【好题汇编】2023-2025年高考物理真题分类汇编（全国通用版）专题17 原子结构与原子核（有解析）
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| 名称 | 【好题汇编】2023-2025年高考物理真题分类汇编（全国通用版）专题17 原子结构与原子核（有解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-06-26 20:09:18 | ||
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文档简介
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专题17 原子结构与原子核
2023-2025年三年高考物理真题分类汇编，分类练习，高效提分！按照物理学科知识点构成情况，将试题分解组合，全面呈现物理学科知识点在三年高考中的考查情况，旨意方便老师和学生掌握高考命题动向、熟悉高考考查方式。
一．选择题（共46小题）
1．（2025 广西）已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13eV、2.25eV、2.29eV、3.20eV。用光子能量为2.20eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是（ ）
A．铷 B．钾 C．钠 D．钙
2．（2025 山东）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能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
3．（2023 山东）“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
4．（2024 甘肃）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：，该方程中X是（ ）
A．质子 B．中子 C．电子 D．α粒子
5．（2025 湖北）PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为→X，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
6．（2025 安徽）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核（），则（ ）
A．x＝1，y＝1 B．x＝1，y＝2 C．x＝2，y＝1 D．x＝2，y＝2
7．（2024 江苏）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（ ）
A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4
8．（2023 辽宁）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
9．（2023 新课标）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h＝6.63×10﹣34J s，元电荷e＝1.60×10﹣19C）（ ）
A．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz
10．（2023 全国）根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释α粒子散射实验，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是金原子核对α粒子的（ ）
A．库仑斥力 B．库仑引力 C．万有引力 D．核力
11．（2023 上海）关于α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α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
12．（2023 浙江）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜，核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu→UHe，则（ ）
A．衰变方程中的X等于233 B．He的穿透能力比γ射线强
C．Pu比U的比结合能小 D．月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
13．（2023 北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ）
A．Un→BaKr+（ ） B．U→Th+（ ）
C．NHe→O+（ ） D．C→N+（ ）
14．（2023 浙江）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：Nn→CH，产生的C能自发进行β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．C发生β衰变的产物是N
B．β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C的半衰期发生微小变化
D．若测得一古木样品的C含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年
15．（2023 乙卷）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1048J。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3×108m/s ）（ ）
A．1019kg B．1024kg C．1029kg D．1034kg
16．（2024 河北）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．n B．e C．e D．He
17．（2025 甘肃）利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。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50eV，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
18．（2025 北京）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﹣13.6eV，则反氢原子的基态能量也为﹣13.6eV
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
19．（2025 湖南）关于原子核衰变，下列说法正确的是（ ）
A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
20．（2025 选择性）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100V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10kV，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
21．（2025 海南）核反应方程中，则X是（ ）
A． B． C． D．
22．（2023 湖南）2023年4月13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
23．（2023 甲卷）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
24．（2024 广东）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
25．（2024 湖北）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一。Bn→XY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
26．（2025 重庆）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为p。普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．光子的波长为
B．该原子吸收光子后质量减少了
C．该原子吸收光子后德布罗意波长为
D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态
27．（2025 广东）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为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
28．（2025 云南）2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为→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
29．（2024 浙江）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Hδ和Hγ光进行如下实验研究，则（ ）
A．照射同一单缝衍射装置，Hδ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，Hδ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Hγ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，Hγ光的饱和光电流小
30．（2023 湖北）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121.6nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10.2eV）。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．n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁
31．（2024 浙江）已知氘核质量为2.0141u，氚核质量为3.0161u，氦核质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol﹣1，氘核摩尔质量为2g mol﹣1，1u相当于931.5MeV。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10﹣10m就能发生核聚变
D．4g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025MeV
32．（2024 甲卷）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．x＝1，y＝2 B．x＝1，y＝3 C．x＝2，y＝2 D．x＝3，y＝1
33．（2025 河南）由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为（ ）
A．1：4 B．1：2 C．3：4 D．1：1
34．（2024 安徽）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3.11eV，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
35．（2024 全国）图1为氢原子光谱谱线的波长相对位置示意图（波长绝对位置未依实际刻度绘制），并以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ标示来曼系、巴耳末系、帕申系中波长最长的三条光谱线，例如来曼系标示Ⅰ处为电子从主量子数n＝2轨域跃迁至n＝1轨域所发射的谱线。下列何者为电子从主量子数n＝5轨域跃迁至n＝3轨域所发射的谱线？（ ）
A．帕申系标示Ⅰ处 B．帕申系标示Ⅱ处
C．巴耳末系标示Ⅱ处 D．巴耳末系标示Ⅲ处
E．来曼系标示Ⅲ处
36．（2024 浙江）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ν34′
37．（2023 河北）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
38．（2023 广东）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应C+Y→O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
39．（2023 重庆）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．→
40．（2024 浙江）发现中子的核反应方程为→X，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为型→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n的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量
41．（2024 山东）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；衰变为的半衰期约为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
42．（2024 北京）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
43．（2024 福建）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Ni衰变释放的能量转化为电能，衰变方程为Ni→Cu+X，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．
44．（2024 全国）常见的守恒律有：甲.质量守恒、乙.力学能守恒、丙.动量守恒、丁.电荷守恒、戊.质能守恒。在原子核反应的过程中，遵守上列哪些守恒定律？（ ）
A．仅有甲、丙 B．仅有甲、丙、丁
C．仅有乙、丙、丁 D．仅有丙、丁、戊
E．仅有乙、丁、戊
45．（2024 海南）人工核反应中的X是（ ）
A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子
46．（2024 广西）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇﹣160（Os）和钨﹣156（W）。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
二．多选题（共5小题）
（多选）47．（2025 福建）核反应方程为→17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变
C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV
（多选）48．（2025 选择性）某理论研究认为，原子核可能发生双β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0.5908MeV和0.5395MeV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
（多选）49．（2025 浙江）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
（多选）50．（2024 重庆）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
（多选）51．（2024 天津）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β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
三．填空题（共2小题）
52．（2023 福建）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）
53．（2023 上海）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U→Th+ 。（已知：h＝6.63×10﹣34J s，1eV＝1.6×10﹣19J）
四．解答题（共7小题）
54．（2025 江苏）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为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。
55．（2025 河北）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。
（1）若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。
（2）若探测器光阴极材料的逸出功为9.939×10﹣20J，求该材料的截止频率。（普朗克常量h＝6.626×10﹣34J s）
56．（2025 上海）量子力学（QuantumMechanics），为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。19世纪末，人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统，于是经由物理学家的努力，在20世纪初创立量子力学，解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。
（1）太阳内部发生的反应是核聚变，即氢原子核在高温高压条件下聚合成氦原子核并释放能量的过程；其核反应方程为，则X是（ ）
A．H核 B．He核 C．Li核 D．Be核
（2）（多选）若复色光的频率ν＝5.50×1014Hz～6.50×1014Hz，用复色光照射下面金属，可发生光电效应的可能是（ ）
金属的极限频率
金属 锌 钙 钠 钾 铷
频率/1014Hz 8.07 7.73 5.53 5.44 5.15
选项 A B C D E
（3）氢原子核外电子以半径r绕核做匀速圆周运动，若电子质量为m，元电荷为e，静电力常数为k，则电子动量大小是 。
（4）一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到n＝2的较低能量状态，R为里伯德常量，c是真空中的光速；则在此过程中（ ）。
A．吸收光子， B．放出光子，
C．吸收光子， D．放出光子，
57．（2025 北京）如图1所示，金属圆筒A接高压电源的正极，其轴线上的金属线B接负极。
（1）设A、B两极间电压为U，求在B极附近电荷量为Q的负电荷到达A极过程中静电力做的功W。
（2）已知筒内距离轴线r处的电场强度大小，其中k为静电力常量，λ为金属线B单位长度的电荷量。如图2所示，在圆筒内横截面上，电荷量为q、质量为m的粒子绕轴线做半径不同的匀速圆周运动，其半径为r1、r2和r3时的总能量分别为E1、E2和E3。若r3﹣r2＝r2﹣r1，推理分析并比较（E3﹣E2）与（E2﹣E1）的大小。
（3）图1实为某种静电除尘装置原理图，空气分子在B极附近电离，筒内尘埃吸附电子而带负电，在电场作用下最终被A极收集。使分子或原子电离需要一定条件。以电离氢原子为例。根据玻尔原子模型，定态氢原子中电子在特定轨道上绕核做圆周运动，处于特定能量状态，只有当原子获得合适能量才能跃迁或电离。若氢原子处于外电场中，推导说明外电场的电场强度多大能将基态氢原子电离。（可能用到：元电荷e＝1.6×10﹣19C，电子质量m＝9.1×10﹣31kg，静电力常量k＝9.0×109N m2/C2，基态氢原子轨道半径a＝5.3×10﹣11m和能量E0＝﹣13.6eV）
58．（2025 浙江）同位素C相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA﹣Ⅰ、磁体﹣Ⅰ和高电压清除器，让只含有三种碳同位素C、C、C的C3+离子束（初速度可忽略不计）进入磁体﹣Ⅱ。磁体﹣Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离C、C、C三种同位素，其中C、C的C3+离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而C离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA﹣Ⅱ，被接收器D接收并计算。
（1）写出中子与N发生核反应生成C，以及C发生β衰变生成N的核反应方程式；
（2）根据图2写出C的C3+离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知R＝0.2m，原子质量单位u＝1.66×10﹣27kg，元电荷e＝1.6×10﹣19C）；
（3）如图1所示，ESA﹣Ⅱ可简化为间距d＝5cm两平行极板，在下极板开有间距L＝10cm的两小孔，仅允许入射角φ＝45°的C离子通过。求两极板之间的电势差U1；
（4）对古木样品，测得C与C离子数之比值为4×10﹣13；采用同样办法，测得活木头中C与C的比值为1.2×10﹣12，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知C的半衰期约为5700年，ln3＝1.1，ln2＝0.7）。
59．（2023 新课标）密立根油滴实验的示意图如图所示。两水平金属平板上下放置，间距固定，可从上板中央的小孔向两板间喷入大小不同、带电量不同、密度相同的小油滴。两板间不加电压时，油滴a、b在重力和空气阻力的作用下竖直向下匀速运动，速率分别为v0、；两板间加上电压后（上板为正极），这两个油滴很快达到相同的速率，均竖直向下匀速运动。油滴可视为球形，所受空气阻力大小与油滴半径、运动速率成正比，比例系数视为常数。不计空气浮力和油滴间的相互作用。
（1）求油滴a和油滴b的质量之比；
（2）判断油滴a和油滴b所带电荷的正负，并求a、b所带电荷量的绝对值之比。
60．（2024 上海）氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。
（1）原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
①质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为 。
A.链式反应 B.衰变 C.核聚变 D.核裂变
②H核的质量为m1，H核的质量为m2，它们通过核反应形成一个质量为m3的氦原子核（He），此过程释放的能量为 。（真空中光速为c）
（2）某回旋加速器的示意图如图1所示。磁感应强度大小为B的匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒D1、D2内，且与金属盒表面垂直。交变电源通过Ⅰ、Ⅱ分别与D1、D2相连，仅在D1、D2缝隙间的狭窄区域产生交变电场。初动能为零的带电粒子自缝隙中靠近D2的圆心O处经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入D1。
①粒子在D1、D2运动过程中，洛伦兹力对粒子做功为W、冲量为I，则 。
A.W＝0，I＝0 B.W≠0，I＝0 C.W≠0，I≠0 D.W＝0，I≠0
②H核和H核自图1中O处同时释放，Ⅰ、Ⅱ间电势差绝对值始终为U，电场方向做周期性变化，H核在每次经过缝隙间时均被加速（假设粒子通过缝隙的时间和粒子间相互作用可忽略）。H核完成3次加速时的动能与此时H核的动能之比为 。
A.1：3 B.1：9 C.1：1 D.9：1 E.3：1
（3）如图2，静电选择器由两块相互绝缘、半径很大的同心圆弧形电极组成。电极间所加电压为U。由于两电极间距d很小，可近似认为两电极半径均为r（r d），且电极间的电场强度大小处处相等，方向沿径向垂直于电极。
①电极间电场强度大小为 ；
②由H核、H核和H核组成的粒子流从狭缝进入选择器，若不计粒子间相互作用，部分粒子在电场力作用下能沿圆弧路径从选择器出射。
a.出射的粒子具有相同的 。
A.速度 B.动能 C.动量 D.比荷
b.对上述a中的选择做出解释。（论证）
专题17 原子结构与原子核
参考答案与试题解析
一．选择题（共46小题）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
答案 A B D B C B C A C A A
题号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
答案 C A D C D C A B C C A
题号 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
答案 D C B C B A C A D C B
题号 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44
答案 B B B D D A A D B B D
题号 45 46
答案 A C
二．多选题（共5小题）
题号 47 48 49 50 51
答案 AC ABC BC BD AB
一．选择题（共46小题）
1．【考点】光电效应的条件和判断能否发生光电效应．版权所有
【专题】定性思想；推理法；光电效应专题；理解能力．
【解答】当单色光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的单色光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A正确，BCD错误。
故选：A。
2．【考点】遏止电压及其影响因素．版权所有
【专题】比较思想；推理法；光电效应专题；理解能力．
【解答】根据光电子最大初动能与遏止电压的关系得：
Ek＝eUc
由图像得：
Uc2＞Uc3＞Uc1
则有：
Ek2＞Ek3＞Ek1
故B正确，ACD错误；
故选：B。
3．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】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，吸收的能量为hν0；
自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，释放的能量为hν1；
在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，释放的能量为hν2；
辐射出频率为ν3的光子回到基态，释放的能量为hν3；
由能量守恒定律得：hν0＝hν1+hν2+hν3
则该原子钟产生的钟激光的频率为ν2＝ν0﹣ν1﹣ν3
故ABC错误，D正确。
故选：D。
4．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】根据质量数守恒和电荷数守恒，有：X的质量数为：（106+58﹣160）÷4＝1，电荷数为：（48+28﹣76）÷4＝0，故X是中子，故ACD错误，B正确。
故选：B。
5．【考点】半衰期的相关计算；β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；归纳法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A、设X的质量数为a，电荷数为b，根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒，可得a＝18，b＝8，X为O，故A错误；
B、该反应释放出了正电子，所以应该为正β衰变，不是核聚变，故B错误；
C、经过一个半衰期，质量变为原来的，所以还剩下0.，故C正确；
D、的电荷数为0，在磁场中不受洛伦兹力，不会发生偏转，故D错误。
故选：C。
6．【考点】β衰变的特点、本质及方程；核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系．版权所有
【专题】比较思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数增加1，电荷数不变，每发生一次β衰败，质量数不变，电荷数增加1；
钍核（）变成铀核（），质量数加1，则俘获1个中子，电荷数加2，则发生2次β衰败，即x＝1，y＝2，故B正确、ACD错误。
故选：B。
7．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光电效应现象及其物理意义．版权所有
【专题】定性思想；推理法；光电效应专题；理解能力．
【解答】根据能级图可知，能量的大小顺序为：
λ3＞λ2＞λ1＞λ4，且其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，则发生光电效应的是λ3光子，故C正确，ABD错误；
故选：C。
8．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光电效应现象及其物理意义；爱因斯坦光电效应方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】因原子能级跃迁放出的光子的能量等于原子的能级差，由题图可知光子①、②、③、④对应的能量关系为：E②＜E①＝E③＜E④
A、由上述分析可知光子①和③的能量相等，故A正确；
B、由光子能量E＝hν，和E②＜E④，可得到②的频率小于④的频率，故B错误；
C、发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，已知用①照射该金属表面时能发生光电效应，可知E①大于此金属的逸出功W0，因E②＜E①，则无法比较E②与W0的大小关系，故用②照射该金属不一定能发生光电效应，故C错误；
D、根据爱因斯坦光电效应方程：hν﹣W0＝Ekm
已知用①照射该金属逸出光电子的最大初动能为Ek，即E①﹣W0＝Ek
因E④＞E①，故用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，故D错误。
故选：A。
9．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】跃迁过程中，辐射处光子的能量为ΔE＝hν
则跃迁发射的光子的频率为νHz≈2.4×109Hz
频率量级为109Hz，故C正确，ABD错误。
故选：C。
10．【考点】卢瑟福α粒子散射实验．版权所有
【专题】定性思想；推理法；原子的核式结构及其组成．
【解答】α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但因为电子的质量只有α粒子质量的，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变，只有是原子核对α粒子的库仑斥力，其力较大，且原子核质量较大，导致极少数α粒子发生大角度偏转，所以A正确，BCD错误。
故选：A。
11．【考点】卢瑟福α粒子散射实验．版权所有
【专题】实验题；实验分析法；原子的核式结构及其组成；理解能力．
【解答】A，真空对α粒子没有阻碍作用。故A正确；
B，荧光屏是为了观察穿过金铂的α粒子的。故B错误；
C，显微镜是为了观察荧光屏上的发光点的，故C错误；
D，该实验证明了原子中存在一个核，故D错误。
故选：A。
12．【考点】结合能（比结合）与核能的相关判断和计算；α、β、γ射线的本质及特点；α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A、由质量数守恒得：X＝238﹣4＝234
故A错误；
B、He的穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C、Pu衰变过程释放能量，比结合能增大，即Pu比U的比结合能小，故C正确。
D、半衰期的大小反映衰变的快慢，与所处的物理环境无关，故D错误。
故选：C。
13．【考点】轻核的聚变及反应条件；核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子；重核的裂变及反应条件．版权所有
【专题】定量思想；寻找守恒量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】A、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝92+0﹣56﹣36＝0；质量数A＝235+1﹣144﹣89＝3；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子为3n，故A正确；
B、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝92﹣90＝2；质量数A＝238﹣234＝4；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故B错误；
C、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝7+2﹣8＝1；质量数A＝14+4﹣17＝1；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故C错误；
D、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝6﹣7＝﹣1；质量数A＝14﹣14＝0；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故D错误。
故选：A。
14．【考点】半衰期的相关计算；β衰变的特点、本质及方程；原子核的半衰期及影响因素．版权所有
【专题】定量思想；方程法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】A、C能自发进行β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，其衰变方程为：→，故A错误；
B、β衰变产生的电子是β衰变过程中中子转化为一个质子同时放出一个电子形成的，故B错误；
C、半衰期是放射性物质固有属性，由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，温度变化不能改变碳14的半衰期，故C错误；
D、测得一古木样品的C含量为活体植物的，根据，可知经过了两个半衰期，所以该古木距今约为：N＝2T＝2×5730年＝11460年，故D正确。
故选：D。
15．【考点】爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】根据ΔE＝Δmc2，可得每分钟平均减少的质量量级为Δmkg≈1031kg
1min＝60s
则每秒钟平均减少的质量量级为Δm′kg≈1029kg
故ABD错误，C正确。
故选：C。
16．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；控制变量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】由核电荷数守恒可知
6+1﹣3﹣2×1＝2
由质量数守恒可知
12+1﹣7﹣2×1＝4
故X为，故D正确，ABC错误。
故选：D。
17．【考点】计算能级跃迁过程吸收或释放的能量．版权所有
【专题】定性思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】用能量为50eV电子碰撞He+离子使其从基态激发，最大可能跃迁到3能级。
根据E＝hν可知，光子能量最小，波长最长，所以波长最长的对应3→2能级，故C正确、ABD错误。
故选：C。
18．【考点】轻核聚变的应用；光子与光子的能量；玻尔原子理论的基本假设．版权所有
【专题】定量思想；归纳法；原子的能级结构专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】A、已知氢原子的基态能量为﹣13.6eV，则反氢原子的基态能量也为﹣13.6eV，故A正确；
B、根据电荷守恒定律可知，一个中子可以转化为一个质子和一个电子，故B错误；
C、根据动量守恒定律可知，一对正负电子等速率对撞，湮灭为2个光子才能保证合动量为零，故C错误；
D、反氘核和反氘核的核聚变反应发生质量亏损，要释放能量，故D错误。
故选：A。
19．【考点】原子核的半衰期及影响因素．版权所有
【专题】定性思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】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；
CD、半衰期由原子核内部结构决定，半衰期与温度无关，不受化学方法影响，因化学变化不改变原子核性质，故CD 错误；
故选：B。
20．【考点】德布罗意波的公式．版权所有
【专题】定量思想；合成分解法；光的波粒二象性和物质波专题；推理论证能力．
【解答】设加速电压为U，电子的质量为m，电荷量为e，加速后电子的动量为p。加速后电子的动能Ek＝eU
电子的动量p＝mv
由德布罗意波波长公式
由于U′＝100U
可得
故ABD错误，C正确。
故选：C。
21．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】应用题；信息给予题；定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】核反应遵循质量数和电荷数守恒，设X的质量数为A，电荷数为Z；
根据质量数守恒235+A＝144+89+3×1
解得A＝1
根据核电荷数守恒92+Z＝56+36+3×0
解得Z＝0
因此元素X是，故ABD错误，C正确。
故选：C。
22．【考点】轻核聚变的应用；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定性思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】A、相同质量的核燃料，轻核聚变的质量亏损比重核裂变的质量亏损大，释放的核能更多，故A正确；
B、氘氚核聚变过程，质量数守恒，电荷数守恒，则氘氚核聚变的核反应方程为：HH→Hen，故B错误；
C、铀235是重核，核裂变的核反应燃料主要是铀235，故C错误；
D、核聚变反应过程中发生质量亏损，故D错误。
故选：A。
23．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；方程法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】由题中的两个核反应方程
XN→YO
YLi→2X
两方程可简化为：LiN→XO
由质量数和电荷数守恒可得：
14+7＝A+17
7+3＝Z+8
解得：Z＝2，A＝4，故D正确，ABC错误。
故选：D。
24．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，设Y原子核的电荷数为y，质量数为A，则根据电荷数守恒可得：
y+95＝119
解得：y＝24
即Y为Cr；根据质量数守恒，则有
54+243＝A+2
解得：A＝295，故C正确，ABD错误；
故选：C。
25．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；控制变量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】根据反应前和发应后的质量数和电荷数守恒有
10+1＝a+4
5+0＝3+b
解得
a＝7
b＝2
故B正确，ACD错误。
故选：B。
26．【考点】德布罗意波的公式；分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光的波粒二象性和物质波专题；理解能力．
【解答】A、根据光子能量公式E＝hν，可得光子的波长：，故A错误；
B、根据爱因斯坦质能方程E＝mc2可得，原子吸收光子，能量增加E，质量应增加：Δm，故B错误；
C、吸收光子后，原子动量变为p，根据德布罗意波长公式可得，该原子吸收光子后德布罗意波长为λ，故C正确；
D、原子从基态跃迁到激发态，吸收的光子能量是特定的，由E＝hν可知，波长更长的光子能量更小，不能使该基态原子跃迁到激发态，故D错误。
故选：C。
27．【考点】光电效应的条件和判断能否发生光电效应．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】A．使用频率更小的光，其频率更是低于乙的极限频率，更不可能使乙发射光电子，故A错误；
B．根据Ek＝hν﹣W0，可知使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek，故B正确；
C．频率不变，减弱光强，不可能使乙发射光电子，故C错误；
D．频率不变，减弱光强，仍能使甲发射光电子，其最大初动能等于Ek，故D错误。
故选：B。
28．【考点】β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】应用题；学科综合题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；分析综合能力．
【解答】设元素X的质量数为A，核电荷数为Z，核反应遵循质量数和核电荷数守恒；
质量数守恒14＝14+A
解得A＝0
电荷数守恒6＝7+Z
解得Z＝﹣1
因此X为电子，发生的是β衰变；
核反应方程为为
X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的，核反应方程为
故A正确，BCD错误。
故选：A。
29．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光的折射定律；光的单缝衍射和小孔衍射；氢原子光谱及巴耳末公式．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；光的衍射、偏振和电磁本性专题；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】根据巴耳末公式，我们可以知道Hα、Hβ、Hγ、Hδ分别对应n＝3、4、5、6的谱线。
A、用Hδ和Hγ光照射同一单缝衍射装置，光的波长越长，中央明条纹宽度越宽。由于Hγ光的波长较Hδ的长，所以Hγ光的中央明条纹宽度最宽，故A错误。
B、Hγ光的波长较长，根据：
可知Hγ光的频率较小，则Hγ光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，Hγ光的侧移量小，故B错误；
C、Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，Hγ光的光子数较多，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多，故C正确；
D、若Hδ、Hγ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，Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，Hγ光的光子数较多，则Hγ光的饱和光电流大，Hδ光的饱和光电流小，故D错误。
故选：C。
30．【考点】氢原子能级图．版权所有
【专题】定量思想；方程法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】根据题意可知，波长为121.6nm的氢原子谱线对应的光子能量为10.2eV。
A、n＝2和n＝1能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E1＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6eV）＝10.2eV，故A正确；
B、n＝3和n＝1能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E2＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV，故B错误；
C、n＝3和n＝2能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E3＝﹣1.51eV﹣（﹣3.4eV）＝1.89eV，故C错误；
D、n＝4和n＝2能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E4＝﹣0.85eV﹣（﹣3.4eV）＝2.55eV，故D错误。
故选：A。
31．【考点】轻核的聚变及反应条件；结合能与比结合能的概念及物理意义；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；分析综合能力．
【解答】A、核反应过程质量数和电荷数守恒，可知核反应方程式为：，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，它们间的距离达到10﹣15m以内才可以发生核聚变，故C错误；
D、一个氘核与一个氚核聚变反应过程，质量亏损为：Δm＝2.0141u+3.0161u﹣4.0026u﹣1.0087u＝0.0189u
聚变反应释放的能量：ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.0189u×931.5MeV≈17.6MeV
4g氘含有氘核的个数：
4g氘完全参与聚变释放出能量：E＝N ΔE＝1.2×1024×17.6MeV≈2.11×1025MeV，数量级为1025MeV，故D正确。
故选：D。
32．【考点】轻核的聚变及反应条件．版权所有
【专题】定量思想；控制变量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】根据电荷数守恒和质量数守恒可知
6×2＝2×4+x+y
6＝2×2+y
解得
y＝2
x＝2
故C正确，ABD错误。
故选：C。
33．【考点】半衰期的相关计算．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】设采集时该高度的大气中和各有N1和N2个，根据半衰期公式，，经过106天（的两个半衰期），的个数为N1′N1，的个数N2′≈N2，满足N1′+N2′（N1+N2），解得N2＝2N1，故和的原子个数比N1：N2＝1：2，故B正确，ACD错误。
故选：B。
34．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】根据能级的跃迁特点可知，大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，总共有3种不同频率的光，其能量大小分别为：
1＝﹣1.51eV﹣（﹣3.4）eV＝1.89eV
2＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6）eV＝12.09eV
3＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6）eV＝10.2eV
紫外光的光子能量大于3.11eV，则辐射出的不同频率的紫外光有2种，故B正确，ACD错误；
故选：B。
35．【考点】氢原子能级图．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；分析综合能力．
【解答】从高能级向n＝3能级跃迁产生的光谱线成为帕申系，根据波速公式c＝λν可知波长越长则频率越小，在帕申系中波长最长的三条光谱线中，其中n＝4→n＝3跃迁产生的谱线，其能级差小，频率小，其波长最长，从n＝6→n＝3跃迁产生的谱线，其能级差最大，频率最大，其波长最短，所以n＝5→n＝3跃迁产生的谱线，其能级差居中，频率居中，其波长也居中，所以从主量子数n＝5轨域跃迁至n＝3轨域所发射的谱线为帕申系标示Ⅱ处，故B正确，ACDE错误。
故选：B。
36．【考点】原子能级跃迁与光电效应的结合；光的波长与干涉条纹间距的关系；爱因斯坦光电效应方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；理解能力．
【解答】A.根据光子的动量公式
根据波长、波速和频率的关系
根据能级公式hν＝E3﹣E1
联立解得，故A错误；
B.根据光电效应方程Ekm＝hν﹣W0
由于逸出功W0相同
因此两种光射入时逸出电子最大初动能之差ΔEkm＝hΔν＝h（ν31﹣ν21）＝hν32，故B正确；
C.根据双缝干涉条纹间距公式
两种光发生干涉时的条纹间距之差
而
代入数据解得，故C错误；
D.因为入射光是光子，则跃迁时氢原子吸收的能量必为能级的差值，则对应光子的频率，故D错误。
故选：B。
37．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】Hα是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据
可知Hα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
hν＝En﹣E2
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故Hα对应的能级跃迁过程为从n＝3跃迁到n＝2。
故ABC错误，D正确；
故选：D。
38．【考点】α、β、γ射线的本质及特点．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，由此可得：
Y的质子数为：8﹣6＝2
Y的质量数为：16﹣12＝4
即Y是α粒子，而α射线的电离能力比γ射线强，故D正确，ABC错误；
故选：D。
39．【考点】β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】原子核衰变前后质量数和电荷数守恒，且能改变质量数的只有α衰变，因为发生一次α衰变质量数少4，衰变成为稳定的，质量数减少了28，可知经过7次α衰变，期间生成新核的质量数为231、227、223、219、215、211，发生β衰变的原子核的质量数应为上述之一，四个选项中只有A选项的原子核的质量数符合，其发生β衰变的方程为：→，故A正确，BCD错误。
故选：A。
40．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A.设X的质量数为A、电荷数为Z；
根据质量数守恒4+9＝A+1，解得A＝12
根据电荷数守恒2+4＝Z+0，解得Z＝6
因此X为，故A正确；
B.同理，Y对应的质量数为4，电荷数为2，因此Y为，故B错误；
C.中子的质量数为1，故C错误；
D.衰变过程要释放能量，故D错误。
故选：A。
41．【考点】结合能与比结合能的概念及物理意义；α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A.核反应遵循质量数和电荷数守恒，的衰变方程为，衰变产生β粒子，故A错误；
B.的衰变方程为，衰变产生α粒子，故B错误；
CD.因衰变为的半衰期小于衰变为的半衰期，故相同时间后剩余的数目小于的数目，故C错误，D正确。
故选：D。
42．【考点】半衰期的相关计算．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】根据半衰期的公式，1g钍234经过48天后，剩余质量m＝m0 （1g＝0.25g，故B正确，ACD错误。
故选：B。
43．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒的规则，核反应方程式为Ni→Cu，故B正确，ACD错误。
故选：B。
44．【考点】爱因斯坦质能方程的应用；机械能守恒定律的内容和条件；动量守恒定律的内容、条件和判断．版权所有
【专题】信息给予题；定性思想；推理法；机械能守恒定律应用专题；动量定理应用专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；理解能力．
【解答】在核反应过程中会发生质量亏损，因此质量不守恒；
核反应过程中核能发生了变化，因此力学能（机械能）不守恒；
核反应过程遵循电荷数守恒、动量守恒；核反应过程质量和能量的关系遵循爱因斯坦质能方程，满足质能守恒。
综上分析，故ABCE错误，D正确。
故选：D。
45．【考点】人工核反应．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】根据核反应方程满足电荷数守恒和质量数守恒可知，X的电荷数为14+1﹣15＝0，质量数为30+1﹣30＝1，为，是中子，故A正确，BCD错误。
故选：A。
46．【考点】α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒
锇﹣160（Os）的衰变方程为
钨﹣156（W）的衰变方程为
因此两种元素衰变后有相同的质量数，故ABD错误，C正确。
故选：C。
二．多选题（共5小题）
47．【考点】核聚变的反应方程；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】A、由核反应方程可知该核反应过程释放了17.6MeV的能量，根据爱因斯坦质能方程可知，该反应有质量亏损，故A正确；
B、由核反应方程可知，该反应为核聚变，故B错误；
CD、核反应过程动量守恒，由题意可知，氘核与氚核动量大小相等，方向相反，则反应前总动量为零，故反应后总动量也为零，即氦原子核和中子动量等大反向。
根据动能Ekmv2，动量p＝mv，可得动能与动量的大小关系为：Ek
根据与的质量数，可知和的质量之比为4：1
可得反应后和的动能之比为1：4
已知反应释放的17.6MeV的能量几乎转化为与的动能，则：
获得的动能约为3.52MeV
获得的动能约为14.08MeV
故C正确，D错误。
故选：AC。
48．【考点】β衰变的特点、本质及方程；核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】AB.根据质量数和电荷数守恒有→，即A＝100，y＝2，故AB正确；
CD.因为γ1的光子能量大于γ2的光子能量，由E＝hν和c＝λν可知，γ1的频率大于γ2的频率，γ1的波长小于γ2的波长，故C正确，D错误。
故选：ABC。
49．【考点】光电效应方程的图像问题．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】A.根据图2，可知P、R两光的遏止电压相同，Q光的遏止电压更大一些，即UQ＞UP＝UR，根据eU＝Ek＝hν﹣W0，可知频率关系是νQ＞νP＝νR。根据，可知波长关系是λQ＜λP＝λR。根据单缝衍射规律，波长越大，中央亮条纹越宽，则分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹应比R窄，故A错误；
B.光电子在K处，动能Ek＝hν﹣W0，则P产生的光电子动能小于Q；根据，可知P产生的光电子动量小于Q。由德布罗意波长，则P产生的光电子德布罗意波长大于Q，故B正确；
C.三束光中，Q的频率最大，对应光子能量也最大。三束光都是由更高能级向第一激发态跃迁发出的，根据氢原子跃迁规律，能量越大对应的能级差也越大，所以Q对应的初始能级最高，故C正确；
D.图2中M点对应光电流相同，说明单位时间内到达阳极A的光电子数目相同，故D错误。
故选：BC。
50．【考点】计算能级跃迁过程中吸收或释放的光子的频率和波长；计算能级跃迁过程吸收或释放的能量．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】AB.根据能级跃迁公式，对α谱线
对β谱线
由于Eβ＞Eα，因此频率νβ＞να，波长λβ＜λα
故A错误，B正确；
C.Hβ对应的光子能量为Eβ＝E4﹣E2＝﹣0.85eV﹣（﹣3.40）eV＝2.55eV，故C错误；
D.氢原子从基态跃迁到激发态需要吸收的最小能量ΔE＝E2﹣E1＝﹣3.40eV﹣（﹣13.60）eV＝10.20eV
由于Eβ＜ΔE，因此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。
51．【考点】原子核的半衰期及影响因素；核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系；β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，方程①中X是中子，故A正确；
B．方程②中放出的粒子是电子，则发生了β衰变，故B正确；
C．半衰期只由原子核自身决定，与外界因素无关，也不会受反应堆高温影响，故的半衰期不变，故C错误；
D．方程②释放电子，但该电子是由于原子核的中子转化为质子释放出来的，并不能说明电子是原子核的组成部分，故D错误。
故选：AB。
三．填空题（共2小题）
52．【考点】重核的裂变及反应条件；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】计算题；定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；推理论证能力．
【解答】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知：0+92＝Z+36+3×0，1+235＝141+A+3×1；
解得：A＝92，Z＝56
根据质能方程
ΔE＝Δmc2
可得释放的能量ΔE＝0.001kg×（3×108）2J＝9×1013J。
故答案为：92；56；9×1013。
53．【考点】α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】光子能量
光子的波长
根据质量数和核电荷守恒，核反应方程为，是α衰变。
故答案为：1.55×10﹣7m；。
四．解答题（共7小题）
54．【考点】爱因斯坦光电效应方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】（1）根据题意，由光电效应方程有Ek＝hν0﹣W0
当Ek＝0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Ekm＝hν﹣W0
答：（1）该金属的截止频率ν0为；
（2）若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek为hν﹣W0。
55．【考点】光电效应的截止频率；光导纤维及其应用．版权所有
【专题】定量思想；等效替代法；光学计算专题；分析综合能力．
【解答】（1）光在玻璃丝内发生全反射的条件为入射角
i≥C，
则最小入射角为imin＝C
由折射率
联立解得
imin＝60°
（2）由光电效应方程有
hν0＝W0
可得该材料的截止频率为
答：（1）光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角为60°。
（2）该材料的截止频率为1.5×1014Hz。
56．【考点】核聚变的反应方程；光电效应的条件和判断能否发生光电效应；氢原子光谱及巴耳末公式．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；原子的能级结构专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】（1）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。反应后两个正电子的质量数总和为0，电荷数总和为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，核的质量数为4，电荷数为2，故ACD错误，B正确。
故选：B。
（2）复色光的频率ν＝5.50×1014Hz～6.50×1014Hz，当入射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有钠、钾、铷，故选：CDE。
（3）电子绕氢原子核做匀速圆周运动，由库仑力提供向心力得：，解得：
电子动量大小为：
（4）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。
根据里德伯公式：，其中m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，则有：m＝4，k＝2
又有：
联立可得：，故D正确，ABC错误。
故选D。
故答案为：（1）B；（2）CDE；（3）；（4）D。
57．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；用特殊的方法求解电场强度；电场力做功与电势差的关系．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】（1）在B极附近电荷量为Q的负电荷到达A极过程中静电力做的功
W＝﹣Q （﹣U）＝QU
（2）粒子在半径为r处绕轴线做匀速圆周运动，其向心力由电场力提供，根据向心力公式
又E＝k
联立可得qk
解得粒子的动能
设无穷远处电势能为0，粒子从无穷远处电势能移动到半径为r处，电场力做功
W＝q
其中
代入可得W＝﹣2qkλ1nr
根据W＝﹣ΔEP
可得粒子在半径为r处的电势能EP＝2qkλ lnr
粒子的总能量E＝Ek+EP＝qkλ+2qkλlnr
则E3﹣E2＝2qkλ（lnr3﹣lnr2），E2﹣E1＝2qkλ（lnr2﹣lnr1）
根据数学知识可知对数函数y＝lnx在（0，∞）是增函数，且lnx的二阶导数（1nx）0，所以y＝y＝lnx是凹函数，已知r3﹣r2＝r2﹣r1，即r2是r1与r3的等差中项，根据凹函数的性质
移项可得lnr3﹣lnr2＜lnr2﹣lnr1
又因为2qkλ＞0
可得（E3﹣E2）＜（E2﹣E1）
（3）根据功能关系可得eEa＝|E0|
代入数据可得E≈2.57×1011N/C
答：（1）在B极附近电荷量为Q的负电荷到达A极过程中静电力做的功W为QU；
（2）（E3﹣E2）＜（E2﹣E1）
（3）外电场的电场强度2.57×1011N/C能将基态氢原子电离。
58．【考点】核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系；匀强电场中电势差与电场强度的关系．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】（1）中子与发生核反应生成程的核反应方程式为→
的发生β衰变生成的核反应方程式为→
（2）在加速电场中，由动能定理得qUmv2
解得：v
磁场中，洛伦兹力提供向心力得：qvB
联立解得：v，U
相比，的比荷更大，通过圆形管道所需要的电压更大，通过图2可知当电压为1.94×106V时，与的离子数百分比为100%，故的C3+离子所对应的U值为1.94×106V。
由：U，可得：B，
将m＝12u，q＝3e，U＝1.94×106V，R＝0.2m，代入解得B＝2.0T
（3）由：v，将m＝14u，q＝3e，B＝2.0T，R＝0.2m，代入解得粒子离开磁场时的速度大小为：v1m/s
由题意知，粒子在板间做类斜抛运动，水平方向有，L＝vxt
竖直方向有vy0，a，vy0＝a
代入数据解得：
（4）古木中与比值是活木头中的，说明经过衰变后只剩下，已知经过一个半衰期剩下，设经过n个半衰期，
则有
解得n
则砍伐时间t5700＝8957（年）
答：（1）中子与氮核发生核反应生成程的核反应方程式为→，发生β衰变生成的核反应方程式为→；
（2）C的C3+离子所对应的U值为1.94×106V，并求磁感应强度B的大小为2.0T；
（3）两极板之间的电势差为1.6×106V；
（4）古木被砍伐距今的时间8957年。
59．【考点】密立根油滴实验；从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；推理论证能力．
【解答】（1）设油滴的半径为r，密度为ρ，根据质量公式可得，油滴的质量为：
根据题意可知，速度为v时，空气阻力的大小为：
f＝kvr
当油滴匀速下落时，则油滴处于平衡状态，由此可得：
f＝mg
联立解得：
根据上述表达式可知，油滴的半径与成正比
则油滴的半径之比为：
根据质量的计算公式可知，油滴a和油滴b的质量之比为：
（2）当两板加上电压后（上板为正极），这两个油滴很快达到相同的速率，根据（1）中的分析可知，油滴a做的是减速运动，油滴b做的是加速运动，由此可判断出油滴a带负电，油滴b带正电。
当油滴再次达到平衡状态时，根据其受力特点可得：
油滴a：
油滴b：
其中，根据油滴的前后速度的比值关系可知：
fb＝2mbg
联立解得：
答：（1）油滴a和油滴b的质量之比为8：1；
（2）油滴a带负电，油滴b带正电，a、b所带电荷量的绝对值之比为4：1。
60．【考点】轻核的聚变及反应条件；带电粒子在匀强电场中做类平抛运动；洛伦兹力的概念；回旋加速器；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】（1）①质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为核聚变，故C正确，ABD错误。
②此核反应质量亏损为：Δm＝m1+m2﹣m3
根据爱因斯坦质能方程可得，此过程释放的能量为：E＝Δmc2＝（m1+m2﹣m3）c2
（2）①洛伦兹力的方向始终与粒子速度方向垂直，对粒子不做功，即W＝0。根据冲量的定义：I＝Ft，故洛伦兹力的冲量I≠0，故D正确，ABC错误。
②设H核的质量为m，电荷量为e，则H核的质量为3m，电荷量为e。
根据动能定理可知，H核每完成一次加速获得的动能为：ΔEk＝eU，则H核完成3次加速时的动能为：Ek1＝3ΔEk＝3eU
因H核在每次经过缝隙间时均被加速，故H核在磁场中匀速圆周运动的周期T1等于交变电场变化的周期T交。
H核在磁场中匀速圆周运动的周期为：T1
H核在磁场中匀速圆周运动的周期为：T23T1
可知H核完成3次加速时，H核只完成了一次加速，根据动能定理可得此时H核的动能为：Ek2＝eU
H核完成3次加速时的动能与此时H核的动能之比为Ek1：Ek2＝3：1，故E正确，ABCD错误。
（3）①电极间电场可近似为匀强电场，根据电势差与电场强度的关系可得，电极间电场强度大小为E；
②a、能沿圆弧路径从选择器出射的粒子在选择器中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，则有：
qE＝m
因H核、H核和H核的电荷量q相同，由上式可知出射的粒子具有相同的mv2，即动能相同，故B正确，ACD错误。
b.对上述a中的选择做出的解释见a的解答。
故答案为：（1）①C；②（m1+m2﹣m3）c2；（2）①D；②E；（3）①；②a.B；b.见解答。
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专题17 原子结构与原子核
2023-2025年三年高考物理真题分类汇编，分类练习，高效提分！按照物理学科知识点构成情况，将试题分解组合，全面呈现物理学科知识点在三年高考中的考查情况，旨意方便老师和学生掌握高考命题动向、熟悉高考考查方式。
一．选择题（共46小题）
1．（2025 广西）已知金属铷、钾、钠、钙的逸出功分别为2.13eV、2.25eV、2.29eV、3.20eV。用光子能量为2.20eV的单色光照射这些金属的表面，能逸出光电子的金属是（ ）
A．铷 B．钾 C．钠 D．钙
2．（2025 山东）在光电效应实验中，用频率和强度都相同的单色光分别照射编号为1、2、3的金属，所得遏止电压如图所示，关于光电子最大初动能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
3．（2023 山东）“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
4．（2024 甘肃）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：，该方程中X是（ ）
A．质子 B．中子 C．电子 D．α粒子
5．（2025 湖北）PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为→X，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
6．（2025 安徽）2025年4月，位于我国甘肃省武威市的钍基熔盐实验堆实现连续稳定运行，标志着人类在第四代核电技术上迈出关键一步。该技术利用钍核（）俘获x个中子（），共发生y次β衰变，转化为易裂变的铀核（），则（ ）
A．x＝1，y＝1 B．x＝1，y＝2 C．x＝2，y＝1 D．x＝2，y＝2
7．（2024 江苏）在原子跃迁中，辐射如图所示的4种光子，其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，是哪一种（ ）
A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4
8．（2023 辽宁）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
9．（2023 新课标）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h＝6.63×10﹣34J s，元电荷e＝1.60×10﹣19C）（ ）
A．103Hz B．106Hz C．109Hz D．1012Hz
10．（2023 全国）根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释α粒子散射实验，使少数α粒子发生大角度偏转的作用力是金原子核对α粒子的（ ）
A．库仑斥力 B．库仑引力 C．万有引力 D．核力
11．（2023 上海）关于α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α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
12．（2023 浙江）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜，核电池将Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。Pu的衰变方程为Pu→UHe，则（ ）
A．衰变方程中的X等于233 B．He的穿透能力比γ射线强
C．Pu比U的比结合能小 D．月夜的寒冷导致Pu的半衰期变大
13．（2023 北京）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（ ）
A．Un→BaKr+（ ） B．U→Th+（ ）
C．NHe→O+（ ） D．C→N+（ ）
14．（2023 浙江）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：Nn→CH，产生的C能自发进行β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．C发生β衰变的产物是N
B．β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C的半衰期发生微小变化
D．若测得一古木样品的C含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年
15．（2023 乙卷）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1048J。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3×108m/s ）（ ）
A．1019kg B．1024kg C．1029kg D．1034kg
16．（2024 河北）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．n B．e C．e D．He
17．（2025 甘肃）利用电子与离子的碰撞可以研究离子的能级结构和辐射特性。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50eV，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
18．（2025 北京）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﹣13.6eV，则反氢原子的基态能量也为﹣13.6eV
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
19．（2025 湖南）关于原子核衰变，下列说法正确的是（ ）
A．原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B．大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C．放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D．采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
20．（2025 选择性）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100V电压加速后，其德布罗意波长为λ，若加速电压为10kV，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
21．（2025 海南）核反应方程中，则X是（ ）
A． B． C． D．
22．（2023 湖南）2023年4月13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
23．（2023 甲卷）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
24．（2024 广东）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
25．（2024 湖北）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一。Bn→XY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
26．（2025 重庆）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为p。普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．光子的波长为
B．该原子吸收光子后质量减少了
C．该原子吸收光子后德布罗意波长为
D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态
27．（2025 广东）有甲、乙两种金属，甲的逸出功小于乙的逸出功。使用某频率的光分别照射这两种金属，只有甲发射光电子，其最大初动能为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
28．（2025 云南）2025年3月，我国科学家研制的碳14核电池原型机“烛龙一号”发布，标志着我国在核能技术领域与微型核电池领域取得突破。碳14的衰变方程为→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
29．（2024 浙江）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Hδ和Hγ光进行如下实验研究，则（ ）
A．照射同一单缝衍射装置，Hδ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，Hδ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Hγ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，Hγ光的饱和光电流小
30．（2023 湖北）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121.6nm的氢原子谱线（对应的光子能量为10.2eV）。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．n＝2和n＝1能级之间的跃迁
B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁
C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁
D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁
31．（2024 浙江）已知氘核质量为2.0141u，氚核质量为3.0161u，氦核质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol﹣1，氘核摩尔质量为2g mol﹣1，1u相当于931.5MeV。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10﹣10m就能发生核聚变
D．4g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025MeV
32．（2024 甲卷）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．x＝1，y＝2 B．x＝1，y＝3 C．x＝2，y＝2 D．x＝3，y＝1
33．（2025 河南）由于宇宙射线的作用，在地球大气层产生有铍的两种放射性同位素和。测定不同高度大气中单位体积内二者的原子个数比，可以研究大气环境的变化。已知和的半衰期分别约为53天和139万年。在大气层某高度采集的样品中，研究人员发现和的总原子个数经过106天后变为原来的，则采集时该高度的大气中和的原子个数比约为（ ）
A．1：4 B．1：2 C．3：4 D．1：1
34．（2024 安徽）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3.11eV，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
35．（2024 全国）图1为氢原子光谱谱线的波长相对位置示意图（波长绝对位置未依实际刻度绘制），并以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ标示来曼系、巴耳末系、帕申系中波长最长的三条光谱线，例如来曼系标示Ⅰ处为电子从主量子数n＝2轨域跃迁至n＝1轨域所发射的谱线。下列何者为电子从主量子数n＝5轨域跃迁至n＝3轨域所发射的谱线？（ ）
A．帕申系标示Ⅰ处 B．帕申系标示Ⅱ处
C．巴耳末系标示Ⅱ处 D．巴耳末系标示Ⅲ处
E．来曼系标示Ⅲ处
36．（2024 浙江）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ν34′
37．（2023 河北）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
38．（2023 广东）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应C+Y→O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
39．（2023 重庆）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．→
40．（2024 浙江）发现中子的核反应方程为→X，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为型→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n的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量
41．（2024 山东）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；衰变为的半衰期约为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
42．（2024 北京）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
43．（2024 福建）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Ni衰变释放的能量转化为电能，衰变方程为Ni→Cu+X，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．
44．（2024 全国）常见的守恒律有：甲.质量守恒、乙.力学能守恒、丙.动量守恒、丁.电荷守恒、戊.质能守恒。在原子核反应的过程中，遵守上列哪些守恒定律？（ ）
A．仅有甲、丙 B．仅有甲、丙、丁
C．仅有乙、丙、丁 D．仅有丙、丁、戊
E．仅有乙、丁、戊
45．（2024 海南）人工核反应中的X是（ ）
A．中子 B．质子 C．电子 D．α粒子
46．（2024 广西）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇﹣160（Os）和钨﹣156（W）。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
二．多选题（共5小题）
（多选）47．（2025 福建）核反应方程为→17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损 B．该反应为核裂变
C．获得的动能约为14MeV D．获得的动能约为14MeV
（多选）48．（2025 选择性）某理论研究认为，原子核可能发生双β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0.5908MeV和0.5395MeV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
（多选）49．（2025 浙江）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
（多选）50．（2024 重庆）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
（多选）51．（2024 天津）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β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
三．填空题（共2小题）
52．（2023 福建）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）
53．（2023 上海）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U→Th+ 。（已知：h＝6.63×10﹣34J s，1eV＝1.6×10﹣19J）
四．解答题（共7小题）
54．（2025 江苏）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为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。
55．（2025 河北）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。
（1）若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。
（2）若探测器光阴极材料的逸出功为9.939×10﹣20J，求该材料的截止频率。（普朗克常量h＝6.626×10﹣34J s）
56．（2025 上海）量子力学（QuantumMechanics），为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。19世纪末，人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统，于是经由物理学家的努力，在20世纪初创立量子力学，解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。
（1）太阳内部发生的反应是核聚变，即氢原子核在高温高压条件下聚合成氦原子核并释放能量的过程；其核反应方程为，则X是（ ）
A．H核 B．He核 C．Li核 D．Be核
（2）（多选）若复色光的频率ν＝5.50×1014Hz～6.50×1014Hz，用复色光照射下面金属，可发生光电效应的可能是（ ）
金属的极限频率
金属 锌 钙 钠 钾 铷
频率/1014Hz 8.07 7.73 5.53 5.44 5.15
选项 A B C D E
（3）氢原子核外电子以半径r绕核做匀速圆周运动，若电子质量为m，元电荷为e，静电力常数为k，则电子动量大小是 。
（4）一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到n＝2的较低能量状态，R为里伯德常量，c是真空中的光速；则在此过程中（ ）。
A．吸收光子， B．放出光子，
C．吸收光子， D．放出光子，
57．（2025 北京）如图1所示，金属圆筒A接高压电源的正极，其轴线上的金属线B接负极。
（1）设A、B两极间电压为U，求在B极附近电荷量为Q的负电荷到达A极过程中静电力做的功W。
（2）已知筒内距离轴线r处的电场强度大小，其中k为静电力常量，λ为金属线B单位长度的电荷量。如图2所示，在圆筒内横截面上，电荷量为q、质量为m的粒子绕轴线做半径不同的匀速圆周运动，其半径为r1、r2和r3时的总能量分别为E1、E2和E3。若r3﹣r2＝r2﹣r1，推理分析并比较（E3﹣E2）与（E2﹣E1）的大小。
（3）图1实为某种静电除尘装置原理图，空气分子在B极附近电离，筒内尘埃吸附电子而带负电，在电场作用下最终被A极收集。使分子或原子电离需要一定条件。以电离氢原子为例。根据玻尔原子模型，定态氢原子中电子在特定轨道上绕核做圆周运动，处于特定能量状态，只有当原子获得合适能量才能跃迁或电离。若氢原子处于外电场中，推导说明外电场的电场强度多大能将基态氢原子电离。（可能用到：元电荷e＝1.6×10﹣19C，电子质量m＝9.1×10﹣31kg，静电力常量k＝9.0×109N m2/C2，基态氢原子轨道半径a＝5.3×10﹣11m和能量E0＝﹣13.6eV）
58．（2025 浙江）同位素C相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA﹣Ⅰ、磁体﹣Ⅰ和高电压清除器，让只含有三种碳同位素C、C、C的C3+离子束（初速度可忽略不计）进入磁体﹣Ⅱ。磁体﹣Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离C、C、C三种同位素，其中C、C的C3+离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而C离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA﹣Ⅱ，被接收器D接收并计算。
（1）写出中子与N发生核反应生成C，以及C发生β衰变生成N的核反应方程式；
（2）根据图2写出C的C3+离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知R＝0.2m，原子质量单位u＝1.66×10﹣27kg，元电荷e＝1.6×10﹣19C）；
（3）如图1所示，ESA﹣Ⅱ可简化为间距d＝5cm两平行极板，在下极板开有间距L＝10cm的两小孔，仅允许入射角φ＝45°的C离子通过。求两极板之间的电势差U1；
（4）对古木样品，测得C与C离子数之比值为4×10﹣13；采用同样办法，测得活木头中C与C的比值为1.2×10﹣12，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知C的半衰期约为5700年，ln3＝1.1，ln2＝0.7）。
59．（2023 新课标）密立根油滴实验的示意图如图所示。两水平金属平板上下放置，间距固定，可从上板中央的小孔向两板间喷入大小不同、带电量不同、密度相同的小油滴。两板间不加电压时，油滴a、b在重力和空气阻力的作用下竖直向下匀速运动，速率分别为v0、；两板间加上电压后（上板为正极），这两个油滴很快达到相同的速率，均竖直向下匀速运动。油滴可视为球形，所受空气阻力大小与油滴半径、运动速率成正比，比例系数视为常数。不计空气浮力和油滴间的相互作用。
（1）求油滴a和油滴b的质量之比；
（2）判断油滴a和油滴b所带电荷的正负，并求a、b所带电荷量的绝对值之比。
60．（2024 上海）氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。
（1）原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
①质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为 。
A.链式反应 B.衰变 C.核聚变 D.核裂变
②H核的质量为m1，H核的质量为m2，它们通过核反应形成一个质量为m3的氦原子核（He），此过程释放的能量为 。（真空中光速为c）
（2）某回旋加速器的示意图如图1所示。磁感应强度大小为B的匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒D1、D2内，且与金属盒表面垂直。交变电源通过Ⅰ、Ⅱ分别与D1、D2相连，仅在D1、D2缝隙间的狭窄区域产生交变电场。初动能为零的带电粒子自缝隙中靠近D2的圆心O处经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入D1。
①粒子在D1、D2运动过程中，洛伦兹力对粒子做功为W、冲量为I，则 。
A.W＝0，I＝0 B.W≠0，I＝0 C.W≠0，I≠0 D.W＝0，I≠0
②H核和H核自图1中O处同时释放，Ⅰ、Ⅱ间电势差绝对值始终为U，电场方向做周期性变化，H核在每次经过缝隙间时均被加速（假设粒子通过缝隙的时间和粒子间相互作用可忽略）。H核完成3次加速时的动能与此时H核的动能之比为 。
A.1：3 B.1：9 C.1：1 D.9：1 E.3：1
（3）如图2，静电选择器由两块相互绝缘、半径很大的同心圆弧形电极组成。电极间所加电压为U。由于两电极间距d很小，可近似认为两电极半径均为r（r d），且电极间的电场强度大小处处相等，方向沿径向垂直于电极。
①电极间电场强度大小为 ；
②由H核、H核和H核组成的粒子流从狭缝进入选择器，若不计粒子间相互作用，部分粒子在电场力作用下能沿圆弧路径从选择器出射。
a.出射的粒子具有相同的 。
A.速度 B.动能 C.动量 D.比荷
b.对上述a中的选择做出解释。（论证）
专题17 原子结构与原子核
参考答案与试题解析
一．选择题（共46小题）
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
答案 A B D B C B C A C A A
题号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
答案 C A D C D C A B C C A
题号 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
答案 D C B C B A C A D C B
题号 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44
答案 B B B D D A A D B B D
题号 45 46
答案 A C
二．多选题（共5小题）
题号 47 48 49 50 51
答案 AC ABC BC BD AB
一．选择题（共46小题）
1．【考点】光电效应的条件和判断能否发生光电效应．版权所有
【专题】定性思想；推理法；光电效应专题；理解能力．
【解答】当单色光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的单色光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A正确，BCD错误。
故选：A。
2．【考点】遏止电压及其影响因素．版权所有
【专题】比较思想；推理法；光电效应专题；理解能力．
【解答】根据光电子最大初动能与遏止电压的关系得：
Ek＝eUc
由图像得：
Uc2＞Uc3＞Uc1
则有：
Ek2＞Ek3＞Ek1
故B正确，ACD错误；
故选：B。
3．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】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，吸收的能量为hν0；
自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，释放的能量为hν1；
在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，释放的能量为hν2；
辐射出频率为ν3的光子回到基态，释放的能量为hν3；
由能量守恒定律得：hν0＝hν1+hν2+hν3
则该原子钟产生的钟激光的频率为ν2＝ν0﹣ν1﹣ν3
故ABC错误，D正确。
故选：D。
4．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】根据质量数守恒和电荷数守恒，有：X的质量数为：（106+58﹣160）÷4＝1，电荷数为：（48+28﹣76）÷4＝0，故X是中子，故ACD错误，B正确。
故选：B。
5．【考点】半衰期的相关计算；β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；归纳法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A、设X的质量数为a，电荷数为b，根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒，可得a＝18，b＝8，X为O，故A错误；
B、该反应释放出了正电子，所以应该为正β衰变，不是核聚变，故B错误；
C、经过一个半衰期，质量变为原来的，所以还剩下0.，故C正确；
D、的电荷数为0，在磁场中不受洛伦兹力，不会发生偏转，故D错误。
故选：C。
6．【考点】β衰变的特点、本质及方程；核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系．版权所有
【专题】比较思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】根据题意可知，钍核每俘获1个中子质量数增加1，电荷数不变，每发生一次β衰败，质量数不变，电荷数增加1；
钍核（）变成铀核（），质量数加1，则俘获1个中子，电荷数加2，则发生2次β衰败，即x＝1，y＝2，故B正确、ACD错误。
故选：B。
7．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光电效应现象及其物理意义．版权所有
【专题】定性思想；推理法；光电效应专题；理解能力．
【解答】根据能级图可知，能量的大小顺序为：
λ3＞λ2＞λ1＞λ4，且其中只有一种光子可使某金属发生光电效应，则发生光电效应的是λ3光子，故C正确，ABD错误；
故选：C。
8．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光电效应现象及其物理意义；爱因斯坦光电效应方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】因原子能级跃迁放出的光子的能量等于原子的能级差，由题图可知光子①、②、③、④对应的能量关系为：E②＜E①＝E③＜E④
A、由上述分析可知光子①和③的能量相等，故A正确；
B、由光子能量E＝hν，和E②＜E④，可得到②的频率小于④的频率，故B错误；
C、发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，已知用①照射该金属表面时能发生光电效应，可知E①大于此金属的逸出功W0，因E②＜E①，则无法比较E②与W0的大小关系，故用②照射该金属不一定能发生光电效应，故C错误；
D、根据爱因斯坦光电效应方程：hν﹣W0＝Ekm
已知用①照射该金属逸出光电子的最大初动能为Ek，即E①﹣W0＝Ek
因E④＞E①，故用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，故D错误。
故选：A。
9．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】跃迁过程中，辐射处光子的能量为ΔE＝hν
则跃迁发射的光子的频率为νHz≈2.4×109Hz
频率量级为109Hz，故C正确，ABD错误。
故选：C。
10．【考点】卢瑟福α粒子散射实验．版权所有
【专题】定性思想；推理法；原子的核式结构及其组成．
【解答】α粒子和电子之间有相互作用力，它们接近时就有库仑引力作用，但因为电子的质量只有α粒子质量的，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一个灰尘碰撞一样，α粒子质量大，其运动方向几乎不改变，只有是原子核对α粒子的库仑斥力，其力较大，且原子核质量较大，导致极少数α粒子发生大角度偏转，所以A正确，BCD错误。
故选：A。
11．【考点】卢瑟福α粒子散射实验．版权所有
【专题】实验题；实验分析法；原子的核式结构及其组成；理解能力．
【解答】A，真空对α粒子没有阻碍作用。故A正确；
B，荧光屏是为了观察穿过金铂的α粒子的。故B错误；
C，显微镜是为了观察荧光屏上的发光点的，故C错误；
D，该实验证明了原子中存在一个核，故D错误。
故选：A。
12．【考点】结合能（比结合）与核能的相关判断和计算；α、β、γ射线的本质及特点；α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A、由质量数守恒得：X＝238﹣4＝234
故A错误；
B、He的穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C、Pu衰变过程释放能量，比结合能增大，即Pu比U的比结合能小，故C正确。
D、半衰期的大小反映衰变的快慢，与所处的物理环境无关，故D错误。
故选：C。
13．【考点】轻核的聚变及反应条件；核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子；重核的裂变及反应条件．版权所有
【专题】定量思想；寻找守恒量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】A、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝92+0﹣56﹣36＝0；质量数A＝235+1﹣144﹣89＝3；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子为3n，故A正确；
B、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝92﹣90＝2；质量数A＝238﹣234＝4；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故B错误；
C、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝7+2﹣8＝1；质量数A＝14+4﹣17＝1；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故C错误；
D、核反应方程中括号内的粒子，电荷数为：Z＝6﹣7＝﹣1；质量数A＝14﹣14＝0；中子的电荷数等于0，质量数等于1，故粒子不是中子，故D错误。
故选：A。
14．【考点】半衰期的相关计算；β衰变的特点、本质及方程；原子核的半衰期及影响因素．版权所有
【专题】定量思想；方程法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】A、C能自发进行β衰变，根据质量数守恒与电荷数守恒可知，其衰变方程为：→，故A错误；
B、β衰变产生的电子是β衰变过程中中子转化为一个质子同时放出一个电子形成的，故B错误；
C、半衰期是放射性物质固有属性，由原子核自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，温度变化不能改变碳14的半衰期，故C错误；
D、测得一古木样品的C含量为活体植物的，根据，可知经过了两个半衰期，所以该古木距今约为：N＝2T＝2×5730年＝11460年，故D正确。
故选：D。
15．【考点】爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】根据ΔE＝Δmc2，可得每分钟平均减少的质量量级为Δmkg≈1031kg
1min＝60s
则每秒钟平均减少的质量量级为Δm′kg≈1029kg
故ABD错误，C正确。
故选：C。
16．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；控制变量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】由核电荷数守恒可知
6+1﹣3﹣2×1＝2
由质量数守恒可知
12+1﹣7﹣2×1＝4
故X为，故D正确，ABC错误。
故选：D。
17．【考点】计算能级跃迁过程吸收或释放的能量．版权所有
【专题】定性思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】用能量为50eV电子碰撞He+离子使其从基态激发，最大可能跃迁到3能级。
根据E＝hν可知，光子能量最小，波长最长，所以波长最长的对应3→2能级，故C正确、ABD错误。
故选：C。
18．【考点】轻核聚变的应用；光子与光子的能量；玻尔原子理论的基本假设．版权所有
【专题】定量思想；归纳法；原子的能级结构专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】A、已知氢原子的基态能量为﹣13.6eV，则反氢原子的基态能量也为﹣13.6eV，故A正确；
B、根据电荷守恒定律可知，一个中子可以转化为一个质子和一个电子，故B错误；
C、根据动量守恒定律可知，一对正负电子等速率对撞，湮灭为2个光子才能保证合动量为零，故C错误；
D、反氘核和反氘核的核聚变反应发生质量亏损，要释放能量，故D错误。
故选：A。
19．【考点】原子核的半衰期及影响因素．版权所有
【专题】定性思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】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；
CD、半衰期由原子核内部结构决定，半衰期与温度无关，不受化学方法影响，因化学变化不改变原子核性质，故CD 错误；
故选：B。
20．【考点】德布罗意波的公式．版权所有
【专题】定量思想；合成分解法；光的波粒二象性和物质波专题；推理论证能力．
【解答】设加速电压为U，电子的质量为m，电荷量为e，加速后电子的动量为p。加速后电子的动能Ek＝eU
电子的动量p＝mv
由德布罗意波波长公式
由于U′＝100U
可得
故ABD错误，C正确。
故选：C。
21．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】应用题；信息给予题；定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】核反应遵循质量数和电荷数守恒，设X的质量数为A，电荷数为Z；
根据质量数守恒235+A＝144+89+3×1
解得A＝1
根据核电荷数守恒92+Z＝56+36+3×0
解得Z＝0
因此元素X是，故ABD错误，C正确。
故选：C。
22．【考点】轻核聚变的应用；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定性思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】A、相同质量的核燃料，轻核聚变的质量亏损比重核裂变的质量亏损大，释放的核能更多，故A正确；
B、氘氚核聚变过程，质量数守恒，电荷数守恒，则氘氚核聚变的核反应方程为：HH→Hen，故B错误；
C、铀235是重核，核裂变的核反应燃料主要是铀235，故C错误；
D、核聚变反应过程中发生质量亏损，故D错误。
故选：A。
23．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；方程法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】由题中的两个核反应方程
XN→YO
YLi→2X
两方程可简化为：LiN→XO
由质量数和电荷数守恒可得：
14+7＝A+17
7+3＝Z+8
解得：Z＝2，A＝4，故D正确，ABC错误。
故选：D。
24．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，设Y原子核的电荷数为y，质量数为A，则根据电荷数守恒可得：
y+95＝119
解得：y＝24
即Y为Cr；根据质量数守恒，则有
54+243＝A+2
解得：A＝295，故C正确，ABD错误；
故选：C。
25．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；控制变量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】根据反应前和发应后的质量数和电荷数守恒有
10+1＝a+4
5+0＝3+b
解得
a＝7
b＝2
故B正确，ACD错误。
故选：B。
26．【考点】德布罗意波的公式；分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光的波粒二象性和物质波专题；理解能力．
【解答】A、根据光子能量公式E＝hν，可得光子的波长：，故A错误；
B、根据爱因斯坦质能方程E＝mc2可得，原子吸收光子，能量增加E，质量应增加：Δm，故B错误；
C、吸收光子后，原子动量变为p，根据德布罗意波长公式可得，该原子吸收光子后德布罗意波长为λ，故C正确；
D、原子从基态跃迁到激发态，吸收的光子能量是特定的，由E＝hν可知，波长更长的光子能量更小，不能使该基态原子跃迁到激发态，故D错误。
故选：C。
27．【考点】光电效应的条件和判断能否发生光电效应．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】A．使用频率更小的光，其频率更是低于乙的极限频率，更不可能使乙发射光电子，故A错误；
B．根据Ek＝hν﹣W0，可知使用频率更小的光，若仍能使甲发射光电子，则其最大初动能小于Ek，故B正确；
C．频率不变，减弱光强，不可能使乙发射光电子，故C错误；
D．频率不变，减弱光强，仍能使甲发射光电子，其最大初动能等于Ek，故D错误。
故选：B。
28．【考点】β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】应用题；学科综合题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；分析综合能力．
【解答】设元素X的质量数为A，核电荷数为Z，核反应遵循质量数和核电荷数守恒；
质量数守恒14＝14+A
解得A＝0
电荷数守恒6＝7+Z
解得Z＝﹣1
因此X为电子，发生的是β衰变；
核反应方程为为
X为电子，是在核内中子转化为质子的过程中产生的，核反应方程为
故A正确，BCD错误。
故选：A。
29．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；光的折射定律；光的单缝衍射和小孔衍射；氢原子光谱及巴耳末公式．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光的折射专题；光的衍射、偏振和电磁本性专题；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】根据巴耳末公式，我们可以知道Hα、Hβ、Hγ、Hδ分别对应n＝3、4、5、6的谱线。
A、用Hδ和Hγ光照射同一单缝衍射装置，光的波长越长，中央明条纹宽度越宽。由于Hγ光的波长较Hδ的长，所以Hγ光的中央明条纹宽度最宽，故A错误。
B、Hγ光的波长较长，根据：
可知Hγ光的频率较小，则Hγ光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，Hγ光的侧移量小，故B错误；
C、Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，Hγ光的光子数较多，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多，故C正确；
D、若Hδ、Hγ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，Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，Hγ光的光子数较多，则Hγ光的饱和光电流大，Hδ光的饱和光电流小，故D错误。
故选：C。
30．【考点】氢原子能级图．版权所有
【专题】定量思想；方程法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】根据题意可知，波长为121.6nm的氢原子谱线对应的光子能量为10.2eV。
A、n＝2和n＝1能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E1＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6eV）＝10.2eV，故A正确；
B、n＝3和n＝1能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E2＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV，故B错误；
C、n＝3和n＝2能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E3＝﹣1.51eV﹣（﹣3.4eV）＝1.89eV，故C错误；
D、n＝4和n＝2能级之间的跃迁时释放的光子能量为：E4＝﹣0.85eV﹣（﹣3.4eV）＝2.55eV，故D错误。
故选：A。
31．【考点】轻核的聚变及反应条件；结合能与比结合能的概念及物理意义；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；分析综合能力．
【解答】A、核反应过程质量数和电荷数守恒，可知核反应方程式为：，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，它们间的距离达到10﹣15m以内才可以发生核聚变，故C错误；
D、一个氘核与一个氚核聚变反应过程，质量亏损为：Δm＝2.0141u+3.0161u﹣4.0026u﹣1.0087u＝0.0189u
聚变反应释放的能量：ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.0189u×931.5MeV≈17.6MeV
4g氘含有氘核的个数：
4g氘完全参与聚变释放出能量：E＝N ΔE＝1.2×1024×17.6MeV≈2.11×1025MeV，数量级为1025MeV，故D正确。
故选：D。
32．【考点】轻核的聚变及反应条件．版权所有
【专题】定量思想；控制变量法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】根据电荷数守恒和质量数守恒可知
6×2＝2×4+x+y
6＝2×2+y
解得
y＝2
x＝2
故C正确，ABD错误。
故选：C。
33．【考点】半衰期的相关计算．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】设采集时该高度的大气中和各有N1和N2个，根据半衰期公式，，经过106天（的两个半衰期），的个数为N1′N1，的个数N2′≈N2，满足N1′+N2′（N1+N2），解得N2＝2N1，故和的原子个数比N1：N2＝1：2，故B正确，ACD错误。
故选：B。
34．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】根据能级的跃迁特点可知，大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，总共有3种不同频率的光，其能量大小分别为：
1＝﹣1.51eV﹣（﹣3.4）eV＝1.89eV
2＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6）eV＝12.09eV
3＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6）eV＝10.2eV
紫外光的光子能量大于3.11eV，则辐射出的不同频率的紫外光有2种，故B正确，ACD错误；
故选：B。
35．【考点】氢原子能级图．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；分析综合能力．
【解答】从高能级向n＝3能级跃迁产生的光谱线成为帕申系，根据波速公式c＝λν可知波长越长则频率越小，在帕申系中波长最长的三条光谱线中，其中n＝4→n＝3跃迁产生的谱线，其能级差小，频率小，其波长最长，从n＝6→n＝3跃迁产生的谱线，其能级差最大，频率最大，其波长最短，所以n＝5→n＝3跃迁产生的谱线，其能级差居中，频率居中，其波长也居中，所以从主量子数n＝5轨域跃迁至n＝3轨域所发射的谱线为帕申系标示Ⅱ处，故B正确，ACDE错误。
故选：B。
36．【考点】原子能级跃迁与光电效应的结合；光的波长与干涉条纹间距的关系；爱因斯坦光电效应方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；理解能力．
【解答】A.根据光子的动量公式
根据波长、波速和频率的关系
根据能级公式hν＝E3﹣E1
联立解得，故A错误；
B.根据光电效应方程Ekm＝hν﹣W0
由于逸出功W0相同
因此两种光射入时逸出电子最大初动能之差ΔEkm＝hΔν＝h（ν31﹣ν21）＝hν32，故B正确；
C.根据双缝干涉条纹间距公式
两种光发生干涉时的条纹间距之差
而
代入数据解得，故C错误；
D.因为入射光是光子，则跃迁时氢原子吸收的能量必为能级的差值，则对应光子的频率，故D错误。
故选：B。
37．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）．版权所有
【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】Hα是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，根据
可知Hα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
hν＝En﹣E2
可见能级差越小，频率越低，波长越长。故Hα对应的能级跃迁过程为从n＝3跃迁到n＝2。
故ABC错误，D正确；
故选：D。
38．【考点】α、β、γ射线的本质及特点．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】核反应前后质量数守恒和电荷数守恒，由此可得：
Y的质子数为：8﹣6＝2
Y的质量数为：16﹣12＝4
即Y是α粒子，而α射线的电离能力比γ射线强，故D正确，ABC错误；
故选：D。
39．【考点】β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】原子核衰变前后质量数和电荷数守恒，且能改变质量数的只有α衰变，因为发生一次α衰变质量数少4，衰变成为稳定的，质量数减少了28，可知经过7次α衰变，期间生成新核的质量数为231、227、223、219、215、211，发生β衰变的原子核的质量数应为上述之一，四个选项中只有A选项的原子核的质量数符合，其发生β衰变的方程为：→，故A正确，BCD错误。
故选：A。
40．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A.设X的质量数为A、电荷数为Z；
根据质量数守恒4+9＝A+1，解得A＝12
根据电荷数守恒2+4＝Z+0，解得Z＝6
因此X为，故A正确；
B.同理，Y对应的质量数为4，电荷数为2，因此Y为，故B错误；
C.中子的质量数为1，故C错误；
D.衰变过程要释放能量，故D错误。
故选：A。
41．【考点】结合能与比结合能的概念及物理意义；α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】A.核反应遵循质量数和电荷数守恒，的衰变方程为，衰变产生β粒子，故A错误；
B.的衰变方程为，衰变产生α粒子，故B错误；
CD.因衰变为的半衰期小于衰变为的半衰期，故相同时间后剩余的数目小于的数目，故C错误，D正确。
故选：D。
42．【考点】半衰期的相关计算．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】根据半衰期的公式，1g钍234经过48天后，剩余质量m＝m0 （1g＝0.25g，故B正确，ACD错误。
故选：B。
43．【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】根据核反应方程满足质量数和电荷数守恒的规则，核反应方程式为Ni→Cu，故B正确，ACD错误。
故选：B。
44．【考点】爱因斯坦质能方程的应用；机械能守恒定律的内容和条件；动量守恒定律的内容、条件和判断．版权所有
【专题】信息给予题；定性思想；推理法；机械能守恒定律应用专题；动量定理应用专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；理解能力．
【解答】在核反应过程中会发生质量亏损，因此质量不守恒；
核反应过程中核能发生了变化，因此力学能（机械能）不守恒；
核反应过程遵循电荷数守恒、动量守恒；核反应过程质量和能量的关系遵循爱因斯坦质能方程，满足质能守恒。
综上分析，故ABCE错误，D正确。
故选：D。
45．【考点】人工核反应．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】根据核反应方程满足电荷数守恒和质量数守恒可知，X的电荷数为14+1﹣15＝0，质量数为30+1﹣30＝1，为，是中子，故A正确，BCD错误。
故选：A。
46．【考点】α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．
【解答】核反应过程遵循质量数守恒和电荷数守恒
锇﹣160（Os）的衰变方程为
钨﹣156（W）的衰变方程为
因此两种元素衰变后有相同的质量数，故ABD错误，C正确。
故选：C。
二．多选题（共5小题）
47．【考点】核聚变的反应方程；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】A、由核反应方程可知该核反应过程释放了17.6MeV的能量，根据爱因斯坦质能方程可知，该反应有质量亏损，故A正确；
B、由核反应方程可知，该反应为核聚变，故B错误；
CD、核反应过程动量守恒，由题意可知，氘核与氚核动量大小相等，方向相反，则反应前总动量为零，故反应后总动量也为零，即氦原子核和中子动量等大反向。
根据动能Ekmv2，动量p＝mv，可得动能与动量的大小关系为：Ek
根据与的质量数，可知和的质量之比为4：1
可得反应后和的动能之比为1：4
已知反应释放的17.6MeV的能量几乎转化为与的动能，则：
获得的动能约为3.52MeV
获得的动能约为14.08MeV
故C正确，D错误。
故选：AC。
48．【考点】β衰变的特点、本质及方程；核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系．版权所有
【专题】定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】AB.根据质量数和电荷数守恒有→，即A＝100，y＝2，故AB正确；
CD.因为γ1的光子能量大于γ2的光子能量，由E＝hν和c＝λν可知，γ1的频率大于γ2的频率，γ1的波长小于γ2的波长，故C正确，D错误。
故选：ABC。
49．【考点】光电效应方程的图像问题．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】A.根据图2，可知P、R两光的遏止电压相同，Q光的遏止电压更大一些，即UQ＞UP＝UR，根据eU＝Ek＝hν﹣W0，可知频率关系是νQ＞νP＝νR。根据，可知波长关系是λQ＜λP＝λR。根据单缝衍射规律，波长越大，中央亮条纹越宽，则分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹应比R窄，故A错误；
B.光电子在K处，动能Ek＝hν﹣W0，则P产生的光电子动能小于Q；根据，可知P产生的光电子动量小于Q。由德布罗意波长，则P产生的光电子德布罗意波长大于Q，故B正确；
C.三束光中，Q的频率最大，对应光子能量也最大。三束光都是由更高能级向第一激发态跃迁发出的，根据氢原子跃迁规律，能量越大对应的能级差也越大，所以Q对应的初始能级最高，故C正确；
D.图2中M点对应光电流相同，说明单位时间内到达阳极A的光电子数目相同，故D错误。
故选：BC。
50．【考点】计算能级跃迁过程中吸收或释放的光子的频率和波长；计算能级跃迁过程吸收或释放的能量．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】AB.根据能级跃迁公式，对α谱线
对β谱线
由于Eβ＞Eα，因此频率νβ＞να，波长λβ＜λα
故A错误，B正确；
C.Hβ对应的光子能量为Eβ＝E4﹣E2＝﹣0.85eV﹣（﹣3.40）eV＝2.55eV，故C错误；
D.氢原子从基态跃迁到激发态需要吸收的最小能量ΔE＝E2﹣E1＝﹣3.40eV﹣（﹣13.60）eV＝10.20eV
由于Eβ＜ΔE，因此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。
51．【考点】原子核的半衰期及影响因素；核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系；β衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，方程①中X是中子，故A正确；
B．方程②中放出的粒子是电子，则发生了β衰变，故B正确；
C．半衰期只由原子核自身决定，与外界因素无关，也不会受反应堆高温影响，故的半衰期不变，故C错误；
D．方程②释放电子，但该电子是由于原子核的中子转化为质子释放出来的，并不能说明电子是原子核的组成部分，故D错误。
故选：AB。
三．填空题（共2小题）
52．【考点】重核的裂变及反应条件；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】计算题；定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；推理论证能力．
【解答】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知：0+92＝Z+36+3×0，1+235＝141+A+3×1；
解得：A＝92，Z＝56
根据质能方程
ΔE＝Δmc2
可得释放的能量ΔE＝0.001kg×（3×108）2J＝9×1013J。
故答案为：92；56；9×1013。
53．【考点】α衰变的特点、本质及方程．版权所有
【专题】信息给予题；定量思想；推理法；原子的能级结构专题；理解能力．
【解答】光子能量
光子的波长
根据质量数和核电荷守恒，核反应方程为，是α衰变。
故答案为：1.55×10﹣7m；。
四．解答题（共7小题）
54．【考点】爱因斯坦光电效应方程．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理论证能力．
【解答】（1）根据题意，由光电效应方程有Ek＝hν0﹣W0
当Ek＝0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Ekm＝hν﹣W0
答：（1）该金属的截止频率ν0为；
（2）若频率为ν的入射光能使该金属发生光电效应，光电子的最大初动能Ek为hν﹣W0。
55．【考点】光电效应的截止频率；光导纤维及其应用．版权所有
【专题】定量思想；等效替代法；光学计算专题；分析综合能力．
【解答】（1）光在玻璃丝内发生全反射的条件为入射角
i≥C，
则最小入射角为imin＝C
由折射率
联立解得
imin＝60°
（2）由光电效应方程有
hν0＝W0
可得该材料的截止频率为
答：（1）光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角为60°。
（2）该材料的截止频率为1.5×1014Hz。
56．【考点】核聚变的反应方程；光电效应的条件和判断能否发生光电效应；氢原子光谱及巴耳末公式．版权所有
【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；原子的能级结构专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．
【解答】（1）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。反应后两个正电子的质量数总和为0，电荷数总和为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，核的质量数为4，电荷数为2，故ACD错误，B正确。
故选：B。
（2）复色光的频率ν＝5.50×1014Hz～6.50×1014Hz，当入射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有钠、钾、铷，故选：CDE。
（3）电子绕氢原子核做匀速圆周运动，由库仑力提供向心力得：，解得：
电子动量大小为：
（4）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。
根据里德伯公式：，其中m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，则有：m＝4，k＝2
又有：
联立可得：，故D正确，ABC错误。
故选D。
故答案为：（1）B；（2）CDE；（3）；（4）D。
57．【考点】分析能级跃迁过程中的能量变化（吸收或释放能量）；用特殊的方法求解电场强度；电场力做功与电势差的关系．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；原子的能级结构专题；推理论证能力．
【解答】（1）在B极附近电荷量为Q的负电荷到达A极过程中静电力做的功
W＝﹣Q （﹣U）＝QU
（2）粒子在半径为r处绕轴线做匀速圆周运动，其向心力由电场力提供，根据向心力公式
又E＝k
联立可得qk
解得粒子的动能
设无穷远处电势能为0，粒子从无穷远处电势能移动到半径为r处，电场力做功
W＝q
其中
代入可得W＝﹣2qkλ1nr
根据W＝﹣ΔEP
可得粒子在半径为r处的电势能EP＝2qkλ lnr
粒子的总能量E＝Ek+EP＝qkλ+2qkλlnr
则E3﹣E2＝2qkλ（lnr3﹣lnr2），E2﹣E1＝2qkλ（lnr2﹣lnr1）
根据数学知识可知对数函数y＝lnx在（0，∞）是增函数，且lnx的二阶导数（1nx）0，所以y＝y＝lnx是凹函数，已知r3﹣r2＝r2﹣r1，即r2是r1与r3的等差中项，根据凹函数的性质
移项可得lnr3﹣lnr2＜lnr2﹣lnr1
又因为2qkλ＞0
可得（E3﹣E2）＜（E2﹣E1）
（3）根据功能关系可得eEa＝|E0|
代入数据可得E≈2.57×1011N/C
答：（1）在B极附近电荷量为Q的负电荷到达A极过程中静电力做的功W为QU；
（2）（E3﹣E2）＜（E2﹣E1）
（3）外电场的电场强度2.57×1011N/C能将基态氢原子电离。
58．【考点】核反应前后质量数、质子数、中子数、核子数等参数的关系；匀强电场中电势差与电场强度的关系．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；衰变和半衰期专题；推理论证能力．
【解答】（1）中子与发生核反应生成程的核反应方程式为→
的发生β衰变生成的核反应方程式为→
（2）在加速电场中，由动能定理得qUmv2
解得：v
磁场中，洛伦兹力提供向心力得：qvB
联立解得：v，U
相比，的比荷更大，通过圆形管道所需要的电压更大，通过图2可知当电压为1.94×106V时，与的离子数百分比为100%，故的C3+离子所对应的U值为1.94×106V。
由：U，可得：B，
将m＝12u，q＝3e，U＝1.94×106V，R＝0.2m，代入解得B＝2.0T
（3）由：v，将m＝14u，q＝3e，B＝2.0T，R＝0.2m，代入解得粒子离开磁场时的速度大小为：v1m/s
由题意知，粒子在板间做类斜抛运动，水平方向有，L＝vxt
竖直方向有vy0，a，vy0＝a
代入数据解得：
（4）古木中与比值是活木头中的，说明经过衰变后只剩下，已知经过一个半衰期剩下，设经过n个半衰期，
则有
解得n
则砍伐时间t5700＝8957（年）
答：（1）中子与氮核发生核反应生成程的核反应方程式为→，发生β衰变生成的核反应方程式为→；
（2）C的C3+离子所对应的U值为1.94×106V，并求磁感应强度B的大小为2.0T；
（3）两极板之间的电势差为1.6×106V；
（4）古木被砍伐距今的时间8957年。
59．【考点】密立根油滴实验；从能量转化与守恒的角度解决电场中的问题．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在电场中的运动专题；推理论证能力．
【解答】（1）设油滴的半径为r，密度为ρ，根据质量公式可得，油滴的质量为：
根据题意可知，速度为v时，空气阻力的大小为：
f＝kvr
当油滴匀速下落时，则油滴处于平衡状态，由此可得：
f＝mg
联立解得：
根据上述表达式可知，油滴的半径与成正比
则油滴的半径之比为：
根据质量的计算公式可知，油滴a和油滴b的质量之比为：
（2）当两板加上电压后（上板为正极），这两个油滴很快达到相同的速率，根据（1）中的分析可知，油滴a做的是减速运动，油滴b做的是加速运动，由此可判断出油滴a带负电，油滴b带正电。
当油滴再次达到平衡状态时，根据其受力特点可得：
油滴a：
油滴b：
其中，根据油滴的前后速度的比值关系可知：
fb＝2mbg
联立解得：
答：（1）油滴a和油滴b的质量之比为8：1；
（2）油滴a带负电，油滴b带正电，a、b所带电荷量的绝对值之比为4：1。
60．【考点】轻核的聚变及反应条件；带电粒子在匀强电场中做类平抛运动；洛伦兹力的概念；回旋加速器；爱因斯坦质能方程的应用．版权所有
【专题】定量思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；爱因斯坦的质能方程应用专题；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理论证能力．
【解答】（1）①质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为核聚变，故C正确，ABD错误。
②此核反应质量亏损为：Δm＝m1+m2﹣m3
根据爱因斯坦质能方程可得，此过程释放的能量为：E＝Δmc2＝（m1+m2﹣m3）c2
（2）①洛伦兹力的方向始终与粒子速度方向垂直，对粒子不做功，即W＝0。根据冲量的定义：I＝Ft，故洛伦兹力的冲量I≠0，故D正确，ABC错误。
②设H核的质量为m，电荷量为e，则H核的质量为3m，电荷量为e。
根据动能定理可知，H核每完成一次加速获得的动能为：ΔEk＝eU，则H核完成3次加速时的动能为：Ek1＝3ΔEk＝3eU
因H核在每次经过缝隙间时均被加速，故H核在磁场中匀速圆周运动的周期T1等于交变电场变化的周期T交。
H核在磁场中匀速圆周运动的周期为：T1
H核在磁场中匀速圆周运动的周期为：T23T1
可知H核完成3次加速时，H核只完成了一次加速，根据动能定理可得此时H核的动能为：Ek2＝eU
H核完成3次加速时的动能与此时H核的动能之比为Ek1：Ek2＝3：1，故E正确，ABCD错误。
（3）①电极间电场可近似为匀强电场，根据电势差与电场强度的关系可得，电极间电场强度大小为E；
②a、能沿圆弧路径从选择器出射的粒子在选择器中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，则有：
qE＝m
因H核、H核和H核的电荷量q相同，由上式可知出射的粒子具有相同的mv2，即动能相同，故B正确，ACD错误。
b.对上述a中的选择做出的解释见a的解答。
故答案为：（1）①C；②（m1+m2﹣m3）c2；（2）①D；②E；（3）①；②a.B；b.见解答。
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