2019-2023年物理高考真题分类练--专题十六 原子物理（有解析）
文档属性
| 名称 | 2019-2023年物理高考真题分类练--专题十六 原子物理（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 883.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-04-27 13:21:55 | ||
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文档简介
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2019-2023年物理高考真题分类
专题十六 原子物理
题组一
一、选择题
1. [2023海南，3分]钍元素衰变时会放出 粒子，其中 粒子是( )
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
2. [2023全国甲，6分]在下列两个核反应方程中
和 代表两种不同的原子核，以 和 分别表示 的电荷数和质量数，则( )
A. , B. , C. , D. ,
3. （2023新课标理综，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 ，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量 ，元电荷 ）( )
A. B. C. D.
4. [2023湖南，4分]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
5. [2022北京，3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
6. [2022上海，3分]某元素可表示为 ，则下列可能为该元素的同位素的是( )
A. B. C. D.
7. [2022江苏，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
8. [2022湖南，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
9. [2021浙江6月选考，3分]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的波长之比的数量级为( )
A. B. C. D.
10. [2021河北，4分]普朗克常量 ，光速为 ，电子质量为 ，则 在国际单位制下的单位是( )
A. B. C. D.
11. [2021广东，4分]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. 是氦核
B. 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
12. [2020江苏，4分]“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点.它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示.若人体温度升高，则人体热辐射强度 及其极大值对应的波长 的变化情况是( )
A. 增大, 增大 B. 增大, 减小 C. 减小, 增大 D. 减小, 减小
13. [2020天津，5分]在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识.下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
A. B.
C. D.
14. [2020浙江7月选考，3分]下列说法正确的是( )
A. 质子的德布罗意波的波长与其动能成正比
B. 天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线
C. 光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关
D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
15. [2019全国Ⅰ，6分]氢原子能级示意图如图所示.光子能量在 的光为可见光.要使处于基态 的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为( )
A. B. C. D.
二、非选择题
16. [2022上海，4分]“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 （选填“裂变”或“衰变”）反应.
17. [2021福建，4分]核污水中常含有氚 等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全.氚 衰变的半衰期长达12.5年，衰变方程为 其中 是质量可忽略不计的中性粒子，则 、 .若将含有质量为 的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩 （用分数表示）.
题组二
一、选择题
1. [2023全国乙，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 .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 ）( )
A. B. C. D.
2. [2023辽宁，4分]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 ,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
3. [2023浙江6月选考，6分，多选]有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为 .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 的双缝,在与缝相距为 的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为 ,已知电子质量为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,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上海，3分]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
5. [2022重庆，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 ，紫光光子的能量范围为 .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. B. C. D.
6. [2022辽宁，4分]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 ，该反应中释放的能量为 .下列说法正确的是( )
A. 为氘核 B. 为氚核
C. D.
7. [2022全国甲，6分]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 ，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.
8. [2021海南，3分]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 .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.
9. [2021北京，3分]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 粒子和锂 离子.这个核反应的方程是( )
A. B.
C. D.
10. [2021湖南，4分]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
11. [2021全国乙，6分]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 后剩余的 质量为 ，其 图线如图所示.从图中可以得到 的半衰期为( )
A. B. C. D.
12. [2020全国Ⅱ，6分]氘核 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
表示.海水中富含氘，已知 中含有的氘核约为 个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 标准煤燃烧释放的热量约为 , ,则 约为( )
A. B. C. D.
13. [2020全国Ⅲ，6分，多选]1934 年，约里奥-居里夫妇用 粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素 ，反应方程为 会衰变成原子核 ，衰变方程为 .则( )
A. 的质量数与 的质量数相等 B. 的电荷数比 的电荷数少1
C. 的电荷数比 的电荷数多2 D. 的质量数与 的质量数相等
二、非选择题
14. [2020江苏，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 和 ，则该激发态与基态的能量差为 ，波长为 的光子的动量为 .（已知普朗克常量为 ，光速为 ）
题组三
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，3分]“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 等于233 B. 的穿透能力比 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
2. [2023海南，4分，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
3. [2022湖北，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 俘获核外 层电子 ，可生成一个新原子核 ，并放出中微子 ，即 .根据核反应后原子核 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 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
4. [2022河北，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 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 .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 D. 遏止电压 与入射光频率 成正比
5. [2022北京，3分]2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置 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
6. [2022山东，3分]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.
7. [2022全国乙，6分]一点光源以 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为 的光，在离点光源距离为 处每秒垂直通过每平方米的光子数为 个.普朗克常量为 . 约为( )
A. B. C. D.
8. [2021全国甲，6分]如图，一个原子核 经图中所示的一系列 、 衰变后，生成稳定的原子核 ，在此过程中放射出电子的总个数为( )
A. 6 B. 8 C. 10 D. 14
9. [2021江苏，4分]如图所示，分别以1、2两种材料为 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 变化关系的图像是 ( )
A.
B.
C.
D.
10. [2021河北，4分]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. 银河系中现有的铝同位素 将在144万年后全部衰变为
二、非选择题
11. [2023江苏，8分]“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬 射线.硬 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 射线,卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到 个该种光子.已知探测仪镜头面积为 ,卫星离太阳中心的距离为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,求:
（1）每个光子的动量 和能量 ;
（2）太阳辐射硬 射线的总功率 .
