专题11 原子结构、原子核和波粒二象性（5年汇编）（全国通用）2022-2026年高考物理真题分类汇编

**基本信息** 汇编2022-2026年高考物理原子结构、原子核、波粒二象性真题，结合羲和号、人造太阳等科技情境，体现多能级跃迁、双β衰变等创新考法与跨模块综合应用。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |选择（含单选、多选）|约103题|原子结构（玻尔能级、跃迁光子）、原子核（α/β衰变、质能方程）、波粒二象性（光电效应、德布罗意波）|以“钍基堆”“碳14测年”等真实情境命题，设计多步链式衰变、量子点模型等创新考法，注重与动量、动能等知识综合运算|

专题11 原子结构、原子核和波粒二象性 考点分类 五年考情（2022-2026） 命题规律 & 创新考法 核心重点变化 考点 01 原子结构 2026・广东卷、江苏卷 2025・甘肃卷 2024・重庆卷、安徽卷 2023・河北卷、山东卷、上海卷、湖北卷 2022・重庆卷、北京卷、海南卷、广东卷 · 情境：羲和号、原子钟、He⁺离子碰撞； · 考点：玻尔能级、跃迁光子、α 散射、光谱系； · 创新：多能级分段跃迁、四能级钟模型、离子能级计算； · 综合：结合光子公式、光电效应联立计算 减少单一能级计算，新增多段跃迁、离子类拓展模型，图像匹配题增多 考点 02 原子核 2026・山东卷、湖北卷、江苏卷、四川卷、湖南卷 2025・贵州卷、天津卷、重庆卷、湖南卷、安徽卷、河南卷、福建卷、云南卷、黑吉辽蒙卷、湖北卷、海南卷 2024・天津卷、浙江卷、海南卷、北京卷、甘肃卷、广东卷、广西卷、河北卷、山东卷、湖北卷、全国甲卷、江苏卷、福建卷、浙江卷 2023・重庆卷、广东卷、天津卷、北京卷、浙江卷、海南卷、湖南卷、全国乙卷、全国甲卷、福建卷、上海卷 2022・福建卷、海南卷、辽宁卷、湖北卷、上海卷、浙江卷、全国甲卷、山东卷 · 情境：钍基堆、人造太阳、核医学 PET、碳十四测年； · 考点：α/β 衰变、半衰期、核反应守恒、质能方程； · 创新：双 β 衰变、多步链式衰变、同位素分离、聚变动量守恒； · 综合：结合动量、动能、图像定量运算 弱化单纯方程式书写，侧重半衰期指数计算、聚变能量定量分析 考点 03 波粒二象性 2026・云南卷、湖北卷、河南卷 2025・天津卷、浙江卷、陕晋青宁卷、山东卷、广西卷、浙江卷、广东卷、江苏卷、上海卷 2024・天津卷、江西卷、湖南卷、新疆河南卷、江苏卷、浙江卷、贵州卷、吉林卷 2023・北京卷、辽宁卷、海南卷、新课标卷、浙江卷、江苏卷、上海卷 2022・河北卷、浙江卷、湖南卷、全国乙卷 · 情境：光伏电池、电子衍射、光电倍增管； · 考点：光电效应、德布罗意波、光子能量动量； · 创新：双缝衍射图像、加速电压波长推导、量子点模型； · 综合：结合氢跃迁能级联合出题 不再单独考光电，常与原子能级混搭，图像、定量计算占比大幅提升 考点01 原子结构 1．（2026·广东·高考真题）核钟是基于原子核能级跃迁来建立高精度时间标准的装置，原子核可吸收光子发生类似原子的能级跃迁。现有一种激光能够激发某原子核从基态跃迁至激发态，其能级差约为，普朗克常量，真空中光速。关于该激光，下列说法正确的是（     ） A．光强倍增，此能级跃迁不能发生 B．光强减半，此能级跃迁不能发生 C．频率约为 D．波长约为 2．（2026·江苏·高考真题）氢原子基态轨道的能量为E1，激发态轨道的能量为E2，已知普朗克常量为h。则电子从该激发态跃迁至基态轨道释放的光子频率为（   ） A．E1 B．E2 C． D． 3．（2025·甘肃·高考真题）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 4．（2024·重庆·高考真题）（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3.4eV D．Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 5．（2024·安徽·高考真题）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 6．（2023·河北·高考真题）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 7．（2023·山东·高考真题）“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． 8．（2023·上海·高考真题）关于粒子散射实验正确的是（　　） A．实验要在真空中进行 B．荧光屏是为了阻挡粒子 C．实验中显微镜必须正对放射源 D．证明了原子核中有质子存在 9．（2023·湖北·高考真题）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 10．（2022·重庆·高考真题）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 11．（2022·北京·高考真题）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 12．（2022·海南·高考真题）（多选）一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（　　） A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．向跃迁发出的光子频率最大 D．向跃迁发出的光子频率最大 13．（2022·广东·高考真题）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 考点02 原子核 1．（2026·山东·高考真题）我国钍资源丰富并成功实现了钍-铀核燃料转换，开辟了核燃料供应的新途径。转换过程的中间核素可能会经历两种核反应，反应式为，，则X、Y分别是（     ） A．、 B．、 C．、 D．、 2．（2026·湖北·高考真题）2025年6月，我国成功掌握商用堆生产钇90（）玻璃微球的技术，可实现批量化生产。在核反应堆中，由核反应生成、则（   ） A．X是质子 B．X是电子 C．a = 90 D．b = 0 3．（2026·江苏·高考真题）已知某种元素的半衰期为39万年，一群该元素对应的粒子的原始质量为m0，经历13万年后该粒子的质量剩余m1，则下列关于剩余的该粒子质量随时间变化的图像正确的是（   ） A． B． C． D． 4．（2026·四川·高考真题）（多选）分离铀238和铀235常采用离心分离技术，将含有铀238和铀235两种同位素的气态六氟化铀238UF6和235UF6在高速转动的气体离心机中进行分离，如图所示。则（     ） A．图中a为235UF6分子 B．图中a为238UF6分子 C．铀238和铀235的中子数相同 D．铀238和铀235的质子数相同 5．（2026·湖南·高考真题）关于原子核衰变，下列说法正确的是（   ） A．原子核发生α衰变时，电荷数增大 B．原子核发生α衰变时，质量数增大 C．衰变产生的α粒子穿透能力强，可以穿透几厘米厚的铅板 D．理论研究表明，（氡核）可能在一次衰变过程中放出两个α粒子，则其衰变方程为 6．（2025·贵州·高考真题）（多选）观测分子云中的射电谱线对我们理解恒星的诞生、星际物质循环等具有重要意义。我国正在开展的第二期“银河画卷”巡天项目中，观测同位素分子辐射出的电磁波的频率如表所示。下列说法正确的是（　　） CO同位素分子 频率 1.153 1.102 1.098 A．比多两个质子 B．比多一个中子 C．辐射出的光子的能量最小 D．辐射出的电磁波的波长最短 7．（2025·天津·高考真题）许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（　　） A．元素发生衰变后质量数增加 B．衰变过程中存在质量亏损 C．低温会增大放射性元素的半衰期 D．衰变说明原子核内存在电子 8．（2025·重庆·高考真题）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 9．（2025·湖南·高考真题）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 10．（2025·安徽·高考真题）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． 11．（2025·河南·高考真题）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． 12．（2025·福建·高考真题）（多选）2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破。在1亿度的高温条件下“人造太阳”内可发生如下核反应：→+17.5MeV，若动量大小相等，方向相反的氘核与氚核正碰后发生核反应，反应产生的与的总动能近似等于核反应释放的全部能量，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变反应 C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV 13．（2025·云南·高考真题）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 14．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）（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 15．（2025·湖北·高考真题） 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 16．