专题16 近代物理初步-【高考密码】备战2026高考物理十年高考真题分类汇编

专题十六　近代物理初步 考点1 光电效应 波粒二象性 1．（2025·广西 ）已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13eV、2.25eV、2.29eV、3.20eV．用光子能量为2.20eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是（   ） A．铷 B．钾 C．钠 D．钙 【答案】A 【详解】当光子的能量大于金属的逸出功时就能发生光电效应，可知能量是2.20eV的光子分别照射到四种金属板上，会发生光电效应的金属板是铷。 故选A。 2．（2025·山东 ）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能的大小关系正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据光电子最大初动能与遏制电压的关系 根据图像有 故； 故选B。 3．（2025·广东 ）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为，下列说法正确的是（    ） A．使用频率更小的光，可能使乙也发射光电子 B．使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于 C．频率不变，减弱光强，可能使乙也发射光电子 D．频率不变，减弱光强，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于 【答案】B 【详解】A．某频率的光不能使乙金属发生光电效应，说明此光的频率小于乙金属的截止频率，则换用频率更小的光不能发生光电效应，A错误； B．由光电效应方程可知频率越大最大初动能越大，换用频率更小的光最大初动能小于，B正确； C．频率不变则小于乙金属的截止频率，不会发生光电效应，C错误； D．由可知频率不变最大初动能不变，D错误。 故选B。 4.(2024湖南,1,4分)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 普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的,这个不可再分的最小能量值叫作能量子,A错误;紫光的光子频率更高,光子能量更大,如果红光可以使某金属发生光电效应,则紫光一定也可以使该金属发生光电效应,B正确;康普顿在研究石墨对X射线的散射时,发现在散射的X射线中,除了与入射波长λ0相同的成分外,还有波长大于λ0的成分,这个现象称为康普顿效应,C错误;德布罗意认为实物粒子也具有波粒二象性,质子、电子等都具有波动性,D错误。 5.(2024黑吉辽,8,6分)(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.该金属的逸出功增大 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 逸出功由金属材料本身决定,A错误。光子能量E=hν,由光子频率决定,B正确。由爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,逸出的光电子最大初动能不变,C错误。光的强度增加,单位时间照射到金属表面的光子数增加,单位时间逸出的光电子数增多,D正确。 6.(2024贵州,8,5分)(多选)我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST,其科学目标之一是搜索地外文明。在宇宙中,波长位于搜索地外文明的射电波段的辐射中存在两处较强的辐射,一处是波长为21 cm的中性氢辐射,另一处是波长为18 cm的羟基辐射。在真空中,这两种波长的辐射相比,中性氢辐射的光子(　　) A.频率更大 B.能量更小 C.动量更小 D.传播速度更大 【答案】BC 【解析】所有光波在真空中的传播速度均相同,D错误。光子频率与波长关系为ν=,可知中性氢辐射的光子频率更小,A错误。光子能量E=hν,可知中性氢辐射的光子能量更小,B正确。光子动量p=,可知中性氢辐射的光子动量更小,C正确。 7.(2024江苏,5,4分)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,该光子是(　　) A.λ1 B. λ2 C. λ3 D. λ4 【答案】C 【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0可知,若只有一种光子可使某金属发生光电效应,则该光子对应的能量最大,根据题图可知跃迁时辐射的光子λ3能量最大,C正确。 8.（2024新课标，17，6分）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】蓝光的频率大于红光的频率，由E=hν可知，蓝光光子的能量大于红光光子的能量，A正确；蓝光的波长小于红光的波长，由p=可知蓝光光子的动量大于红光光子的动量，B错误；玻璃对蓝光的折射率大于对红光的折射率，由v=可知，在玻璃中传播时，蓝光的速度小于红光的速度，C错误；光由一种介质进入另一种介质，频率不会发生变化，D错误。 9.(2024海南,8,3分)利用如图所示的装置研究光电效应,单刀双掷开关S与1接通,用频率为ν1的光照射光电管,调节滑动变阻器,使电流表的示数刚好为0,此时电压表的示数为U1,已知电子电荷量绝对值为e,普朗克常量为h,下列说法正确的是(　　) A.其他条件不变,增大光强,电压表示数增大 B.改用比ν1更大频率的光照射,调整电流表的示数为零,此时电压表示数仍为U1 C.其他条件不变,使开关S与2接通,电流表示数仍为零 D.光电管阴极材料的截止频率νc=ν1- 【答案】D 【解析】开关S接1时,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν1-W0,根据动能定理有-eUc=0-Ek,联立解得Uc=ν1-,由题意可知电压表测得的电压U1即遏止电压Uc,故仅增大光强,电压表示数不变,A错误。改用比ν1更大频率的光照射,遏止电压增大,调整滑动变阻器滑片使电流表的示数为零,此时电压表示数大于U1,B错误。仅将开关S与2接通,光电管两端所加电压变成正向电压,逸出的光电子在电场中加速,一定能到达右极板,回路中形成电流,电流表示数不为零,C错误。截止频率与逸出功的关系为hνc=W0,又W0=hν1-eU1,解得νc=ν1-,D正确。 10.(2023山东,1,3分)“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ν0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ν1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ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　) A.ν0+ν1+ν3 B.ν0+ν1-ν3 C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3 答案：D 利用图示能级关系及能级跃迁理论可知光子的能量关系是hν0=hν1+hν2+hν3,解得ν2=ν0-ν1-ν3,故选D。 11.(2023全国乙,16,6分)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1048 J。