专题十六 原子物理
题组一
一、选择题
1. [2023海南，3分]钍元素衰变时会放出 粒子，其中 粒子是( C )
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
[解析] 由教材知识可知， 粒子为电子， 对.
2. [2023全国甲，6分]在下列两个核反应方程中
和 代表两种不同的原子核，以 和 分别表示 的电荷数和质量数，则( D )
A. , B. , C. , D. ,
[解析]
【光速解法】 通过第二个核反应方程可知， ，所以 ，排除 项，快速选出D项.
3. （2023新课标理综，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 ，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量 ，元电荷 ）( C )
A. B. C. D.
[解析] 由跃迁理论可知，跃迁发射的光子能量等于发生跃迁的两能级的能量差，即 ，解得 ，故跃迁发射的光子的频率量级为 ， 正确.
4. [2023湖南，4分]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 )
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
[解析] 相同质量的核燃料，轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多，根据爱因斯坦质能方程可知，轻核聚变放出的核能更多， 对， 错；根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的产物之一为中子，而不是电子， 错；铀235为核裂变的主要燃料， 错.
5. [2022北京，3分]氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子( B )
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
[解析] 激发态基态释放光子能量减少 正确.
6. [2022上海，3分]某元素可表示为 ，则下列可能为该元素的同位素的是( C )
A. B. C. D.
[解析] 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素，即元素左下角标（质子数）相同，左上角标（质量数 质子数 中子数）不同， 正确.
7. [2022江苏，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( B )
A. 频率减小 B. 波长减小 C. 动量减小 D. 速度减小
[解析]
【方法总结】
8. [2022湖南，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( C )
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
[解析] 卢瑟福的核式结构模型解释的是 粒子散射实验现象， 项错误；玻尔原子理论只解释了氢原子光谱分立特征，但无法解释其他原子如氦的原子光谱， 项错误；光电效应说明光具有能量，具有粒子性， 项正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子的波动性， 项错误.
9. [2021浙江6月选考，3分]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的波长之比的数量级为( C )
A. B. C. D.
[解析] 油滴的密度约为 ，则直径为 的油滴的质量大约为 ，根据德布罗意波的波长公式 ，联立得 ，选项 正确.
10. [2021河北，4分]普朗克常量 ，光速为 ，电子质量为 ，则 在国际单位制下的单位是( B )
A. B. C. D.
[解析] 根据光子能量 和质能方程 可知， 和 单位相同，则 和 的单位相同，单位为 ，选项 正确， 、 、 错误.
11. [2021广东，4分]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( C )
A. 是氦核
B. 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
[解析] 由质量数守恒与电荷数守恒可知，核反应方程 中的 是 ，即正电子，选项 、 均错误；由铝26的半衰期为72万年可知，再经过72万年，现有的铝26原子核有一半发生衰变，然后再经过72万年（即经过144万年），现有的铝26原子核还有四分之一未发生衰变，而不是全部发生衰变，选项 正确，选项 错误.
12. [2020江苏，4分]“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点.它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示.若人体温度升高，则人体热辐射强度 及其极大值对应的波长 的变化情况是( B )
A. 增大, 增大 B. 增大, 减小 C. 减小, 增大 D. 减小, 减小
[解析] 根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度 随人体温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小， 项正确.
13. [2020天津，5分]在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识.下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( D )
A. B.
C. D.
[解析] 发现原子具有核式结构的是卢瑟福的 粒子轰击金箔发生散射的实验，选项 正确.
14. [2020浙江7月选考，3分]下列说法正确的是( D )
A. 质子的德布罗意波的波长与其动能成正比
B. 天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线
C. 光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关
D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
[解析] 由德布罗意波的波长 可知，质子的波长与动量成反比，而动量与动能的关系为 ，所以 项错误；天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线， 项错误；光电效应实验中的截止频率是指使金属恰好发生光电效应时入射光的频率，即 ，只与金属的逸出功 有关， 项错误；衍射是波的特性，所以电子束穿过铝箔的衍射图样说明电子具有波动性， 项正确.
15. [2019全国Ⅰ，6分]氢原子能级示意图如图所示.光子能量在 的光为可见光.要使处于基态 的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为( A )
A. B. C. D.
[解析] 因为可见光光子的能量范围是 ,所以氢原子至少要被激发到 能级，要给氢原子提供的能量最少为 ,即选项 正确.
二、非选择题
16. [2022上海，4分]“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: （2分）;该反应属于衰变（2分）（选填“裂变”或“衰变”）反应.
[解析] 根据原子核反应过程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，同位素“钚”原子核发生的核反应是 .由于该核反应放出了 ，即 粒子，所以属于 衰变反应.
17. [2021福建，4分]核污水中常含有氚 等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全.氚 衰变的半衰期长达12.5年，衰变方程为 其中 是质量可忽略不计的中性粒子，则 2（1分）、 3（1分）.若将含有质量为 的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩 （2分） （用分数表示）.
[解析] 根据核反应满足的质量数守恒和电荷数守恒，可知 、 .由 可知，50年为4个半衰期，若将含有质量为 的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩 .
题组二
一、选择题
1. [2023全国乙，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 .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 ）( C )
A. B. C. D.
[解析] 由题意可知，伽马射线暴每分钟释放的能量量级为 ，则其每秒钟释放的能量量级为 ,根据爱因斯坦质能方程 可知，每秒钟平均减少的质量量级为 , 正确.
2. [2023辽宁，4分]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 ,则( A )
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
[解析] 由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等， 正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式 可知②的频率小于④的频率， 错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应， 错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为 ，由于④的能量大于①，则由 可知用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于 ， 错误.
3. [2023浙江6月选考，6分，多选]有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为 .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 的双缝,在与缝相距为 的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为 ,已知电子质量为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,则( AD )
A. 电子的动量 B. 电子的动能
C. 光子的能量 D. 光子的动量
[解析] 由条纹间距 、电子动量 联立解得 ， 对；电子的动能 ，解得 ， 错；光子的能量 ，故 ， 错；光子的动量 ，解得 ， 对.
4. [2022上海，3分]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( B )
A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 核子
[解析] 质量数 质子数 中子数，根据原子核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应时核内的一个质子放出一个正电子，电荷数（质子数）减1，质量数不变，则新原子核中多了一个中子， 正确.
【教材再现】 人教版新教材选择性必修第三册第110页.
衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子（图5.2-3），其转化方程是 ，这种转化产生的电子发射到核外，就是 粒子；与此同时，新核少了一个中子，却增加了一个质子.所以，新核质量数不变，而电荷数增加1.
图5.2-3 中子的转化
同样，核反应放出的正电子是原子核内的质子转化为一个中子和一个正电子产生的（如质子的转化图），其转化方程为 ，这种转化产生的正电子发射到核外；与此同时，新核少了一个质子，却增加了一个中子.所以，新核的质量数不变，电荷数减少1.
5. [2022重庆，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 ，紫光光子的能量范围为 .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( C )
A. B. C. D.
[解析]
6. [2022辽宁，4分]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 ，该反应中释放的能量为 .下列说法正确的是( D )
A. 为氘核 B. 为氚核
C. D.
[解析] 核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，则 的质量数为1，电荷数为1，则 为质子 ， 错误；该核反应过程的质量亏损为 ，则该核反应释放的能量 ， 错误， 正确.
7. [2022全国甲，6分]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 ，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( C )
A. B. C. D.
[解析] 设 时刻，甲、乙两种放射性元素原子核数分别为 、 ，则有 ， 时，甲经过两个半衰期，未衰变原子核数为 ，乙经过一个半衰期，未衰变原子核数为 ，由已知条件有 ，解得 ， ； 时，甲经过四个半衰期，未衰变原子核数为 ，乙经过两个半衰期，未衰变原子核数为 ，则此时未衰变原子核总数为 ，解得 ， 项正确.
8. [2021海南，3分]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 .根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率 为( D )
A. B. C. D.
[解析] 由爱因斯坦光电效应方程 可得 ， 项正确.
9. [2021北京，3分]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 粒子和锂 离子.这个核反应的方程是( A )
A. B.
C. D.
[解析] 由 表示中子、 表示 粒子，以及核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知，选项 正确.
10. [2021湖南，4分]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( D )
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
[解析] 半衰期是指大量放射性元素原子核衰变一半的时间，经过一个半衰期有一半的核发生衰变，再经过一个半衰期，未衰变的原子核中又衰变一半，经过两个半衰期衰变的原子核数为总数的四分之三， 项错误；原子核衰变时满足质量数守恒和电荷数守恒， 项错误；原子核的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，由原子核本身决定, 项错误；过量的放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在合适剂量内是安全的, 项正确.
11. [2021全国乙，6分]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 后剩余的 质量为 ，其 图线如图所示.从图中可以得到 的半衰期为( C )
A. B. C. D.
[解析] 题中给出的 图线是向下凹的曲线， 时对应的时间小于 ，且由数学知识知其与 相差不会太大，所以 、 、 选项错误，选项 正确.
12. [2020全国Ⅱ，6分]氘核 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
表示.海水中富含氘，已知 中含有的氘核约为 个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 标准煤燃烧释放的热量约为 , ,则 约为( C )
A. B. C. D.
[解析] 结合核反应方程知， 中的氘核全部发生聚变反应放出的能量 ，根据题意得 ，故 、 、 项错误， 项正确.
13. [2020全国Ⅲ，6分，多选]1934 年，约里奥-居里夫妇用 粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素 ，反应方程为 会衰变成原子核 ，衰变方程为 .则( AC )
A. 的质量数与 的质量数相等 B. 的电荷数比 的电荷数少1
C. 的电荷数比 的电荷数多2 D. 的质量数与 的质量数相等
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒，可知 方程中 的质量数为30，电荷数为15，再根据 方程可知 的质量数为30，电荷数为14，故 的质量数与 的质量数相等， 的电荷数比 的电荷数多1， 的电荷数比 的电荷数多2， 的质量数比 的质量数多3，选项 、 正确， 、 错误.