（2025·海南·高考真题）海南昌江核电示范项目“玲珑一号”是中国自主研发的全球首个陆上商用模块化小型核反 应堆，其中发生的一个核反应方程为，则为（　　） A． B． C． D． 17．（2024·天津·高考真题）（多选）中国钍基熔盐堆即将建成小型实验堆，为我国能源安全和可持续发展提供有力支持。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中X是中子 B．方程②中发生了衰变 C．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 D．方程②释放电子，说明电子是原子核的组成部分 18．（2024·浙江·高考真题）发现中子的核反应方程为，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为型，下列正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 19．（2024·海南·高考真题）人工核反应中的X是（　　） A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子 20．（2024·北京·高考真题）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 21．（2024·甘肃·高考真题）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 22．（2024·广东·高考真题）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 23．（2024·广西·高考真题）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 24．（2024·河北·高考真题）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． 25．（2024·山东·高考真题）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 26．（2024·湖北·高考真题）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 27．（2024·全国甲卷·高考真题）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．， 28．（2024·江苏·高考真题）2024年我国实现了批量生产。用于生产的核反应方程为。其中粒子X是（　　） A．正电子 B．中子 C．氘核 D．氦核 29．（2024·福建·高考真题）2024 年我国研发出一款安全性高、稳定发电时间长的新微型原子能电池。该电池将衰变释放的能量转化为电能，衰变方程为，式中，是质量可忽略不计的中性粒子，则 X 表示的是（　　） A． B． C． D． 30．（2024·浙江·高考真题）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 31．（2023·重庆·高考真题）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． 32．（2023·广东·高考真题）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 33．（2023·天津·高考真题）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： 34．（2023·北京·高考真题）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（   ） A． B． C． D． 35．（2023·浙江·高考真题）“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 36．（2023·海南·高考真题）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 37．（2023·湖南·高考真题）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 38．（2023·全国乙卷·高考真题）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． 39．（2023·全国甲卷·高考真题）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．， 40．（2023·浙江·高考真题）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：，产生的能自发进行衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代．下列说法正确的是（　　） A．发生衰变的产物是 B．衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化 D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年 41．（2023·福建·高考真题）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） 42．（2023·上海·高考真题）能量为8eV的光子的波长为_______________，下一代超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程_______________。（已知：h = 6.63 × 10－34J∙s，1eV = 1.6 × 10－19J） 43．（2022·福建·高考真题）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（　　） A．衰变产生的射线来自于原子的核外电子 B．该反应前后质量亏损 C．放射性元素发生的衰变为衰变 D．经过16天，75%的原子核发生了衰变 44．（2022·海南·高考真题）下列属于衰变的是（    ） A． B． C． D． 45．（2022·辽宁·高考真题）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．（2022·湖北·高考真题）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 47．（2022·上海·高考真题）某原子核发生核反应时放出一个正电子，则新原子核内多了一个（　　） A．质子 B．中子 C．电子 D．核子 48．（2022·上海·高考真题）某元素可表示为，则下列可能为该元素同位素的是（　　） A． B． C． D． 49．（2022·浙江·高考真题）（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 50．（2022·浙江·高考真题）（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 51．（2022·全国甲卷·高考真题）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． 52．（2022·山东·高考真题）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． 53．（2022·上海·高考真题）“玉兔号”月球车的电池中具有同位素“钚”。请补充该元素原子核发生的核反应方程式：→+_______；该反应属于__________反应。（选填：“裂变”或“衰变”） 考点03 波粒二象性 1．（2026·云南·高考真题）云南省锡、铟等有色金属储量丰富。已知锡和铟的逸出功分别为和，若用光子能量为的紫外线分别照射这两种金属，则（     ） A．只有锡能发生光电效应 B．只有铟能发生光电效应 C．锡和铟都能发生光电效应 D．锡和铟都不能发生光电效应 2．（2026·湖北·高考真题）光伏产业已发展成为我国新能源三大名片之一。太阳能电池发电时，材料原子中的电子被光子激发（这也是一种光电效应），激发后的电子向电池负极移动、形成一个持续的电动势。关于太阳能电池，下列说法正确的是（   ） A．任何频率的光均可使太阳能电池发电 B．太阳光的能量可以全部转化为电池的电能 C．太阳能电池在多云的白天，仍然可以发电 D．太阳能电池发电的功率与太阳光的照射方向无关 3．（2026·河南·高考真题）（多选）不同材料的金属板M、N的逸出功分别为和。用波长为的光照射，M、N均能发生光电效应，出射光电子的最大初动能分别为和；改用波长为的光照射，仅M能发生光电效应，出射光电子的最大初动能为。则（     ） A． B． C． D． 4．（2025·天津·高考真题）在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以方便地展示干涉条纹分布。a、b两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代表相同位置，则（　　） A．a、b的光子动量大小相同 B．a的光子能量小于b的光子能量 C．在真空中，a的波长大于b的波长 D．通过同一单缝衍射装置，a的中央亮条纹窄 5．（2025·浙江·高考真题）一束高能电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样则（　　） A．该实验表明电子具有粒子性 B．图中亮纹为电子运动的轨迹 C．图中亮纹处电子出现的概率大 D．电子速度越大，中心亮斑半径越大 6．