假设释放的能量来自物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)(　　) A.1019 kg B.1024 kg C.1029 kg D.1034 kg 答案：C 设每秒平均减少的质量为m,由爱因斯坦质能方程得每分钟释放的能量E=60mc2=1048 J,代入数据解得m≈1.9×1029 kg,故选C。 12.(2023海南,10,4分)(多选)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 B.光子的能量为 C.光子的动量为 D.在时间t内激光器发射的光子数为 答案AC　由波的知识可知:λ=cT=,则光的频率为ν=,由光子说可知,光子能量E=hν=h,光子动量p=,时间t内发射的光子的总能量为Pt,即n·h=Pt,可得n=,故A、C正确。 13.(2022全国乙,17,6分)一点光源以113 W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7 m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=6.63×10-34 J·s。R约为 (　　) A.1×102 m　　　　　　　　　　B.3×102 m C.6×102 m　　　　　　　　　　D.9×102 m 答案　B　一个光子的能量ε=hν=h,每秒放出光子总数N==,离点光源R处每秒垂直通过每平方米的光子数n==,则R=≈3×102 m,B正确。 温馨提示　本题的难点是数据运算,应先进行字母运算,得到R的表达式以后再代值运算,可提高准确率。 14.(2022江苏,4,4分)上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加。光子能量增加后 (　　) A.频率减小　　　　　　　　　　B.波长减小 C.动量减小　　　　　　　　　　D.速度减小 答案　B　真空中的光速c是定值,光子的能量ε=hν=h=pc,由上述各式可知B正确,A、C、D均错误。 15.(2022河北,4,4分)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν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hνc B.钠的截止频率为8.5×1014 Hz C.图中直线的斜率为普朗克常量h D.遏止电压Uc与入射光频率ν成正比 答案　A　由光电效应方程Ek=hν-W0和eUc=Ek可知Uc=ν-,当Uc=0时,ν==νc,即图线在横轴上的截距在数值上等于钠的截止频率,从图中可以读出νc=5.5×1014 Hz,B错误;钠的逸出功W=hνc,A正确;图线的斜率在数值上等于,C错误;遏止电压Uc随入射光的频率ν的增大而增大,但不是正比关系,D错误。 16.(2019海南单科,7,5分)(多选)对于钠和钙两种金属,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量,则(　　) A.钠的逸出功小于钙的逸出功 B.图中直线的斜率为 C.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同 D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较高 答案　AB　本题考查了光电效应方程得出遏止电压与入射光频率的关系,以及理解能力、推理论证能力、模型建构能力,体现了物理观念中能量观念要素和科学思维中模型建构、科学推理要素。本题体现了高考评价体系提出的“基础性、综合性和应用性”考查要求,属于学习探索问题情境试题。 根据光电效应方程得:Ekm=hν-W0=hν-hν0,又Ekm=eUc,解得:Uc=ν-=ν-。当遏止电压为0时,对应的频率为金属的极限频率,结合图可知钠的极限频率小,则钠的逸出功小,故选项A正确;由Uc=ν-知U0-ν图线的斜率k=,故选项B正确;由Uc=ν-知图线的特点与光的强度无关,故选项C错误;钠的逸出功小,结合Ekm=hν-W0可知,若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到钠的光频率较小,故选项D错误。 17.(2019天津理综,5,6分)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是(　　) 答案　C　本题考查了考生的科学思维能力,体现了应用与创新价值观念。 由题述“同一光电效应装置”可知金属的逸出功相同,再由I-U图像中遏止电压关系得知三种光的频率νb>νc>νa,则三种光在三棱镜中的折射率nb>nc>na,据此可判断通过棱镜后光的折射情况,C选项正确,A、B、D项均错误。 解题关键　从图像中分析出三种光的频率关系,从而得出它们在三棱镜中的折射率的大小关系。 18.(2020江苏,12(2),4分)大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线,其中最长和最短波长分别为λ1和λ2,则该激发态与基态的能量差为　　　　,波长为λ1的光子的动量为　　　　。(已知普朗克常量为h,光速为c)  答案　　 解析　氢原子从激发态直接跃迁到基态时辐射光子的能量最大,波长最短,故En-E1=h。波长为λ1的光子的动量p=。 19．（2025·江苏 ）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率； (2)若频率为的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据题意，由光电效应方程有 当时，可得该金属的截止频率 （2）根据题意，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为 20．（2025·河北 ）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。 (1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。 (2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量） 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光在玻璃丝内发生全反射的最小入射角满足 可得 （2）根据爱因斯坦光电方程 可得 21. (2023江苏,14,8分)“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。 答案 (1),　(2) 解析 (1)根据光子的动量和能量表达式可直接得出结果p=,E=hν=。 (2)由题意可知镜头接收到的功率P0为单位时间内接收到光子的总能量,故P0==。太阳辐射的总功率可以看成是均匀分布在一个面积为4πR2的球面上,镜头接收到的功率占太阳辐射总功率的,故=,得P=。 考点2 原子结构 1．（2025·甘肃 ）利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。离子相对基态的能级图（设基态能量为0）如图所示。用电子碰撞离子使其从基态激发到可能的激发态，若所用电子的能量为，则离子辐射的光谱中，波长最长的谱线对应的跃迁为（　　） A．能级 B．能级 C．能级 D．