二、非选择题
14. [2020江苏，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 和 ，则该激发态与基态的能量差为 （2分），波长为 的光子的动量为 （2分）.（已知普朗克常量为 ，光速为 ）
[解析] 该激发态向基态跃迁时产生的光子能量最大，波长最短，所以该激发态与基态的能量差 ；波长为 的光子的动量为 .
题组三
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，3分]“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( C )
A. 衰变方程中的 等于233 B. 的穿透能力比 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
[解析] 由于核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒，则 应为234， 错； 射线的穿透能力比 射线的穿透能力弱， 错；比结合能越大，原子核越稳定，则 的比结合能比 的比结合能大， 对；放射性元素的半衰期与物理状态以及化学状态均无关，所以月夜寒冷的天气中 的半衰期不会发生变化， 错.
2. [2023海南，4分，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( AC )
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
[解析] 由波的知识可知 ，则光的频率为 ， 对；由光子说可知，光子能量 ，光子动量 ， 错 对；时间 内发射的光子的总能量为 ，即 ，则 ， 错.
3. [2022湖北，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 俘获核外 层电子 ，可生成一个新原子核 ，并放出中微子 ，即 .根据核反应后原子核 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 )
A. 原子核 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
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，原子核 是 ，选项 正确；反应前总质子数为4，反应后总质子数为3，核反应前后的总质子数变化，选项 错误；核反应前后总质量数均为7，所以选项 错误；中微子 的电荷量为零，与电子的不同，选项 错误.
4. [2022河北，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 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 .由图像可知( A )
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 D. 遏止电压 与入射光频率 成正比
[解析] 结合图像可知钠的逸出功 ， 项正确；由图像可知钠的截止频率约为 ， 项错；由爱因斯坦光电效应方程有 ，光电子最大初动能 ，解得 ，故图像的斜率为 ， 、 项错.
5. [2022北京，3分]2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置 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 )
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
[解析]
6. [2022山东，3分]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( B )
A. B. C. D.
[解析] 设碘125刚植入时的质量为 ，则经过 个半衰期以后剩余的质量为 ，解得 , 项正确.
7. [2022全国乙，6分]一点光源以 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为 的光，在离点光源距离为 处每秒垂直通过每平方米的光子数为 个.普朗克常量为 . 约为( B )
A. B. C. D.
[解析] 根据题述知，点光源向所有方向均匀辐射，即距离点光源为 的球面上单位时间所接收的光的能量等于点光源单位时间所辐射的光的能量.点光源辐射功率 ，其中 ，联立解得 ，选项 正确.
8. [2021全国甲，6分]如图，一个原子核 经图中所示的一系列 、 衰变后，生成稳定的原子核 ，在此过程中放射出电子的总个数为( A )
A. 6 B. 8 C. 10 D. 14
[解析] 根据图像可得其原子核分别为 、 ，设经历 衰变 次， 衰变 次，由于 衰变不会改变原子核的质量数，则可根据衰变前后质量数的变化求解 衰变的次数，即 ，根据电荷数守恒求 衰变的次数，即 ，而只有 衰变才放出电子，故 衰变6次，放出6个电子，故选项 、 、 错误，选项 正确.
【光速解法】 原子核发生1 次 衰变,放出1个电子，质子数加1，结合题图可知发生了6次 衰变，放出6个电子，选A.
9. [2021江苏，4分]如图所示，分别以1、2两种材料为 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 变化关系的图像是 ( C )
A.
B.
C.
D.
[解析] 由爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为 ，因为截止频率 ，则用材料1完成实验时极板上产生光电子的最大初动能较大.结合题图可知，光电子在两极板间加速，则光电子到达 极时动能的最大值 ，易知两 图线的斜率相同，且相同电压时用材料1完成实验的 较大， 正确， 、 、 错误.
10. [2021河北，4分]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( C )
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. 银河系中现有的铝同位素 将在144万年后全部衰变为
[解析] 核反应中有质量亏损，生成物的总质量小于反应物的总质量，可知铝核的质量大于镁核的质量，选项 错误； 和 中子数分别为13和14，选项 错误；半衰期只与原子核本身有关，与所处化学状态和外部条件无关，选项 正确；144万年为 的2个半衰期，还剩余 的铝同位素 没有发生衰变，选项 错误.
二、非选择题
11. [2023江苏，8分]“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬 射线.硬 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 射线,卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到 个该种光子.已知探测仪镜头面积为 ,卫星离太阳中心的距离为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,求:
（1）每个光子的动量 和能量 ;
[答案] 根据德布罗意波长公式可得，每个光子的动量为 （1分）
每个光子的频率为 （1分）
每个光子的能量为 （1分）
故每个光子的能量为 （1分）
（2）太阳辐射硬 射线的总功率 .
