近代物理 易错辨析（含高考真题）-2027届高考物理一轮复习备考

近代物理：易错辨析（含高考真题） 目录 一、光电效应与波粒二象性（最易丢分） 2 易错 1：混淆光电效应的发生条件 2 易错 2：最大初动能的决定因素误解 2 易错 3：遏止电压与频率、光强的关系混淆 2 易错 4：光子吸收与粒子碰撞的跃迁条件混淆 2 易错 5：波粒二象性的理解错误 2 易错 6：康普顿效应的认知错误 2 二、原子结构与氢原子能级跃迁 3 易错 1：α 粒子散射实验的结论混淆 3 易错 2：氢原子能级能量与量子数的关系记反 3 易错 3：能级跃迁的光谱线条数计算错误 3 易错 4：原子电离的条件误解 3 易错 5：跃迁时电子动能、电势能的变化混淆 3 三、原子核衰变、半衰期与核反应 3 易错 1：三种射线的本质与性质记反 3 易错 2：β 衰变的电子来源误解 4 易错 3：半衰期的条件与规律混淆 4 易错 4：衰变中的质量数与质量混淆 4 易错 5：核反应类型判断错误 4 四、质能方程与核能计算 4 易错 1：质量亏损的本质误解 4 易错 2：质能方程的适用场景混淆 5 易错 3：比结合能与结合能混淆 5 五、物理学史与实验结论 5 近代物理解题避坑三步法 5 专题　近代物理初步 6 真题试练1：波粒二象性 6 真题试练2：原子结构 11 真题试练3：原子核 核反应 15 近代物理是高中物理选考必考模块，涵盖光电效应与波粒二象性、原子结构与能级跃迁、原子核衰变与核能、物理学史四大核心考点，概念抽象、易混点多，学生常因条件混淆、规律记反、模型误解、实验结论张冠李戴丢分。本文直击高频易错点，精准辨析避坑。 一、光电效应与波粒二象性（最易丢分） 易错 1：混淆光电效应的发生条件 · 误区：光强越大、照射时间越长，越容易发生光电效应。 · 辨析：光电效应只看入射光频率，只有频率≥金属截止频率才能发生；与光强、照射时间无关。光强仅影响单位时间逸出的光电子数（光电流大小）。 易错 2：最大初动能的决定因素误解 · 误区：光强越大，光电子最大初动能越大。 · 辨析：由光电效应方程 可知，最大初动能仅由入射光频率和金属逸出功决定，与光强无关。 易错 3：遏止电压与频率、光强的关系混淆 · 误区：光强越大，遏止电压越大；遏止电压与频率无关。 · 辨析：遏止电压满足 ，仅由入射光频率决定，与光强无关；频率越高，遏止电压越大。 易错 4：光子吸收与粒子碰撞的跃迁条件混淆 · 误区：原子吸收电子 / 实物粒子的能量，必须等于能级差。 · 辨析： · 吸收光子：能量必须严格等于能级差（）； · 吸收实物粒子（电子）：能量≥能级差即可，多余能量保留为粒子动能。 易错 5：波粒二象性的理解错误 · 误区：光有时是粒子、有时是波；只有光子有波动性。 · 辨析：光同时具有波粒二象性，大量光子显波动性，少量光子显粒子性；一切实物粒子（电子、质子等） 都有德布罗意波，。 易错 6：康普顿效应的认知错误 · 误区：康普顿散射后光子波长变短。 · 辨析：光子与电子碰撞损失能量，频率减小，波长变长，直接证明光具有粒子性。 二、原子结构与氢原子能级跃迁 易错 1：α 粒子散射实验的结论混淆 · 误区：α 粒子散射实验证明原子由原子核和电子组成。 · 辨析：实验证明原子的核式结构（全部正电荷、几乎全部质量集中在原子核）；电子的发现才证明原子可再分。 易错 2：氢原子能级能量与量子数的关系记反 · 误区：量子数越大，能级能量越低。 · 辨析：氢原子能级 ，越大，能级能量越高（越接近 0）。 易错 3：能级跃迁的光谱线条数计算错误 · 误区：大量氢原子从能级跃迁，线条数为。 · 辨析：线条数为组合数 。 易错 4：原子电离的条件误解 · 误区：原子电离需要的能量必须等于能级差。 · 辨析：电离是使电子脱离原子核束缚，吸收能量≥电离能即可（如基态氢原子≥13.6 eV），多余能量为电子动能。 易错 5：跃迁时电子动能、电势能的变化混淆 · 误区：增大，电子动能增大，电势能减小。 · 辨析：增大→轨道半径增大→库仑力做负功→电势能增大；库仑力提供向心力 →动能减小。 三、原子核衰变、半衰期与核反应 易错 1：三种射线的本质与性质记反 · 误区：α 射线穿透能力最强，γ 射线电离能力最强。 · 辨析： · α 射线：氦核流，电离最强、穿透最弱（纸可挡）； · β 射线：电子流，电离、穿透居中； · γ 射线：光子流，电离最弱、穿透最强（铅板可挡）。 易错 2：β 衰变的电子来源误解 · 误区：β 衰变的电子来自原子核外的核外电子。 · 辨析：β 衰变是原子核内中子转化为质子和电子，电子被释放，原子核内原本无电子。 易错 3：半衰期的条件与规律混淆 · 误区：半衰期受温度、压强、化学状态影响；少量原子核也遵循半衰期规律。 · 辨析： · 半衰期由原子核自身结构决定，与外界条件无关； · 半衰期是统计规律，仅对大量原子核成立，少量原子核无意义。 易错 4：衰变中的质量数与质量混淆 · 误区：衰变中质量数守恒，质量也守恒。 · 辨析：衰变遵循质量数守恒、电荷数守恒，但存在质量亏损，释放核能，质量不守恒。 易错 5：核反应类型判断错误 · 误区：把核聚变、人工转变、衰变混淆。 · 辨析： · 衰变：自发放出 α/β 粒子； · 人工转变：人为轰击（如 α 粒子轰击氮核）； · 裂变：重核→轻核；聚变：轻核→重核。 四、质能方程与核能计算 易错 1：质量亏损的本质误解 · 误区：质量亏损是质量消失，违背质量守恒。 · 辨析：质量亏损是静止质量转化为能量，总质量（动质量 + 静质量）守恒， 是能量与质量的对应关系。 易错 2：质能方程的适用场景混淆 · 误区： 只能计算核能。 · 辨析： 是普适公式，揭示质量与能量的对应关系；核能计算用 。 易错 3：比结合能与结合能混淆 · 误区：结合能越大，原子核越稳定。 · 辨析：比结合能（平均结合能） 越大，原子核越稳定；中等质量核比结合能最大，最稳定。 五、物理学史与实验结论（易张冠李戴） 1. 普朗克：提出能量子假说，解释黑体辐射。 2. 爱因斯坦：提出光子说，解释光电效应。 3. 康普顿：康普顿效应，证明光的粒子性。 4. 德布罗意：提出实物粒子的波粒二象性。 5. 