能量为 8. （2024·贵州省六校联盟·三模）2018年7月12日，我国最大的核能发电站广东江洋核电站完成168小时试运行，机组运行状态稳定，具备商业运行条件。核电站利用中子轰击使其发生裂变放出能量进行发电，发电过程中，轰击后产生和，并放出了粒子a，具有放射性，半衰期为29天，衰变后产生，并放出了粒子，同时释放能量。关于该过程，下列说法正确的是（　　） A. 粒子为质子 B. 的衰变为衰变 C. 通过改变环境温度可以让的半衰期发生变化 D. 的结合能小于的结合能 9. （2024·海南省四校联考）中科院近代物理研究所利用兰州重离子加速器通过“熔合蒸发”反应合成超重核，并同时辐射出一个中子。下列可能合成该超重核的原子核组合是（　　） A. B. C. D. 10. （2024·河北·三模）氢原子能级图如图所示，大量处于激发态氢原子向低能级跃迁时，会辐射出不同频率的光，用这些光照射金属锡，已知金属锡的逸出功为，关于这些辐射出的光，下列说法正确的是（　　） A. 跃迁中有6种不同频率的光 B. 只有1种频率的光能使锡发生光电效应 C. 对同一种介质，a光的临界角小于b光的临界角 D. 用同一装置进行双缝实验，a光干涉条纹的宽度大于b光干涉条纹的密度 11. （2024·河南省九师联盟·三模）氢原子能级图如图所示，用动能均为12.3eV的电子束射向一群处于基态的氢原子，氢原子被电子碰撞后激发跃迁到较高能级，处于高能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出几种不同频率的光，其中只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，一种光恰好能使该金属发生光电效应，则另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为（ ） A. 0.66eV B. 1.89eV C. 2.55eV D. 2.86eV 12. （2024·黑龙江名校联考·二模）来自外太空的宇宙射线在进入地球大气层后，可能会与大气中的氮原子作用而产生质子。中子与氮14发生的核反应方程是：，产生的不够稳定，能自发的进行β衰变，其半衰期为5730年。考古学家可利用的衰变规律推断出古木的年代，下列说法正确的是（　　） A. 发生β衰变的生成物是 B. 的半衰期随温度的降低而变长 C. β衰变辐射出的粒子是碳原子核外电子跃迁产生的 D. 若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知该古木距今约11460年 13. （2024·湖北省十一校联考·二模）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（ ） A. 核的结合能约为64MeV B. 核比核更稳定 C. 两个核结合成核时吸收能量 D. 核中核子的平均结合能比核中的大 14. （2024·东北师大附中、长春市十一高中、吉林一中、四平一中、松原实验中学1月联合模拟考试）下列关于原子物理知识说法正确的是（ ） A. 甲图为氢原子的能级结构图，氢原子从基态跃迁到激发态时，放出能量 B. 乙图中重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续的进行，称为链式反应，其中一种核裂变反应方程为 C. 丙图为光电效应中光电子最大初动能与入射光频率的关系图线，不同频率的光照射同种金属发生光电效应时，图线的斜率不相同 D. 两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 15. （2024·江苏省4月大联考）大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时，只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像（如图乙）。已知a光对应的遏止电压为，氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 （1）求光电管阴极的逸出功和b光对应的遏止电压； （2）若用b光照射，光电管两端加上的电压，求电子到达A极时的最大动能。 16. （2024·辽宁省·二模）红外测温仪只能捕获红外线，红外线光子的能量为。如图为氢原子的能级图，大量处在能级的氢原子向外辐射的光子中，能被红外线测温仪捕获的不同频率的光子共有（　　） A. 2种 B. 3种 C. 4种 D. 5种 17. （2024·内蒙古呼和浩特市·一模）日本福岛核电站废水中具有大量的放射性元素，其中是主要成分，经大约30年的时间有半数发生β衰变，同时生成新核X。则下列说法正确的是（　　） A. 发生β衰变时放出的β射线是电子流 B. 原子核衰变的本质是核外电子的跃迁 C. 衰变时，衰变产物中的X比多一个中子 D. 随着未衰变原子核数量的减少的半衰期也会变短 18. （2024·宁夏中卫市·一模）医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　） A. B. C. D. 19. （2024·青海省玉树州·第四次联考） 2022年9月22日消息，日本民间团体向东京电力公司递交了反对核污染水排海的约4.2万人联合署名，要求采取其他方法处理福岛第一核电站核污染水。关于放射性、核反应方程、衰变，下列说法正确的是（　　） A. 是核聚变反应，X是中子 B. 过量的射线对人体组织有破坏作用，放射源必须存放在特制容器里 C. 放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越长 D. 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长，升高温度可以使半衰期缩短 20. （2024·山东潍坊市·三模）如图所示为氢原子能级图，用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子，且ν1 < ν2 < ν3。用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等。下列说法正确的是（ ） A. ν3 > ν1＋ν2 B. ν = ν1＋ν2＋ν3 C. 该单色光光子的能量为12.75eV D. 该新型材料的逸出功为1.89eV 21. （2024·陕西省商洛市·二模）碘129衰变的半衰期长达1570万年，若有碘129，则3140万年后还剩下的碘129的质量为（　　） A. B. C. D. 22. （2024·上海市虹口区·二模）科学家研究发现，光子的动量与光的传播方向一致，其大小p=，h为普朗克常量，λ为光的波长。该公式表明：光具有的特性是___________。频率为ν的光子垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小Δp=___________，从而对平面镜产生一定的压力（光速取真空中的速度c）。 23. （2024·四川省成都市第二次联考）如图，某种烟雾报警器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镍来探测烟雾。镅发生衰变所释放的射线会将探测器里的空气分子电离，从而产生电流。烟尘一旦进入报警器内，烟尘中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报。下列说法正确的是（　　） A. 原子核中有146个质子 B. 发生火灾时，烟雾报警器中的因温度升高而半衰期变短 C. 该烟雾报警器应用了这种射线贯穿本领强的特点 D. 发生衰变的核反应方程是 24. （2024·天津和平区·二模）2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变是一种核反应的形式，下列关于核聚变的说法中正确的是（　　） A. 相同质量的核燃料，聚变产生的能量比裂变多 B. 核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件 C. 太阳在核聚变的过程中质量保持不变 D 核聚变由于原料具有放射性因此不适合用来发电 25. （2024·浙江省宁波“十校”3月联考）（多选）下列说法正确是（　　） A. 图甲为一定质量的氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图像，其中图线Ⅰ温度较高 B. 从单一热库吸收热量，使之完全变成功是可能实现的 C. 图乙中静止的钠核在磁场中发生衰变，曲线1为粒子的运动轨迹 D. 相对论时空观认为运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体运动状态有关 26. （2024·浙江省宁波“十校”3月联考）（多选）如图甲为氢原子的能级图，现用频率为v0的光照射大量处于基态的氢原子，只能发射出频率为的三条谱线，现用这三种频率的光去照射图乙的光电效应的实验装置，其中只有a、b两种光能得到图丙所示的电流与电压的关系曲线。已知。以下说法正确的是（ ） A. 一定有 B. 图乙中滑片P从O向b端移动过程中，电流表示数减小 C. 图丙中 D. 图丙中的a光照射阴极，光电流达到饱和时，阴极每秒射出的光电子数大约个 27. （2024·重庆市·二模）已知氢原子处于基态的能量为，第n能级的能量。大量处于某同一激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子中能量最大为，h为普朗克常量。则这些氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子中频率最小为（　　） A. B. C. D. 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 考情概览：解读近年命题思路和内容要求，统计真题考查情况。 2024年真题研析：分析命题特点，探寻常考要点，真题分类精讲。 近年真题精选：分类精选近年真题，把握命题趋势。 必备知识速记：归纳串联解题必备知识，总结易错易混点。 名校模拟探源：精选适量名校模拟题，发掘高考命题之源。 命题解读 考向 考查统计 本类试题主要考查光电效应、能级跃迁、衰变规律、核能的释放。 考向一 光电效应、光子说、物质波 2024·浙江1月，11 2024·北京卷，13 2024·湖南卷，1 2024·辽宁卷，8 2024·新课标卷，4 2024·上海卷，6 2023·湖南卷，10 2023·江苏卷，14 2023·浙江6月，15 2022·浙江1月，16 考向二 原子模型、能级跃迁 2024·浙江1月，12 2024·安徽卷，1 2024·江苏卷，5 2024·江西卷，2 2023·河北卷，1 2023·湖北卷，1 2023·辽宁卷，6 2023·山东卷，1 2023·新课标卷，3 2022·浙江6月，7 考向三 衰变规律 2024·北京卷，1 2024·广西卷，4 2024·山东卷，1 2023·浙江6月，5 2023·湖南卷，1 2023·重庆卷，6 2022·浙江6月，14 2022·全国甲卷，4 2022·山东卷，1 2021·全国甲卷，4 考向四 聚变和裂变 2024·浙江1月，7 2024·全国甲卷，1 2024·上海卷，9 2023·福建卷，9 2023·湖南卷，1 2023·全国乙卷，3 2023·天津卷，3 2022·浙江1月，14 2022·北京卷，14 2021·湖北卷，1 考向五 人工核转变 2024·甘肃卷，1 2024·广东卷，2 2024·河北卷，1 2024·湖北卷，2 2024·江苏卷，3 2023·广东卷，1 2023·全国甲卷，2 2022·湖北卷，1 2022·辽宁卷，2 2021·北京卷，1 命题分析 2024年高考各卷区物理试题均不同程度地考查了光电效应、能级跃迁、衰变规律、核能的释放。预测2025年高考将会继续考查。 试题精讲 考向一 光电效应、光子说、物质波 1. （2024年1月浙江卷第11题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A. M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B. 只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C. 