专题13 原子结构、原子核和波粒二象性
考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势
考点1 波粒二象性 2025·广东卷、2025·四川卷 2024·黑吉辽卷、海南卷 2023·浙江1月选考卷 2022·江苏卷、全国乙卷 2021·浙江卷 基础概念仍是考查重点，如原子的核式结构模型、光电效应、能级跃迁等，多以选择题形式出现。命题注重知识应用与创新，常结合现代科技成果、生活实际设置新情境，考查学生知识迁移与创新能力。此外，开放性、探究性问题或增多，鼓励学生深入思考，培养批判性思维和解决复杂问题的能力。备考时应注重基础知识的掌握，同时提升综合应用与创新思维能力。
考点2 原子结构 2025·甘肃卷、重北京卷 2024·贵州卷、重庆卷、江苏卷 2023·辽宁卷、山东卷、江苏卷 2022·浙江卷、北京卷 2021·广东卷
考点3 原子核 2025·安徽卷、福建卷 2024·福建卷、全国甲卷、广东卷 2023·全国甲卷、全国乙卷 2022·福建卷、辽宁卷 2021·海南卷、重庆卷
考点01 波粒二象性
1．（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。
2．（2025·广西·高考真题）有四种不同逸出功的金属材料：铷，钾，钠和镁制成的金属板。现有能量为的光子，分别照到这四种金属板上，则会发生光电效应的金属板为（ ）
A．铷 B．钾 C．钠 D．镁
3．（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．
4．（2025·四川·高考真题）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3．5×10 10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（ ）
A．德布罗意波长约为7.9×10 13m的中子
B．德布罗意波长约为8.7×10 12m的质子
C．德布罗意波长约为2.6×10 11m的氮分子
D．德布罗意波长约为1.5×10 10m的电子
5．（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
6．（2025·河北·高考真题）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。
(1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。
(2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量）
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·浙江·高考真题）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
9．（2024·贵州·高考真题）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
10．（2024·海南·高考真题）利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关接1时，用频率为的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为
C．其他条件不变，使开关接接2，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率
11．（2024·北京·高考真题）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as = 1 × 10 18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c = 3.0 × 108m/s，普朗克常量h = 6.6 × 10 34J s，下列说法正确的是（ ）
A．对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显
B．此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多
C．此阿秒光脉冲可以使能量为 13.6eV（ 2.2 × 10 18J）的基态氢原子电离
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
12．（2024·辽宁·高考真题）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
13．（2024·浙江·高考真题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（ ）
A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能
C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为
D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
14．（2023·浙江·高考真题）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。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d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为 x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，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
15．（2023·海南·高考真题）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
16．（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。
17．（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
18．（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
19．（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
20．（2021·江苏·高考真题）如图所示，分别用1、2两种材料作K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U变化关系的图像是（ ）
A． B． C． D．
21．（2021·海南·高考真题）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h。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．
22．（2021·浙江·高考真题）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长之比的数量级为（ ）（）
A． B． C． D．
考点02 原子结构
23．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）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
24．（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
25．（2025·北京·高考真题）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，则反氢原子的基态能量也为
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
26．（2024·重庆·高考真题）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
27．（2024·浙江·高考真题）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、、 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．频率为的光，其动量为
B．频率为和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
C．频率为和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n=3 跃迁至 n=4 能级，入射光的频率
28．（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
29．（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
30．（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
31．（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
32．（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．
33．（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
34．（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
35．（2023·浙江·高考真题）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
36．（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
37．（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
38．（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
39．（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
40．（2013·江苏·高考真题）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示。电子处在n =3轨道上比处在n =5轨道上离氦核的距离_______（选填“近”或“远”）。当大量He+处在n =4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_______条。
41．（2021·上海·高考真题）粒子散射实验中，有部分大角度偏转的粒子，说明了（ ）
A．由于原子中的电子碰撞造成的 B．受到金原子核库仑引力
C．原子核由质子和中子组成 D．原子中有带正电的原子核
考点03 原子核
42．（2025·海南·高考真题）核反应方程中，则是（ ）
A． B． C． D．
43．（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
44．（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．
45．（2025·福建·高考真题）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
46．（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．
47．（2024·天津·高考真题）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
48．（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
49．（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
50．（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
51．（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
52．（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
53．（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
54．（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．
55．（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
56．（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
57．（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．，
58．（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
59．（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．
60．（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．
61．（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
62．（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．
63．（2022·天津·高考真题）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：，下列说法正确的是（ ）
A．X是中子 B．该反应有质量亏损
C．比的质子数多 D．该反应是裂变反应
64．（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
65．（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．
66．（2021·重庆·高考真题）放射性元素会衰变为稳定的，半衰期约为，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻与的原子数量之比为，则通过后与的质量之比（ ）
A． B． C． D．
67．（2021·海南·高考真题）1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为。已知、、X的质量分别为、、，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（ ）
A．质量亏损
B．释放的核能
C．铍原子核内的中子数是5
D．X表示的是氚原子核专题13 原子结构、原子核和波粒二象性
考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势
考点1 波粒二象性 2025·广东卷、2025·四川卷 2024·黑吉辽卷、海南卷 2023·浙江1月选考卷 2022·江苏卷、全国乙卷 2021·浙江卷 基础概念仍是考查重点，如原子的核式结构模型、光电效应、能级跃迁等，多以选择题形式出现。命题注重知识应用与创新，常结合现代科技成果、生活实际设置新情境，考查学生知识迁移与创新能力。此外，开放性、探究性问题或增多，鼓励学生深入思考，培养批判性思维和解决复杂问题的能力。备考时应注重基础知识的掌握，同时提升综合应用与创新思维能力。
考点2 原子结构 2025·甘肃卷、重北京卷 2024·贵州卷、重庆卷、江苏卷 2023·辽宁卷、山东卷、江苏卷 2022·浙江卷、北京卷 2021·广东卷
考点3 原子核 2025·安徽卷、福建卷 2024·福建卷、全国甲卷、广东卷 2023·全国甲卷、全国乙卷 2022·福建卷、辽宁卷 2021·海南卷、重庆卷
考点01 波粒二象性
1．（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
2．（2025·广西·高考真题）有四种不同逸出功的金属材料：铷，钾，钠和镁制成的金属板。现有能量为的光子，分别照到这四种金属板上，则会发生光电效应的金属板为（ ）
A．铷 B．钾 C．钠 D．镁
【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。
3．（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。
4．（2025·四川·高考真题）某多晶薄膜晶格结构可以等效成缝宽约为3．5×10 10m的狭缝。下列粒子束穿过该多晶薄膜时，衍射现象最明显的是（ ）
A．德布罗意波长约为7.9×10 13m的中子
B．德布罗意波长约为8.7×10 12m的质子
C．德布罗意波长约为2.6×10 11m的氮分子
D．德布罗意波长约为1.5×10 10m的电子
【答案】D
【详解】当波通过尺寸与其波长相近的障碍物或狭缝时，会发生明显的衍射现象。对于粒子而言，德布罗意波长λ决定了其波动性，衍射的明显程度通常与波长λ和狭缝宽度的比值相关，当接近或大于1时，衍射现象非常明显，则可知电子的衍射现象最明显。
故选D。
5．（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。
6．（2025·河北·高考真题）光纤光谱仪的部分工作原理如图所示。待测光在光纤内经多次全反射从另一端射出，再经棱镜偏转，然后通过狭缝进入光电探测器。
(1)若将光纤简化为真空中的长玻璃丝，设玻璃丝的折射率为，求光在玻璃丝内发生全反射时的最小入射角。
(2)若探测器光阴极材料的逸出功为，求该材料的截止频率。（普朗克常量）
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）光在玻璃丝内发生全反射的最小入射角满足
可得
（2）根据爱因斯坦光电方程
可得
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·浙江·高考真题）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。
9．（2024·贵州·高考真题）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。
10．（2024·海南·高考真题）利用如图所示的装置研究光电效应，闭合单刀双掷开关接1时，用频率为的光照射光电管，调节滑动变阻器，使电流表的示数刚好为0，此时电压表的示数为，已知电子电荷量为e，普朗克常量为h，下列说法正确的是（ ）
A．其他条件不变，增大光强，电压表示数增大
B．改用比更大频率的光照射，调整电流表的示数为零，此时电压表示数仍为
C．其他条件不变，使开关接接2，电流表示数仍为零
D．光电管阴极材料的截止频率
【答案】D
【详解】A．当开关S接1时，由爱因斯坦光电效应方程
故其他条件不变时，增大光强，电压表的示数不变，故A错误；
B．若改用比更大频率的光照射时，调整电流表的示数为零，而金属的逸出功不变，故遏止电压变大，即此时电压表示数大于，故B错误；
C．其他条件不变时，使开关S接2，此时
可发生光电效应，故电流表示数不为零，故C错误；
D．根据爱因斯坦光电效应方程
其中
联立解得，光电管阴极材料的截止频率为
故D正确。
故选D。
11．（2024·北京·高考真题）产生阿秒光脉冲的研究工作获得2023年的诺贝尔物理学奖，阿秒（as）是时间单位，1as = 1 × 10 18s，阿秒光脉冲是发光持续时间在阿秒量级的极短闪光，提供了阿秒量级的超快“光快门”，使探测原子内电子的动态过程成为可能。设有一个持续时间为100as的阿秒光脉冲，持续时间内至少包含一个完整的光波周期。取真空中光速c = 3.0 × 108m/s，普朗克常量h = 6.6 × 10 34J s，下列说法正确的是（ ）
A．对于0.1mm宽的单缝，此阿秒光脉冲比波长为550nm的可见光的衍射现象更明显
B．此阿秒光脉冲和波长为550nm的可见光束总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更多
C．此阿秒光脉冲可以使能量为 13.6eV（ 2.2 × 10 18J）的基态氢原子电离
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应大于电子的运动周期
【答案】C
【详解】A．此阿秒光脉冲的波长为
λ = cT = 30nm < 550nm
由障碍物尺寸与波长相差不多或比波长小时，衍射现象越明显知，波长为550nm的可见光比此阿秒光脉冲的衍射现象更明显，故A错误；
B．由知，阿秒光脉冲的光子能量大，故总能量相等时，阿秒光脉冲的光子数更少，故B错误；
C．阿秒光脉冲的光子能量最小值
故此阿秒光脉冲可以使能量为 13.6eV（ 2.2 × 10 18J）的基态氢原子电离，故C正确；
D．为了探测原子内电子的动态过程，阿秒光脉冲的持续时间应小于电子的运动周期，故D错误。
故选C。
12．（2024·辽宁·高考真题）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。
13．（2024·浙江·高考真题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（ ）
A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大
B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能
C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为
D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零
【答案】C
【详解】AB．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时
则到达N板时的动能为
与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误；
C．平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为
解得
选项C正确；
D．M、N间加反向电压电流表示数恰好为零时，则
解得
选项D错误。
故选C。
14．（2023·浙江·高考真题）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。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d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为 x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，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
【答案】AD
【详解】根据条纹间距公式
可得
A．根据
可得
故A正确；
B．根据动能和动量的关系
结合A选项可得
故B错误；
C．光子的能量
故C错误；
D．光子的动量
光子的能量
联立可得
则光子的动量
故D正确。
故选AD。
15．（2023·海南·高考真题）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。
16．（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
17．（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。
18．（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。
19．（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。
20．（2021·江苏·高考真题）如图所示，分别用1、2两种材料作K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U变化关系的图像是（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【详解】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值
可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。
故选C。
21．（2021·海南·高考真题）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h。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．
【答案】D
【详解】根据爱因斯坦的光电效应方程可知
解得该单色光的频率为
故选D。
22．（2021·浙江·高考真题）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长之比的数量级为（ ）（）
A． B． C． D．
【答案】C
【详解】根据德布罗意波长公式
解得
由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有
代入数据解得
所以C正确；ABD错误；
故选C。
考点02 原子结构
23．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）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。
24．（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。
25．（2025·北京·高考真题）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，则反氢原子的基态能量也为
B．一个中子可以转化为一个质子和一个正电子
C．一对正负电子等速率对撞，湮灭为一个光子
D．反氘核和反氘核的核聚变反应吸收能量
【答案】A
【详解】A．氢原子基态能量由电子与质子决定。反氢原子由正电子和反质子构成，电荷结构相同，能级结构不变，基态能量仍为，故A正确；
B．若中子衰变（β+衰变）生成质子、正电子，不符合质子数守恒，故B错误；
C．正负电子对撞湮灭时，总动量为零，需产生至少两个光子以保证动量守恒。单个光子无法满足动量守恒，故C错误；
D．核聚变通常释放能量（如普通氘核聚变）。反氘核聚变遵循相同规律，应释放能量而非吸收，故D错误。
故选A。
26．（2024·重庆·高考真题）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。
27．（2024·浙江·高考真题）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、、 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．频率为的光，其动量为
B．频率为和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
C．频率为和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n=3 跃迁至 n=4 能级，入射光的频率
【答案】B
【详解】A．根据玻尔理论可知
则频率为的光，其动量为
选项A错误；
B．频率为和的两种光分别射入同一光电效应装量，均产生光电子，其最大初动能分别为
最大初动能之差为
选项B正确；
C．频率为和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，根据条纹间距表达式
产生的干涉条纹间距之差为
选项C错误；
D．若原子n=3 跃迁至 n=4 能级，则
可得入射光的频率
选项D错误；
故选B。
28．（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。
29．（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。
30．（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。
31．（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。
32．（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。
33．（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。
34．（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。
35．（2023·浙江·高考真题）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。
36．（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。
37．（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。
38．（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。
39．（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。
40．（2013·江苏·高考真题）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图所示。电子处在n =3轨道上比处在n =5轨道上离氦核的距离_______（选填“近”或“远”）。当大量He+处在n =4的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有_______条。
【答案】 近 6
【详解】[1]从图上可知n =3"轨道上的能级比n =5"轨道的能级低。根据玻尔原子结构理论：离核越近，能级越低，可知n=3轨道上的电子离氦核的距离近；
[2]处于第4激发态的He+的由于跃迁所发射光子的种类为
所发射的谱线有6条。
41．（2021·上海·高考真题）粒子散射实验中，有部分大角度偏转的粒子，说明了（ ）
A．由于原子中的电子碰撞造成的 B．受到金原子核库仑引力
C．原子核由质子和中子组成 D．原子中有带正电的原子核
【答案】D
【详解】粒子散射实验中，有部分大角度偏转的粒子，说明了原子中有带正电的原子核，粒子受到了金原子核库仑斥力作用。
故选D。
考点03 原子核
42．（2025·海南·高考真题）核反应方程中，则是（ ）
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。
43．（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。
44．（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。
45．（2025·福建·高考真题）核反应方程为→+17.6MeV，现真空中有两个动量大小相等，方向相反的氘核与氚核相撞，发生核反应，设反应释放的能量几乎转化为与的动能，则（ ）
A．该反应有质量亏损
B．该反应为核裂变
C．获得的动能约为14MeV
D．获得的动能约为14MeV
【答案】AC
【详解】A．核反应过程中质量数守恒，有质量亏损，A正确；
B．该反应是核聚变反应，B错误；
CD．在真空中，该反应动量守恒，由于相撞前氘核与氚核动量大小相等，方向相反，系统总动量为零。故反应后氦核与中子的动量也大小相等，方向相反。
由
得反应粒子获得的动能之比为
而两个粒子获得的总动能为，故获得的动能，
获得的动能。故C正确，D错误。
故选AC。
46．（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，每发生一次衰败，质量数不变，电荷数加1，钍核变成铀核，质量数加1，电荷数加2，则俘获1个中子，发生次衰败，即，
故选B。
47．（2024·天津·高考真题）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。
48．（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。
49．（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。
50．（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。
51．（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。
52．（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。
53．（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。
54．（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。
55．（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。
56．（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。
57．（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。
58．（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。
59．（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。
60．（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。
61．（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。
62．（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。
63．（2022·天津·高考真题）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：，下列说法正确的是（ ）
A．X是中子 B．该反应有质量亏损
C．比的质子数多 D．该反应是裂变反应
【答案】B
【详解】A．根据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，可知X是质子，故A错误；
BD．两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正确，D错误；
C．与的质子数相同，均为2个质子，故C错误。
故选B。
64．（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。
65．（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。
66．（2021·重庆·高考真题）放射性元素会衰变为稳定的，半衰期约为，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻与的原子数量之比为，则通过后与的质量之比（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【详解】根据题述，与原子数量之比为，则通过（两个半衰期）后，4份衰变剩余1份，生成了3份原子，剩余与原子数量之比为，因为与原子质量相同，所以通过（两个半衰期）后，与原子的质量之比为，故B正确，ACD错误。
故选B。
67．（2021·海南·高考真题）1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为。已知、、X的质量分别为、、，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（ ）
A．质量亏损
B．释放的核能
C．铍原子核内的中子数是5
D．X表示的是氚原子核
【答案】B
【详解】CD．根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知方程为
则，，铍原子核内的中子数是4，X表示的是氦核，故CD错误；
AB．核反应质量亏损为
则释放的核能为
故A错误，B正确；
故选B。