卢瑟福：α 粒子散射实验→核式结构；发现质子。 6. 查德威克：发现中子。 7. 玻尔：提出氢原子能级模型，解释氢原子光谱。 近代物理解题避坑三步法 1. 判条件：光电效应看频率，跃迁看光子 / 碰撞，衰变看自发。 2. 记守恒：核反应一定满足质量数守恒、电荷数守恒。 3. 分模型：光子跃迁严格等能级差，实物粒子可超额，电离无能级限制。 专题　近代物理初步 真题试练1：波粒二象性 1.(2025广西,1,4分)已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13 eV、2.25 eV、2.29 eV、3.20 eV。用光子能量为2.20 eV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 【命题点】光电效应的发生条件 解析　当光照射金属表面时,电子会吸收光的能量,若电子吸收的能量超过金属的逸出功,电子就能从金属表面逸出,成为光电子。由题意可知照射这些金属的单色光的光子能量只大于金属铷的逸出功,故能逸出光电子的金属是铷,A正确。 2.(2025广东,3,4分)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Ek。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Ek 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Ek 答案　B 只有甲发射光电子,说明甲发生了光电效应,乙没有发生光电效应,满足ν>ν甲且ν<ν乙,则若使用频率更小的光,乙更不可能发生光电效应,乙更不可能发射光电子,A错误;根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hν-W0,若使用频率更小的光,甲射出的光电子最大初动能会变小,即小于Ek,而若频率不变,光强无论增强还是减弱,甲射出的光电子最大初动能均不变,B正确,D错误;金属乙要发生光电效应,需满足入射光频率ν>ν乙,而与入射光光强无关,C错误。 3.(2025山东,1,3分)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Ek的大小关系正确的是(　　) A.Ek1>Ek2>Ek3 B.Ek2>Ek3>Ek1 C.Ek3>Ek2>Ek1 D.Ek3>Ek1>Ek2 答案　B 光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系为Ek=eUc,若使用频率相同的单色光照射不同种类的金属,遏止电压越大,说明逸出的光电子最大初动能Ek也越大,根据图示可知Uc2>Uc3>Uc1,则Ek2>Ek3>Ek1,B正确,A、C、D错误。 方法技巧 光电效应的三个重要关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。 (2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系:Ek=eUc。 (3)逸出功W0与截止频率νc的关系:W0=hνc 4.(2025陕晋青宁,5,4分)我国首台拥有自主知识产权的场发射透射电镜TH-F120实现了超高分辨率成像,其分辨率提高是利用了高速电子束波长远小于可见光波长的物理性质。一个静止的电子经100 V电压加速后,其德布罗意波长为λ,若加速电压为10 kV,不考虑相对论效应,则其德布罗意波长为(　　) A.100λ　　B.10λ　　C.λ　　D.λ 答案　C 电子由静止被加速,eU=Ek,电子的德布罗意波长λ=,电子的动量p=,联立解得λ=;故==,即其德布罗意波长λ'=λ,C正确。 5.(2025江苏,12,8分)(8分)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W0,普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率ν0; (2)若频率为ν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Ek。 答案　(1)　(2)hν-W0 【命题点】光电效应 解析　(1)逸出功W0=hν0 则该金属的截止频率ν0= (2)根据爱因斯坦光电效应方程可得Ek=hν-W0 6.(2025河北,13,8分)(8分)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)若探测器阴极材料的逸出功为9.939×10-20 J,求该材料的截止频率。(普朗克常量h=6.626×10-34 J·s) 答案　(1)60°　(2)1.5×1014 Hz 【命题点】光的全反射　光电效应中的逸出功 解析　(1)发生全反射时,折射率与临界角的关系为n= 得 sin C==,解得最小入射角即临界角C=60° (2) 逸出功与截止频率的关系为W0=hνc,故截止频率νc== Hz=1.5×1014 Hz 7.(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。 8.(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。 9.(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 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。 10.(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。 11.（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。 12.(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。 13.