[答案] 卫星离太阳中心的距离为 ，离太阳中心距离为 的球面的表面积为 （1分）
单位面积上的功率为 （1分）
太阳辐射硬 射线的总功率 （1分）
联立解得 （1分）
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2019-2023年物理高考真题分类
专题十六 原子物理
题组一
一、选择题
1. [2023海南，3分]钍元素衰变时会放出 粒子，其中 粒子是( )
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
2. [2023全国甲，6分]在下列两个核反应方程中
和 代表两种不同的原子核，以 和 分别表示 的电荷数和质量数，则( )
A. , B. , C. , D. ,
3. （2023新课标理综，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 ，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量 ，元电荷 ）( )
A. B. C. D.
4. [2023湖南，4分]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
5. [2022北京，3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
6. [2022上海，3分]某元素可表示为 ，则下列可能为该元素的同位素的是( )
A. B. C. D.
7. [2022江苏，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
8. [2022湖南，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
9. [2021浙江6月选考，3分]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的波长之比的数量级为( )
A. B. C. D.
10. [2021河北，4分]普朗克常量 ，光速为 ，电子质量为 ，则 在国际单位制下的单位是( )
A. B. C. D.
11. [2021广东，4分]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. 是氦核
B. 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
12. [2020江苏，4分]“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点.它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示.若人体温度升高，则人体热辐射强度 及其极大值对应的波长 的变化情况是( )
A. 增大, 增大 B. 增大, 减小 C. 减小, 增大 D. 减小, 减小
13. [2020天津，5分]在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识.下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( )
A. B.
C. D.
14. [2020浙江7月选考，3分]下列说法正确的是( )
A. 质子的德布罗意波的波长与其动能成正比
B. 天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线
C. 光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关
D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
15. [2019全国Ⅰ，6分]氢原子能级示意图如图所示.光子能量在 的光为可见光.要使处于基态 的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为( )
A. B. C. D.
二、非选择题
16. [2022上海，4分]“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 （选填“裂变”或“衰变”）反应.
17. [2021福建，4分]核污水中常含有氚 等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全.氚 衰变的半衰期长达12.5年，衰变方程为 其中 是质量可忽略不计的中性粒子，则 、 .若将含有质量为 的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩 （用分数表示）.
题组二
一、选择题
1. [2023全国乙，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 .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 ）( )
A. B. C. D.
2. [2023辽宁，4分]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 ,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
3. [2023浙江6月选考，6分，多选]有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为 .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 的双缝,在与缝相距为 的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为 ,已知电子质量为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,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上海，3分]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
5. [2022重庆，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 ，紫光光子的能量范围为 .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. B. C. D.
6. [2022辽宁，4分]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 ，该反应中释放的能量为 .下列说法正确的是( )
A. 为氘核 B. 为氚核
C. D.
7. [2022全国甲，6分]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 ，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.
8. [2021海南，3分]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 .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.
9. [2021北京，3分]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 粒子和锂 离子.这个核反应的方程是( )
A. B.
C. D.
10. [2021湖南，4分]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
11. [2021全国乙，6分]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 后剩余的 质量为 ，其 图线如图所示.从图中可以得到 的半衰期为( )
A. B. C. D.
12. [2020全国Ⅱ，6分]氘核 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
表示.海水中富含氘，已知 中含有的氘核约为 个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 标准煤燃烧释放的热量约为 , ,则 约为( )
A. B. C. D.
13. [2020全国Ⅲ，6分，多选]1934 年，约里奥-居里夫妇用 粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素 ，反应方程为 会衰变成原子核 ，衰变方程为 .则( )
A. 的质量数与 的质量数相等 B. 的电荷数比 的电荷数少1
C. 的电荷数比 的电荷数多2 D. 的质量数与 的质量数相等
二、非选择题
14. [2020江苏，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 和 ，则该激发态与基态的能量差为 ，波长为 的光子的动量为 .（已知普朗克常量为 ，光速为 ）
题组三
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，3分]“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 等于233 B. 的穿透能力比 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
2. [2023海南，4分，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
3. [2022湖北，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 俘获核外 层电子 ，可生成一个新原子核 ，并放出中微子 ，即 .根据核反应后原子核 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 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
4. [2022河北，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 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 .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 D. 遏止电压 与入射光频率 成正比
5. [2022北京，3分]2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置 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
6. [2022山东，3分]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.
7. [2022全国乙，6分]一点光源以 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为 的光，在离点光源距离为 处每秒垂直通过每平方米的光子数为 个.普朗克常量为 . 约为( )
A. B. C. D.
8. [2021全国甲，6分]如图，一个原子核 经图中所示的一系列 、 衰变后，生成稳定的原子核 ，在此过程中放射出电子的总个数为( )
A. 6 B. 8 C. 10 D. 14
9. [2021江苏，4分]如图所示，分别以1、2两种材料为 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 变化关系的图像是 ( )
A.
B.
C.
D.
10. [2021河北，4分]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. 银河系中现有的铝同位素 将在144万年后全部衰变为
二、非选择题
11. [2023江苏，8分]“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬 射线.硬 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 射线,卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到 个该种光子.已知探测仪镜头面积为 ,卫星离太阳中心的距离为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,求:
（1）每个光子的动量 和能量 ;
（2）太阳辐射硬 射线的总功率 .
专题十六 原子物理
题组一
一、选择题
1. [2023海南，3分]钍元素衰变时会放出 粒子，其中 粒子是( C )
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
[解析] 由教材知识可知， 粒子为电子， 对.
2. [2023全国甲，6分]在下列两个核反应方程中
和 代表两种不同的原子核，以 和 分别表示 的电荷数和质量数，则( D )
A. , B. , C. , D. ,
[解析]
【光速解法】 通过第二个核反应方程可知， ，所以 ，排除 项，快速选出D项.