电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D. M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 【答案】C 【解析】AB．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时 则到达N板时的动能为 与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误； C．平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为 解得 选项C正确； D．M、N间加反向电压电流表示数恰好零时，则 解得 选项D错误 故选C。 2. （2024年北京卷第13题）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as = 1 × 10−18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c = 3.0 × 108m/s，普朗克常量h = 6.6 × 10−34J⋅s，下列说法正确的是（ ） A. 对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显 B. 此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多 C. 此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离 D. 为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期 【答案】C 【解析】A．此阿秒光脉冲的波长为 λ = cT = 30nm < 550nm 由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时，衍射现象越明显知，波长为550nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，故A错误； B．由知，阿秒光脉冲的光子能量大，故总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少，故B错误； C．阿秒光脉冲的光子能量最小值 故此阿秒光脉冲可以使能量为−13.6eV（−2.2 × 10−18J）的基态氢原子电离，故C正确； D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，故D错误。 故选C。 3. （2024年湖南卷第1题）量子技术是当前物理学应用研究的热点，下列关于量子论的说法正确的是（　　） A. 普朗克认为黑体辐射的能量是连续的 B. 光电效应实验中，红光照射可以让电子从某金属表面逸出，若改用紫光照射也可以让电子从该金属表面逸出 C. 康普顿研究石墨对X射线散射时，发现散射后仅有波长小于原波长的射线成分 D. 德布罗意认为质子具有波动性，而电子不具有波动性 【答案】B 【解析】A．普朗克认为黑体辐射的能量是一份一份的，是量子化的，故A错误； B．产生光电效应的条件是光的频率大于金属的极限频率，紫光的频率大于红光，若红光能使金属发生光电效应，可知紫光也能使该金属发生光电效应，故B正确； C．石墨对X射线的散射过程遵循动量守恒，光子和电子碰撞后，电子获得一定的动量，光子动量变小，根据可知波长变长，故C错误； D．德布罗意认为物质都具有波动性，包括质子和电子，故D错误。 故选B 4. （2024年辽宁卷第8题）（多选）X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器，用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则（　　） A. 该金属逸出功增大 B. X光的光子能量不变 C. 逸出的光电子最大初动能增大 D. 单位时间逸出的光电子数增多 【答案】BD 【解析】A．金属的逸出功是金属的自身固有属性，仅与金属自身有关，增加此X光的强度，该金属逸出功不变，故A错误； B．根据光子能量公式可知增加此X光的强度，X光的光子能量不变，故B正确； C．根据爱因斯坦光电方程 可知逸出的光电子最大初动能不变，故C错误； D．增加此X光的强度，单位时间照射到金属表面的光子变多，则单位时间逸出的光电子数增多，故D正确。 故选BD。 5. （2024年新课标卷第4题）三位科学家由于在发现和合成量子点方面的突出贡献，荣获了2023年诺贝尔化学奖。不同尺寸的量子点会发出不同颜色的光。现有两种量子点分别发出蓝光和红光，下列说法正确的是（　　） A. 蓝光光子的能量大于红光光子的能量 B. 蓝光光子的动量小于红光光子的动量 C. 在玻璃中传播时，蓝光的速度大于红光的速度 D. 蓝光在玻璃中传播时的频率小于它在空气中传播时的频率 【答案】A 【解析】AB．由于红光的频率小于蓝光的频率，则红光的波长大于蓝光的波长，根据 可知蓝光光子的能量大于红光光子的能量；根据 可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，故A正确，B错误； C．由于红光的折射率小于蓝光，根据 可知在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，故C错误； D．光从一种介质射入另一种介质中频率不变，故D错误 故选A。 6. （2024·上海卷·第6题）某紫外激光波长为，其单个光子能量为______。若用该激光做光电效应实验，所用光电材料的截止频率为，则逸出光电子的最大初动能为______。（普朗克常量为h，真空中光速为c） 【答案】①. ②. 【解析】[1]单个光子频率为 根据普朗克量子化思想，单个光子能量 [2]所用光电材料的截止频率为，则逸出功为 根据爱因斯坦光电效应方程可知，逸出光电子最大初动能为 引力场中的运动 包括太阳、地球在内的所有物体都会在其周围产生引力场。在不同尺度的空间，引力场中的物体运动具有不同的表象。牛顿揭示了苹果下落和行星运动共同的物理机制。意味着天上的物理和地上的物理是一样的，物理规律的普适性反映了一种简单的美。 考向二 原子模型、能级跃迁 7. （2024年1月浙江卷第12题）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（　　） A. 照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽 B. 以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小 C. 以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多 D. 相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小 【答案】C 【解析】A．根据巴耳末公式可知，光的波长较长。波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽，故A错误； B．光的波长较长，根据 可知光的频率较小，则光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，光的侧移量小，故B错误； C．光的频率较小，光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，光的光子数较多，真空中单位长度上光的平均光子数多，故C正确； D．若、光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的频率较小，光的光子能量较小，光的光子数较多，则光的饱和光电流大，光的饱和光电流小，故D错误。 故选C。 8. （2024年安徽卷第1题）大连相干光源是我国第一台高增益自由电子激光用户装置，其激光辐射所应用的玻尔原子理论很好地解释了氢原子的光谱特征。图为氢原子的能级示意图，已知紫外光的光子能量大于，当大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射不同频率的紫外光有（ ） A. 1种 B. 2种 C. 3种 D. 4种 【答案】B 【解析】大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，能够辐射出不同频率的种类为 辐射出光子的能量分别为 其中 ，， 所以辐射不同频率的紫外光有2种。 故选B。 9. （2024·江苏卷·第5题）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（　　） A. λ1 B. λ2 C. λ3 D. λ4 【答案】C 【解析】 【详解】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。 故选C。 10. （2024年江西卷第2题）近年来，江西省科学家发明硅衬底氮化镓基系列发光二极管，开创了国际上第三条技术路线。某氮化镓基材料的简化能级如图所示，若能级差为（约）,普朗克常量，则发光频率约为（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得 故选C。 考向三 衰变规律 11. （2024年北京卷第1题）已知钍234的半衰期是24天。1g钍234经过48天后，剩余钍234的质量为（ ） A. 0g B. 0.25g C. 0.5g D. 0.75g 【答案】B 【解析】半衰期1g钍234经过48天后，剩余质量 故选B。 12. （2024年广西卷第4题）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇（）和钨（）。若锇经过1次衰变，钨经过1次衰变（放出一个正电子），则上述两新核素衰变后的新核有相同的（　　） A. 电荷数 B. 中子数 C. 质量数 D. 质子数 【答案】C 【解析】锇经过1次衰变后产生的新核素质量数为156，质子数为74，钨经过1次衰变后质量数为156，质子数为73，可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数。 故选C。 13. （2024年山东卷第1题）2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为29年；衰变为的半衰期约87年。现用相同数目的和各做一块核电池，下列说法正确的是（　　） A. 衰变为时产生α粒子 B. 衰变为时产生β粒子 C. 50年后，剩余的数目大于的数目 D. 87年后，剩余的数目小于的数目 【答案】D 【解析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为时产生电子，即β粒子，故A错误； B．根据质量数守恒和电荷数守恒可知衰变为时产生，即α粒子，故B错误； CD．根据题意可知的半衰期大于的半衰期，现用相同数目的和各做一块核电池，经过相同的时间，经过的半衰期的次数多，所以数目小于的数目，故D正确，C错误。 故选D。 考向四 聚变和裂变 14. （2024年1月浙江卷第7题）已知氘核质量为，氚核质量为，氦核质量为，中子质量为，阿伏加德罗常数取，氘核摩尔质量为，相当于。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A. 核反应方程式为 B. 氘核的比结合能比氦核的大 C. 氘核与氚核的间距达到就能发生核聚变 D. 氘完全参与聚变释放出能量的数量级为 【答案】D 【解析】A．核反应方程式为 故A错误； B．氘核的比结合能比氦核的小，故B错误； C．氘核与氚核发生核聚变，要使它们间的距离达到以内，故C错误； D．一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损 聚变反应释放的能量是 氘完全参与聚变释放出能量 数量级为，故D正确。 故选D。 15. （2024年全国甲卷第1题）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用表示，式中x、y的值分别为（　　） A. ， B. ， C. ， D. ， 【答案】C 【解析】根据反应前后质量数和电荷数守恒可得 解得 ， 故选C。 