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2023年高考真题和模拟题物理分项汇编（全国通用）专题16 近代物理
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专题16 近代物理
1. （2023海南卷）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（ ）
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
【答案】C
【解析】放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ分别是氦核流、电子流和光子流。其中β粒子是电子，C正确。
2. （2023全国甲卷）在下列两个核反应方程中、，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（ ）
A. ， B. ， C. ， D. ，
【答案】D
【解析】设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足
，
第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足
，
联立解得
，
故选D。
3. （2023全国乙卷）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 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】根据质能方程可知，则每秒钟平均减少的质量为
则每秒钟平均减少的质量量级为。
故选C。
4.（2023新课标卷）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
【解析】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。
5．（2023浙江1月卷）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界．天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R．若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子．普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】设天体发射频率为v光子的功率为P，由题意可知
解得，选项A正确。
6.（2023浙江6月卷）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则（ ）
A. 衰变方程中的X等于233 B. 的穿透能力比γ射线强
C. 比的比结合能小 D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大
【答案】C
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为
即衰变方程中的X=234，故A错误；
B．是α粒子，穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C．比结合能越大越稳定，由于衰变成为了，故比稳定，即比的比结合能小，故C正确；
D．半衰期由原子核本身决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。
故选C。
7.（2023湖北卷）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
【解析】由图中可知n=2和n=1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。A正确。
8.（2023江苏卷）“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
【解析】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。
9. （2023湖南卷）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
C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235
D. 核聚变反应过程中没有质量亏损
【答案】A
【解析】相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为，B错误；核裂变的核反应燃料主要是铀235，而核聚变的核反应燃料主要是氘和氚，C错误；根据质能方程，任何释放能量的核反应都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D错误。
10.（2023浙江6月卷） 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
【解析】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。
11. （2023辽宁卷）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
【解析】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。
12．（2023浙江1卷）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：，产生的能自发进行衰变，其半接期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代．下列说法正确的是（ ）
A．发生衰变的产物是
B．衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C．近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化
D若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年
【答案】D
【解析】根据中子与大气中的氮14产生的核反应，可知发生衰变的产物是，选项A错误；根据核反应辐射出的电子产生机理可知，衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；半衰期是放射性元素的本质特性，与放射性元素所处的物理、化学状态无关，即与外界环境无关，选项C错误；若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5730×2年=11460年，选项D正确。
13.（2023海南卷） 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
【解析】光的频率 ，选项A正确；
光子的能量 ，选项B错误；
光子的动量 ，选项C正确；
在时间t内激光器发射的光子数 ，选项D错误。
14．（2023浙江1月卷）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
【解析】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。可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，故A错误；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；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；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。
15. （2023江苏卷）“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）
【解析】（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
1. （2023·广东潮州二模）2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并首次实现利用核聚变放电，下列方程中，正确的核聚变反应方程是（ ）
A. Hen
B. ThHe
C. BaKr+n
D. HeAlP+n
【答案】A
【解析】A．Hen是轻核的聚变，故A正确；
B．ThHe是衰变，故B错误；
C．BaKr+n是重核裂变，故C错误；
D．HeAlP+n是人工核反应，故D错误。
故选A。
2. （2023·广东江门一模）图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，、、、是可见光区的四条谱线，其中谱线是氢原子从能级跃迁到能级辐射产生的，下列说法正确的是（ ）
A. 这四条谱线中，谱线光子频率最大
B. 氢原子的发射光谱属于连续光谱
C. 用能量为3.5eV的光子照射处于激发态的氢原子，氢原子不发生电离
D. 若、、、中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是
【答案】D
【解析】A．由图乙可知谱线对应的波长最大，由
可知，波长越大，能量越小，A错误；
B．氢原子的发射光谱属于线状谱，B错误；
C．处于n=2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量，C错误；
D．频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，图中谱线波长最小，频率最大，光能量最大，若中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是，D正确。
故选D。
3. （2023·大连葫芦岛一模）对于质量为的放射性元素p，经过时间t后剩余p的质量为m，其图线如图所示，从图中可以得到p的半衰期为（ ）
A. 0.6d B. 2.2d C. 3.0d D. 3.6d
【答案】C
【解析】由图像可知，放射性元素的质量从变为，刚好衰变了一半的放射性元素，经历的时间为一个半衰期，则有
故选C。
4. （2023·辽宁省教研联盟一模）宇宙射线与地球大气作用产生中子，中子撞击大气层中的氮引发核反应产生碳14。核反应方程为，碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为。碳14可以用来测定物质年代，碳14的半衰期为5730年，下列说法正确的是（ ）
A. X表示电子
B. Y表示质子
C. 一块古木样品中碳14的含量是现代植物的，说明古木的历史大概有5730年
D. 一块古木样品中碳14的含量是现代植物的，说明古木的历史大概有11460年
【答案】D
【解析】AB．根据质量数守恒和电荷数守恒，可得X表示质子，Y表示电子，故AB错误；
CD．根据放射性物质的剩余质量和半衰期的关系满足
解得故D正确，C错误。
故选D。
5. （2023·广东深圳二模）今年两会期间，核聚变领域首席专家段旭如表示，可控核聚变技术研发已进入快车道，预计再过30年可以实现商用。下列相关描述正确的是（ ）
A. 目前核电站使用的都是核聚变技术
B. 核反应是核聚变
C. 太阳是一个巨大的核聚变反应堆
D. 原子弹是利用核聚变原理制成的
【答案】C
【解析】A．目前核电站使用的都是核裂变技术，故A错误；
B．核反应是核裂变，故B错误；
CD．恒星、氢弹、太阳都是利用核聚变释放能量，而原子弹利用核裂变，故C正确，D错误；
故选C。
6. （2023·广东深圳一模）有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为的黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为（ ）
A. 红色 B. 橙色 C. 绿色 D. 青色
【答案】A
【解析】由波尔理论结合普朗克的量子假说，即，根据图甲可得
，
代入数据可得
对照图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红光。
故选A。
7．（2023·广东湛江一模）实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标．现在有一种“氚电池”，它的体积比一元硬币还要小，有的心脏起搏器就是使用“氚电池”供电，使用寿命长达20年．已知氚核的衰变方程为，其中是质量可忽略不计的中性粒子，氚核的半衰期为12.5年．设反应前的质量为，反应后的质量为，的质量为，光在真空中的传播速度为c．下列说法正确的是（ ）．
A．，，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
B．100个经过25年后一定还剩余25个
C．发生的是衰变，射线的穿透能力最强
D．该衰变过程释放的能量为
【答案】A
【解析】根据原子核衰变时质量数与电荷数都守恒可得，，解得：，，
由此可知发生的衰变为衰变，其穿透能力不是最强，故A正确，C错误；
由于半衰期是一种统计规律，对少量的原子核不适用，故B错误；
根据可知，该衰变过程释放的能量为，故D错误．
8. （2023·福建福州2月检测）（多选）下列关于原子物理相关知识说法正确的是（ ）
A. 在裂变反应→中，钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大
B. 放射性元素铀的半衰期为138天，100g的铀经过276天，还剩有25g的铀未衰变
C. β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D. 核反应→属于α衰变
【答案】AB
【解析】A．在裂变反应 →
中放出核能，钡核比铀核更稳定，则钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大，故选项A正确；
B．放射性元素铀的半衰期为138天，100g的铀经过276天，即两个半衰期，还剩有
的铀未衰变，选项B正确；
C．β衰变中产生的β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项C错误；
D．核反应→属于原子核的人工转变方程，选项D错误。
故选AB。
9. （2023·福建厦门四模）2023年4月12日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新世界纪录，其内部发生的核反应方程为，则（ ）
A. X为正电子 B. 该反应为衰变
C. 反应前后质量守恒 D. 的平均结合能比的平均结合能大
【答案】D
【解析】A．根据电荷数和质量数守恒，可知X为中子，故A错误；
B．该反应为聚变反应，故B错误；
C．反应后，质量亏损，故C错误；
D．反应生成的新核更稳定，故的平均结合能比的平均结合能大，故D正确。
故选D。
10.（2023·河北大数据调研） 原子核有可能发生衰变，方程为，衰变过程释放的核能是；有的可能发生衰变，方程为，衰变过程释放的核能是，。已知的比结合能为E，普朗克常量为h，真空中光速为c，正负电子质量相等，下列说法正确的是（ ）
A. 由于释放核能，所以衰变过程质量数不守恒
B. 的质量比质量小
C. 的比结合能为
D. 比结合能为
【答案】D
【解析】A．衰变过程一定遵循质量数守恒，电荷数守恒，A错误；
B．由于，所以衰变质量亏损更多，即质量比小，B错误；
CD．的比结合能为E，设的比结合能为，则
同理设的比结合能为，则
解得，C错误，D正确。
故选D。
11. （2023·河北省适应性考试）为了解释氢原子的发光现象，玻尔于1913年提出了原子假说。如图所示，一电子绕氢原子核做匀速圆周运动，基态的轨道半径为，电子在该轨道上运动的动能为，基态原子的能量为，某激发态的轨道半径为，电子在该轨道上运动的动能为，该激发态原子的能量为。下列说法中正确的是（ ）
A.
B. 电子可以在和之间的任意轨道上稳定运动
C. 处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子频率为
D. 氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的相同
【答案】C
【解析】A．电子绕原子核做圆周运动，由库仑力提供向心力得
可得电子的动能为 ，由于，则有，故A错误；
B．根据玻尔的电子轨道量子化假设，可知电子不可以在和之间的任意轨道上稳定运动，故B错误；
C．处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子能量为
可得释放的光子频率为 故C正确；
D．氢原子上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的不相同，氢弹是通过轻核聚变释放能量，故D错误。
故选C。
12. （2023·湖南彬州三模）下列说法正确的是（ ）
A. 结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
B. 衰变为经过4次α衰变，2次β衰变
C. 原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自原子的外层电子
D. 根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从能级向低能级跃迁最多可辐射6种不同频率的光子
【答案】B
【解析】A．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A错误；
B．设衰变为经过次α衰变，次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可得
联立解得 ， 故B正确；
C．原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自中子转化为质子和电子，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从能级向低能级跃迁最多可辐射3种不同频率的光子，故D错误。故选B。
13. （2023·湖南邵阳三模）一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图（a）电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图（b）所示，已知氢原子的能级图如图（c）所示，则下列推断正确的是（ ）
A. 只有b光照射时，仅增加其强度，则对应的遏止电压增大
B. 阴极金属的逸出功可能为
C. 图（b）中的a光是氢原子由第2能级向基态跃迁发出的
D. 图（b）中的c光光子能量为10.2eV
【答案】D
【解析】A．遏止电压与光电子的最大初动能之间的关系为
而由爱因斯坦的光电效应方程有
可见，遏止电压的大小与光的频率有光，与光照强度无关，故A错误；
B．根据题意可知，三种能够使阴极K发生光电效应的光按照能量的大小分别是从第4、第3、第2能级向基态跃迁的过程中产生的，则由第二能级跃迁向第一能级辐射出的光子的能量为
而在这群氢原子跃迁的过程中，辐射出的能量排第四的为第四能级跃迁到第二能级时辐射出的光子的能量，有
由题意可知只有三种光子能够使阴极K发生光电效应，则可知该金属的逸出功大于，小于，故B错误；
C．图（b）中的a光对应的遏止电压最大，则可知a光的频率最大，因此a光一定是从第4能级向基态跃迁时发出的，故C错误；
D．图（b）中的c光对应的遏止电压最小，可知c光的频率在能够发生光电效应的三种光中最小，因此c光一定是从第2能级向基态跃迁时辐射出的，则c光光子的能量为
故D正确。
故选D。
14. （2023·江苏南京三模）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为。已知光子的频率为v，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，X核的比结合能为，普朗克常量为h，真空中光速为c、下列说法中正确的是（ ）
A. X核为核 B. 光子的动量
C. 释放的核能 D. 质量亏损
【答案】C
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知X核为核，故A错误；
B．光子的频率为v，可知光子的动量故B错误；
C．由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为故C正确；
D．质量亏损为故D错误；
故选C。
15. （2023·江苏苏锡常镇四市一模）用如图电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管K、A两极的电势差，取A端电势高时为正值。若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克常量为h，电子电量为e，则在U-ν坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和ν取值范围，下列阴影标识完全正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据动能定理有
根据光电效应方程有
所以
当入射光的频率大于极限频率时，才可以发生光电效应，故选A。
16. （2023·辽宁大连一模）如图所示为光电效应演示实验中，用a、b、c三束光照射某金属得到的电流与电压之间的关系曲线。下列说法正确的是（ ）
A. 同一介质中a光的波长大于c光的波长 B. 同一介质中a光的速度小于c光速度
C. a光的光照强度小于b光的光照强度 D. a光照射时光电子最大初动能最大
【答案】A
【解析】A．a光的截止电压小于c光的截止电压，可知a光的频率小于c光的频率，即a光的波长大于c光的波长，A正确；
B．a光的频率小于c光的频率，则a光的折射率小于c光的折射率，根据可知，同一介质中a光的速度大于c光速度，B错误；
C．a光的饱和光电流大于b光的饱和光电流，可知a光的光照强度大于b光的光照强度，C错误；
D．a光的截止电压小于c光的截止电压，a光对应的光电子最大初动能小于c光的光电子最大初动能，D错误。
故选A。
专题16 近代物理
1. （2023海南卷）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（ ）
A. 中子 B. 质子 C. 电子 D. 光子
【答案】C
【解析】放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ分别是氦核流、电子流和光子流。其中β粒子是电子，C正确。
2. （2023全国甲卷）在下列两个核反应方程中、，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则（ ）
A. ， B. ， C. ， D. ，
【答案】D
【解析】设Y电荷数和质量数分别为m和n，根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的核电荷数和质量数满足
，
第二个核反应方程的核电荷数和质量数满足
，
联立解得
，
故选D。
3. （2023全国乙卷）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 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为）
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】根据质能方程可知，则每秒钟平均减少的质量为
则每秒钟平均减少的质量量级为。
故选C。
4.（2023新课标卷）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
【解析】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。
5．（2023浙江1月卷）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界．天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R．若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子．普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（ ）
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】设天体发射频率为v光子的功率为P，由题意可知
解得，选项A正确。
6.（2023浙江6月卷）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则（ ）
A. 衰变方程中的X等于233 B. 的穿透能力比γ射线强
C. 比的比结合能小 D. 月夜的寒冷导致的半衰期变大
【答案】C
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为
即衰变方程中的X=234，故A错误；
B．是α粒子，穿透能力比γ射线弱，故B错误；
C．比结合能越大越稳定，由于衰变成为了，故比稳定，即比的比结合能小，故C正确；
D．半衰期由原子核本身决定的，与温度等外部因素无关，故D错误。
故选C。
7.（2023湖北卷）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
【解析】由图中可知n=2和n=1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。A正确。
8.（2023江苏卷）“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
【解析】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。
9. （2023湖南卷）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
C. 核聚变的核反应燃料主要是铀235
D. 核聚变反应过程中没有质量亏损
【答案】A
【解析】相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为，B错误；核裂变的核反应燃料主要是铀235，而核聚变的核反应燃料主要是氘和氚，C错误；根据质能方程，任何释放能量的核反应都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D错误。
10.（2023浙江6月卷） 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
【解析】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。
11. （2023辽宁卷）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
【解析】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。
12．（2023浙江1卷）宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：，产生的能自发进行衰变，其半接期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代．下列说法正确的是（ ）
A．发生衰变的产物是
B．衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子
C．近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化
D若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年
【答案】D
【解析】根据中子与大气中的氮14产生的核反应，可知发生衰变的产物是，选项A错误；根据核反应辐射出的电子产生机理可知，衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；半衰期是放射性元素的本质特性，与放射性元素所处的物理、化学状态无关，即与外界环境无关，选项C错误；若测得一古木样品的含量为活体植物的，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5730×2年=11460年，选项D正确。
13.（2023海南卷） 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
【解析】光的频率 ，选项A正确；
光子的能量 ，选项B错误；
光子的动量 ，选项C正确；
在时间t内激光器发射的光子数 ，选项D错误。
14．（2023浙江1月卷）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
【解析】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。可知，图1中的对应的是可见光Ⅱ，故A错误；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；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；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。
15. （2023江苏卷）“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）
【解析】（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
1. （2023·广东潮州二模）2020年12月4日，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并首次实现利用核聚变放电，下列方程中，正确的核聚变反应方程是（ ）
A. Hen
B. ThHe
C. BaKr+n
D. HeAlP+n
【答案】A
【解析】A．Hen是轻核的聚变，故A正确；
B．ThHe是衰变，故B错误；
C．BaKr+n是重核裂变，故C错误；
D．HeAlP+n是人工核反应，故D错误。
故选A。
2. （2023·广东江门一模）图甲为氢原子能级图，图乙为氢原子的光谱，、、、是可见光区的四条谱线，其中谱线是氢原子从能级跃迁到能级辐射产生的，下列说法正确的是（ ）
A. 这四条谱线中，谱线光子频率最大
B. 氢原子的发射光谱属于连续光谱
C. 用能量为3.5eV的光子照射处于激发态的氢原子，氢原子不发生电离
D. 若、、、中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是
【答案】D
【解析】A．由图乙可知谱线对应的波长最大，由
可知，波长越大，能量越小，A错误；
B．氢原子的发射光谱属于线状谱，B错误；
C．处于n=2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量，C错误；
D．频率越大的光子越容易使金属产生光电效应，图中谱线波长最小，频率最大，光能量最大，若中只有一种光能使某金属产生光电效应，那一定是，D正确。
故选D。
3. （2023·大连葫芦岛一模）对于质量为的放射性元素p，经过时间t后剩余p的质量为m，其图线如图所示，从图中可以得到p的半衰期为（ ）
A. 0.6d B. 2.2d C. 3.0d D. 3.6d
【答案】C
【解析】由图像可知，放射性元素的质量从变为，刚好衰变了一半的放射性元素，经历的时间为一个半衰期，则有
故选C。
4. （2023·辽宁省教研联盟一模）宇宙射线与地球大气作用产生中子，中子撞击大气层中的氮引发核反应产生碳14。核反应方程为，碳14具有放射性，能够自发地进行β衰变而变成氮，核反应方程为。碳14可以用来测定物质年代，碳14的半衰期为5730年，下列说法正确的是（ ）
A. X表示电子
B. Y表示质子
C. 一块古木样品中碳14的含量是现代植物的，说明古木的历史大概有5730年
D. 一块古木样品中碳14的含量是现代植物的，说明古木的历史大概有11460年
【答案】D
【解析】AB．根据质量数守恒和电荷数守恒，可得X表示质子，Y表示电子，故AB错误；
CD．根据放射性物质的剩余质量和半衰期的关系满足
解得故D正确，C错误。
故选D。
5. （2023·广东深圳二模）今年两会期间，核聚变领域首席专家段旭如表示，可控核聚变技术研发已进入快车道，预计再过30年可以实现商用。下列相关描述正确的是（ ）
A. 目前核电站使用的都是核聚变技术
B. 核反应是核聚变
C. 太阳是一个巨大的核聚变反应堆
D. 原子弹是利用核聚变原理制成的
【答案】C
【解析】A．目前核电站使用的都是核裂变技术，故A错误；
B．核反应是核裂变，故B错误；
CD．恒星、氢弹、太阳都是利用核聚变释放能量，而原子弹利用核裂变，故C正确，D错误；
故选C。
6. （2023·广东深圳一模）有些金属原子受激后，从某激发态跃迁回基态时，会发出特定颜色的光。图甲所示为钠原子和锂原子分别从激发态跃迁回基态的能级差值，钠原子发出频率为的黄光，可见光谱如图乙所示。锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为（ ）
A. 红色 B. 橙色 C. 绿色 D. 青色
【答案】A
【解析】由波尔理论结合普朗克的量子假说，即，根据图甲可得
，
代入数据可得
对照图乙可知，锂原子从激发态跃迁回基态发光颜色为红光。
故选A。
7．（2023·广东湛江一模）实现核能电池的小型化、安全可控化一直是人们的目标．现在有一种“氚电池”，它的体积比一元硬币还要小，有的心脏起搏器就是使用“氚电池”供电，使用寿命长达20年．已知氚核的衰变方程为，其中是质量可忽略不计的中性粒子，氚核的半衰期为12.5年．设反应前的质量为，反应后的质量为，的质量为，光在真空中的传播速度为c．下列说法正确的是（ ）．
A．，，原子核衰变时电荷数和质量数都守恒
B．100个经过25年后一定还剩余25个
C．发生的是衰变，射线的穿透能力最强
D．该衰变过程释放的能量为
【答案】A
【解析】根据原子核衰变时质量数与电荷数都守恒可得，，解得：，，
由此可知发生的衰变为衰变，其穿透能力不是最强，故A正确，C错误；
由于半衰期是一种统计规律，对少量的原子核不适用，故B错误；
根据可知，该衰变过程释放的能量为，故D错误．
8. （2023·福建福州2月检测）（多选）下列关于原子物理相关知识说法正确的是（ ）
A. 在裂变反应→中，钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大
B. 放射性元素铀的半衰期为138天，100g的铀经过276天，还剩有25g的铀未衰变
C. β衰变中产生的β射线是原子核外电子挣脱原子核束缚后形成的
D. 核反应→属于α衰变
【答案】AB
【解析】A．在裂变反应 →
中放出核能，钡核比铀核更稳定，则钡核的平均结合能比铀核的平均结合能大，故选项A正确；
B．放射性元素铀的半衰期为138天，100g的铀经过276天，即两个半衰期，还剩有
的铀未衰变，选项B正确；
C．β衰变中产生的β射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项C错误；
D．核反应→属于原子核的人工转变方程，选项D错误。
故选AB。
9. （2023·福建厦门四模）2023年4月12日，中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒，创造了新世界纪录，其内部发生的核反应方程为，则（ ）
A. X为正电子 B. 该反应为衰变
C. 反应前后质量守恒 D. 的平均结合能比的平均结合能大
【答案】D
【解析】A．根据电荷数和质量数守恒，可知X为中子，故A错误；
B．该反应为聚变反应，故B错误；
C．反应后，质量亏损，故C错误；
D．反应生成的新核更稳定，故的平均结合能比的平均结合能大，故D正确。
故选D。
10.（2023·河北大数据调研） 原子核有可能发生衰变，方程为，衰变过程释放的核能是；有的可能发生衰变，方程为，衰变过程释放的核能是，。已知的比结合能为E，普朗克常量为h，真空中光速为c，正负电子质量相等，下列说法正确的是（ ）
A. 由于释放核能，所以衰变过程质量数不守恒
B. 的质量比质量小
C. 的比结合能为
D. 比结合能为
【答案】D
【解析】A．衰变过程一定遵循质量数守恒，电荷数守恒，A错误；
B．由于，所以衰变质量亏损更多，即质量比小，B错误；
CD．的比结合能为E，设的比结合能为，则
同理设的比结合能为，则
解得，C错误，D正确。
故选D。
11. （2023·河北省适应性考试）为了解释氢原子的发光现象，玻尔于1913年提出了原子假说。如图所示，一电子绕氢原子核做匀速圆周运动，基态的轨道半径为，电子在该轨道上运动的动能为，基态原子的能量为，某激发态的轨道半径为，电子在该轨道上运动的动能为，该激发态原子的能量为。下列说法中正确的是（ ）
A.
B. 电子可以在和之间的任意轨道上稳定运动
C. 处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子频率为
D. 氢原子的上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的相同
【答案】C
【解析】A．电子绕原子核做圆周运动，由库仑力提供向心力得
可得电子的动能为 ，由于，则有，故A错误；
B．根据玻尔的电子轨道量子化假设，可知电子不可以在和之间的任意轨道上稳定运动，故B错误；
C．处于该激发态的原子向基态跃迁时释放的光子能量为
可得释放的光子频率为 故C正确；
D．氢原子上述能级跃迁释放能量的方式和氢弹释放能量的不相同，氢弹是通过轻核聚变释放能量，故D错误。
故选C。
12. （2023·湖南彬州三模）下列说法正确的是（ ）
A. 结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
B. 衰变为经过4次α衰变，2次β衰变
C. 原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自原子的外层电子
D. 根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从能级向低能级跃迁最多可辐射6种不同频率的光子
【答案】B
【解析】A．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故A错误；
B．设衰变为经过次α衰变，次β衰变，根据电荷数和质量数守恒可得
联立解得 ， 故B正确；
C．原子核发生β衰变过程中所放出的电子来自中子转化为质子和电子，故C错误；
D．根据玻尔理论可知，一个氢原子核外电子从能级向低能级跃迁最多可辐射3种不同频率的光子，故D错误。故选B。
13. （2023·湖南邵阳三模）一群处于第4能级的氢原子，向低能级跃迁过程中能发出6种不同频率的光，将这些光分别照射到图（a）电路阴极K的金属上，只能测得3条电流随电压变化的图像如图（b）所示，已知氢原子的能级图如图（c）所示，则下列推断正确的是（ ）
A. 只有b光照射时，仅增加其强度，则对应的遏止电压增大
B. 阴极金属的逸出功可能为
C. 图（b）中的a光是氢原子由第2能级向基态跃迁发出的
D. 图（b）中的c光光子能量为10.2eV
【答案】D
【解析】A．遏止电压与光电子的最大初动能之间的关系为
而由爱因斯坦的光电效应方程有
可见，遏止电压的大小与光的频率有光，与光照强度无关，故A错误；
B．根据题意可知，三种能够使阴极K发生光电效应的光按照能量的大小分别是从第4、第3、第2能级向基态跃迁的过程中产生的，则由第二能级跃迁向第一能级辐射出的光子的能量为
而在这群氢原子跃迁的过程中，辐射出的能量排第四的为第四能级跃迁到第二能级时辐射出的光子的能量，有
由题意可知只有三种光子能够使阴极K发生光电效应，则可知该金属的逸出功大于，小于，故B错误；
C．图（b）中的a光对应的遏止电压最大，则可知a光的频率最大，因此a光一定是从第4能级向基态跃迁时发出的，故C错误；
D．图（b）中的c光对应的遏止电压最小，可知c光的频率在能够发生光电效应的三种光中最小，因此c光一定是从第2能级向基态跃迁时辐射出的，则c光光子的能量为
故D正确。
故选D。
14. （2023·江苏南京三模）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为。已知光子的频率为v，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，X核的比结合能为，普朗克常量为h，真空中光速为c、下列说法中正确的是（ ）
A. X核为核 B. 光子的动量
C. 释放的核能 D. 质量亏损
【答案】C
【解析】A．根据质量数和电荷数守恒可知X核为核，故A错误；
B．光子的频率为v，可知光子的动量故B错误；
C．由比结合能的概念可知，该核反应释放的核能为故C正确；
D．质量亏损为故D错误；
故选C。
15. （2023·江苏苏锡常镇四市一模）用如图电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管K、A两极的电势差，取A端电势高时为正值。若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克常量为h，电子电量为e，则在U-ν坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和ν取值范围，下列阴影标识完全正确的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】根据动能定理有
根据光电效应方程有
所以
当入射光的频率大于极限频率时，才可以发生光电效应，故选A。
16. （2023·辽宁大连一模）如图所示为光电效应演示实验中，用a、b、c三束光照射某金属得到的电流与电压之间的关系曲线。下列说法正确的是（ ）
A. 同一介质中a光的波长大于c光的波长 B. 同一介质中a光的速度小于c光速度
C. a光的光照强度小于b光的光照强度 D. a光照射时光电子最大初动能最大
【答案】A
【解析】A．a光的截止电压小于c光的截止电压，可知a光的频率小于c光的频率，即a光的波长大于c光的波长，A正确；
B．a光的频率小于c光的频率，则a光的折射率小于c光的折射率，根据可知，同一介质中a光的速度大于c光速度，B错误；
C．a光的饱和光电流大于b光的饱和光电流，可知a光的光照强度大于b光的光照强度，C错误；
D．a光的截止电压小于c光的截止电压，a光对应的光电子最大初动能小于c光的光电子最大初动能，D错误。
故选A。
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