3. （2023新课标理综，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 ，跃迁发射的光子的频率量级为（普朗克常量 ，元电荷 ）( C )
A. B. C. D.
[解析] 由跃迁理论可知，跃迁发射的光子能量等于发生跃迁的两能级的能量差，即 ，解得 ，故跃迁发射的光子的频率量级为 ， 正确.
4. [2023湖南，4分]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 )
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
[解析] 相同质量的核燃料，轻核聚变要比重核裂变质量亏损更多，根据爱因斯坦质能方程可知，轻核聚变放出的核能更多， 对， 错；根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的产物之一为中子，而不是电子， 错；铀235为核裂变的主要燃料， 错.
5. [2022北京，3分]氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子( B )
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
[解析] 激发态基态释放光子能量减少 正确.
6. [2022上海，3分]某元素可表示为 ，则下列可能为该元素的同位素的是( C )
A. B. C. D.
[解析] 质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素，即元素左下角标（质子数）相同，左上角标（质量数 质子数 中子数）不同， 正确.
7. [2022江苏，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( B )
A. 频率减小 B. 波长减小 C. 动量减小 D. 速度减小
[解析]
【方法总结】
8. [2022湖南，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( C )
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
[解析] 卢瑟福的核式结构模型解释的是 粒子散射实验现象， 项错误；玻尔原子理论只解释了氢原子光谱分立特征，但无法解释其他原子如氦的原子光谱， 项错误；光电效应说明光具有能量，具有粒子性， 项正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子的波动性， 项错误.
9. [2021浙江6月选考，3分]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的波长之比的数量级为( C )
A. B. C. D.
[解析] 油滴的密度约为 ，则直径为 的油滴的质量大约为 ，根据德布罗意波的波长公式 ，联立得 ，选项 正确.
10. [2021河北，4分]普朗克常量 ，光速为 ，电子质量为 ，则 在国际单位制下的单位是( B )
A. B. C. D.
[解析] 根据光子能量 和质能方程 可知， 和 单位相同，则 和 的单位相同，单位为 ，选项 正确， 、 、 错误.
11. [2021广东，4分]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( C )
A. 是氦核
B. 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
[解析] 由质量数守恒与电荷数守恒可知，核反应方程 中的 是 ，即正电子，选项 、 均错误；由铝26的半衰期为72万年可知，再经过72万年，现有的铝26原子核有一半发生衰变，然后再经过72万年（即经过144万年），现有的铝26原子核还有四分之一未发生衰变，而不是全部发生衰变，选项 正确，选项 错误.
12. [2020江苏，4分]“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点.它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示.若人体温度升高，则人体热辐射强度 及其极大值对应的波长 的变化情况是( B )
A. 增大, 增大 B. 增大, 减小 C. 减小, 增大 D. 减小, 减小
[解析] 根据黑体辐射规律，可知随温度升高，各种波长的辐射强度都增大，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故人体热辐射强度 随人体温度的升高而增大，其极大值对应的波长减小， 项正确.
13. [2020天津，5分]在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识.下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是( D )
A. B.
C. D.
[解析] 发现原子具有核式结构的是卢瑟福的 粒子轰击金箔发生散射的实验，选项 正确.
14. [2020浙江7月选考，3分]下列说法正确的是( D )
A. 质子的德布罗意波的波长与其动能成正比
B. 天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线
C. 光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关
D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性
[解析] 由德布罗意波的波长 可知，质子的波长与动量成反比，而动量与动能的关系为 ，所以 项错误；天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 射线， 项错误；光电效应实验中的截止频率是指使金属恰好发生光电效应时入射光的频率，即 ，只与金属的逸出功 有关， 项错误；衍射是波的特性，所以电子束穿过铝箔的衍射图样说明电子具有波动性， 项正确.
15. [2019全国Ⅰ，6分]氢原子能级示意图如图所示.光子能量在 的光为可见光.要使处于基态 的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为( A )
A. B. C. D.
[解析] 因为可见光光子的能量范围是 ,所以氢原子至少要被激发到 能级，要给氢原子提供的能量最少为 ,即选项 正确.
二、非选择题
16. [2022上海，4分]“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: （2分）;该反应属于衰变（2分）（选填“裂变”或“衰变”）反应.
[解析] 根据原子核反应过程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，同位素“钚”原子核发生的核反应是 .由于该核反应放出了 ，即 粒子，所以属于 衰变反应.
17. [2021福建，4分]核污水中常含有氚 等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全.氚 衰变的半衰期长达12.5年，衰变方程为 其中 是质量可忽略不计的中性粒子，则 2（1分）、 3（1分）.若将含有质量为 的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩 （2分） （用分数表示）.
[解析] 根据核反应满足的质量数守恒和电荷数守恒，可知 、 .由 可知，50年为4个半衰期，若将含有质量为 的氚的核污水排入大海，即使经过50年，排入海中的氚还剩 .
题组二
一、选择题
1. [2023全国乙，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 .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 ）( C )
A. B. C. D.
[解析] 由题意可知，伽马射线暴每分钟释放的能量量级为 ，则其每秒钟释放的能量量级为 ,根据爱因斯坦质能方程 可知，每秒钟平均减少的质量量级为 , 正确.