能级 【答案】C 【详解】根据题意可知，用能量为的电子碰撞离子，可使离子跃迁到能级和能级，由 可知，波长最长的谱线对应的跃迁为能级。 故选C。 2．（2025·浙江 ）一束粒子撞击一静止的金原子核，它们的运动轨迹如图所示。图中虚线是以金原子核为圆心的圆。已知静电力常量，元电荷，金原子序数为79，不考虑粒子间的相互作用，则（　　） A．沿轨迹1运动的粒子受到的库仑力先做正功，后做负功 B．沿轨迹2运动的粒子到达P时动能为零、电势能最大 C．位于图中虚线圆周上的3个粒子的电势能不相等 D．若粒子与金原子核距离为，则库仑力数量级为 【答案】D 【详解】A．沿轨迹1运动的粒子受到的库仑力先做负功，后做正功，A错误； B．沿轨迹2运动的粒子因为做曲线运动，则到达P时动能不为零，因距离原子核最近，则电势能最大，B错误； C．位于图中虚线圆周上各点的电势都相等，可知虚线圆周上的3个粒子的电势能相等，C错误； D．若粒子与金原子核距离为，则根据库仑定律可知库仑力 即数量级为，D正确。 故选D。 3.（2024江西，2，4分）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（LED），开创了国际上第三条LED技术路线。某氮化镓基LED材料的简化能级如图所示，若能级差为2.20 eV（约3.52×10-19 J），普朗克常量h=6.63×10-34 J·s，则发光频率约为（　　） A.6.38×1014 Hz B.5.67×1014 Hz C.5.31×1014 Hz D.4.67×1014 Hz 【答案】C 【解析】两能级差ΔE=2.20 eV≈3.52×10-19 J，根据ΔE=hν得，发光频率ν== Hz≈5.31×1014 Hz，C正确。 4.(2024重庆,8,5分)(多选)我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n=3和n=4能级向n=2能级跃迁产生的谱线(如图),则(　　) A.Hα的波长比Hβ的小 B.Hα的频率比Hβ的小 C.Hβ对应的光子能量为3.4 eV D.Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 答案 BD n=3与n=2的能级差小于n=4与n=2的能级差,则Hα与Hβ相比,Hα的能量低、波长大、频率小,A错误,B正确;Hβ对应的光子能量为E=(-0.85) eV-(-3.40) eV=2.55 eV,C错误;氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量Emin=(-3.40) eV-(-13.60) eV=10.2 eV,故Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态,D正确。 5.(2024安徽,1,4分)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3.11 eV,当大量处于n=3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光子的种类为=3种,辐射出光子的能量分别为ΔE1=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,ΔE2=E3-E2=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,ΔE3=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,其中ΔE1>3.11 eV,ΔE2<3.11 eV,ΔE3>3.11 eV,所以辐射不同频率的紫外光有2种,B正确。 6.（2024浙江6月，10，3分）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于n=3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为ν31、ν32和ν21的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h ，光速为c。正确的是（　　） A.频率为ν31的光，其动量为 B.频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置，均产生光电子，其最大初动能之差为hν32 C.频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为l的干涉装置，产生的干涉条纹间距之差为 D.若原子从n=3跃迁至n=4能级，入射光的频率ν'34> 【答案】B 【解析】由能量关系可得E3-E1=hν31，光的波长λ31=，对应光子的动量p=，联立以上关系式可得p=，A错误。同一光电效应装置对应的逸出功W0相同，光电子的最大初动能Ekm=hν-W0，由E31=E32+E21可得hν31=hν32+hν21，所以两种光电子最大初动能之差ΔEkm=hν31-hν21=hν32，B正确。频率为ν31的光的波长为λ31=，频率为ν21的光的波长为λ21=，由Δx=λ，可得产生的干涉条纹间距之差为（λ21-λ31）=，C错误。由E4-E3=hν34可知，若原子从n=3跃迁到n=4能级，入射光的频率ν'34=ν34=（点拨:电子吸收光子只能是整份的，所以光的频率是定值），D错误。 7.(2024北京,13,3分)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, 1 as=1×10-18 s。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100 as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=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s。下列说法正确的是(　　) A.对于0.1 mm宽的单缝,此阿秒光脉冲比波长为550 nm的可见光的衍射现象更明显 B.此阿秒光脉冲和波长为550 nm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-13.6 eV(-2.2×10-18 J)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　由波的形成原理易知,振动一个周期,波传播一个波长的距离,故波长λ=cT≤3.0×108×100×10-18 m=30 nm,该波长跟550 nm相比,与0.1 mm=105 nm的偏差更大,波发生明显衍射现象的条件是波长与狭缝(或障碍物)的尺寸相差不多或比狭缝(或障碍物)的尺寸稍大,所以该脉冲波通过0.1 mm的单缝时发生的衍射现象不如550 nm的可见光的明显,A错误。根据E=Nhν=Nh可知,能量相等时波长较短的阿秒光脉冲的光子数更少,B错误。hΝ=h≥6.6×10-34× J=6.6×10-18 J>2.2×10-18 J,故此阿秒光脉冲能使基态氢原子电离,C正确。研究原子内电子的动态过程中,超短脉冲光束对电子的状态进行曝光产生一个虚拟快门,对电子进行高速摄影,此时的时间分辨能力由超短脉冲光束的持续时间所决定,故阿秒光脉冲持续时间越短,获取的“帧”画面越多,研究得越精细,D错误。 8.(2023海南,1,3分)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　放射性元素衰变时放出的α、β、γ射线分别是氦核流、电子流和光子流,则β粒子是电子,故选C。 