（2025·浙江·高考真题）光子能量，式中是光子的频率，h是普朗克常量。h的单位是（　　） A． B． C． D．m 7．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）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。一个静止的电子经电压加速后，其德布罗意波长为，若加速电压为，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为（　　） A． B． C． D． 8．（2025·山东·高考真题）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． 9．（2025·广西·高考真题）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 10．（2025·浙江·高考真题）（多选）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B．P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q 11．（2025·广东·高考真题）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 12．（2025·江苏·高考真题）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。 （2025·上海·高考真题）2025年被联合国宣布为国际量子科学与技术年，以致敬量子力学为科学技术领域带来巨大发展和深远影响。 13．太阳内部发生的核聚变反应称为P-P循环，其核反应方程为，则X是（　　） A． B． C． D． 14．（多选）部分金属的截止频率如下表所示。复色光频率为~，用此光照射下面金属可发生光电效应的是( ) 几种金属的截止频率 金属 锌 钙 钠 钾 铷 频率 8.07 7.73 5.53 5.44 5.15 A．锌   B．钙    C． 钠     D．钾     E. 铷 15．氢原子的核外电子以半径r绕核做匀速圆周运动，若电子质量为m，则电子动量大小是______。（元电荷为e，静电力常数为k） 16．一氢原子在从量子数为的激发态，跃迁到量子数为2的激发态的过程中（　　），(里伯德常量为R，真空中的光速为c)； A．吸收一频率为的光子 B．发射一频率为的光子 C．吸收一频率为的光子 D．发射一频率为的光子 17．（2024·天津·高考真题）下列关于光的说法正确的是（    ） A．光电效应揭示了光具有波动性 B．光从真空进入介质，波长不变 C．光纤通信利用了光的全反射现象 D．油膜呈现彩色条纹是光的偏振现象 18．（2024·江西·高考真题）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． 19．（2024·湖南·高考真题）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 20．（2024·新疆河南·高考真题）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 21．（2024·江苏·高考真题）如图所示，纳原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为、、和。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为（　　） A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4 22．（2024·浙江·高考真题）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 23．（2024·贵州·高考真题）（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，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，一处是波长为的中性氢辐射，另一处是波长为的羟基辐射。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 24．（2024·吉林·高考真题）（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 25．（2023·北京·高考真题）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的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。 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 26．（2023·辽宁·高考真题）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 27．（2023·海南·高考真题）（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 28．（2023·新课标卷·高考真题）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 29．（2023·浙江·高考真题）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图1中的对应的是Ⅰ B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 30．（2023·浙江·高考真题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（　　） A． B． C． D． 31．（2023·江苏·高考真题）“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射线的总功率P。 32．（2023·上海·高考真题）能量为8eV的光子的波长为_______________，下一代超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程_______________。（已知：h = 6.63 × 10－34J∙s，1eV = 1.6 × 10－19J） 33．（2022·河北·高考真题）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 34．（2022·浙江·高考真题）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 35．（2022·湖南·高考真题）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 36．（2022·全国乙卷·高考真题）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 37．（2022·浙江·高考真题）（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 试卷第1页，共3页 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题11 原子结构、原子核和波粒二象性 考点分类 五年考情（2022-2026） 命题规律 & 创新考法 核心重点变化 考点 01 原子结构 2026・广东卷、江苏卷 2025・甘肃卷 2024・重庆卷、安徽卷 2023・河北卷、山东卷、上海卷、湖北卷 2022・重庆卷、北京卷、海南卷、广东卷 · 情境：羲和号、原子钟、He⁺离子碰撞； · 考点：玻尔能级、跃迁光子、α 散射、光谱系； · 创新：多能级分段跃迁、四能级钟模型、离子能级计算； · 综合：结合光子公式、光电效应联立计算 减少单一能级计算，新增多段跃迁、离子类拓展模型，图像匹配题增多 考点 02 原子核 2026・山东卷、湖北卷、江苏卷、四川卷、湖南卷 2025・贵州卷、天津卷、重庆卷、湖南卷、安徽卷、河南卷、福建卷、云南卷、黑吉辽蒙卷、湖北卷、海南卷 2024・天津卷、浙江卷、海南卷、北京卷、甘肃卷、广东卷、广西卷、河北卷、山东卷、湖北卷、全国甲卷、江苏卷、福建卷、浙江卷 2023・重庆卷、广东卷、天津卷、北京卷、浙江卷、海南卷、湖南卷、全国乙卷、全国甲卷、福建卷、上海卷 2022・福建卷、海南卷、辽宁卷、湖北卷、上海卷、浙江卷、全国甲卷、山东卷 · 情境：钍基堆、人造太阳、核医学 PET、碳十四测年； · 考点：α/β 衰变、半衰期、核反应守恒、质能方程； · 创新：双 β 衰变、多步链式衰变、同位素分离、聚变动量守恒； · 综合：结合动量、动能、图像定量运算 弱化单纯方程式书写，侧重半衰期指数计算、聚变能量定量分析 考点 03 波粒二象性 2026・云南卷、湖北卷、河南卷 2025・天津卷、浙江卷、陕晋青宁卷、山东卷、广西卷、浙江卷、广东卷、江苏卷、上海卷 2024・天津卷、江西卷、湖南卷、新疆河南卷、江苏卷、浙江卷、贵州卷、吉林卷 2023・北京卷、辽宁卷、海南卷、新课标卷、浙江卷、江苏卷、上海卷 2022・河北卷、浙江卷、湖南卷、全国乙卷 · 情境：光伏电池、电子衍射、光电倍增管； · 考点：光电效应、德布罗意波、光子能量动量； · 创新：双缝衍射图像、加速电压波长推导、量子点模型； · 综合：结合氢跃迁能级联合出题 不再单独考光电，常与原子能级混搭，图像、定量计算占比大幅提升 考点01 原子结构 1．（2026·广东·高考真题）核钟是基于原子核能级跃迁来建立高精度时间标准的装置，原子核可吸收光子发生类似原子的能级跃迁。