2. [2023辽宁，4分]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 ,则( A )
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
[解析] 由题图可知跃迁时放出的光子①和③均由同一高能级跃迁到同一低能级，又释放的能量等于两能级的能量差，所以①和③的能量相等， 正确；由题图可知②的能量比④的能量小，则由公式 可知②的频率小于④的频率， 错误；用①照射某金属表面时能发生光电效应现象，但由于②的能量小于①，所以用②照射该金属时不一定能发生光电效应， 错误；用①照射某金属时逸出光电子的最大初动能为 ，由于④的能量大于①，则由 可知用④照射该金属逸出光电子的最大初动能一定大于 ， 错误.
3. [2023浙江6月选考，6分，多选]有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为 .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 的双缝,在与缝相距为 的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为 ,已知电子质量为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,则( AD )
A. 电子的动量 B. 电子的动能
C. 光子的能量 D. 光子的动量
[解析] 由条纹间距 、电子动量 联立解得 ， 对；电子的动能 ，解得 ， 错；光子的能量 ，故 ， 错；光子的动量 ，解得 ， 对.
4. [2022上海，3分]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( B )
A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 核子
[解析] 质量数 质子数 中子数，根据原子核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应时核内的一个质子放出一个正电子，电荷数（质子数）减1，质量数不变，则新原子核中多了一个中子， 正确.
【教材再现】 人教版新教材选择性必修第三册第110页.
衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子（图5.2-3），其转化方程是 ，这种转化产生的电子发射到核外，就是 粒子；与此同时，新核少了一个中子，却增加了一个质子.所以，新核质量数不变，而电荷数增加1.
图5.2-3 中子的转化
同样，核反应放出的正电子是原子核内的质子转化为一个中子和一个正电子产生的（如质子的转化图），其转化方程为 ，这种转化产生的正电子发射到核外；与此同时，新核少了一个质子，却增加了一个中子.所以，新核的质量数不变，电荷数减少1.
5. [2022重庆，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 ，紫光光子的能量范围为 .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( C )
A. B. C. D.
[解析]
6. [2022辽宁，4分]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 ，该反应中释放的能量为 .下列说法正确的是( D )
A. 为氘核 B. 为氚核
C. D.
[解析] 核反应过程遵循质量数守恒以及电荷数守恒，则 的质量数为1，电荷数为1，则 为质子 ， 错误；该核反应过程的质量亏损为 ，则该核反应释放的能量 ， 错误， 正确.
7. [2022全国甲，6分]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 ，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( C )
A. B. C. D.
[解析] 设 时刻，甲、乙两种放射性元素原子核数分别为 、 ，则有 ， 时，甲经过两个半衰期，未衰变原子核数为 ，乙经过一个半衰期，未衰变原子核数为 ，由已知条件有 ，解得 ， ； 时，甲经过四个半衰期，未衰变原子核数为 ，乙经过两个半衰期，未衰变原子核数为 ，则此时未衰变原子核总数为 ，解得 ， 项正确.
8. [2021海南，3分]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 .根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率 为( D )
A. B. C. D.
[解析] 由爱因斯坦光电效应方程 可得 ， 项正确.
9. [2021北京，3分]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 粒子和锂 离子.这个核反应的方程是( A )
A. B.
C. D.
[解析] 由 表示中子、 表示 粒子，以及核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知，选项 正确.
10. [2021湖南，4分]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( D )
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
[解析] 半衰期是指大量放射性元素原子核衰变一半的时间，经过一个半衰期有一半的核发生衰变，再经过一个半衰期，未衰变的原子核中又衰变一半，经过两个半衰期衰变的原子核数为总数的四分之三， 项错误；原子核衰变时满足质量数守恒和电荷数守恒， 项错误；原子核的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，由原子核本身决定, 项错误；过量的放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在合适剂量内是安全的, 项正确.
11. [2021全国乙，6分]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 后剩余的 质量为 ，其 图线如图所示.从图中可以得到 的半衰期为( C )
A. B. C. D.
[解析] 题中给出的 图线是向下凹的曲线， 时对应的时间小于 ，且由数学知识知其与 相差不会太大，所以 、 、 选项错误，选项 正确.
12. [2020全国Ⅱ，6分]氘核 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
表示.海水中富含氘，已知 中含有的氘核约为 个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知 标准煤燃烧释放的热量约为 , ,则 约为( C )
A. B. C. D.
[解析] 结合核反应方程知， 中的氘核全部发生聚变反应放出的能量 ，根据题意得 ，故 、 、 项错误， 项正确.
13. [2020全国Ⅲ，6分，多选]1934 年，约里奥-居里夫妇用 粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素 ，反应方程为 会衰变成原子核 ，衰变方程为 .则( AC )
A. 的质量数与 的质量数相等 B. 的电荷数比 的电荷数少1
C. 的电荷数比 的电荷数多2 D. 的质量数与 的质量数相等
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒，可知 方程中 的质量数为30，电荷数为15，再根据 方程可知 的质量数为30，电荷数为14，故 的质量数与 的质量数相等， 的电荷数比 的电荷数多1， 的电荷数比 的电荷数多2， 的质量数比 的质量数多3，选项 、 正确， 、 错误.