9.(2023新课标,16,6分)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10-5 eV,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.60×10-19 C)(　　) A.103 Hz B.106 Hz C.109 Hz D.1012 Hz 答案：C 原子在两个能级之间跃迁时发射的光子的能量等于两个能级之间的能量差。根据光子的能量和频率的关系有E=hν,ν==≈2.4×109 Hz,故C正确。 10. (2023河北,1,4分)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Hα谱线精细结构。Hα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n=2 B.从n=5跃迁到n=2 C.从n=4跃迁到n=2 D.从n=3跃迁到n=2 答案D　根据氢原子的能级图,利用玻尔理论中的频率条件hν=Em-En,其中频率ν=,可知能级差越小,频率越低,波长越长,D正确。 11.(2022湖南,1,4分)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　玻尔的原子理论解释了原子光谱的分立特征,但没有完全揭示微观粒子运动的规律,故A、B错误。爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应,光电效应说明光具有粒子性,故C正确。电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的波动性,故D错误。 12.(2022广东,5,4分)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En=,其中E1=-13.6 eV。如图是按能量排列的电磁波谱,要使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,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　由氢原子能级公式En=知,E20= eV=-3.4×10-2 eV,要使该能级的氢原子电离,要吸收的光子能量为3.4×10-2 eV,属红外线波段的光子,故选项A正确。 13.(2022北京,1,3分)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　从激发态跃迁到基态,氢原子以释放光子的形式放出能量,氢原子能量减少。 14.(2022重庆,6,4分)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 ~ 2.76 eV,紫光光子的能量范围为2.76 ~3.10 eV。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.10.20 eV　　　　　　　　　　B.12.09 eV C.12.75 eV　　　　　　　　　　D.13.06 eV 答案　C　可见光是氢原子由高能级向n=2能级跃迁时产生的,由图可知,n=3、4、5与n=2间的能级差分别为1.89 eV、2.55 eV、2.86 eV,可见若使处于基态的氢原子被激发后,可辐射蓝光,不辐射紫光,原子吸收能量后必须跃迁至n=4能级,它与基态的能级差为12.75 eV,则激发氢原子的光子能量为12.75 eV,故C正确。 15.(2022浙江6月选考,7,3分)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2.29 eV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10.80 eV 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0.85 eV的光子照射,氢原子跃迁到n=4激发态 答案　B　氢原子在向低能级跃迁时放出光子,光子的能量等于两能级之间的能量差,氢原子处于n=3的激发态,向基态跃迁时,逸出光子的能量最大为hν=E3-E1=12.09 eV,照射逸出功为2.29 eV的金属钠,根据爱因斯坦光电效应方程可知逸出光电子的最大初动能Ek=hν-W=9.8 eV,A错误;氢原子从n=3跃迁到n=1放出的光子频率ν最大,波长λ最小,根据p=可知动量p最大,B正确;氢原子从n=3跃迁到n=2放出的光子能量小于金属钠的逸出功,所以只有2种频率的光子能使金属钠产生光电效应,C错误;n=3与n=4的能级差为0.66 eV,用0.85 eV的光子照射,氢原子不能跃迁到n=4激发态,D错误。 16.(2018浙江4月选考,15,2分)(多选)氢原子的能级图如图所示,关于大量氢原子的能级跃迁,下列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s)(　　) A.氢原子从高能级跃迁到基态时,会辐射γ射线 B.氢原子处在n=4能级,会辐射可见光 C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应 D.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时,辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89 eV 答案　BC　γ射线是原子核通过衰变产生的高能电磁波,与原子跃迁无关,故A错误。氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,根据ΔE=hν=h,可得可见光光子的能量范围为1.63~3.09 eV;从n=4能级跃迁到n=2时能级ΔE=2.55 eV,处在可见光能量范围内,故B选项正确。从高能级向n=3时能级跃迁辐射出的光子最大能量为ΔE=1.51 eV<1.63 eV,属于红外线,具有显著的热效应,所以C选项正确。传播速度越小,折射率越大,光子频率越大,能量越大,而氢原子从高能级向n=2能级跃迁时辐射出的光子最大能量为3.40 eV,所以D选项错误。 17.(2016北京理综,13,6分)处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有(　　) A.1种　　　　　　B.2种　　　　　　C.3种　　　　　　D.4种 答案　C　处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为,所以处于n=3能级的大量氢原子向低能级跃迁,辐射光的频率有=3种,故C项正确。 考点3 原子核 核反应 1．（2025·安徽 ）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次衰变，转化为易裂变的铀核（），则（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数加1，电荷数不变，每发生一次衰变，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生次衰败，即， 故选B。 2．（2025·云南 ）2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为，则（   ） A．X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的 B．