(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。 14.(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。 15.(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。 专题　近代物理初步 真题试练2：原子结构 1.(2025甘肃,1,4分)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。He+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He+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50 eV,则He+离子辐射的光谱中,波长最长的谱线对应的跃迁为(　　) A.n=4→n=3能级 B.n=4→n=2能级 C.n=3→n=2能级 D.n=3→n=1能级 答案　C 【命题点】原子跃迁规律　电磁波波长与频率的关系 解析　因为ΔE31=E3-E1=48.37 eV<50 eV,ΔE41=E4-E1=51.02 eV>50 eV,所以He+离子吸收电子能量后最高可跃迁至n=3能级,He+离子从n=3能级向低能级跃迁可辐射出3种谱线,其中从n=3能级向n=2能级跃迁时释放的能量最小,ΔEmin=E3-E2=7.56 eV,根据ΔE=hν和c=λν可知从n=3能级向n=2能级跃迁辐射的电磁波频率最小,波长最大。C正确。 易错提醒 离子或原子吸收能量从低能级向高能级跃迁时,需看清吸收的是光子的能量还是电子的能量。若吸收光子的能量则光子能量必须恰好等于能级差,hν=En-Em(m<n);若吸收电子能量,电子能量需大于或等于能级差,E电≥En-Em(m<n) 2.（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。 3.(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。 4.(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。 5.（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。 6.(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。 7.(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。 8.(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。 9. (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。 专题　近代物理初步 真题试练3：原子核 核反应 1.(2025云南,1,4分)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CN+X,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 根据题意“碳14的衰变方程为CN+X”根据电荷数守恒和质量数守恒,算出原子核X为电子e,(解题关键:可以看反应前原子核C到反应后原子核N质子和中子数量的得失去分析由什么转变)该电子e是核内中子转化为质子的过程中产生的nHe,A正确。 2.(2025安徽,1,4分)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Th)俘获x个中子n),并发生y次β衰变,转化为易裂变的铀核U),则(　　) A.x=1,y=1 B.x=1,y=2 C.x=2,y=1 D.x=2,y=2 答案　B 核反应方程可表示为Th+nU+e,可得232+x=233、90=92-y,解得钍核俘获中子的数目x=1、β衰变的次数y=2,B正确。 知识拓展 原子核中不存在电子,原子核发生β衰变时,一个中子转化为一个质子和一个电子,释放出电子 3.(2025湖北,1,4分)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F)的物质注入人体参与人体代谢,从而达到诊断的目的F的衰变方程为F→Xeν,其中ν是中微子。已知F的半衰期是110分钟。下列说法正确的是(　　) A.X为O B.该反应为核聚变反应 C.1克F经110分钟剩下0.5克F D.该反应产生的ν在磁场中会发生偏转 答案　C 根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒,可知X为O,A错误。该衰变过程不属于核聚变反应,B错误。半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间,C正确ν是一种电中性粒子,不带电,所以不会受到洛伦兹力,也就不会在磁场中发生偏转,D错误。 4.(2025湖南,1,4分)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 原子核衰变释放能量,有质量亏损,新核总质量小于原核总质量,A错误;大量放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间为元素的半衰期,必须是大量原子核的统计规律,B正确;放射性元素的半衰期由原子核本身的性质决定,与温度、压强等物理条件无关,也与原子核所处的化学状态(如单质态或化合态)无关,C、D错误。 5.(2025黑吉辽蒙,8,6分)(多选)某理论研究认为Mo原子核可能发生双β衰变,衰变方程为MoRu+e。处于第二激发态的Ru原子核先后辐射能量分别为0.590 8 MeV和0.539 5 MeV的γ1、γ2两光子后回到基态。下列说法正确的是(　　) A.A=100 B.y=2 C.γ1的频率比γ2的大 D.