二、非选择题
14. [2020江苏，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 和 ，则该激发态与基态的能量差为 （2分），波长为 的光子的动量为 （2分）.（已知普朗克常量为 ，光速为 ）
[解析] 该激发态向基态跃迁时产生的光子能量最大，波长最短，所以该激发态与基态的能量差 ；波长为 的光子的动量为 .
题组三
一、选择题
1. [2023浙江6月选考，3分]“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( C )
A. 衰变方程中的 等于233 B. 的穿透能力比 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
[解析] 由于核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒，则 应为234， 错； 射线的穿透能力比 射线的穿透能力弱， 错；比结合能越大，原子核越稳定，则 的比结合能比 的比结合能大， 对；放射性元素的半衰期与物理状态以及化学状态均无关，所以月夜寒冷的天气中 的半衰期不会发生变化， 错.
2. [2023海南，4分，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( AC )
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
[解析] 由波的知识可知 ，则光的频率为 ， 对；由光子说可知，光子能量 ，光子动量 ， 错 对；时间 内发射的光子的总能量为 ，即 ，则 ， 错.
3. [2022湖北，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 俘获核外 层电子 ，可生成一个新原子核 ，并放出中微子 ，即 .根据核反应后原子核 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 )
A. 原子核 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
[解析] 根据电荷数守恒和质量数守恒可知，原子核 是 ，选项 正确；反应前总质子数为4，反应后总质子数为3，核反应前后的总质子数变化，选项 错误；核反应前后总质量数均为7，所以选项 错误；中微子 的电荷量为零，与电子的不同，选项 错误.
4. [2022河北，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 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 .由图像可知( A )
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 D. 遏止电压 与入射光频率 成正比
[解析] 结合图像可知钠的逸出功 ， 项正确；由图像可知钠的截止频率约为 ， 项错；由爱因斯坦光电效应方程有 ，光电子最大初动能 ，解得 ，故图像的斜率为 ， 、 项错.
5. [2022北京，3分]2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置 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 )
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
[解析]
6. [2022山东，3分]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( B )
A. B. C. D.
[解析] 设碘125刚植入时的质量为 ，则经过 个半衰期以后剩余的质量为 ，解得 , 项正确.
7. [2022全国乙，6分]一点光源以 的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为 的光，在离点光源距离为 处每秒垂直通过每平方米的光子数为 个.普朗克常量为 . 约为( B )
A. B. C. D.
[解析] 根据题述知，点光源向所有方向均匀辐射，即距离点光源为 的球面上单位时间所接收的光的能量等于点光源单位时间所辐射的光的能量.点光源辐射功率 ，其中 ，联立解得 ，选项 正确.
8. [2021全国甲，6分]如图，一个原子核 经图中所示的一系列 、 衰变后，生成稳定的原子核 ，在此过程中放射出电子的总个数为( A )
A. 6 B. 8 C. 10 D. 14
[解析] 根据图像可得其原子核分别为 、 ，设经历 衰变 次， 衰变 次，由于 衰变不会改变原子核的质量数，则可根据衰变前后质量数的变化求解 衰变的次数，即 ，根据电荷数守恒求 衰变的次数，即 ，而只有 衰变才放出电子，故 衰变6次，放出6个电子，故选项 、 、 错误，选项 正确.
【光速解法】 原子核发生1 次 衰变,放出1个电子，质子数加1，结合题图可知发生了6次 衰变，放出6个电子，选A.
9. [2021江苏，4分]如图所示，分别以1、2两种材料为 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 变化关系的图像是 ( C )
A.
B.
C.
D.
[解析] 由爱因斯坦光电效应方程可知光电子的最大初动能为 ，因为截止频率 ，则用材料1完成实验时极板上产生光电子的最大初动能较大.结合题图可知，光电子在两极板间加速，则光电子到达 极时动能的最大值 ，易知两 图线的斜率相同，且相同电压时用材料1完成实验的 较大， 正确， 、 、 错误.
10. [2021河北，4分]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( C )
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. 银河系中现有的铝同位素 将在144万年后全部衰变为
[解析] 核反应中有质量亏损，生成物的总质量小于反应物的总质量，可知铝核的质量大于镁核的质量，选项 错误； 和 中子数分别为13和14，选项 错误；半衰期只与原子核本身有关，与所处化学状态和外部条件无关，选项 正确；144万年为 的2个半衰期，还剩余 的铝同位素 没有发生衰变，选项 错误.
二、非选择题
11. [2023江苏，8分]“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬 射线.硬 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 射线,卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到 个该种光子.已知探测仪镜头面积为 ,卫星离太阳中心的距离为 ,普朗克常量为 ,光速为 ,求:
（1）每个光子的动量 和能量 ;
[答案] 根据德布罗意波长公式可得，每个光子的动量为 （1分）
每个光子的频率为 （1分）
每个光子的能量为 （1分）
故每个光子的能量为 （1分）
（2）太阳辐射硬 射线的总功率 .
[答案] 卫星离太阳中心的距离为 ，离太阳中心距离为 的球面的表面积为 （1分）
单位面积上的功率为 （1分）
太阳辐射硬 射线的总功率 （1分）
联立解得 （1分）
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