X为电子，是在核内质子转化为中子的过程中产生的 C．X为质子，是由核内中子转化而来的 D．X为中子，是由核内质子转化而来的 【答案】A 【详解】根据质量数和电荷数守恒有 可知X为电子，电子是在核内中子转化为质子的过程中产生的。 故选A。 3．（2025·湖北 ） PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如：）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（   ） A． X为 B．该反应为核聚变反应 C．1克经110分钟剩下0.5克 D．该反应产生的在磁场中会发生偏转 【答案】C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知，该物质为，故A错误； B．核聚变是轻核结合成重核的过程（如氢弹原理）。本题中的衰变是单个原子核自发转变为另一种原子核，属于放射性衰变（具体为衰变），而非核聚变，故B错误； C．1g该物质经过110min即一个衰变周期，则有一半发生衰变，该物质质量变为0.5g，故C正确； D．不带电，在磁场中不偏转，故D错误。 故选C。 4．（2025·湖南 ）关于原子核衰变，下列说法正确的是（　　） A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量 B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期 C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长 D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期 【答案】B 【详解】A．原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新核总质量小于原核质量，故A错误； B．半衰期定义为大量放射性原子核半数发生衰变所需的时间，题干中强调“大量”，符合定义，故B正确； C．半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故C错误； D．半衰期不受化学方法影响，因化学变化不改变原子核性质，故D错误。 故选B。 5．（2025·河南 ）由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设采集时大气中有x个原子和y个原子，由于的半衰期为139万年，故经过106天后原子的衰变个数可以忽略不计，的半衰期为53天，故经过106天后剩余数量为，故可得 解得 故选B。 6．（2025·重庆 ）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（　　） A．光子的波长为 B．该原子吸收光子后质量减少了 C．该原子吸收光子后德布罗意波长为 D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态 【答案】C 【详解】A．光子能量公式为 解得波长 ，故A错误； B．原子吸收光子后，能量增加 ，根据质能方程 ，质量应增加而非减少，故B错误； C．德布罗意波长公式为 ，题目明确吸收后原子动量为 ，因此波长为 ，故C正确； D．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（），无法满足跃迁条件，故D错误。 故选C。 7．（2025·黑吉辽蒙卷 ）（多选）某理论研究认为，原子核可能发生双衰变，衰变方程为。处于第二激发态的原子核先后辐射能量分别为和的、两光子后回到基态。下列说法正确的是（   ） A． B． C．的频率比的大 D．的波长比的大 【答案】ABC 【详解】AB．由核反应方程质量数和电荷数守恒可得 解得，AB正确； CD．由题可得光子的能量大于光子的能量，光子的能量公式，波长 可得的频率大于的频率，的波长小于的波长，C正确，D错误； 故选ABC。 8．（2025·福建 ）（多选）核反应方程为→+17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 【答案】AC 【详解】A．核反应过程中质量数守恒，有质量亏损，A正确； B．该反应是核聚变反应，B错误； CD．在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。 由 得反应粒子获得的动能之比为 而两个粒子获得的总动能为，故获得的动能， 获得的动能。故C正确，D错误。 故选AC。 9.(2024北京,1,3分)已知钍234的半衰期是24天。1 g钍234经过48天后,剩余钍234的质量为(　　) A.0 g B.0.25 g C.0.5 g D.0.75 g 答案 B m余=m原,半衰期表示有半数原子核发生衰变所需的时间,经过48天,即2个半衰期,还剩的原子核没有发生衰变,则剩余钍234的质量为0.25 g。B正确。 10.(2024甘肃,1,4分)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Os,核反应方程如下: NiOs+4X 该方程中X是(　　) A.质子 B.中子 C.电子 D.α粒子 【答案】B 【解析】根据反应前后质量数守恒和电荷数守恒得X是n(中子),B正确。 11.(2024湖北,2,4分)硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一BnXY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】由核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得10+1=a+4,5+0=3+b,解得a=7，b=2，B正确。 12.(2024江苏,3,4分)用粒子X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XNHO,粒子X为(　　) A.正电子e B.中子n C.氘核H D.氦核He 【答案】D 【解析】根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为A=17+1-14=4,电荷数为Z=8+1-7=2,可知X为氦核 He,D正确。 13.（2024福建），则其中的X表示（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数，则X为。故选B。 14.(2024广东,2,4分)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YAmX+n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Fe,A=299 B.Y为Fe,A=301 C.Y为Cr,A=295 D.Y为Cr,A=297 答案 C 由电荷数守恒可知原子核Y的电荷数Z=119-95=24,分析选项可知Y为Cr,由质量数守恒可知A=243+54-2=295,C正确。 15.(2024河北,1,4分)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CHLi+H+X,式中的X为(　　) An Be Ce DHe 答案 D 设X的电荷数和质量数分别为Z、A,根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒有6+1=3+2×1+Z,12+1=7+2×1+A,解得Z=2,A=4。