16. （2024·上海卷·第9题）原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。 （1）质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为______ A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变 （2）核的质量为，核的质量为，它们通过核反应形成一个质量为的氮原子核，此过程释放的能量为______。（真空中光速为c） 【答案】9. ①. C ②. 【解析】[1]质量较小的原子核结合成质量较大原子核的反应称为核聚变，C正确。 故选C。 [2]根据质能方程可知，此过程释放的能量为 考向五 人工核转变 17. （2024年甘肃卷第1题）2024年2月，我国科学家在兰州重离子加速器国家大科学装置上成功合成了新核素，核反应方程如下：该方程中X是（　　） A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 粒子 【答案】B 【解析】根据反应前后质量数和电荷数守恒得X是。 故选B。 18. （2024年广东卷第2题）我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是（　　） A. Y为 B. Y为 C. Y为 D. Y为 【答案】C 【解析】根据核反应方程 根据质子数守恒设Y的质子数为y，则有 可得 即Y为；根据质量数守恒，则有 可得 故选C。 19. （2024年河北卷第1题）锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料．研究表明，锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应，其中一种核反应方程为，式中的X为（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】根据核反应前后质量数和电荷数守恒得 ， 故式中的X为，故选D。 20. （2024年湖北卷第2题）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一、是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则（　　） A. a=7，b=1 B. a=7，b=2 C. a=6，b=1 D. a=6，b=2 【答案】B 【解析】由质量数和电荷数守恒可得 ， 解得 故选B。 21. （2024·江苏卷·第3题）用粒子轰击氮核从原子核中打出了质子，该实验的核反应方程式是，粒子X为（　　） A. 正电子 B. 中子 C. 氘核 D. 氦核 【答案】B 【解析】根据质量数守恒可知X质量数为 根据电荷守恒可知X的电荷数为 可知X为中子。 故选B。 考向一 光电效应、光子说、物质波 1. （2023年海南卷第10题）（多选）已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（ ） A. 光的频率为 B. 光子的能量为 C. 光子的动量为 D. 在时间内激光器发射的光子数为 【答案】AC 【解析】A．光的频率 选项A正确； B．光子的能量 选项B错误； C．光子的动量 选项C正确； D．在时间t内激光器发射的光子数 选项D错误。 故选AC。 2. （2023年江苏卷第14题）“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。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射线总功率P。 【答案】（1），；（2） 【解析】（1）由题意可知每个光子的动量为 每个光子的能量为 （2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则 可得 所以t秒辐射光子的总能量 太阳辐射硬X射线的总功率 3. （2023年浙江6月卷第15题）（多选）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 B. 电子的动能 C. 光子的能量 D. 光子的动量 【答案】AD 【解析】根据条纹间距公式 可得 A．根据 可得 故A正确； B．根据动能和动量的关系 结合A选项可得 故B错误； C．光子的能量 故C错误； D．光子的动量 光子的能量 联立可得 则光子的动量 故D正确。 故选AD。 4. （2022年浙江1月卷第16题）（多选）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（　　） A. 发射电子的动能约为8.0×10-15J B. 发射电子的物质波波长约为5.5×10-11m C. 只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉 D. 如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样 【答案】BD 【解析】A．根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为 故A错误； B．发射电子的物质波波长约为 故B正确； CD．物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确； 故选BD。 5. （2022年全国乙卷第4题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6 × 10 - 7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个。普朗克常量为h = 6.63 × 10 - 34Js。R约为（ ） A. 1 × 102m B. 3 × 102m C. 6 × 102m D. 9 × 102m 【答案】B 【解析】一个光子的能量为 E = hν ν为光的频率，光的波长与频率有以下关系 c = λν 光源每秒发出的光子的个数为 P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3 × 1014个，那么此处的球面的表面积为 S = 4πR2 ，则 ，联立以上各式解得 R ≈ 3 × 102m，故选B。 6. （2022年河北卷第4题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（　　） A. 钠的逸出功为 B. 钠的截止频率为 C. 图中直线的斜率为普朗克常量h D. 遏止电压与入射光频率成正比 【答案】A 【解析】A．根据遏止电压与最大初动能的关系有 根据电效应方程有 当结合图像可知，当为0时，解得 A正确； B．钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，B错误； C．结合遏止电压与光电效应方程可解得 可知，图中直线的斜率表示，C错误； D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。 故选A。 7. （2021年海南卷第3题）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. 【答案】D 【解析】根据爱因斯坦的光电效应方程可知 解得该单色光的频率为 故选D。 8. （2021年河北卷第3题）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. 【答案】B 【解析】根据可得它们的单位为： 故选B。 9. （2021年江苏卷第8题）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值 可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。 故选C 10. （2021年辽宁卷第2题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（　　） A. 玻尔 B. 康普顿 C. 爱因斯坦 D. 德布罗意 【答案】C 【解析】A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A错误； B．康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B错误； C．爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C正确； D．德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D错误。 故选C。 11. （2021年天津卷第2题）光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比（　　） A. 波长变短 B. 光子能量增加 C. 频率降低 D. 传播速度增大 【答案】A 【解析】紫外线进入液体后与真空相比，频率不变，传播速度减小，根据 可知波长变短；根据 可知，光子能量不变。 故选A。 12. （2021年浙江卷第13题）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. 【答案】C 【解析】根据德布罗意波长公式 ，解得 由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有 代入数据解得 所以C正确；ABD错误； 故选C。 考向二 原子模型、能级跃迁 13.（2023年河北卷第1题） 2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨获取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（　　） A. 从跃迁到 B. 从跃迁到 C. 从跃迁到 D. 从跃迁到 【答案】D 【解析】是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据 可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，根据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件 可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。 故选D。 14. （2023年湖北卷第1题）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的氢原子谱线（对应的光子能量为）。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. 和能级之间的跃迁 B. 和能级之间的跃迁 C. 和能级之间的跃迁 D. 和能级之间的跃迁 【答案】A 【解析】由图中可知n=2和n=1的能级差之间的能量差值为 与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。 故选A。 15. （2023年辽宁卷第6题）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Ek 【答案】A 【解析】A．由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确； B．因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据可知②的频率小于④的频率，选项B错误； C．因②对应能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误； D．因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据 则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。 故选A。 