现有一种激光能够激发某原子核从基态跃迁至激发态，其能级差约为，普朗克常量，真空中光速。关于该激光，下列说法正确的是（     ） A．光强倍增，此能级跃迁不能发生 B．光强减半，此能级跃迁不能发生 C．频率约为 D．波长约为 【答案】D 【详解】A．原子核能级跃迁的条件是入射光子能量等于能级差，与光强无关，光强倍增只要光子能量匹配仍可发生跃迁，故A错误； B．同理，光强减半不影响光子能量，只要能量匹配仍能发生跃迁，故B错误； C．根据光子能量公式，可得频率，与选项给出的不符，故C错误； D．根据波长与频率关系，代入数值计算得，故D正确。 故选D。 2．（2026·江苏·高考真题）氢原子基态轨道的能量为E1，激发态轨道的能量为E2，已知普朗克常量为h。则电子从该激发态跃迁至基态轨道释放的光子频率为（   ） A．E1 B．E2 C． D． 【答案】D 【详解】根据玻尔跃迁理论，氢原子从高能级（激发态）跃迁至低能级（基态）时，释放光子的能量等于两能级的能量差，即 再结合光子能量与频率的关系 联立可得光子频率 故选D。 3．（2025·甘肃·高考真题）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。 4．（2024·重庆·高考真题）（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3.4eV 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 【详解】AB．氢原子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的波长大、频率小，故A错误、B正确； C．Hβ对应的光子能量为 E = (－0.85)eV－(－3.40)eV = 2.55eV 故C错误； D．氢原子从基态跃迁到激发态至少需要能量 E = (－3.40)eV－(－13.60)eV = 10.2eV Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态，故D正确。 故选BD。 5．（2024·安徽·高考真题）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 【详解】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。 6．（2023·河北·高考真题）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 【详解】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。 7．（2023·山东·高考真题）“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 【详解】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。 8．（2023·上海·高考真题）关于粒子散射实验正确的是（　　） A．实验要在真空中进行 B．荧光屏是为了阻挡粒子 C．实验中显微镜必须正对放射源 D．证明了原子核中有质子存在 【答案】A 【详解】A．粒子散射实验要求在真空中进行，A正确； B．荧光屏是为了使粒子打在荧光屏上，通过观察荧光屏上的亮点来记录粒子散射后的位置，B错误； C．荧光屏和观察闪光的显微镜能够围绕金箔在一个圆周上运动，故实验中显微镜不是必须正对放射源，C错误； D．该实验证明了原子核中原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，并未证明原子核中有质子存在，D错误。 故选A。 9．（2023·湖北·高考真题）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 【详解】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。 10．（2022·重庆·高考真题）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 【详解】由题知使处于基态的氢原子被激发后，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。 11．（2022·北京·高考真题）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 【详解】氢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。 12．（2022·海南·高考真题）（多选）一群处于激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则（　　） A．需要向外吸收能量 B．共能放出6种不同频率的光子 C．向跃迁发出的光子频率最大 D．向跃迁发出的光子频率最大 【答案】BD 【详解】A．高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A错误； B．最多能放不同频率光子的种数为 故B正确； CD．从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最大，波长最小，则向跃迁发出的光子频率最大，故D正确，C错误。 故选BD。 13．（2022·广东·高考真题）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 【详解】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 因为 则被吸收的光子是红外线波段的光子。 故选A。 考点02 原子核 1．（2026·山东·高考真题）我国钍资源丰富并成功实现了钍-铀核燃料转换，开辟了核燃料供应的新途径。转换过程的中间核素可能会经历两种核反应，反应式为，，则X、Y分别是（     ） A．、 B．、 C．、 D．、 【答案】C 【详解】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0，为中子；Y的质量数为0，电荷数为-1，则电子。 故选C。 2．（2026·湖北·高考真题）2025年6月，我国成功掌握商用堆生产钇90（）玻璃微球的技术，可实现批量化生产。在核反应堆中，由核反应生成、则（   ） A．X是质子 B．X是电子 C．a = 90 D．b = 0 【答案】D 【详解】核反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，对反应式分析如下 由质量数守恒a＋1 = 90 解得a = 89 由电荷数守恒39＋b = 39 解得b = 0 可知X是中子。 故选D。 3．（2026·江苏·高考真题）已知某种元素的半衰期为39万年，一群该元素对应的粒子的原始质量为m0，经历13万年后该粒子的质量剩余m1，则下列关于剩余的该粒子质量随时间变化的图像正确的是（   ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据半衰期公式 这是一个以为底的指数函数，图像是一条单调递减、下凸的曲线。且由题知元素的半衰期T = 39万年，则39万年时 故选A。 4．（2026·四川·高考真题）（多选）分离铀238和铀235常采用离心分离技术，将含有铀238和铀235两种同位素的气态六氟化铀238UF6和235UF6在高速转动的气体离心机中进行分离，如图所示。则（     ） A．图中a为235UF6分子 B．图中a为238UF6分子 C．铀238和铀235的中子数相同 D．铀238和铀235的质子数相同 【答案】BD 【详解】AB．离心机高速转动时，所有分子转动的角速度ω相同，分子做圆周运动所需向心力F=mω2r。238UF6的分子质量大于235UF6，质量更大的分子需要的向心力更大，更容易发生离心运动，向半径更大的外侧（筒壁附近）聚集，因此： 外侧的a处聚集质量更大的238UF6，内侧b处聚集质量更小的235UF6，故A错误，B正确。 CD．铀238和铀235是铀元素的同位素，同位素的定义是质子数相同、中子数不同的同一元素的不同核素，故C错误，D正确。 故选BD。 5．（2026·湖南·高考真题）关于原子核衰变，下列说法正确的是（   ） A．原子核发生α衰变时，电荷数增大 B．原子核发生α衰变时，质量数增大 C．衰变产生的α粒子穿透能力强，可以穿透几厘米厚的铅板 D．理论研究表明，（氡核）可能在一次衰变过程中放出两个α粒子，则其衰变方程为 【答案】D 【详解】A．α衰变放出的α粒子为，衰变过程电荷数守恒，因此母核电荷数减少2，而非增大，故A错误； B．α粒子质量数为4，衰变过程质量数守恒，因此母核质量数减少4，而非增大，故B错误； C．α粒子电离能力强、穿透能力极弱，一张白纸即可将其挡住，穿透能力强、可穿透几厘米厚铅板的是γ射线，故C错误； D．衰变方程满足电荷数守恒和质量数守恒：左边电荷数为86，右边2×2＋82 = 86；左边质量数为216，右边2×4＋208 = 216，守恒关系成立，故D正确。 故选D。 6．（2025·贵州·高考真题）（多选）观测分子云中的射电谱线对我们理解恒星的诞生、星际物质循环等具有重要意义。我国正在开展的第二期“银河画卷”巡天项目中，观测同位素分子辐射出的电磁波的频率如表所示。下列说法正确的是（　　） CO同位素分子 频率 1.153 1.102 1.098 A．比多两个质子 B．比多一个中子 C．辐射出的光子的能量最小 D．辐射出的电磁波的波长最短 【答案】BD 【详解】A．12C18O和12C16O中C均为12C，质子数均为6，氧的质子数均为8，两者分子总质子数均为6+8=14 质子数相等，故A错误； B．