D正确。 16.（2024全国甲，14，6分）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，总的反应效果可用H→He+n+p+43.15 MeV表示，式中x、y的值分别为（　　） A.x=1，y=2 B.x=1，y=3 C.x=2，y=2 D.x=3，y=1 【答案】C 【解析】由核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可得6×2=2×4+x+y①、6×1=2×2+y②，联立解得x=2、y=2，C正确。 17.(2024广西,4,4分)近期,我国科研人员首次合成了新核素锇-160Os)和钨-156W)。若锇-160经过1次α衰变,钨-156经过1次β+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-160经过1次α衰变的衰变方程为OsWHe,钨-156经过1次β+衰变的衰变方程为WXe,可知两新核素衰变后的新核有相同的质量数,C正确。 18.(2024海南,2,3分)人工核反应 Si+H→X+P 中的X是(　　) A.中子 B.质子 C.电子 D.α粒子 【答案】A 【解析】设X的质量数为A,电荷数为Z,则根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒,有30+1=A+30,14+1=Z+15,解得A=1,Z=0,故X为中子n),A正确。 19.（2024浙江6月，4，3分）发现中子的核反应方程为HeBe→Xn，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为PuU+Y，正确的是（　　） A.核反应方程中的X为C B.衰变方程中的Y为He C.中子n的质量数为零 D.钚238的衰变吸收能量 【答案】A 【解析】根据核反应中质量数守恒和核电荷数守恒，可得X是C，A正确；衰变方程中的Y是He，B错误；中子的质量数为1，电荷数为0，C错误；钚238发生α衰变，释放核能，实现核能向电能的转化，D错误。 20（2024山东，1，3分）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Sr衰变为Y的半衰期约为29年Pu衰变为U的半衰期约为87年。现用相同数目的Sr和Pu各做一块核电池，下列说法正确的是（　　） ASr衰变为Y时产生α粒子 BPu衰变为U时产生β粒子 C.50年后，剩余的Sr数目大于Pu的数目 D.87年后，剩余的Sr数目小于Pu的数目 【答案】D 【解析】由衰变方程SrYe可知Sr衰变为Y时产生β粒子，A错误；由衰变方程PuUHe可知Pu衰变为U时产生α粒子，B错误Sr的半衰期比Pu的半衰期小，则相同时间后，相同数目的Sr和Pu，剩余的Sr数目小于Pu的数目，C错误，D正确。 21.(2023湖南,1,4分)2023年4月12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HH → Hee 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 由爱因斯坦质能方程E=mc2可知,核反应释放的核能取决于核反应过程中产生的质量亏损,轻核聚变的核反应燃料的平均核子质量小于重核裂变的平均核子质量,所以相同质量的核燃料,轻核聚变产生的质量亏损大于重核裂变产生的质量亏损,轻核聚变释放的核能更多,A选项正确,D选项错误;核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒,故氘氚核聚变的核反应方程为HHen,B选项错误;核聚变的核反应燃料主要是原子序数较小的轻元素,如氦、氢及其同位素等,而重核裂变的核反应燃料主要是铀235,C选项错误。 22.(2023广东,1,4分)理论认为,大质量恒星塌缩成黑洞的过程,受核反应C+YO的影响。下列说法正确的是 (　　) A.Y是β粒子,β射线穿透能力比γ射线强 B.Y是β粒子,β射线电离能力比γ射线强 C.Y是α粒子,α射线穿透能力比γ射线强 D.Y是α粒子,α射线电离能力比γ射线强 答案D　由电荷数守恒和质量数守恒可知Y的电荷数为2,质量数为4,所以Y是α粒子,A、B均错误。α射线的穿透能力较弱、电离能力较强,C错误,D正确。 23.(2023全国甲,15,6分)在下列两个核反应方程中(　　) XN→YO YLi→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 答案：D X的电荷数为Z,质量数为A,设Y的电荷数为Z',质量数为A',依据核反应过程中电荷数守恒、质量数守恒,有 Z+7=Z'+8① A+14=A'+17② Z'+3=2Z③ A'+7=2A④ 联立①②③④解得 选项D正确。 24.(2023天津,3,5分)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.太阳上进行的核反应为UnBa+Kr+n 答案A　因为高温时粒子的热运动剧烈,才有可能克服它们自身相互间的斥力,使得它们之间的距离缩短,才能发生聚变,故A正确;核聚变中电荷是守恒的,故B错误;因为太阳一直在发生核聚变,需要放出大量能量,根据质能方程可知要消耗一定的质量,故C错误;核聚变的方程为HHHen,题中为核裂变方程,故D错误。 25. (2023重庆,6,4分)原子核U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核Pb,在该过程中,可能发生的β衰变是 (　　) AFrRae BBiPoe CRaAce DPoAte 答案A　 解题指导：　一次α衰变 一次β衰变 解析 新核质量数相比U的减少是因为发生α衰变,故新核质量数相比U的减少应为4的整数倍。 新核 质量数相比U的减少数 选项正误 Fr 12(是4的整数倍) A正确 Bi 22(不是4的整数倍) B错误 Ra 10(不是4的整数倍) C错误 Po 17(不是4的整数倍) D错误 26.(2023福建,9,3分)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U核裂变释放的能量发电,典型的核反应方程为nUBaKr+n,则A=　　　　,Z=　　　　;若核反应过程中质量亏损1 g,释放的能量为　　　　J(光速大小取3.0×108 m/s)。  答案　92　56　9×1013 解析 根据核反应过程中质量数守恒有1+235=141+A+3,解得A=92;根据核反应过程中电荷数守恒有92=Z+36,解得Z=56。由题知核反应过程中质量亏损1 g,根据爱因斯坦质能方程得释放的能量E=Δmc2=1×10-3×(3.0×108)2 J=9×1013 J。 27.(2022湖北,1,4分)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Be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Bee→Xνe。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Li 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νe的电荷量与电子的相同 答案　A　根据核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知X是Li,A正确,C错误;核反应前的质子数即Be的质子数为4个,核反应后的质子数即Li的质子数为3个,核反应前后的质子数发生了变化,B错误;中微子νe的电荷量为0,而电子的电荷数为-1,D错误。 28.(2022山东,1,3分)碘125衰变时产生γ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　由衰变规律可知,经过n个半衰期剩余碘125的质量m余=m0,n==3,故=,B正确。 29.(2022北京,14,3分)2021年5月,中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)取得新突破,成功实现了可重复的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　核聚变的能量来源于核能,A错误。磁场可改变带电粒子的运动方向,B正确。等离子体中存在大量可自由移动的电荷,故具有良好的导电性能,C正确。热核反应利用的是聚变材料中的离子热运动的动能,来克服正离子间的库仑斥力做功,使正离子间距离能接近到核力发生作用的距离,而温度越高时离子热运动的动能越大,故D正确。 30.(2022全国甲,17,6分)两种放射性元素的半衰期分别为t0和2t0,在t=0时刻这两种元素的原子核总数为N,在t=2t0时刻,尚未衰变的原子核总数为,则在t=4t0时刻,尚未衰变的原子核总数为 (　　) A.　　　　　B.　　　　　C.　　　　　D. 答案　C　设两种放射性元素的原子核原来总数分别为N1和N2,则N=N1+N2,因为N余=·N原,所以t=2t0时刻,=N1+N2,联立解得N1=N,N2=N,故t=4t0时刻,N余'=N1+N2=,C项正确。 31.(2022浙江6月选考,14,2分)(多选)秦山核电站生产C的核反应方程为Nn→C+X,其产物C的衰变方程为CN+e。下列说法正确的是 (　　) A.X是H BC可以用作示踪原子 Ce来自原子核外 D.经过一个半衰期,10个C将剩下5个 答案　AB　由质量数守恒和电荷数守恒,可知X是H,故A正确C能够自发地放出β射线,故可以用作示踪原子,故B正确e由原子核内部的中子转化而来n→H),故C错误;半衰期为大量粒子的统计规律,少量粒子具有偶然性,故D错误。 32.(2022浙江1月选考,14,2分)(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6.9×1011 kW·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27.6 kg 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UnBaKr+n的核反应 答案　CD　秦山核电站利用的是重核裂变释放的能量,反应堆中的主要反应式为UnBaKr+n,故A错误,D正确;由于发电效率一定小于100%,则核能大于发电量,根据E=Δmc2可知,Δm=> kg=27.6 kg,故B错误;核反应堆可通过镉棒控制中子数从而控制链式反应的速度,故C正确。 33.(2018海南单科,4,4分)已知Th的半衰期为24天。4 g Th经过72天还剩下(　　) A.0　　　　　　B.0.5 g　　　　　　C.1 g　　　　　　D.1.5 g 答案　B　已知Th的半衰期为24天,经过72天就是经过三个半衰期,所剩质量为原来的,即0.5 g,故选B。 26.(2018浙江4月选考,14,2分)(多选)下列说法正确的是(　　) A.组成原子核的核子越多,原子核越稳定 BU衰变为Rn经过4次α衰变,2次β衰变 C.在LC振荡电路中,当电流最大时,线圈两端电势差也最大 D.在电子的单缝衍射实验中,狭缝变窄,电子动量的不确定量变大 答案　BD　比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢靠,原子核越稳定,与核子数无关,故A错误U衰变为Rn,质量数减少16,电荷数减少6,由于原子核经过一次α衰变,质子数减少2,质量数减少4,经过一次β衰变,质子数增加1,质量数不变,所以α衰变次数m==4,β衰变次数n==2,所以B正确;当线圈两端电势差最大时,电流变化率最大,此时电流为0,故C错误;在电子的单缝衍射实验中,狭缝越窄,屏上中央亮条纹越宽,即能更准确地测得电子的位置,根据不确定性关系ΔxΔp≥,电子动量的不确定量变得更大,故D正确。 34.[2018江苏单科,12C(1)]已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T,则相同质量的A和B经过2T后,剩有的A和B质量之比为(　　) A.1∶4　　　　　　B.1∶2　　　　　　C.2∶1　　　　　　D.4∶1 答案　B　经过2T后A剩余的质量mA=m×=,B剩余的质量mB=m×=,=∶=1∶2。 规律总结　质量为m的放射性元素经过n个半衰期剩余该放射性元素的质量m'=。 35.(2020浙江7月选考,14,2分)(多选)太阳辐射的总功率约为4×1026 W,其辐射的能量来自聚变反应。在聚变反应中,一个质量为1876.1 MeV/c2(c为真空中的光速)的氘核H)和一个质量为2809.5 MeV/c2的氚核H)结合为一个质量为3728.4 MeV/c2的氦核He),并放出一个X粒子,同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是(　　) A.X粒子是质子 B.X粒子的质量为939.6 MeV/c2 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c2 答案　BC　根据质量数和电荷数守恒可知,X粒子是中子,A错误;根据能量守恒可知X粒子的质量对应的能量为939.6 MeV,由E=mc2可知X粒子的质量为939.6 MeV/c2,B正确;太阳每秒辐射的能量约为ΔE=4×1026 J,则太阳每秒因为辐射损失的质量约为Δm==4.4×109 kg,远大于17.6 MeV/c2,C正确,D错误。 36.(2018课标Ⅲ,14,6分)1934年,约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核Al,产生了第一个人工放射性核素X:αAl→n+X。X的原子序数和质量数分别为(　　) A.15和28　　　　　　B.15和30　　　　　　C.16和30　　　　　　D.17和31 答案　B　本题考查核反应方程。在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X的原子序数为2+13=15,X的质量数为4+27-1=30,选项B正确。 规律总结　核反应方程的特点 　　核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒。 37.(2018北京理综,13,6分)在核反应方程HeNO+X中,X表示的是(　　) A.质子　　　　　　B.中子　　　　　　C.电子　　　　　　D.α粒子 答案　A　本题考查核反应方程。由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断X为质子H,故选项A正确。 34.(2018天津理综,1,6分)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是　　(　　) A N俘获一个α粒子,产生O并放出一个粒子 BAl俘获一个α粒子,产生P并放出一个粒子 CB俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子 DLi俘获一个质子,产生He并放出一个粒子 答案　B　本题考查核反应方程。由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则,可写出选项中的四个核反应方程N+HeOH,选项A错误AlHePn,选项B正确。BeHe,选项C错误LiHHeHe,选项D错误。 解题关键　核反应中的两守恒 根据核反应过程中质量数和电荷数均守恒的原则,写出核反应方程,同时应熟记几种常用的微观粒子的表示方法。 38.(2017天津理综,1,6分)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是　(　　) AHHHen　　　　　　BNHeOH CHeAlPn　　　　　　DUnBaKr+n 答案　A　本题考查核反应类型。选项A是质量较小的核结合成质量较大的核,属于核聚变。选项B是卢瑟福发现质子的人工转变方程。选项C是约里奥·居里夫妇发现人工放射性同位素的人工转变方程。选项D是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程,属于核裂变。 易混点拨　轻核聚变与人工转变 从本质过程来看,轻核聚变是质量较小的原子核在高温下或在高压下接近到核力能发生作用的范围时,在核力作用下结合为质量较大的原子核,同时放出能量;人工转变是在高速粒子的轰击下使靶核发生转变,同时被击出某种粒子,此过程中通常要吸收能量。从方程形式来看,二者相近,不易区分。可通过典型人工转变方程的记忆来解决,几种典型人工转变是发现质子、中子、放射性同位素与正电子的核反应。 39.[2016课标Ⅲ,35(1),5分](多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是(　　) A.核反应方程为pAlSi* B.核反应过程中系统动量守恒 C.核反应过程中系统能量不守恒 D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和 E.硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向与质子初速度的方向一致 答案　ABE 解析　质子p即H,核反应方程为pAlSi*,A项正确;核反应过程遵循动量守恒定律,B项正确;核反应过程中系统能量守恒,C项错误;在核反应中质量数守恒,但会发生质量亏损,所以D项错误;设质子的质量为m,则Si*的质量为28m,由动量守恒定律有mv0=28mv,得v== m/s≈3.6×105 m/s,方向与质子的初速度方向相同,故E项正确。 40.[2016课标Ⅱ,35(1),5分]在下列描述核过程的方程中,属于α衰变的是　　　,属于β衰变的是　　　,属于裂变的是　　　,属于聚变的是　　　。(填正确答案标号)  ACNe　　　　　　　　BPSe CUThHe　　　　　　　　DNHeOH EUnXeSr+n　　　　　　　　FHHHen 答案　C　AB　E　F 解析　天然放射性元素自发地放出α粒子(即氦核He)的衰变属于α衰变;放出β粒子的衰变属于β衰变;重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变;轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变。 41.(2016江苏单科,12C,12分)(1)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象,如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是　　　　。  ACNe　　　　　　BUnIY+n CHHHen　　　　　　DHeAlPn (2)已知光速为c,普朗克常量为h,则频率为ν的光子的动量为　　　　。用该频率的光垂直照射平面镜,光被镜面全部垂直反射回去,则光子在反射前后动量改变量的大小为　　　　。  (3)几种金属的逸出功W0见下表: 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0(×10-19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 　　用一束可见光照射上述金属的表面,请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为 4.0×10-7~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s。 答案　(1)A　(2)　2　(3)见解析 解析　(1)A是β衰变,B是核裂变,C是核聚变,D是原子核的人工转变,所以A符合题意。 (2)光子的动量p==,垂直反射回去Δp=-(-)=。 (3)光子的能量E=,取λ=4.0×10-7 m,则E≈5.0×10-19 J 根据E>W0判断,钠、钾、铷能发生光电效应。 知识归纳　(1)光子的频率ν、波长λ和光速c之间的关系为:ν= (2)光子的能量:E=hν= (3)光子的动量:p= 42.[2019江苏单科,12(2)]100年前,卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来,人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子HeNiCuH+X,该反应中的X是　　　　(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后,对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是　　　　(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。  答案　中子　核裂变 解析　本题通过原子核的人工转变考查了核反应方程中的质量数守恒、电荷数守恒等规律。考查学生的理解能力,体现了物理观念中的物质观念要素。 由质量数守恒与电荷数守恒可确定X应是n,是中子。目前人类对和平利用核聚变获得能量的技术还不成熟,而衰变中能量释放速率太缓慢,故目前利用核能的主要方式是核裂变。 45.[2015江苏单科,12C(2)(3)](2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电U是核电站常用的核燃料。U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分,并产生　　　　个中子。要使链式反应发生,裂变物质的体积要　　　　(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。  (3)取质子的质量mp=1.672 6×10-27 kg,中子的质量mn=1.674 9×10-27 kg,α粒子的质量mα=6.646 7×10-27 kg,光速c=3.0×108 m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字) 答案　(2)3　大于　(3)4.3×10-12 J 解析　(2)由UnBaKr+n可知,会产生3个中子,要使裂变持续进行(链式反应),裂变物质的体积需大于它的临界体积。 (3)组成α粒子的核子与α粒子的质量差为Δm=(2mp+2mn)-mα 结合能ΔE=Δmc2 代入数据得ΔE=4.3×10-12 J 1 / 31 学科网（北京）股份有限公司 $