16. （2023年山东卷第1题）“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，最后辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（ ） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】原子吸收频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有 且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有 联立解得 故选D。 17. （2023年新课标卷第3题）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，元电荷）（　　） A. 103Hz B. 106Hz C. 109Hz D. 1012Hz 【答案】C 【解析】铯原子利用的两能极的能量差量级对应的能量为 由光子能量的表达式可得，跃迁发射的光子的频率量级为 跃迁发射的光子的频率量级为109Hz。故选C。 18. （2022年浙江6月卷第7题）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（　　） A. 逸出光电子的最大初动能为10.80eV B. n=3跃迁到n=1放出的光子动量最大 C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应 D. 用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态 【答案】B 【解析】A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据 可得此时最大初动能为 故A错误； B．根据 又因为从n=3跃迁到n=1放出的光子能量最大，故可知动量最大，故B正确； C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为 不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误； D．由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为 所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。 故选B。 19. （2022年北京卷第1题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（ ） A. 放出光子，能量增加 B. 放出光子，能量减少 C. 吸收光子，能量增加 D. 吸收光子，能量减少 【答案】B 【解析】原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少。故选B。 20. （2022年广东卷第5题）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（　　） A. 红外线波段的光子 B. 可见光波段的光子 C. 紫外线波段的光子 D. X射线波段的光子 【答案】A 【解析】要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为 则被吸收的光子是红外线波段的光子。 故选A。 21. （2022年重庆卷第6题）如图为氢原子的能级示意图。已知蓝光光子的能量范围为2.53 ~ 2.76eV，紫光光子的能量范围为2.76 ~ 3.10eV。若使处于基态的氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则激发氢原子的光子能量为（ ） A. 10.20eV B. 12.09eV C. 12.75eV D. 13.06eV 【答案】C 【解析】由题知使处于基态氢原子被激发后，可辐射蓝光，不辐射紫光，则由蓝光光子能量范围可知从氢原子从n = 4能级向低能级跃迁可辐射蓝光，不辐射紫光（即从n = 4，跃迁到n = 2辐射蓝光），则需激发氢原子到n = 4能级，则激发氢原子的光子能量为 E = E4－E1= 12.75eV。故选C。 22. （2021年北京卷第14题）北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10-5m～10-11m，对应能量范围约为10-1eV～105eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV。下列说法正确的是（　　） A. 同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样 B. 用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离 C. 蛋白质分子的线度约为10-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样 D. 尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小 【答案】D 【解析】A．同步辐射是在磁场中圆周自发辐射光能的过程，氢原子发光是先吸收能量到高能级，在回到基态时辐射光，两者的机理不同，故A错误； B．用同步辐射光照射氢原子，总能量约为104eV大于电离能13.6eV，则氢原子可以电离，故B错误； C．同步辐射光的波长范围约为10-5m～10-11m，与蛋白质分子的线度约为10-8 m差不多，故能发生明显的衍射，故C错误； D．以接近光速运动的单个电子能量约为109eV，回旋一圈辐射的总能量约为104eV，则电子回旋一圈后能量不会明显减小，故D正确； 故选D。 考向三 衰变规律 23. （2023年海南卷第1题）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 【答案】C 【解析】放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ分别是氦核流、电子流和光子流。 故选C。 24. （2023年浙江6月卷第5题）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则（　　） A. 衰变方程中的X等于233 B. 的穿透能力比γ射线强 C. 比的比结合能小 D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大 【答案】C 【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为 即衰变方程中的X=234，故A错误； B．是α粒子，穿透能力比γ射线弱，故B错误； C．比结合能越大越稳定，由于衰变成为了，故比稳定，即比的比结合能小，故C正确； D．半衰期由原子核本身决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。 故选C。 25. （2023年重庆卷第6题）原子核可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核，在该过程中，可能发生的β衰变是（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】原子核衰变成为稳定的原子核质量数减小了28，则经过了7次α衰变，中间生成的新核的质量数可能为231，227，223，219，215，211，则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数，则BCD都不可能，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，选项A反应正确。 故选A。 26. （2022年浙江6月卷第14题）（多选）秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（　　） A. X是 B. 可以用作示踪原子 C. 来自原子核外 D. 经过一个半衰期，10个将剩下5个 【答案】AB 【解析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1，中子数为1，即为，故A正确； B．常用的示踪原子有：，，，故B正确； C．由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以来自原子核内，故C错误； D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。 故选AB。 27. （2022年全国甲卷第4题）两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为N，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有 经历2t0后有 联立可得 ， 在时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为 故选C。 28. （2022年山东卷第1题）碘125衰变时产生射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】设刚植入时碘的质量为，经过180天后的质量为m，根据： 代入数据解得： 故选B。 29. （2021年全国甲卷第4题）如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（　　） A. 6 B. 8 C. 10 D. 14 【答案】A 【解析】由图分析可知，核反应方程为 设经过次衰变，次衰变。由电荷数与质量数守恒可得 ； 解得 ， 故放出6个电子。 故选A。 30. （2021年全国乙卷第4题）医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为 故选C。 31. （2021年广东卷第1题）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 【答案】C 【解析】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是 即Y是正电子，选项AB错误； CD．因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半；再过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误； 故选C。 32. （2021年河北卷第1题）银河系中存在大量的铝同位素，核衰变的衰变方程为，测得核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（　　） A. 核的质量等于核的质量 B. 核的中子数大于核的中子数 C. 将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变 D. 银河系中现有铝同位素将在144万年后全部衰变为 【答案】C 【解析】A．和的质量数均为相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误； B．核的中子数为个，核的中子数为个，B错误； C．半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确； D．质量为的的半衰期为万年，经过万年为个半衰期，剩余质量为，不会全部衰变为，D错误。 故选C。 33. （2021年湖南卷第1题）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 【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变的统计规律，对少量的个别的原子核无意义，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误； B．原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误； C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误； D．过量放射性辐射包含大量的射线，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，故D正确； 故选D。 