13C中子数为13-6=7 12C中子数为12-6=6 13C比12C多1个中子，两者的O均为16O，中子数相同，故13C16O总中子数比12C16O多1，故B正确； C．光子能量公式为，由表格可知12C16O的辐射频率最大，对应光子能量最大，故C错误； D．电磁波波长与频率关系为，频率越大波长越短，12C16O频率最大，故波长最短，故D正确。 故选BD。 7．（2025·天津·高考真题）许多放射性元素要经过多次衰变才能达到稳定，衰变过程中既有衰变也有衰变。下列说法正确的是（　　） A．元素发生衰变后质量数增加 B．衰变过程中存在质量亏损 C．低温会增大放射性元素的半衰期 D．衰变说明原子核内存在电子 【答案】B 【详解】A．α衰变会释放出氦核（质量数4），母核质量数减少4，故A错误； B．衰变释放能量，根据质能方程，总质量减少（质量亏损），故B正确； C．半衰期由核内部结构决定，与温度无关，故C错误； D．β衰变的电子是中子转化为质子时产生的，并非核内原有电子，故D错误。 故选B。 8．（2025·重庆·高考真题）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。 9．（2025·湖南·高考真题）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。 10．（2025·安徽·高考真题）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，发生次衰变，即， 故选B。 11．（2025·河南·高考真题）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。 12．（2025·福建·高考真题）（多选）2025年，我国“人造太阳”实现了等离子体原子核温度超1亿度的突破。在1亿度的高温条件下“人造太阳”内可发生如下核反应：→+17.5MeV，若动量大小相等，方向相反的氘核与氚核正碰后发生核反应，反应产生的与的总动能近似等于核反应释放的全部能量，则（　　） A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变反应 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。 13．（2025·云南·高考真题）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。 14．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）（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。 15．（2025·湖北·高考真题） 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。 16．（2025·海南·高考真题）海南昌江核电示范项目“玲珑一号”是中国自主研发的全球首个陆上商用模块化小型核反 应堆，其中发生的一个核反应方程为，则为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据质量数守恒和核电荷数守恒可知X是。 故选C。 17．（2024·天津·高考真题）（多选）中国钍基熔盐堆即将建成小型实验堆，为我国能源安全和可持续发展提供有力支持。反应堆中涉及的核反应方程有：①②，下列说法正确的是（　　） A．方程①中X是中子 B．方程②中发生了衰变 C．受反应堆高温影响，的半衰期会变短 D．方程②释放电子，说明电子是原子核的组成部分 【答案】AB 【详解】A．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，方程①中X质量数为1，电荷数为零，则是中子，选项A正确； B．方程②中放出负电子，则发生了衰变，选项B正确； C．放射性元素的半衰期与外界因素无关，选项C错误； D．方程②释放的电子是原子核内的中子转化为质子时放出的，不能说明电子是原子核的组成部分，选项D错误。 故选AB。 18．（2024·浙江·高考真题）发现中子的核反应方程为，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为型，下列正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 【答案】A 【详解】AB．根据质量数和电荷数守恒可知X为，Y为，故A正确，B错误； C．中子的质量数为1，故C错误； D．衰变过程中质量亏损，释放能量，故D错误。 故选A。 19．（2024·海南·高考真题）人工核反应中的X是（　　） A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子 【答案】A 【详解】根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的电荷数为0，质量数为1，则X是中子。 故选A。 20．（2024·北京·高考真题）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 【详解】半衰期1g钍234经过48天后，剩余质量 故选B。 21．（2024·甘肃·高考真题）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 【详解】根据反应前后质量数和电荷数守恒得X是。 故选B。 22．（2024·广东·高考真题）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 【详解】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。 23．（2024·广西·高考真题）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 【详解】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。 24．（2024·河北·高考真题）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 【详解】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。 25．（2024·山东·高考真题）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 【详解】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。 26．（2024·湖北·高考真题）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 【详解】由质量数和电荷数守恒可得 ， 解得 故选B。 27．（2024·全国甲卷·高考真题）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 【详解】根据反应前后质量数和电荷数守恒可得 解得 ， 故选C。 28．（2024·江苏·高考真题）2024年我国实现了批量生产。用于生产的核反应方程为。其中粒子X是（　　） A．正电子 B．中子 C．氘核 D．氦核 【答案】B 【详解】根据质量数守恒可知X的质量数为 根据电荷守恒可知X的电荷数为 可知X为中子。 故选B。 29．（2024·福建·高考真题）2024 年我国研发出一款安全性高、稳定发电时间长的新微型原子能电池。该电池将衰变释放的能量转化为电能，衰变方程为，式中，是质量可忽略不计的中性粒子，则 X 表示的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】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。 30．（2024·浙江·高考真题）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 【详解】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。 31．（2023·重庆·高考真题）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 【详解】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。 32．（2023·广东·高考真题）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 【详解】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。 33．（2023·天津·高考真题）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 【详解】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。 34．（2023·北京·高考真题）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 【详解】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。 35．（2023·浙江·高考真题）“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 【详解】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。 36．