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专题 18 近代物理
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01近代物理·········································································2
考向一 光电效应与波粒二象性 物质波···································································2
考向二 原子结构与原子核 核能············································································601近代物理
考向一 光电效应与波粒二象性 物质波
1．（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E，则（ ）
k
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E
k
2．（2022·全国·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
3．（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
4．（2022·浙江·高考真题）（多选）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪
持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗
克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（ ）A．发射电子的动能约为8.0×10-15J
B．发射电子的物质波波长约为5.5×10-11m
C．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉
D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样
5．（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．
6．（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．
7．（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。8．（2024·浙江金华·校联考模拟预测）（多选）光电倍增管是检测微弱光信号的光电转换元件，具有极高
的灵敏度和超快的时间响应。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个倍增电极。使用时相邻两倍增
电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第
一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发
出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱
光信号。下列说法正确的是（ ）
A．光电倍增管正常工作时，每个极板都发生了光电效应
B．光电倍增管中增值的能量来源于相邻两个倍增电极间的加速电场
C．图中四块极板的电势为
D．每个光电倍增管都适用于检测各种频率的光
9．（2024·吉林·统考一模）如图，真空中足够大的铝板M与金属板N平行放置，通过电流表与电压可调
的电源相连。一束波长。 的紫外光持续照射到M上，光电子向各个方向逸出。已知铝的逸出功
，光速 ，普朗克常量 。（1）求光电子的最大初动能 （计算结果保留两位有效数字）；
（2）调节电压使电流表的示数减小到0时，M、N间的电压为 ；当电压为 时，求能到达N的光电
子中，初速度与M之间夹角的最小值 。
考向二 原子结构与原子核 核能
10．（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
11．（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．
12．（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．
13．（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
14．（2023·湖南·高考真题）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置 创下
新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一
步，下列关于核反应的说法正确的是（ ）
A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多
B．氘氚核聚变的核反应方程为
C．核聚变的核反应燃料主要是铀235
D．核聚变反应过程中没有质量亏损
15．（2023·浙江·高考真题）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． 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
16．（2023·福建·高考真题）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）
17．（2022·全国·高考真题）两种放射性元素的半衰期分别为 和 ，在 时刻这两种元素的原子核总
数为N，在 时刻，尚未衰变的原子核总数为 ，则在 时刻，尚未衰变的原子核总数为
（ ）
A． B． C． D．
18．（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
19．（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
20．（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，该反应中释放的能量为E。下列说法正确的是
（ ）A．X为氘核 B．X为氚核
C． D．
21．（2022·湖北·高考真题）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验
方案：如果静止原子核 俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子ν，即
e
。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定
中微子的存在。下列说法正确的是（ ）
A．原子核X是 B．核反应前后的总质子数不变
C．核反应前后总质量数不同 D．中微子 的电荷量与电子的相同
22．（2022·浙江·高考真题）（多选）秦山核电站生产 的核反应方程为 ，其产物
的衰变方程为 。下列说法正确的是（ ）
A．X是 B． 可以用作示踪原子
C． 来自原子核外 D．经过一个半衰期，10个 将剩下5个
23．（2022·浙江·高考真题）（多选）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计
发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周
围居民供热。下列说法正确的是（ ）
A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量
B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg
C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度
D．反应堆中存在 的核反应
24．（2021·全国·高考真题）医学治疗中常用放射性核素 产生 射线，而 是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为 的 ，经过时间t后剩余的 质量为m，其 图线如图所示。从
图中可以得到 的半衰期为（ ）
A． B． C． D．
25．（2021·全国·高考真题）如图，一个原子核X经图中所示的一系列 、 衰变后，生成稳定的原子核
Y，在此过程中放射出电子的总个数为（ ）
A．6 B．8 C．10 D．14
26．（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．
27．（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
28．（2021·湖北·高考真题）20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，
我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是
（ ）
A．原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的
B．原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的
C．原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的
D．原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的
29．（2021·山东·高考真题）在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的
，其衰变方程为 。以下说法正确的是（ ）
A．衰变方程中的X是电子
B．升高温度可以加快 的衰变
C． 与 的质量差等于衰变的质量亏损
D．方程中的X来自于 内质子向中子的转化
30．（2021·广东·高考真题）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万
年，其衰变方程为 ，下列说法正确的是（ ）
A．Y是氦核
B．Y是质子
C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半
D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变
31．（2021·河北·高考真题）银河系中存在大量的铝同位素 ， 核 衰变的衰变方程为
，测得 核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（ ）A． 核的质量等于 核的质量
B． 核的中子数大于 核的中子数
C．将铝同位素 放置在低温低压的环境中，其半衰期不变
D．银河系中现有的铝同位素 将在144万年后全部衰变为
32．（2021·湖南·高考真题）核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（ ）
A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽
B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒
C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期
D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害
33．（2021·浙江·高考真题）（多选）对四个核反应方程（1） ；（2） ；
（3） ；（4） 。下列说法正确的是（ ）
A．（1）（2）式核反应没有释放能量
B．（1）（2）（3）式均是原子核衰变方程
C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程
D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一
34．（2021·浙江·高考真题）（多选）如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，该
装置实现了1×108℃等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚
变，下列说法正确的是（ ）
A．聚变又叫热核反应
B．太阳就是一个巨大的热核反应堆
C．高温能使原子核克服核力而聚变
D．对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多
35．（2024·贵州·统考一模）我国科研人员及合作者首次合成了新原子核 。原子核存在一种衰变链，其中第1次由 衰变成原子核 ，第2次由 衰变成原子核 。下列说法正确的是（ ）
A．两次均为 衰变
B．两次均为 衰变
C．第1次为 衰变，第2次为 衰变
D．第1次为 衰变，第2次为 衰变
36．（2024·安徽·校联考模拟预测）2023年8月24日，日本政府启动了福岛核污染水排海计划.核污染水中
含有60余种放射性物质，这将对全球海洋环境和人类健康造成难以估量的影响.关于放射性元素的半衰期，
下列说法正确的是（ ）
A．大量放射性元素的原子核经过2个半衰期后，已衰变的原子核质量与未衰变原子核质量之比为3:1
B．大量放射性元素的原子核经过2个半衰期后，已衰变的原子核质量与衰变前原子核质量之比为1:4
C．大量放射性元素的原子核经过2个半衰期后，产生的新原子核质量与衰变前原子核质量之比为3:4
D．放射性元素的半衰期夏天可能会比冬天的短