34. （2021年山东卷第1题）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 【答案】A 【解析】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确； B．半衰期非常稳定，不受温度，压强，以及该物质是单质还是化合物的影响，B错误； C．与和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误； D．方程中的X来自于内中子向质子的转化，D错误。 故选A。 考向四 聚变和裂变 35. （2023年福建卷第9题）福建福清核电站采用我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了安全级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A = _________；Z = _________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0 × 108m/s） 【答案】 ①. 92 ②. 56 ③. 9 × 1013 【解析】[1]根据核反应前后质量数守恒有 1＋235 = 141＋A＋3 解得 A = 92 [2]根据核反应前后电荷数守恒有 92 = Z＋36 解得 A = 56 [3]根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为 E = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 × 1016J = 9 × 1013J 36. （2023年湖南卷第1题）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置创下新纪录，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 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 【答案】A 【解析】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，A正确； B．根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为 B错误； C．核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，C错误； D．核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D错误。 故选A。 37. （2023年全国乙卷第3题）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 。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） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】根据质能方程可知，则每秒钟平均减少的质量为 则每秒钟平均减少的质量量级为。 故选C。 38. （2023年天津卷第3题）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（　　） A. 核聚变需要在高温下进行 B. 核聚变中电荷不守恒 C. 太阳质量不变 D. 太阳核反应方程式： 【答案】A 【解析】A．因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确； B．核聚变中电荷是守恒的，故B错误； C．因为太阳一直在发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C错误； D．核聚变的方程为 题中为核裂变方程，故D错误。 故选A。 39. （2022年浙江1月卷第14题）（多选）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 D. 反应堆中存在的核反应 【答案】CD 【解析】A．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误； B．原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为 核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B错误； C．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确； D．反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在的核反应，故D正确； 故选CD。 40.（2022年北京卷第14题）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（）取得新突破，成功实现了可重复1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是（　　） A. 核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能 B. 可以用磁场来约束等离子体 C. 尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体 D. 提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力 【答案】A 【解析】A．核聚变释放的能量源于来自于原子核的质量亏损，A错误； B．带电粒子运动时，在匀强磁场中会受到洛伦兹力的作用而不飞散，故可以用磁场来约束等离子体，B正确； C．等离子体是各种粒子的混合体，整体是电中性的，但有大量的自由粒子，故它是电的良导体，C正确； D．提高托卡马克实验装置运行温度，增大了等离子体的内能，使它们具有足够的动能来克服库仑斥力，有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力，D正确。 本题选择错误的，故选A。 41. （2021年湖北卷第1题） 20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是（　　） A. 原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的 B. 原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的 C. 原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的 D. 原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的 【答案】C 【解析】原子弹是根据重核裂变研制的，而氢弹是根据轻核聚变研制的，故ABD错误，C正确。 故选C。 考向五 人工核转变 42. （2023年广东卷第1题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响。下列说法正确的是（ ） A. Y是粒子，射线穿透能力比射线强 B. Y是粒子，射线电离能力比射线强 C. Y是粒子，射线穿透能力比射线强 D. Y是粒子，射线电离能力比射线强 【答案】D 【解析】根据受核反应满足质量数和电荷数守恒可知，Y是粒子（），三种射线的穿透能力，射线最强，射线最弱；三种射线的电离能力，射线最强，射线最弱。 故选D。 43. （2023年全国甲卷第2题）在下列两个核反应方程中、，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. ， B. ， C. ， D. ， 【答案】D 【解析】设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足 ， 第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足 ， 联立解得 ， 故选D 44. （2022年湖北卷第1题）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　） A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变 C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同 【答案】A 【解析】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是，A正确、C错误； B．由选项A可知，原子核X是，则核反应方程为 + → + ，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误； D．中微子不带电，则中微子的电荷量与电子的不相同，D错误。 故选A。 45. （2022年辽宁卷第2题）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，已知、、的质量分别为，真空中的光速为c，该反应中释放的核能为E。下列说法正确的是（ ） A. X为氘核 B. X为氚核 C. D. 【答案】D 【解析】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，为氕核，AB错误；CD．根据质能方程可知，由于质量亏损核反应放出的核能为 ，C错误、D正确。故选D。 46. （2021年北京卷第1题）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】由题知，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子，而α粒子为氦原子核，则这个核反应方程为 。故选A 47. （2021年海南卷第5题）1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为。已知、、X的质量分别为、、，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（　　） A 质量亏损 B. 释放的核能 C. 铍原子核内的中子数是5 D. X表示的是氚原子核 【答案】B 【解析】CD．根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为 则，，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故CD错误； AB．核反应质量亏损为 则释放的核能为 故A错误，B正确； 故选B。 48. （2021年江苏卷第1题）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 【答案】A 【解析】该核反应方程为 ，可知X是质子。故选A。 考向六 综合问题 49. （2023年北京卷第3题）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】A．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故A符合题意； B．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故B不符合题意； C．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故C不符合题意； D．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故D不符合题意。 故选A。 50. （2023年北京卷第14题）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。 方法一：根据光子能量（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。 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，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，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 【答案】B 【解析】A．由能量守恒定律可得 解得 选项A错误； B．由表达式 可知 即接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，选项B正确； C．若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，选项C错误； D．由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，选项D错误。 故选B。 51.（2022年湖南卷第1题） 关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ） A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征 B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律 C. 光电效应揭示了光的粒子性 D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性 【答案】C 【解析】A．波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误； B．玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误； C．光电效应揭示了光的粒子性，C正确； D．电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D错误。 故选C。 52. （2021年浙江卷第14题）（多选）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 【答案】CD 【解析】A．（1）是 衰变，（2）是 衰变，均有能量放出，故A错误； B．（3）是人工核转变，故B错误； C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确； 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，故D正确。 故选CD。 一、光电效应　波粒二象性 考点一　黑体辐射及实验规律 1．热辐射 (1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射． (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同． 2．黑体、黑体辐射的实验规律 (1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体． (2)黑体辐射的实验规律： ①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除了与温度有关，还与材料的种类及表面状况有关． ②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图． 3．能量子 (1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子． (2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)． 考点二　光电效应 1．光电效应及其规律 (1)光电效应现象 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应，这种电子常称为光电子． (2)光电效应的产生条件 入射光的频率大于或等于金属的截止频率． (3)光电效应规律 ①每种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必须大于或等于这个截止频率才能产生光电效应． ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． ③光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s. ④当入射光的频率大于或等于截止频率时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，逸出的光电子数越多，逸出光电子的数目与入射光的强度成正比，饱和电流的大小与入射光的强度成正比． 2．爱因斯坦光电效应方程 (1)光电效应方程 ①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. ②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能． (2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值，W0＝hνc＝h. (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值． 考点三　光电效应中常见的四类图像 图像名称 图线形状 获取信息 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系 ①截止频率νc：图线与ν轴交点的横坐标 ②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量h：图线的斜率k＝h 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系 ①截止频率νc：图线与横轴的交点的横坐标 ②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压) 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc：图线与横轴的交点的横坐标 ②饱和电流：电流的最大值 ③最大初动能：Ek＝eUc 颜色不同时，光电流与电压的关系 ①遏止电压Uc1、Uc2 ②饱和电流 ③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 考点四　光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性． (2)光电效应说明光具有粒子性． (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性． 2．物质波 (1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波． (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它对应，其波长λ＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量． 二、原子结构 考点一　原子结构和氢原子光谱 1．原子结构 (1)电子的发现：英国物理学家J·J·汤姆孙发现了电子． (2)α粒子散射实验：1909年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来． (3)原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 2．氢原子光谱 (1)光谱：用棱镜或光栅可以把光按波长(频率)展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类： ①线状谱是一条条的亮线． ②连续谱是连在一起的光带． (3)氢原子光谱的实验规律： ①巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式＝R∞(n＝3,4,5，…)，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107 m－1，n为量子数，此公式称为巴耳末公式． ②氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式． 考点二　玻尔理论　能级跃迁 1．玻尔理论 (1)定态假设：电子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中电子绕核的运动是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不产生电磁辐射． (2)跃迁假设：电子从能量较高的定态轨道(其能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m<n)时，会放出能量为hν的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s) (3)轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的． 2．能级跃迁 (1)能级和半径公式： ①能级公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV. ②半径公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m. (2)氢原子的能级图，如图所示 3．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发射光子． 光子的频率ν＝＝. (2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量． ①吸收光子的能量必须恰好等于能级差hν＝ΔE.(注意：当入射光子能量大于该能级的电离能时，原子对光子吸收不再具有选择性，而是吸收以后发生电离) ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE. 4．光谱线条数的确定方法 (1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n－1. (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N＝C＝. 5．电离 (1)电离态：n＝∞，E＝0. (2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量． 例如：氢原子从基态→电离态： E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV (3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能． 三、原子核 考点三　原子核的衰变及半衰期 1．原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数． 2．天然放射现象 放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构． 3．三种射线的比较 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离能力 贯穿本领 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 4.原子核的衰变 (1)衰变：原子核自发地放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变． (2)α衰变、β衰变 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子 2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 (3)γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的． 5．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原. (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的外部条件(如温度、压强)和化学状态(如单质、化合物)无关(选填“有关”或“无关”)． 6．放射性同位素的应用与防护 (1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同． (2)应用：放射治疗、培优、保鲜、做示踪原子等． (3)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 考点四　核反应及核能的计算 1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥－居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 容易控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n＋17.6 MeV 2.核反应方程式的书写 (1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等． (2)掌握核反应方程遵循的规律：质量数守恒，电荷数守恒． (3)由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向． 3．核力和核能 (1)核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力． (2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要的能量，叫作原子的结合能，也叫核能． (3)比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定． (4)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应的能量ΔE＝Δmc2.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. 4．核能的计算方法 (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×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”． (3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数． 1. （2024·安徽安庆·三模）根据研究团队的预测，到2027年全球人工智能行业的能源消耗将达到惊人的1.2万亿千瓦时，可控核聚变可以提供大量的清洁能源，下列关于核聚变的说法正确的是（　　） A. 核聚变过程中释放能量，因此质量数不守恒 B. 核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能 C. 只有氘和氚能发生核聚变，其他原子核不能 D. 要使核聚变持续发生，需要外界持续不断提供能量 【答案】B 【解析】A．核聚变反应过程质量数守恒，释放能量，质量有亏损，质量不守恒，A错误； B．比结合能越大原子核越稳定，所以核聚变反应中生成的新核比结合能大于反应前原子核的比结合能，B正确； C．其它原子序数小的原子核也可以发生核聚变，C错误； D．核聚变能释放大量能量，一旦发生，就不需要外界提供能量，靠自身产生的能量就会使反应继续下去，D错误。 故选B。 2. （2024·北京市海淀区·二模）下列核反应方程中，属于核裂变的是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】A．A的衰变生成物里有电子，属于β衰变，故A错误； B．B反应是用中子轰击重核使重核转变成轻核，属于核裂变反应，故B正确； C．C反应是轻核聚变，是氢弹的基本反应方程，故C错误； D．D是用α粒子轰击原子核发生核反应，是原子核的人工转变，是发现质子的方程，故D错误。 故选B。 3. （2024·北京首都师大附中·三模） 下列反应中属于核聚变反应的是（　） A. B. C. D. 【答案】D 【解析】A．核反应方程 是α衰变方程，故A不符合题意； B．核反应方程 是β衰变方程，故B不符合题意； C．核反应方程 为核裂变方程，故C不符合题意； D．核反应方程 为核聚变方程，故D符合题意。 故选D。 4. （2024·北京首都师大附中·三模）下列哪种物理现象可以说明光具有粒子性（　　） A. 薄膜干涉 B. 康普顿效应 C. 光的偏振 D. 泊松亮斑 【答案】B 【解析】A．薄膜干涉原理是光的干涉，说明光具有波动性，故A错误； B．康普顿效应说明光具有粒子性，故B正确； C．光的偏振说明光具有波动性，故C错误； D．泊松亮斑即光的衍射现象，说明光具有波动性，故D错误。 故选B。 5. （2024·福建省三明市·一模）（多选）有关量子力学下列说法中，正确的是（ ） A. 普朗克为解释图甲的黑体辐射实验数据，提出了能量子的概念 B. 图乙在某种单色光照射下，电流表发生了偏转，若仅将图乙中电源的正负极反接，电流表一定不会偏转 C. 密立根依据爱因斯坦光电效应方程，测量并计算出的普朗克常量，与普朗克根据黑体辐射得出的值在误差允许的范围内是一致的 D. 图丙为氢原子的能级示意图，一群处于的激发态的氢原子向低能级跃迁过程所发出的光中，从跃迁到到所发出的光波长最长 【答案】AC 【解析】A．普朗克为解释图甲的实验数据，提出了能量子的概念，A正确； B．仅将图乙中电源的正负极反接，加反向电压时，由于光电管间电压和截止电压大小关系未知，电流指针不一定会偏转，B错误； C．密立根依据爱因斯坦光电效应方程，测量并计算出的普朗克常量，与普朗克根据黑体辐射得出的值在误差允许范围内是一致的，C正确； D．氢原子跃迁所发出的光的波长 从跃迁到 所发出的光波长最短，D错误。 故选AC。 6. （2024·甘肃省白银市靖远县·三模）放射性同位素热电机是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受温度及宇宙射线的影响，使用寿命可达十几年。用大量氘核轰击时可产生放射性元素的半衰期为87.74年，含有的化合物核电池的原理是其发生α衰变时将释放的能量转化为电能，我国的火星探测车用放射性材料作为燃料，中的元素就是，下列判断正确的是（　　） A. B. C. 的比结合能大于的比结合能 D. 化合物经过87.74年后剩余 【答案】D 【解析】A．由电荷数守恒和质量数守恒，可知 故A错误； B．由电荷数守恒和质量数守恒，可知 故B错误； C．比更稳定，故比结合能小于的比结合能，故C错误； D．的半衰期为87.74年，化合物经过87.74年后剩余，故D正确。 故选D。 7. （2024·广西南宁市、河池市等校联考·二模）在公元前1500年我们的祖先就已掌握炼铁技术，炼铝技术仅在其后。铝的元素符号是Al，核的衰变方程为，其半衰期为72万年，、、的质量分别为、、下列说法正确的是（　　） A. 核中子数26 B. 是电子，来源于原子核外电子 C. 经过144万年的时间，100g原子核中有75g会发生衰变 D. 该核反应中释放的能量为 【答案】C 【解析】A．核中子数为 ，故A错误； B．根据原子核衰变质量数和电荷数守恒可知，质量数为0，电荷数为+1，故是正电子，它是原子核内的一个质子转变为中子时产生的，故B错误； C．经过144万年的时间，原子核发生两次衰变，100g原子核变成25g，故有75g会发生衰变，故C正确； D．根据质能方程可知核反应中释放能量为 ，故D错误。 故选C。 8. （2024·贵州省六校联盟·三模）2018年7月12日，我国最大的核能发电站广东江洋核电站完成168小时试运行，机组运行状态稳定，具备商业运行条件。核电站利用中子轰击使其发生裂变放出能量进行发电，发电过程中，轰击后产生和，并放出了粒子a，具有放射性，半衰期为29天，衰变后产生，并放出了粒子，同时释放能量。关于该过程，下列说法正确的是（　　） A. 粒子为质子 B. 的衰变为衰变 C. 通过改变环境温度可以让的半衰期发生变化 D. 的结合能小于的结合能 【答案】D 【解析】A．根据题意，由电荷数守恒可知，粒子的电荷数为0，则粒子为中子，故A错误； B．根据题意，由电荷数守恒可知，粒子的电荷数为，质量数为0，则粒子为电子，则的衰变为衰变，故B错误； C．放射性元素的半衰期由其自身因素决定，与其所处的物理状态（压强、温度等）、化学状态（单质或化合物）均无关，故C错误； D.衰变后产生，并放出了粒子，同时释放能量，则的结合能小于的结合能，故D正确。 故选D。 9. （2024·海南省四校联考）中科院近代物理研究所利用兰州重离子加速器通过“熔合蒸发”反应合成超重核，并同时辐射出一个中子。下列可能合成该超重核的原子核组合是（　　） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】核反应过程中满足电荷数守恒、质量数守恒，则需满足 ， A．由于 ，，故A错误； B．由于 ，，故B正确； C．由于 ，，故C错误； D．由于 ，，故D错误。 故选B。 10. （2024·河北·三模）氢原子能级图如图所示，大量处于激发态氢原子向低能级跃迁时，会辐射出不同频率的光，用这些光照射金属锡，已知金属锡的逸出功为，关于这些辐射出的光，下列说法正确的是（　　） A. 跃迁中有6种不同频率的光 B. 只有1种频率的光能使锡发生光电效应 C. 对同一种介质，a光的临界角小于b光的临界角 D. 用同一装置进行双缝实验，a光干涉条纹的宽度大于b光干涉条纹的密度 【答案】C 【解析】A．跃迁中共可以释放光的种类数为 ，故A项错误； B．由光电效应可知，若要使锡发生光电效应，则光子的能量应该大于逸出功，则跃迁中释放的3种光的能量分别为 所以有两种光可以使锡发生光电效应，故B项错误； C．由于光子的能量为 由之前的分析可是a光的能量大于b光的能量，所以a光的频率大于b光的频率。即a光的折射率大于b光的折射率，由于临界角有 所以b光的临界角大于a光的临界角，故C项正确； D．由于a光的频率大，所以a光的波长小，干涉的条纹间距为 所以a光的条纹间距小，故D项错误。 故选C。 11. （2024·河南省九师联盟·三模）氢原子能级图如图所示，用动能均为12.3eV的电子束射向一群处于基态的氢原子，氢原子被电子碰撞后激发跃迁到较高能级，处于高能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出几种不同频率的光，其中只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，一种光恰好能使该金属发生光电效应，则另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为（ ） A. 0.66eV B. 1.89eV C. 2.55eV D. 2.86eV 【答案】B 【解析】只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，光子的能量为 ，一种光恰好能使该金属发生光电效应，有 ，另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为 ，故选B。 12. （2024·黑龙江名校联考·二模）来自外太空的宇宙射线在进入地球大气层后，可能会与大气中的氮原子作用而产生质子。中子与氮14发生的核反应方程是：，产生的不够稳定，能自发的进行β衰变，其半衰期为5730年。考古学家可利用的衰变规律推断出古木的年代，下列说法正确的是（　　） A. 发生β衰变的生成物是 B. 的半衰期随温度的降低而变长 C. β衰变辐射出的粒子是碳原子核外电子跃迁产生的 D. 若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知该古木距今约11460年 【答案】D 【解析】A．根据题意可知，衰变方程为 ，即发生衰变的产物是，故A错误； B．半衰期与外界环境无关，故B错误； C．衰变辐射出的粒子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，故C错误； D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知，经过了2个半衰期，则该古木距今约为 5730×2年＝11460年 故D正确。 故选D。 13. （2024·湖北省十一校联考·二模）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的是（ ） A. 核的结合能约为64MeV B. 核比核更稳定 C. 两个核结合成核时吸收能量 D. 核中核子的平均结合能比核中的大 【答案】B 【解析】A．由题图可知，核的比结合能约为8MeV，氧核的核子数为16，因此结合能约为16×8MeV=128MeV，故A错误； B．核比核比结合能更大，则更稳定，选项B正确； C．两个核结合成核时产生聚变反应，有质量亏损，由质能方程可知，因此释放能量，故C错误； D．由图可知，核中核子的平均结合能比核中的小，选项D错误。 故选B。 14. （2024·东北师大附中、长春市十一高中、吉林一中、四平一中、松原实验中学1月联合模拟考试）下列关于原子物理知识说法正确的是（ ） A. 甲图为氢原子的能级结构图，氢原子从基态跃迁到激发态时，放出能量 B. 乙图中重核裂变产生的中子能使核裂变反应连续的进行，称为链式反应，其中一种核裂变反应方程为 C. 丙图为光电效应中光电子最大初动能与入射光频率的关系图线，不同频率的光照射同种金属发生光电效应时，图线的斜率不相同 D. 两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 【答案】D 【解析】A．甲图为氢原子的能级结构图，当氢原子从基态跃迁到激发态时，吸收能量，故A错误； B．铀核裂变的核反应方程式为 ，故B错误； C．根据爱因斯坦光电效应方程 ，可知该图线的斜率表示普朗克常量，不同频率的光照射同种金属发生光电效应时，图线的斜率相同，故C错误； D．两个轻核结合成质量较大的核，生成物更加稳定，则核子的比结合能增加，故D正确。 故选D。 15. （2024·江苏省4月大联考）大量处于激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时，只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像（如图乙）。已知a光对应的遏止电压为，氢原子的基态能量为，激发态能量为，其中，普朗克常量为h，电子电荷量为e。 （1）求光电管阴极的逸出功和b光对应的遏止电压； （2）若用b光照射，光电管两端加上的电压，求电子到达A极时的最大动能。 【答案】（1），；（2） 【解析】（1）只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像，说明只有能级差最大的两种光发生光电效应，即 a光照射时 解得 b光照射时 解得 （2）由能量守恒定律有 解得 16. （2024·辽宁省·二模）红外测温仪只能捕获红外线，红外线光子的能量为。如图为氢原子的能级图，大量处在能级的氢原子向外辐射的光子中，能被红外线测温仪捕获的不同频率的光子共有（　　） A. 2种 B. 3种 C. 4种 D. 5种 【答案】A 【解析】由氢原子能级示意图可知，氢原子从激发态向低能级跃迁时，根据可知，所辐射光子能量为0.31eV、0.97eV、2.86eV、13.06eV、0.66eV、2.55eV、12.75eV、1.89eV、12.09eV、10.2eV，红外线光子的能量为，则能被红外线测温仪捕获的不同频率的光子共有2种。 故选A。 17. （2024·内蒙古呼和浩特市·一模）日本福岛核电站废水中具有大量的放射性元素，其中是主要成分，经大约30年的时间有半数发生β衰变，同时生成新核X。则下列说法正确的是（　　） A. 发生β衰变时放出的β射线是电子流 B. 原子核衰变的本质是核外电子的跃迁 C. 衰变时，衰变产物中的X比多一个中子 D. 随着未衰变原子核数量的减少的半衰期也会变短 【答案】A 【解析】AB．发生β衰变时,核内的一个中子转化成一个质子，同时放出一个粒子，即电子，则发生β衰变时放出的β射线是电子流，故A正确，B错误； C．由β衰变实质可知，衰变过程中核内的一个中子转化成一个质子，则衰变产物中的X比少一个中子，故C错误； D．放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，则半衰期不变，故D错误。 故选A。 18. （2024·宁夏中卫市·一模）医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为 故选C。 19. （2024·青海省玉树州·第四次联考） 2022年9月22日消息，日本民间团体向东京电力公司递交了反对核污染水排海的约4.2万人联合署名，要求采取其他方法处理福岛第一核电站核污染水。关于放射性、核反应方程、衰变，下列说法正确的是（　　） A. 是核聚变反应，X是中子 B. 过量的射线对人体组织有破坏作用，放射源必须存放在特制容器里 C. 放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越长 D. 同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长，升高温度可以使半衰期缩短 【答案】B 【解析】A．根据核反应前后质量数守恒、电荷数守恒，则X为质子，故A错误； B．由于过量的射线对人体组织有破坏作用，放射源必须存放在特制容器里，故B正确； C．有半数原子核发生衰变所需的时间叫半衰期，放射性元素的半衰期越短，表明有半数原子核发生衰变所需的时间越短，衰变速度越快，故C错误； D．元素原子核的半衰期是由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，所以同种放射性元素在化合物中的半衰期与单质中相同，升高温度半衰期不变，故D错误。 故选B。 20. （2024·山东潍坊市·三模）如图所示为氢原子能级图，用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子，且ν1 < ν2 < ν3。用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等。下列说法正确的是（ ） A. ν3 > ν1＋ν2 B. ν = ν1＋ν2＋ν3 C. 该单色光光子的能量为12.75eV D. 该新型材料的逸出功为1.89eV 【答案】D 【解析】由题知，频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子辐射出频率分别为的ν1、ν2、ν3三种光子，且ν1 < ν2 < ν3，则说明 hν=hν3 = 12.09eV，hν2 = 10.2eV，hν1 = 1.89eV A．则可知 ν3 = ν1＋ν2 故A错误； BC．根据以上分析可知ν = ν3，且该单色光光子的能量为12.09eV，故BC错误； D．用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2光子的能量相等，则由 hν－W0 = hν2 解得 W0 = 1.89eV 故D正确。 故选D。 21. （2024·陕西省商洛市·二模）碘129衰变的半衰期长达1570万年，若有碘129，则3140万年后还剩下的碘129的质量为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】由半衰期的计算公式 ，可得剩余的质量 ，故选A。 22. （2024·上海市虹口区·二模）科学家研究发现，光子的动量与光的传播方向一致，其大小p=，h为普朗克常量，λ为光的波长。该公式表明：光具有的特性是___________。频率为ν的光子垂直照射到平面镜，在反射的过程中，动量改变量的大小Δp=___________，从而对平面镜产生一定的压力（光速取真空中的速度c）。 【答案】①. 波粒二象性 ②. 【解析】[1]光子动量公式，其中动量表示光具有粒子性，而波长表示光具有粒子性，因此通过光子动量公式表明光具有波粒二象性； [2]光被平面镜反射后速度大小不变，取反射光的动量方向为正，则其动量的变化量 而 ， 可得 23. （2024·四川省成都市第二次联考）如图，某种烟雾报警器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镍来探测烟雾。镅发生衰变所释放的射线会将探测器里的空气分子电离，从而产生电流。烟尘一旦进入报警器内，烟尘中的微粒会吸附部分射线，导致电流减小，从而触发警报。下列说法正确的是（　　） A. 原子核中有146个质子 B. 发生火灾时，烟雾报警器中的因温度升高而半衰期变短 C. 该烟雾报警器应用了这种射线贯穿本领强的特点 D. 发生衰变的核反应方程是 【答案】D 【解析】A．镍原子核中有95个质子，146个中子。故A错误； B．发生火灾时，烟雾探测器中的镍不会因温度升高而半衰期变短。因为半衰期由原子核内部因素影响，与外界环境变化没有关系。故B错误； CD.由题知发生α衰变的核反应方程是 该烟雾报警器应用了这种射线电离能力强的特点，故C错误，D正确。 故选D。 24. （2024·天津和平区·二模）2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变是一种核反应的形式，下列关于核聚变的说法中正确的是（　　） A. 相同质量的核燃料，聚变产生的能量比裂变多 B. 核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件 C. 太阳在核聚变的过程中质量保持不变 D 核聚变由于原料具有放射性因此不适合用来发电 【答案】A 【解析】A．相同质量的核燃料，聚变产生的能量比裂变多，故A正确； B．轻核聚变需要很高的温度，使发生反应的两个核有较大的相对动能，故B错误； C．太阳在核聚变的过程中放出大量能量，根据质能方程可知，太阳的质量有亏损，故C错误； D．核聚变由于不可控因此不适合用来发电，故D错误。 故选A。 25. （2024·浙江省宁波“十校”3月联考）（多选）下列说法正确是（　　） A. 图甲为一定质量的氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图像，其中图线Ⅰ温度较高 B. 从单一热库吸收热量，使之完全变成功是可能实现的 C. 图乙中静止的钠核在磁场中发生衰变，曲线1为粒子的运动轨迹 D. 相对论时空观认为运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体运动状态有关 【答案】BD 【解析】A．图甲中，氧气分子在图线Ⅱ温度下速率大的分子所占百分比较多，故图线Ⅱ温度较高，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，在引起其他变化的前提下，可以从单一热库吸收热量，使之全部变成功，故B正确； C．根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是粒子，故C错误； D.相对论时空观认为运动物体的长度和物理过程的快慢都跟物体运动状态有关，故D正确。 故选BD。 26. （2024·浙江省宁波“十校”3月联考）（多选）如图甲为氢原子的能级图，现用频率为v0的光照射大量处于基态的氢原子，只能发射出频率为的三条谱线，现用这三种频率的光去照射图乙的光电效应的实验装置，其中只有a、b两种光能得到图丙所示的电流与电压的关系曲线。已知。以下说法正确的是（ ） A. 一定有 B. 图乙中滑片P从O向b端移动过程中，电流表示数减小 C. 图丙中 D. 图丙中的a光照射阴极，光电流达到饱和时，阴极每秒射出的光电子数大约个 【答案】AC 【解析】AC．根据图乙可知 根据 可知 所以这三种光的能量分别为12.09eV、10.2eV、1.89eV，则 从而解得 故AC正确； B．图乙中滑片P从O向b端移动过程中，Ob部分的电阻变小，A端的电势变高，A端的电势高于K端的电势，所以电流表示数增大，故B错误； D．图丙中的a光照射阴极，光电流达到饱和时，饱和电流为，由 可知每秒射出的电荷量为,所以阴极每秒射出的光电子数大约 故D错误。 故选AC。 27. （2024·重庆市·二模）已知氢原子处于基态的能量为，第n能级的能量。大量处于某同一激发态的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子中能量最大为，h为普朗克常量。则这些氢原子向低能级跃迁时，辐射的光子中频率最小为（　　） A. B. C. D. 【答案】A 【解析】从n能级直接跃迁至基态时，辐射的光子能量最大，则有 解得 n=3 可知，处于该激发态的氢原子向第2能级跃迁时，辐射的光子的能量最小，频率最低，则有 解得 故选A。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$