（2023·海南·高考真题）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 【详解】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。 37．（2023·湖南·高考真题）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 【详解】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。 38．（2023·全国乙卷·高考真题）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 【详解】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。 39．（2023·全国甲卷·高考真题）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 【详解】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。 40．（2023·浙江·高考真题）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：，产生的能自发进行衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代．下列说法正确的是（　　） A．发生衰变的产物是 B．衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化 D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年 【答案】D 【详解】A．根据 即发生衰变的产物是，选项A错误； B．衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误； C．半衰期是核反应，与外界环境无关，选项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，选项D正确。 故选D。 41．（2023·福建·高考真题）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】 92 56 9 × 1013 【详解】[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 Z = 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 42．（2023·上海·高考真题）能量为8eV的光子的波长为_______________，下一代超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程_______________。（已知：h = 6.63 × 10－34J∙s，1eV = 1.6 × 10－19J） 【答案】 1.55 × 10－7m 【详解】[1]根据光子的能量公式 可知能量为8eV的光子的频率为 再根据 解得 λ = 1.55 × 10－7m [2]根据电荷数、质量数守恒，则超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程为 43．（2022·福建·高考真题）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（　　） A．衰变产生的射线来自于原子的核外电子 B．该反应前后质量亏损 C．放射性元素发生的衰变为衰变 D．经过16天，75%的原子核发生了衰变 【答案】D 【详解】A．衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成射线，故A错误； B．该反应前后质量亏损为 故B错误； C．放射性元素发生的衰变为衰变，故C错误； D．由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，75%的原子核发生了衰变，故D正确。 故选D。 44．（2022·海南·高考真题）下列属于衰变的是（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．该反应属于衰变，放出了氦核（），A错误； B．该反应是卢瑟福发现质子（）的核反应方程，B错误； C．该反应属于衰变，放出了电子（），C正确； D．该反应是重核裂变的核反应方程，D错误。 故选C。 45．（2022·辽宁·高考真题）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 【详解】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．（2022·湖北·高考真题）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 【详解】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。 47．（2022·上海·高考真题）某原子核发生核反应时放出一个正电子，则新原子核内多了一个（　　） A．质子 B．中子 C．电子 D．核子 【答案】B 【详解】根据原子核在发生核反应的过程中遵守质量数守恒和电荷数守恒，且质量数=电荷数+中子数，反应时放出一个正电子，则新原子核内的电荷数减少了一个，而质量数保持不变，则中子数增加了一个，即多了一个中子，所以B正确，ACD错误。 故选B。 48．（2022·上海·高考真题）某元素可表示为，则下列可能为该元素同位素的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】同位素之间质子相同，中子不同，可知质量数不同，C正确，ABD错误。 故选C。 49．（2022·浙江·高考真题）（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 【详解】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。 50．（2022·浙江·高考真题）（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 【详解】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。 51．（2022·全国甲卷·高考真题）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 【详解】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。 52．（2022·山东·高考真题）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 【详解】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。 53．（2022·上海·高考真题）“玉兔号”月球车的电池中具有同位素“钚”。请补充该元素原子核发生的核反应方程式：→+_______；该反应属于__________反应。（选填：“裂变”或“衰变”） 【答案】 He 衰变 【详解】[1]根据质量数守恒，电荷数守恒，该元素原子核发生的核反应方程式 →+He [2]该反应属于衰变。 考点03 波粒二象性 1．（2026·云南·高考真题）云南省锡、铟等有色金属储量丰富。已知锡和铟的逸出功分别为和，若用光子能量为的紫外线分别照射这两种金属，则（     ） A．只有锡能发生光电效应 B．只有铟能发生光电效应 C．锡和铟都能发生光电效应 D．锡和铟都不能发生光电效应 【答案】B 【详解】光电效应的发生条件为：入射光子的能量大于等于金属的逸出功，即时可发生光电效应。 锡的逸出功，不满足光电效应发生条件，锡不能发生光电效应； 铟的逸出功，满足光电效应发生条件，只有铟能发生光电效应。 故选B。 2．（2026·湖北·高考真题）光伏产业已发展成为我国新能源三大名片之一。太阳能电池发电时，材料原子中的电子被光子激发（这也是一种光电效应），激发后的电子向电池负极移动、形成一个持续的电动势。关于太阳能电池，下列说法正确的是（   ） A．任何频率的光均可使太阳能电池发电 B．太阳光的能量可以全部转化为电池的电能 C．太阳能电池在多云的白天，仍然可以发电 D．太阳能电池发电的功率与太阳光的照射方向无关 【答案】C 【详解】已知光电效应方程为，其中逸出功，为材料的极限频率。 A．只有入射光频率时，才能激发出光电子实现发电，低于极限频率的光无法产生光电效应，故A错误； B．太阳能电池的光电转化效率远小于100%，太阳光的能量会有部分转化为内能等其他形式的能量，不可能全部转化为电能，故B错误； C．多云的白天仍有频率满足要求的太阳光透过云层照射到电池板，可发生光电效应，因此仍然可以发电，故C正确； D．设垂直于光传播方向的光强为，太阳光入射方向与电池板法线的夹角为θ，则电池板单位面积接收的光功率为，θ不同时接收的光功率不同，发电功率也不同，因此发电功率与照射方向有关，故D错误。 故选C。 3．（2026·河南·高考真题）（多选）不同材料的金属板M、N的逸出功分别为和。用波长为的光照射，M、N均能发生光电效应，出射光电子的最大初动能分别为和；改用波长为的光照射，仅M能发生光电效应，出射光电子的最大初动能为。则（     ） A． B． C． D． 【答案】AD 【详解】A．波长为的光照射时，仅M能发生光电效应，说明、 可得 ，故A正确； B． 波长为的光照射时，N也能发生光电效应，说明 结合 可得 化简得，故B错误； C．波长为的光照射时，， 已知 因此，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程， 因为 所以，故D正确。 