γ1的波长比γ2的大 答案　ABC 根据质量数守恒和电荷数守恒,可知A=100,y=2,A、B正确;根据ε=hν可知,γ1比γ2能量大,所以γ1的频率比γ2的频率大,C正确;根据c=λν可知,波长与频率成反比,γ1的波长比γ2的波长小,D错误。 6.(2025河南,6,4分)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Be和Be。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Be和Be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Be和Be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Be和Be的原子个数比约为(　　)　　　　　　　　　　　　　 A.1∶4 B.1∶2 C.3∶4 D.1∶1 答案　B 由题意知Be和Be的半衰期分别约为53天和139万天Be和Be的总原子个数经过106天后变为原来的,假设衰变前Be和Be的原子个数比为k∶1,衰变前Be的原子个数为xBe的原子个数为kx,经过106天后Be的原子个数为kx×=kxBe的原子个数约为x(关键点拨Be的半衰期为139万天,106天远远小于139万天,所以经过106天后Be的原子个数近似没变),根据题意得x+kx=(x+kx),解得k=,B正确。 7.(2025福建,6,6分)(多选)核反应方程为HHHen+17.6 MeV,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全部转化为He与n的动能,则(　　) A.该反应有质量亏损 B.该反应为核裂变 Cn获得的动能约为14 MeV DHe获得的动能约为14 MeV 答案　AC 该核反应过程中质量数守恒,释放能量,故有质量亏损,A正确。该反应是核聚变反应,B错误。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,反应后氦核与中子的动量也大小相等,方向相反,由Ek=得,核反应后粒子获得的动能之比EkHe∶Ekn=mn∶mHe=1∶4,而两个粒子获得的总动能为17.6 MeV,故n获得的动能Ekn=×17.6 MeV=14.08 MeVHe获得的动能EkHe=×17.6 MeV=3.52 MeV,C正确,D错误。 8.(2025北京,13,3分)自然界中物质是常见的,反物质并不常见。反物质由反粒子构成,它是科学研究的前沿领域之一。目前发现的反粒子有正电子、反质子等;反氢原子由正电子和反质子组成。粒子与其对应的反粒子质量相等,电荷等量异种。粒子和其反粒子碰撞会湮灭。反粒子参与的物理过程也遵守电荷守恒、能量守恒和动量守恒。下列说法正确的是(　　) A.已知氢原子的基态能量为-13.6 eV,则反氢原子的基态能量也为-13.6 eV B.一个中子可以转化为一个质子和一个正电子 C.一对正负电子等速率对撞,湮灭为一个光子 D.反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量 答案　A 【命题点】核反应方程　核聚变　衰变 解析　氢原子基态能量由电子与质子共同决定,反氢原子由正电子和反质子构成,能级结构不变,其基态能量仍为-13.6 eV,A正确。若中子转化为质子和正电子,即npe,不符合电荷数守恒,B错误。正、负电子等速率对撞湮灭时,总动量为零,需产生至少两个光子以保证动量守恒,单个光子无法满足动量守恒,C错误。核聚变朝着比结合能增大的方向进行,即放出能量,D错误。 10.(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。 11.(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。 12.(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。 13.(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。 14.（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。 15.(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。 16.(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。 17.（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。 18.(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。 19.(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。 20.（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。 21.（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。 22.(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。 23.(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。 24.(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。 25.(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。 26. (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 27.(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。 学科网（北京）股份有限公司 $