2026年高考物理一轮讲义+练习(湖南专用)第68讲原子结构和原子核(专项训练)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮讲义+练习(湖南专用)第68讲原子结构和原子核(专项训练)(学生版+解析)，共7页。
\l "_Tc17943" 01 课标达标练 \l "_Tc23505" PAGEREF _Tc23505 \h 1
\l "_Tc968" 01 原子结构与玻尔理论 PAGEREF _Tc968 \h 1
\l "_Tc7040" 02 原子核的衰变 PAGEREF _Tc7040 \h 4
\l "_Tc22955" 03 核能与核能 PAGEREF _Tc22955 \h 6
\l "_Tc17943" 02 核心突破练 \l "_Tc12963" PAGEREF _Tc12963 \h 7
\l "_Tc17943" 03 真题溯源练 \l "_Tc17151" PAGEREF _Tc17151 \h 13
01 原子结构与玻尔理论
1．（2025·湖南郴州·模拟预测）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得了正确的科学认知，进而推动了物理学的发展。下列说法符合事实的是（ ）
A．洛伦兹通过一系列实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论
B．查德威克用粒子轰击，获得反冲核，发现了中子
C．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构
D．汤姆孙通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型
【答案】BC
【详解】A．赫兹通过一系列实验，得到了电磁波，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，故A错误；
B．查德威克用粒子轰击，获得反冲核，发现了中子，故B正确；
C．贝克勒尔发现的天然放射现象，说明原子核有复杂结构，故C正确；
D．卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子核式结构模型，故D错误。
故选BC。
2.（24-25高三下·湖北·阶段练习）我国基于量子力学原理研制的超导置子计算机“祖冲之三号”是目前该领域的新标杆。量子化是量子力学的基础，下列选项中体现了量子化的是（ ）
A．原子核式结构模型B．氢原子能级C．结合能D．质量亏损
【答案】B
【详解】量子化体现为不连续，根据玻尔原子模型理论可知氢原子能级不连续，轨道量子化。
故选B。
3.（2025·山东·三模）光子能量处在范围内的光为可见光。氢原子的能级图如图所示，现有大量处于能级的氢原子，这些氢原子向低能级跃迁可辐射出可见光光子的种类最多为（ ）
A．1种B．2种C．3种D．6种
【答案】B
【详解】大量处于能级的氢原子向低能级跃迁可辐射出光子的种类
但只有能级向能级发出的光子和能级向能级发出的光子2种属于可见光。
故选B。
4．（2025·湖北十堰·模拟预测）如图所示为氢原子能级的示意图。现有大量处于能级的氢原子向低能级跃迁并辐射出光子。已知紫外线的光子的能量大于，金属钠的逸出功为。下列说法正确的是（ ）
A．氢原子从能级跃迁到基态辐射出的光波长最长
B．氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光属于紫外线
C．氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光照射金属钠时能发生光电效应
D．氢原子从能级跃迁到能级辐射出的光照射处于能级的氢原子，可使其发生电离
【答案】D
【详解】A．氢原子从能级跃迁到基态，能级差最大，辐射出的光频率最高，波长最短，故A错误；
B．氢原子从能级跃迁到能级，辐射出的光子能量为
所以不属于紫外线，故B错误；
C．氢原子从能级跃迁到能级，辐射出的光子能量为
因此不能使金属钠发生光电效应，故C错误；
D．氢原子从能级跃迁到能级，辐射出的光子能量为
大于处于能级的氢原子的电离能，因此可以使处于能级的氢原子发生电离，故D正确。
故选D。
5．（2025·甘肃平凉·模拟预测）用激光照射基态氢原子，使氢原子处于激发态，激发态氢原子跃迁产生6种谱线，用6种谱线分别照射某金属材料，只有三种谱线能使金属发生光电效应，对应光电子最大初动能之比的最大比值为2，已知氢原子基态能量为；下列说法正确的是（ ）
A．激光能量为12.09
B．金属逸出功为7.65
C．所有光电子的最大初动能为2.55
D．光电管的遏止电压最大值为10.2V
【答案】B
【详解】A．激发态氢原子受激跃迁产生6种谱线，根据，得；即氢原子吸收激光能量从基态跃迁到能级，激光能量，A错误；
B．有三种谱线能使金属发生光电效应，即；；发出谱线能使金属发生光电效应，根据光电效应方程，谱线对应光电子的最大初动能是谱线对应光电子的最大初动能的2倍，即
得，故B正确；
C．所有光电子中最大初动能为，故C错误；
D．根据，得，故D错误。
故选B。
6．（2025高三下·河北·学业考试）氢原子能级图如图所示，大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子中，发现有两种频率的光子能使金属P发生光电效应，则下列说法正确的是（ ）
A．金属P的逸出功一定大于10.2eV
B．辐射出的光子一共有5种频率
C．辐射出的光子中，从n＝4能级跃迁到n＝3能级对应的波长最短
D．氢原子从高能级跃迁到低能级后，氢原子的能量增大
【答案】A
【详解】B．大量处于能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子一共有种频率，故B错误；
A．6种频率的光子的能量对应着6种跃迁的能级差，即对应的能量分别为、、、、、，有两种频率的光子能使金属发生光电效应，一定对应的光子能量为和，金属的逸出功一定大于，故A正确；
CD．由知，辐射出的光子中，从能级跃迁到能级对应的波长最长，根据波尔理论，氢原子从高能级跃迁到低能级后，氢原子的能量降低，故CD错误。
故选A。
．
02 原子核的衰变
7.（2025·浙江·模拟预测）静止在点的碘原子核发生衰变的同时，在空间中外加一个如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示，不计重力和两粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
A．碘131原子核发生的是衰变B．两个粒子的轨迹为两个外切的圆弧
C．A粒子初动能小于B粒子初动能D．两粒子初速度大小相同
【答案】C
【详解】A．根据两粒子的运动轨迹可知，A粒子所受电场力与电场方向相同，带正电，B 粒子所受电场力与电场方向相反，带负电，因此碘原子核发生的是衰变，故A错误；
B．由于衰变过程动量守恒，A、B粒子的速度方向均沿各自轨迹切线的方向，受到恒定的电场力作用，两个粒子的轨迹不是圆弧，故B错误；
CD．衰变过程动量守恒可得
结合上述分析可知
可得
有因为
由于，则有，故C正确，D错误。
故选C。
8.（2025·河北沧州·三模）原子和原子核物理在近一百年取得了很大的成就。关于这一领域，下列说法正确的是（ ）
A．粒子散射现象说明原子核具有复杂的结构
B．由可知，在密闭容器中混合存放一定比例的氦气和，几天后将有生成
C．碘的半衰期为天，则个碘原子核经天后一定剩下一个原子核
D．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性
【答案】D
【详解】A．α粒子散射现象说明原子的核式结构模型，不能得出原子核内部具有复杂结构，故A错误；
B．方程是人工核反应方程，不能自然发生，故B错误；
C．半衰期是统计规律，对极少数的原子核不起作用，故C错误；
D．光电效应和康普顿效应都说明光具有粒子性，故D正确。
故选D。
9.（2025·湖北·二模）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一，其治疗原理是先向患者体内注射含硼药物，药物很快聚集在肿瘤细胞内，再用中子束照射肿瘤部位，当中子被肿瘤细胞中的俘获时发生核反应，产生的粒子可以精确地杀死肿瘤细胞而不会对相邻的正常细胞产生过多影响。已知、、粒子的比结合能分别为、、。以下说法正确的是（ ）
A．该反应属于衰变
B．该核反应无射线产生
C．反应前后质量数守恒，质量也守恒
D．该核反应释放的能量为
【答案】D
【详解】A．该核反应属于原子核的人工转变，A错误；
B．反应产生的核不稳定，能向外放出射线，B错误；
C．反应前后质量数守恒，但存在质量亏损，C错误；
D．生成物与粒子的结合能之和为，反应物的结合能为，故该反应释放的能量为，D正确。
故选D。
10.（2025·辽宁本溪·二模）2025年3月4日《新浪网》消息，内蒙古发现22万吨“钍”矿，够14亿中国人使用2万年！钍（Th）原子序数90，原子量232.04，为银白色重金属，熔点1690~1750℃，沸点，化学活性与镁相似。钍是长寿命天然放射性元素，在自然界中有6种天然同位素，其中232Th几乎占钍的天然同位素丰度的100%，其他同位素丰度很低。232Th为放射性元素，可发生衰变，半衰期为139亿年，其衰变方程为，则下列说法正确的是（ ）
A．原子核X为B．粒子来自原子核X
C．温度升高232Th的半衰期变小D．含232Th的化合物比232Th单质衰变得可能慢些
【答案】A
【详解】A．根据衰变方程的质量数和电荷数守恒知原子核X的质量数为228，电荷数为88，为，A项正确；
B．粒子来自232Th，B项错误；
CD．原子核所处的物理状态与化学状态不影响半衰期，CD项错误。
故选A。
11.（24-25高三下·甘肃·期中）是一种具有放射性的磷的同位素，它能衰变成为一种稳定的硫的同位素，同时产生高频电磁波。下列说法正确的是（ ）
A．比的质量大B．比的结合能小
C．发生的是衰变D．如果加热含有器的物体，将会缩短器的半衰期
【答案】A
【详解】A．衰变过程有能量放出，有质量亏损，所以比的质量大，故A正确；
B．因为衰变放出了一定的能量，产物更加稳定，比结合能更大，所以比的结合能大，故B错误；
C．衰变方程为
根据质量数守恒和电荷数守恒分别有
解得X的质量数、电荷数分别为
可得X为，所以发生的是衰变，故C错误；
D．温度并不会影响半衰期，故D错误。
故选A。
03 核反应与核能
12.（2025·湖南长沙麓山外国语实验中学·一模）下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是（ ）
A．图甲中铀238的半衰期是45亿年，经过45亿年，10个铀238必定有5个发生衰变
B．图乙中氘核的比结合能小于氦核的比结合能
C．图丙中一个氢原子从n=4的能级向基态跃迁时，最多可以放出6种不同频率的光
D．图丁中为光电效应实验，用不同光照射某金属得到的关系图，则a光频率最高
【答案】B
【知识点】遏止电压的本质及其决定因素、计算电子跃迁中释放的光子频率种数、半衰期的概念、分析原子核的结合能与比结合能
【详解】A．图甲中铀238的半衰期是45亿年，半衰期只适用大量原子核的衰变，所以经过45亿年，10个铀238不一定有5个发生衰变，故A错误；
B．图乙中氦核比氘核更稳定，氘核的比结合能小于氦核的比结合能，故B正确；
C．图丙中一个氢原子从n=4的能级向基态跃迁时，跃迁路径可能为、、、，所以最多可以放出3种不同频率的光，故C错误；
D．图丁中为光电效应实验，用不同光照射某金属得到的关系图，根据
，
由图像可知，c光对应的遏止电压最大，则c光对应的光电子最大初动能最大，c光频率最高，故D错误。
故选B。
13.（2025·河南·模拟预测）中国环流二号“人造太阳”装置中的核反应方程为，已知、、X的比结合能分别为、、，下列说法正确的是（ ）
A．该核反应也叫链式反应，是目前核电站的主要核反应B．X为
C．、、中最小D．该核反应释放的能量为
【答案】D
【详解】A．该反应为核聚变，不是链式反应，核电站的核反应主要是核裂变，故A错误；
B．根据质量数、电荷数守恒，可知X的质量数为4电荷数为2，则X是，故B错误；
C．核反应生成物更稳定，故更大，故C错误；
D．释放能量为
故D正确。
故选D。
14.（2025·重庆·三模）中国参与全球最大“人造太阳”国际热核聚变实验堆（ITER）研制，它利用氘和氚聚变生成氦并释放能量，则（ ）
A．核反应方程为：
B．核反应方程为：
C．的比结合能比的比结合能大
D．核聚变相比核裂变产能效率更低一些
【答案】B
【详解】AB．根据质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为
故B正确，A错误；
C．核反应方程式的生成物比反应物稳定，所以的比结合能比的比结合能小，故C错误；
D．核聚变相比核裂变产能效率更高，故D错误。
故选B。
15.（2025·湖北孝感·三模）新华社合肥2024年1月14日电，每平方米每秒钟可极速喷射出亿亿亿个粒子！记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院大科学团队成功研制强流直线等离子体装置“赤霄”，如同一把性能超强的“激光剑”，为研制“人造太阳”核心材料提供科技利器，14日经专家组鉴定，“赤霄”参数达到设计指标，整体性能国际先进。中国的“人造太阳”成功实现稳态高约束模式等离子体运行时间403 s，创造了世界纪录。“人造太阳”在工作时进行两种热核聚变反应：H＋H→He＋X＋17.6 MeV和He＋He→He＋2Y＋12.86 Mev，其内部结构如图，下列说法正确的是（ ）
A．目前主流核电站都在利用热核聚变进行发电
B．反应中释放出的X粒子会受到线圈磁场的磁约束力
C．反应中释放出的Y粒子为中子
D．He核子平均质量大于He核子平均质量
【答案】D
【详解】A．目前主流核电站都在利用核裂变进行发电，故A错误；
B．由电荷数守恒和质量数守恒可知，反应中释放出的X粒子为n，中子不带电，不会受到线圈磁场的磁约束力，故B错误；
C．由电荷数守恒和质量数守恒可知，反应中释放出的Y粒子为H，故C错误；
D．该反应放出核能，则He的结合能一定大于He的结合能；由于该反应有质量亏损，则He核子的平均质量一定小于He核子的平均质量，故D正确。
故选D。
16.（2025·辽宁沈阳·二模）铯137是铯133的同位素，其衰变方程为，其中的质量为，的质量为，X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．X为中子
B．铯137比铯133多4个核子
C．一个衰变释放的核能为
D．铯137的半衰期会随着原子核数量的减少而变长
【答案】B
【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知X为电子，故A错误；
B．铯137的核子数为137个，铯133的核子数为133个，故B正确；
C．衰变是放能反应，故衰变放出的核能为，故C错误；
D．原子核数量减少，半衰期不变，故D错误。
故选B。
17.（2025·江苏苏州·三模）我国首座钍基熔盐实验堆采用钍作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放。吸收中子后会发生的一系列核反应：。已知的半衰期为16万年，某次实验中生成0.5g的。下列说法正确的是（ ）
A．衰变为衰变
B．比多1个质子
C．的比结合能小于的比结合能
D．经过32万年，剩余质量为0.125g
【答案】D
【详解】A．根据核反应方程
可知衰变为衰变，选项A错误；
B．比多2个质子，少1个中子，选项B错误；
C．因反应放出能量，生成物更加稳定，可知的比结合能大于的比结合能，选项C错误；
D．经过32万年，即经过两个半衰期，则剩余质量为
选项D正确。
故选D。
18.（2025·山西·模拟预测）钷（）可用作密度计、测厚仪的放射源，钷发生β衰变，生成并产生射线。则下列说法正确的是（ ）
A．钷发生β衰变时，释放的β射线来自核外
B．钷发生β衰变时，释放的射线由释放
C．比的比结合能大
D．射线比β射线的电离能力强
【答案】B
【详解】A．钷发生衰变时，释放的射线来自原子核内，故A错误；
B．钷发生衰变时，释放的射线由处于激发态的释放，故B正确；
C．衰变过程释放能量，所以比的比结合能小，故C错误；
D．射线不带电，比射线的电离能力弱，故D错误。
故选B。
19．（2024·辽宁鞍山·一模）已知氘核质量为2.0141u，氦核质量为4.0026u，1u相当于931.5MeV的能量，则两个氘核结合成一个氦核时（ ）
A．释放24MeV的能量B．释放1852MeV的能量
C．吸收24MeV的能量D．吸收1852MeV的能量
【答案】A
【详解】两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为
由于两个氘核的总质量大于氦核的质量，所以该反应释放能量，且
故选A。
1.（2025·重庆北碚·模拟预测）巴耳末系是指氢原子从n=3，4，5，6能级跃迁到n=2能级时发出的光谱线系如图甲所示，因瑞士数学教师巴耳末于1885年总结出其波长通项公式(巴耳末公式)而得名。图乙中给出了巴耳末谱线对应的波长，其中、、谱线均在可见光区，可见光的光子能量在到之间，则下列说法正确的是（ ）
A．谱线对应光子的能量大于谱线对应光子的能量
B．、谱线分别用于同一套双缝干涉仪器，屏上观察到的谱线的条纹间宽更大
C．巴耳末系可见光区的三条谱线中，谱线在水中传播速度最大
D．谱系的光照射逸出功为的钨，能发生光电效应现象
【答案】BC
【详解】A．谱线的波长大于谱线的波长，则谱线的频率小于谱线的频率，根据可知，谱线对应光子的能量小于谱线对应光子的能量，故A错误；
B．、谱线分别用于同一套双缝干涉仪器，根据，由于谱线的波长大于谱线的波长，则屏上观察到的谱线的条纹间宽更大，故B正确；
C．巴耳末系可见光区的三条谱线中，谱线的波长最大，频率最小，在水中的折射率最小，根据可知，谱线在水中传播速度最大，故C正确；
D．由题意可知其中、、谱线均在可见光区，可见光的光子能量在到之间，则谱系的光子能量一定小于钨的逸出功，所以谱系的光照射逸出功为的钨，不能发生光电效应现象，故D错误。
故选BC。
2.（2025·四川巴中·三模）某高校开展氢谱实验，研究团队利用不同能量的电子与光子轰击基态氢原子以观察能级跃迁现象。氢原子能级如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．用光子能量为13.2eV的光照射基态氢原子，光子能被吸收使其跃迁到n=2能级
B．动能为13.2eV的电子轰击氢原子时，原子不可能发生跃迁
C．用光子能量为1.75eV的光照射n=3状态的氢原子时，氢原子不能电离
D．氢原子越高，电子动能越小，轨道半径越大
【答案】D
【详解】A．光子能量必须精确等于跃迁能才能被吸收，而
用光子能量为13.2eV的光照射基态氢原子，不会发生吸收跃迁到n=2能级，故A错误；
B．因13.2eV大于n=1和n=2之间的能级差10.2eV，则用动能为13.2eV的电子射向一群处于基态的氢原子，原子有可能跃迁到n=2的能级，故B错误；
C．n=3到电离的能量为1.51eV，1.75eV足够电离，故C错误；
D．玻尔理论指出，能级越高，电子动能越小，轨道半径越大，故D正确。
故选D。
3.（2025·湖北武汉·三模）钋核（）和钍核（）的衰变方程分别为：，已知P的半衰期约为102年，下列说法正确的是（ ）
A．Y是来自于原子核外的电子
B．核的比结合能小于核
C．10个核经过102年后不一定还剩5个核
D．的衰变过程吸收能量，的衰变过程释放能量
【答案】C
【详解】A．Y是电子，衰变中产生的电子来源于原子核的内部，故A错误；
B．根据比结合能越大越稳定可知，核的比结合能大于核，故B错误；
C．半衰期是统计规律，10个核经过102年后不一定还剩5个核，故C正确；
D．的衰变过程释放能量，的衰变过程也释放能量，故D错误。
故选C。
4．（2025·辽宁·模拟预测）用光照射金属钠时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率变化的图像如图（a）所示，氢原子的能级图如图（b）所示。下列说法正确的是（ ）
A．金属钠的极限频率为
B．金属钠的逸出功约为2.29eV
C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
D．若用氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光照射金属钠，将有光电子逸出
【答案】ABD
【详解】ABC．根据爱因斯坦光电效应方程可得
由图（a）横轴截距可知金属钠的极限频率为；由纵轴截距可知金属钠的逸出功约为；逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，但不是正比关系，故AB正确，C错误；
D．若用氢原子从能级跃迁到能级时辐射的光照射金属钠，辐射出的光子能量为
可知有光电子逸出，故D正确。
故选ABD。
5．（2025·河北·模拟预测）与天然的粒子类似，人造的量子比特通常也由不同的能级组成，其中能量较低的能级为基态，能量较高的能级为激发态。已知某量子比特的两个能级能量分别为E1和E2（E2>E1），其能级差为。若用微波光子激发该量子比特从E1跃迁至E2，普朗克常量为h。关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A．微波光子的频率必须严格等于
B．微波光子的频率只需略大于
C．量子比特跃迁时会释放能量为的光子
D．能级差越大，所需微波光子的波长越长
【答案】A
【详解】AB．根据玻尔理论，原子吸收光子的能量需严格等于能级差，即频率为，故A正确，B错误；
C．从E1跃迁至E2是吸收能量，故C错误；
D．能级差越大，根据
则光子频率越高，波长越短，故D错误。
故选A。
6．（2025·辽宁沈阳·三模）巴耳末系在可见光区的四条谱线及相应的氢原子能级图分别如图和图所示。谱线、、和按波长依次排列，其中是红光谱线，则下列说法正确的是（ ）
A．原子内部电子的运动是原子发光的原因
B．对应的光子能量比对应的光子能量大
C．可能是氢原子从能级向能级跃迁时产生的
D．处于能级的氢原子能吸收2eV的光子，跃迁到能级
【答案】A
【详解】A．原子发光是由于电子在不同能级间跃迁时释放或吸收光子，所以电子运动是原子发光的直接原因，A正确；
B．由题意可知对应的光子的频率比对应的光子频率小，根据爱因斯坦提出的光子能量，可知对应的光子能量比对应的光子能量小，B错误；
C．由题意可知，四条谱线所对应的光子的频率从小到大依次排列为、、、，所以四条谱线所对应的光子的能量从小到大依次排列为、、、，因此对应着最大的能量，是氢原子从能级向能级跃迁时产生的，C错误；
D．处于能级的氢原子跃迁到能级需要吸收的能量为，D错误。
故选A。
7．（2025·四川·模拟预测）飞秒激光是一种具有超短脉冲持续时间的激光技术，可用于近视手术。某飞秒激光器可产生波长约为10-6m的近红外激光，单脉冲能量约为。普朗克常量，光速，，如图为氢原子能级图。下列说法正确的是（ ）
A．激光器发出的单个光子能量为
B．一次单脉冲过程发出的激光光子数为
C．该激光能使逸出功小于脉冲能量的所有金属发生光电效应
D．该激光能使处于基态的氢原子发生跃迁
【答案】A
【详解】A．根据爱因斯坦的光量子概念，每一个光子的能量，故A正确；
B．一次单脉冲过程发出的激光光子数，故B错误；
C．根据爱因斯坦的光电效应理论，要使金属能够发生光电效应，则激光的光子能量应当至少大于逸出功，脉冲能量不是光子能量，故C错误；
D．根据玻尔的原子结构理论，处于基态的氢原子能级能量，第一激发态能量，则能发生跃迁所需的能量最少为，故D错误。
故选A。
8.（2025·北京海淀·二模）对于静止的自由原子，当其从高能级向低能级跃迁发射光子时，原子会因反冲而获得一定的能量，该能量远小于原子两能级之差，所以可认为光子的能量等于两能级之差。对于静止的自由原子核，当其从高能级向低能级跃迁发出高能射线时，原子核也会因反冲而获得一定的能量。通常情况下，与射线的能量相比，原子核因反冲而获得的能量不可忽略。若将放射源和吸收源进行冷却，部分原子核被严格束缚在晶体的晶格位置，这些原子核在发射或吸收射线时，反冲可以被完全抑制。根据以上信息，对于两能级差仅为E的原子核，下列说法错误的是（ ）
A．自由原子核在发射或吸收射线的过程中，原子核和射线组成的系统动量守恒
B．单个静止的自由原子核发射的射线的能量一定小于E
C．单个静止的自由原子核吸收的射线的能量一定大于E
D．单个被严格束缚在晶格位置的原子核吸收的射线的能量小于E
【答案】D
【详解】A．自由原子核在发射或吸收射线的过程中，系统不受外力作用，系统动量守恒，A正确；
B．由于原子核发射射线时会因反冲获得动能，根据能量守恒，射线的能量必须小于两能级差，B正确；
C．原子核吸收射线时也需要克服反冲能，因此吸收的γ射线能量必须大于才能实现跃迁，C正确；
D．题干指出，被严格束缚的原子核反冲被完全抑制，因此吸收的射线能量等于，而不是小于，D错误。
本题选错误的，故选D。
9．（2025·贵州遵义·模拟预测）郭守敬望远镜是我国建造的全球最大光谱巡天望远镜，通过观测并获取了氢原子光谱中巴耳末系的谱线信息。已知巴耳末系中的四条谱线的波长依次减小，则这四条谱线所对应的单个光子能量最高的是（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】根据巴尔末公式
可知，当越大时，波长越小，而光子的能量
可知，波长越小，光子的能量越大。
故选D。
10．（2025·吉林通化·一模）某静止的原子核发生核反应且释放出能量Q。其方程为，并假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能，其中Z的速度为v，以下结论正确的是（ ）
A．Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍
B．Y原子核的速度大小为
C．Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大（为光速）
D．中核核电站产生的核能与该核反应属于同种类型
【答案】A
【详解】A．由动量守恒定律得
根据
可得
即Y原子核的动能是Z原子核的动能的倍，故A正确；
B．由动量守恒定律得
可知Y原子核的速度大小为
故B错误；
C．因反应放出核能，可知该反应有质量亏损，则Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小（为光速）
故C错误；
D．中核核电站产生的核能是重核裂变反应，用中子轰击铀核产生链式反应，与该核反应不属于同种类型，故D错误。
故选A。
11．（2025·辽宁丹东·二模）如图，卢瑟福用粒子轰击氮原子核产生了氧原子核和一个质子，这是人类第一次实现了原子核的人工转变。若利用速度为的粒子去轰击静止的氮原子核，该反应过程遵循动量守恒定律，忽略粒子间的作用力和相对论效应，且反应前后粒子都在一条直线上运动，已知粒子、氮原子核、氧原子核和质子的质量分别为、、、，核反应时质量亏损1u释放的核能约为931.5MeV，若反应后氧原子核与质子同向运动且速度大小之比为1∶50。以下说法正确的是（ ）
A．该核反应方程是
B．反应后氧原子核的速度大小约为
C．核反应中释放的能量约为2.23MeV
D．该反应中的质量亏损
【答案】B
【详解】A．根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知该核反应方程是，故A错误；
B．若反应后氧原子核与质子同向运动且速度大小之比为，根据动量守恒可得
又
联立解得反应后氧原子核的速度大小约为，故B正确；
CD．反应物的质量为
生成物的质量为
可知核反应中质量增加，属于吸能核反应，吸收的能量为，故CD错误。
故选B。
12．（2024·辽宁·模拟预测）2023年12月14日，中核集团核工业西南物理研究院与国际热核聚变实验堆ITER总部签署协议，宣布新一代人造太阳“中国环流三号”面向全球开放，邀请全世界科学家来中国集智公关，共同追逐“人造太阳”梦想。该“人造太阳”中的一种核反应是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核并释放出一个粒子，同时释放能量用来发电。氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，反应中释放的核能为ΔE，光速为c。
（1）写出上述“人造太阳”核反应方程；
（2）求出释放出的粒子的质量m4；
（3）若此装置中的另一种核反应的方程是，已知、核的比结合能分别为，试求此核反应过程中释放的核能。
【答案】（1）见解析；（2）；（3）23.76eV
【详解】（1）根据题意可得，“人造太阳”核反应方程为
（2）根据题意可得
所以
（3）核反应过程中释放的核能为
代入数据解得
1．（2025·湖南高考真题）1关于原子核衰变，下列说法正确的是（ ）
A. 原子核衰变后生成新核并释放能量，新核总质量等于原核质量
B. 大量某放射性元素的原子核有半数发生衰变所需时间，为该元素的半衰期
C. 放射性元素的半衰期随环境温度升高而变长
D. 采用化学方法可以有效改变放射性元素的半衰期
【答案】B
【解析】
【详解】A．原子核衰变时释放能量，根据质能方程，总质量会减少，新核总质量小于原核质量，故A错误；
B．半衰期定义为大量放射性原子核半数发生衰变所需的时间，题干中强调“大量”，符合定义，故B正确；
C．半衰期由原子核内部结构决定，与温度无关，故C错误；
D．半衰期不受化学方法影响，因化学变化不改变原子核性质，故D错误。
故选B。
2．（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。
5．（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。
4．（2025·湖北·高考真题） PET（正电子发射断层成像）是核医学科重要的影像学诊断工具，其检查原理是将含放射性同位素（如：）的物质注入人体参与人体代谢，从而达到诊断的目的。的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期是110分钟。下列说法正确的是（ ）
A． X为B．该反应为核聚变反应
C．1克经110分钟剩下0.5克D．该反应产生的在磁场中会发生偏转
【答案】C
【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知，该物质为，故A错误；
B．核聚变是轻核结合成重核的过程（如氢弹原理）。本题中的衰变是单个原子核自发转变为另一种原子核，属于放射性衰变（具体为衰变），而非核聚变，故B错误；
C．1g该物质经过110min即一个衰变周期，则有一半发生衰变，该物质质量变为0.5g，故C正确；
D．不带电，在磁场中不偏转，故D错误。
故选C。
5．（2025·重庆·高考真题）在科学实验中可利用激光使原子减速，若一个处于基态的原子朝某方向运动，吸收一个沿相反方向运动的能量为E的光子后跃迁到相邻激发态，原子速度减小，动量变为P。普朗克常量为h，光速为c，则（ ）
A．光子的波长为
B．该原子吸收光子后质量减少了
C．该原子吸收光子后德布罗意波长为
D．一个波长更长的光子也能使该基态原子跃迁到激发态
【答案】C
【详解】A．光子能量公式为
解得波长 ，故A错误；
B．原子吸收光子后，能量增加 ，根据质能方程 ，质量应增加而非减少，故B错误；
C．德布罗意波长公式为 ，题目明确吸收后原子动量为 ，因此波长为 ，故C正确；
D．吸收光子跃迁需光子能量严格等于能级差。波长更长的光子能量更低（），无法满足跃迁条件，故D错误。
故选C。
6．（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。
7．（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；
8．（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．λ1B．λ2C．λ3D．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。
9．（2025·浙江·高考真题）同位素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、、的离子束（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、、三种同位素，其中、的离子被接收器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)写出中子与发生核反应生成，以及发生衰变生成的核反应方程式：
(2)根据图2写出的离子所对应的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，原子质量单位，元电荷）；
(3)如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距两平行极板，在下极板开有间距的两小孔，仅允许入射角的离子通过。求两极板之间的电势差U：
(4)对古木样品，测得与离子数之比值为；采用同样办法，测得活木头中与的比值为，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（已知的半衰期约为5700年，）
【答案】(1)，
(2)，
(3)
(4)
【详解】（1）中子与发生核反应生成的核反应方程式为
发生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
解得
磁场中，洛伦兹力提供向心力
联立解得
，
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可知当电压为时，与的离子数百分比为，故的离子所对应的U值为。
根据整理得
（3）由题意知，粒子在板间做类斜抛运动，水平方向有
，
竖直方向有
，，
联立解得
（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
则砍伐时间