故选AD。 4．（2025·天津·高考真题）在进行双缝干涉实验时，用光传感器测量干涉区域不同位置的光照强度，可以方便地展示干涉条纹分布。a、b两束单色光分别经过同一双缝干涉装置后，其光照强度与位置的关系如图所示，图中光照强度极大值位置对应亮条纹中心，极小值位置对应暗条纹中心，上下两图中相同横坐标代表相同位置，则（　　） A．a、b的光子动量大小相同 B．a的光子能量小于b的光子能量 C．在真空中，a的波长大于b的波长 D．通过同一单缝衍射装置，a的中央亮条纹窄 【答案】D 【详解】C．由图可知，光干涉条纹间距小于光干涉条纹间距，根据条纹间距公式可知光的波长小于光的波长，故C错误： A．根据光子动量公式可知光光子动量大于光光子动量，故A错误； B．根据可知a光光子能量大于b光光子能量，故B错误； D．波长越长，通过单缝衍射装置，中央亮条纹越宽，则通过同一单缝衍射装置，a的中央亮条纹窄，故D正确。 故选D。 5．（2025·浙江·高考真题）一束高能电子穿过铝箔，在铝箔后方的屏幕上观测到如图所示的电子衍射图样则（　　） A．该实验表明电子具有粒子性 B．图中亮纹为电子运动的轨迹 C．图中亮纹处电子出现的概率大 D．电子速度越大，中心亮斑半径越大 【答案】C 【详解】A．该实验表明电子具有波动性，A错误；     BC．根据“概率波”特点可知，图中亮纹处电子出现的概率大，亮纹处并非电子运动的轨迹，B错误，C正确； D．根据物质波的表达式有 可知，电子的速度越大，其物质波波长变短，衍射现象越不明显，则中心亮斑半径越小，D错误。 故选C。 6．（2025·浙江·高考真题）光子能量，式中是光子的频率，h是普朗克常量。h的单位是（　　） A． B． C． D．m 【答案】A 【详解】根据公式，能量的单位是焦耳（），频率的单位是赫兹（，即）。因此，普朗克常量的单位为 故选A。 7．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）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。一个静止的电子经电压加速后，其德布罗意波长为，若加速电压为，不考虑相对论效应，则其德布罗意波长为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】设电子经过电压加速后速度大小为，由动能定理得 电子的动量大小为 电子的德布罗意波长为 联立解得 因为 可解得 C正确，ABD错误。 故选C。 8．（2025·山东·高考真题）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。 9．（2025·广西·高考真题）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。 10．（2025·浙江·高考真题）（多选）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B．P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q 【答案】BC 【详解】A．根据 因Q的截止电压大于R，可知Q的频率大于R的频率，Q的波长小于R的波长，则分别射入同一单缝衍射装置时，R的衍射现象比Q更明显，则Q的中央亮纹比R窄，选项A错误； B．同理可知P、Q产生的光电子在K处Q的最大初动能比P较大，根据 可知最小德布罗意波长，P大于Q，选项B正确； C．因Q对应的能量最大，则氢原子向第一激发态跃迁发光时，根据 可知三束光中Q对应的能级最高，选项C正确； D．对应于图2中的M点，P和Q的光电流相等，可知P和Q单位时间到达阳极A的光电子数目相等，选项D错误。 故选BC。 11．（2025·广东·高考真题）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。 12．（2025·江苏·高考真题）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 （2025·上海·高考真题）2025年被联合国宣布为国际量子科学与技术年，以致敬量子力学为科学技术领域带来巨大发展和深远影响。 13．太阳内部发生的核聚变反应称为P-P循环，其核反应方程为，则X是（　　） A． B． C． D． 14．（多选）部分金属的截止频率如下表所示。复色光频率为~，用此光照射下面金属可发生光电效应的是( ) 几种金属的截止频率 金属 锌 钙 钠 钾 铷 频率 8.07 7.73 5.53 5.44 5.15 A．锌   B．钙    C． 钠     D．钾     E. 铷 15．氢原子的核外电子以半径r绕核做匀速圆周运动，若电子质量为m，则电子动量大小是______。（元电荷为e，静电力常数为k） 16．一氢原子在从量子数为的激发态，跃迁到量子数为2的激发态的过程中（　　），(里伯德常量为R，真空中的光速为c)； A．吸收一频率为的光子 B．发射一频率为的光子 C．吸收一频率为的光子 D．发射一频率为的光子 【答案】13．B 14．CDE 15． 16．D 【解析】13．根据核反应方程，反应前氢核的质量数总和为4，电荷数总和为4×1。反应后两个正电子的质量数总和为2×0=0，电荷数总和为2×1=2。设X的质量数为A，电荷数为Z，则有A+0=4，Z+2=4 解得A=4，Z=2 的质量数为4，电荷数为2，故选B。 14．复色光的频率~，当光的频率大于金属板的极限频率时，可发生光电效应，对比可知可发生光电效应的钠、钾、铷，故选CDE。 15．电子绕氢原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力 整理得 电子动量大小是 16．氢原子从高能级向低能级跃迁时会放出光子，光子的能量等于两个能级的能量差。氢原子能级公式为，光子的能量 根据巴耳末-里德伯公式 又因为，可得 其中n是跃迁前的能级，k是跃迁后的能级。 氢原子从n=4跃迁到n=2，n=4，k=2，根据可得 且是从高能级向低能级跃迁，放出光子，D正确。故选D。 17．（2024·天津·高考真题）下列关于光的说法正确的是（    ） A．光电效应揭示了光具有波动性 B．光从真空进入介质，波长不变 C．光纤通信利用了光的全反射现象 D．油膜呈现彩色条纹是光的偏振现象 【答案】C 【详解】A．光电效应揭示了光具有粒子性，故A错误； B．光从真空进入介质，频率不变，波速减小，根据，可知波长变短，故B错误； C．光纤通信利用了光的全反射现象，故C正确； D．油膜呈现彩色条纹是光的薄膜干涉现象，故D错误。 故选C。 18．（2024·江西·高考真题）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 【详解】根据题意可知，辐射出的光子能量，由光子的能量得 故选C。 19．（2024·湖南·高考真题）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 【详解】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。 20．（2024·新疆河南·高考真题）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 【详解】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。 21．（2024·江苏·高考真题）如图所示，纳原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为、、和。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为（　　） A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4 【答案】C 【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。 22．（2024·浙江·高考真题）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 【详解】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。 23．（2024·贵州·高考真题）（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，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，一处是波长为的中性氢辐射，另一处是波长为的羟基辐射。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 【详解】D．所有光波在真空中传播的速度相同，都是c，D错误； ABC．由光子频率与波长公式，能量公式，动量与波长公式可知，波长更长，频率更小，能量更小，动量更小，A错误，BC正确。 故选BC。 24．（2024·吉林·高考真题）（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 【详解】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。 25．（2023·北京·高考真题）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的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。 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 【详解】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。 26．（2023·辽宁·高考真题）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 【详解】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对应的能级差小于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。 27．（2023·海南·高考真题）（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 【详解】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。 28．（2023·新课标卷·高考真题）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 【详解】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。 29．（2023·浙江·高考真题）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图1中的对应的是Ⅰ B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 【答案】CD 【详解】根据题意可知。氢原子发生能级跃迁时，由公式可得 可知，可见光I的频率大，波长小，可见光Ⅱ的频率小，波长大。 A．可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，故A错误； B．由公式有，干涉条纹间距为 由图可知，图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光I，故B错误； C．根据题意，由公式可得，光子动量为 可知，Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确； D．根据光电效应方程及动能定理可得 可知，频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。 故选CD。 30．（2023·浙江·高考真题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设天体发射频率为v光子的功率为P，由题意可知 其中t=1s，解得 故选A。 31．（2023·江苏·高考真题）“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射线的总功率P。 【答案】（1），；（2） 【详解】（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 32．（2023·上海·高考真题）能量为8eV的光子的波长为_______________，下一代超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程_______________。（已知：h = 6.63 × 10－34J∙s，1eV = 1.6 × 10－19J） 【答案】 1.55 × 10－7m 【详解】[1]根据光子的能量公式 可知能量为8eV的光子的频率为 再根据 解得 λ = 1.55 × 10－7m [2]根据电荷数、质量数守恒，则超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程为 33．（2022·河北·高考真题）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 【详解】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。 34．（2022·浙江·高考真题）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 【详解】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。 35．（2022·湖南·高考真题）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 【详解】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。 36．（2022·全国乙卷·高考真题）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 【详解】一个光子的能量为 E = hνν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。 37．（2022·浙江·高考真题）（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 【详解】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。 试卷第1页，共3页 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题11 原子结构、原子核和波粒二象性 考点01 原子结构 1．【答案】D 2．【答案】D 3．【答案】C 4．【答案】BD 5．【答案】B 6．【答案】D 7．【答案】D 8．【答案】A 9．【答案】A 10．【答案】C 11．【答案】B 12．【答案】BD 13．【答案】A 考点02 原子核 1．【答案】C 2．【答案】D 3．【答案】A 4．【答案】BD 5．【答案】D 6．【答案】BD 7．【答案】B 8．【答案】C 9．【答案】B 10．【答案】B 11【答案】B 12．【答案】AC 13．【答案】A 14．【答案】ABC 15．【答案】C 16．【答案】C 17．【答案】AB 18．【答案】A 19．【答案】A 20．【答案】B 21．【答案】B 22．【答案】C 23．【答案】C 24．【答案】D 25．【答案】D 26．【答案】B 27．【答案】C 28．【答案】B 29．【答案】B 30．【答案】D 31．【答案】A 32．【答案】D 33．【答案】A 34．【答案】A 35．【答案】C 36．【答案】C 37．【答案】A 38．【答案】C 39．【答案】D 40．【答案】D 41．【答案】 92 56 9 × 1013 【详解】[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 Z = 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 42．【答案】 1.55 × 10－7m 【详解】[1]根据光子的能量公式 可知能量为8eV的光子的频率为 再根据 解得 λ = 1.55 × 10－7m [2]根据电荷数、质量数守恒，则超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程为 43．【答案】D 44．【答案】C 45．【答案】D 46．【答案】A 47．【答案】B 48．【答案】C 49．【答案】AB 50．【答案】CD 51．【答案】C 52．【答案】B 53．【答案】 He 衰变 【详解】[1]根据质量数守恒，电荷数守恒，该元素原子核发生的核反应方程式 →+He [2]该反应属于衰变。 考点03 波粒二象性 1．【答案】B 2．【答案】C 3．【答案】AD 4．【答案】D 5．【答案】C 6．【答案】A 7．【答案】C 8．【答案】B 9．【答案】A 10．【答案】BC 11．【答案】B 12．【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 13-16.【答案】13．B 14．CDE 15． 16．D 【解析】13．根据核反应方程，反应前氢核的质量数总和为4，电荷数总和为4×1。反应后两个正电子的质量数总和为2×0=0，电荷数总和为2×1=2。设X的质量数为A，电荷数为Z，则有A+0=4，Z+2=4 解得A=4，Z=2 的质量数为4，电荷数为2，故选B。 14．复色光的频率~，当光的频率大于金属板的极限频率时，可发生光电效应，对比可知可发生光电效应的钠、钾、铷，故选CDE。 15．电子绕氢原子核做匀速圆周运动，库仑力提供向心力 整理得 电子动量大小是 16．氢原子从高能级向低能级跃迁时会放出光子，光子的能量等于两个能级的能量差。氢原子能级公式为，光子的能量 根据巴耳末-里德伯公式 又因为，可得 其中n是跃迁前的能级，k是跃迁后的能级。 氢原子从n=4跃迁到n=2，n=4，k=2，根据可得 且是从高能级向低能级跃迁，放出光子，D正确。故选D。 17．【答案】C 18．【答案】C 19．【答案】B 20．【答案】A 21．【答案】C 22．【答案】C 23．【答案】BC 24．【答案】BD 25．【答案】B 26．【答案】A 27．【答案】AC 28．【答案】C 29．【答案】CD 30．【答案】A 31．【答案】（1），；（2） 【详解】（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 32．【答案】 1.55 × 10－7m 【详解】[1]根据光子的能量公式 可知能量为8eV的光子的频率为 再根据 解得 λ = 1.55 × 10－7m [2]根据电荷数、质量数守恒，则超高精度原子钟的工作原理依据核反应方程为 33．【答案】A 34．【答案】B 35．【答案】C 36．【答案】B 37．【答案】BD 试卷第1页，共3页 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $