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专题17 近代物理
…………………………………………………………………………………………
........................................1
........................................1
........................................2
考点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..........................12
…………………………………………………………………………………………
考点要求
考题统计
近代物理
考向一光电效应与波粒二象性物质波：2023•辽宁•高考真题、2023•浙江•高考
真题、2023•海南•高考真题、2023•浙江•高考真题、2023•江苏•高考真题、
2022•全国•高考真题、2022•河北•高考真题、2022•浙江•高考真题、2022•天
津•高考真题、2022•浙江•高考真题、2021•江苏•高考真题、2021•海南•高考
真题、2021•辽宁•高考真题、2021•辽宁•高考真题、2021•浙江•高考真题、
2021•浙江•高考真题
考向二原子结构与原子核核能：2023•全国•高考真题(2 题)、2023•河北•高考
真题、2023•重庆•高考真题、2023•广东•高考真题、2023•天津•高考真题、
2023•北京•高考真题、2023•山东•高考真题、2023•浙江•高考真题(2 题)、
2023•湖北•高考真题、2023•海南•高考真题、2023•山西•高考真题、2023•湖
南•高考真题、2023•福建•高考真题、2022•全国•高考真题、2022•天津•高考
真题、2022•福建•高考真题、2022•重庆•高考真题、2022•北京•高考真题、
2022•海南•高考真题、2022•辽宁•高考真题、2022•湖北•高考真题、2022•广
东•高考真题、2022•湖南•高考真题、2022•山东•高考真题、2022•海南•高考
真题、2022•浙江•高考真题(2 题)、2021•全国•高考真题(2 题)、2021•重庆•高
考真题、2021•江苏•高考真题、2021•海南•高考真题、2021•湖北•高考真题、
2021•北京•高考真题、2021•山东•高考真题、2021•广东•高考真题、2021•河
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北•高考真题(2 题)、2021•湖南•高考真题、2021•浙江•高考真题(2 题)、2021•
福建•高考真题
1.考频：本专题属于基础、热点内容；
2.考向：
①光电效应与波粒二象性物质波：光电效应的规律、光电效应的图像问题、波粒二象性、物质波
②原子结构与原子核核能：能级跃迁、核反应式、半衰期、核能计算
3.应试策略
在本专题复习备考时，建议从以下几个方面进行
①理解基本概念和规律：光电效应：要掌握光电效应的定义，即在光的照射下从物体发射出电子的现
象。了解产生光电效应的条件是入射光的频率大于极限频率。熟悉光电效应的规律，包括存在饱和电流等。
波粒二象性：理解光的波粒二象性，即光既具有波动性（如干涉、衍射、偏振现象），又具有粒子性（如
光电效应和康普顿效应）。这一概念是量子力学的基础之一。物质波：物质波的概念是指任何一个运动着
的物体，无论是微观粒子还是宏观物体，都有一种波与之对应，其波长与物体的动量成反比。
②深入学习相关实验和现象：研究历史实验：了解光电效应的发现背景，以及它在当时物理学中的争
议，这有助于加深对光电效应本质的理解。分析实验现象：通过分析光电效应实验中观察到的现象，如为
什么有些光能引发光电效应而有些光不能，以及为什么不同金属对同一光源的反应不同等问题，来深化对
光电效应规律的认识。
③掌握数学表达式：记忆公式：记住光电效应和物质波的相关数学表达式，如爱因斯坦的光电效应方
程、德布罗意波长公式等。应用计算：通过解题练习，应用这些公式来解决具体问题，提高解题能力。
④联系实际应用：原子结构：学习原子的模型，如波尔模型，理解电子的能级分布和跃迁。原子核：
了解原子核的组成，包括质子和中子，以及核力的作用。核能：掌握核裂变和核聚变的基本概念，以及它
们在能源生产中的应用和潜在风险。
⑤进行综合复习：系统总结：将上述知识点进行系统化的总结，形成知识网络，便于记忆和复习。历
年真题：通过解答历年的高考真题，检验自己的学习效果，找出薄弱环节进行针对性强化。
考点01 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
2
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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。
2．（2023·浙江·高考真题）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（ ）
3
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A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】设天体发射频率为v 光子的功率为P，由题意可知
，其中t=1s，解得
。
故选A。
3．（2023·海南·高考真题）（多选）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。
4．（2023·浙江·高考真题）（多选）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（ ）
4
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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
B．由公式有，干涉条纹间距为
【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；
，
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。
5．（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
【答案】B
5
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【详解】一个光子的能量为E = hν，ν 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。
6．（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
【答案】B
【详解】一个光子的能量为E = hν，ν 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。
7．（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（ ）
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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。
8．（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（ ）
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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。
9．（2022·天津·高考真题）（多选）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的
应用。a、b 两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（ ）
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A．若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，产生a 光的能级能量差大
B．若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，a 光的衍射现象更明显
C．若a、b 光分别照射同一光电管发生光电效应，a 光的遏止电压高
D．若a、b 光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a 光的干涉条纹间距大
【答案】BD
【详解】由图中a、b 两单色光在电磁波谱中的位置，判断出a 光的波长
大于b 光的波长
，a 光的频率
小于b 光的频率
。A．若a、b 光均由氢原子能级跃迁产生，根据玻尔原子理论的频率条件
，
可知产生a 光的能级能量差小，故A 错误；B．若a、b 光分别照射同一小孔发生衍射，根据发生明显衍射
现象的条件，a 光的衍射现象更明显，故B 正确；C．在分别照射同一光电管发生光电效应时，根据爱因斯
坦光电效应方程
，可知a 光的遏止电压低，故C 错误；D．a、b 光分别作为同一双缝干
涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距
，可知a 光的干涉条纹间距大，故D 正确。
故选BD。
10．（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
【答案】BD
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【详解】A．根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为
，
故A 错误；B．发射电子的物质波波长约为
，故B 正确；CD．物质波也
具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，
只是需要大量电子显示出干涉图样，故C 错误，D 正确；
故选BD。
11．（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。
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12．（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。
13．（2021·辽宁·高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更
容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从
表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（ ）
A．玻尔
B．康普顿
C．爱因斯坦
D．德布罗意
【答案】C
【详解】A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A 错误；B．康普顿提出康普顿效应，
发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B 错误；C．爱因斯坦提出
光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C 正确；D．德布罗意提出一切物质都具有波
粒二象性，与题意不符，D 错误。
故选C。
14．（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
11
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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。
15．（2021·浙江·高考真题）下列说法正确的是（ ）
A．光的波动性是光子之间相互作用的结果
B．玻尔第一次将“量子”入原子领域，提出了定态和跃迁的概念
C．光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量
D．α 射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大
【答案】B
【详解】A．在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光
屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹。这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，
故A 错误； B．玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故B 正确；C．光电效
应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，选项C 错误；D．α 射线经过置于空
气中带正电验电器金属小球的上方时，会使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属箔
的张角会变小，选项D 错误。
故选B。
16．（2021·浙江·高考真题）2020 年12 月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76 个
光子100 个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富
岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（ ）
12
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A．是计算机运算的一种程序
B．表示运算速度的一个单位
C．表示微观世界的不连续性观念
D．类似于质子、中子的微观粒子
【答案】C
【详解】量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。
故选C。
17．（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
考向二 原子结构与原子核核能
18．（2023·全国·高考真题）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
）
13
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A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】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。
19．（2023·全国·高考真题）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
【详解】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。
20．（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
14
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【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。
21．（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。
22．（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
15
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【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。
23．（2023·天津·高考真题）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（ ）
A．核聚变需要在高温下进行
B．核聚变中电荷不守恒
C．太阳质量不变
D．太阳核反应方程式：
【答案】A
【详解】A．因为高温时才能使得粒子的热运动剧烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们
间的距离缩短，才能发生聚变，故A 正确；B．核聚变中电荷是守恒的，故B 错误；C．因为太阳一直在
发生核聚变，需要放出大量能量，根据质能方程可知是要消耗一定的质量的，故C 错误；D．核聚变的方
程为
，题中为核裂变方程，故D 错误。
故选A。
24．（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。
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25．（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。
26．（2023·浙江·高考真题）“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
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【详解】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。
27．（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。
28．（2023·海南·高考真题）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
【详解】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。
故选C。
29．（2023·山西·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
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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。
30．（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
【答案】A
【详解】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，A 正确；B．根据质量数守恒和核
电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为
，B 错误；C．核聚变的核反应燃料主要是
氘核和氚核，C 错误；D．核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，D 错误。
故选A。
31．（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
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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
【详解】A．根据
，即
发生
衰变的产物是
，选项A 错误；B．
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；C．半衰期是核反应，与外界环境无关，
选项C 错误； D．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。
故选D。
32．（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）
【答案】 92 56 9 × 1013
【详解】[1]根据核反应前后质量数守恒有1＋235 = 141＋A＋3
解得A = 92
[2]根据核反应前后电荷数守恒有92 = Z＋36
解得A = 56
[3]根据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为E = mc2 = 1 × 10－3 × 9.0 ×
1016J = 9 × 1013J
33．（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
（ ）
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A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】根据题意设半衰期为t0 的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有
，经
历2t0 后有
，联立可得
，
，在
时，原子核数为x 的元素经历了4 个半衰
期，原子核数为y 的元素经历了2 个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为
。
故选C。
34．（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。
35．（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
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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。
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（ ）
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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·海南·高考真题）下列属于
衰变的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】C
【详解】A．该反应属于衰变，放出了氦核（
），A 错误；B．该反应是卢瑟福发现质子（
）的核
反应方程，B 错误；C．该反应属于衰变，放出了电子（
），C 正确；D．该反应是重核裂变的核反应
方程，D 错误。
故选C。
39．（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．
【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
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误；
CD．根据质能方程可知，由于质量亏损核反应放出的能量为
，C 错误、D 正确。
故选D。
40．（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νe，即
。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
【答案】A
【详解】AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X 的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X 是
，A 正
确、C 错误；B．由选项A 可知，原子核X 是
，则核反应方程为
+
→
+
，则反应前的
总质子数为4，反应后的总质子数为3，B 错误；D．中微子不带电，则中微子
的电荷量与电子的不相同，
D 错误。
故选A。
41．（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
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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。
42．（2022·湖南·高考真题）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（ ）
A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征
B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律
C．光电效应揭示了光的粒子性
D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性
【答案】C
【详解】A．波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A 错误；B．玻尔的原子理论成功的解
释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不成完
全揭示微观粒子的运动规律，B 错误；C．光电效应揭示了光的粒子性，C 正确；D．电子束穿过铝箔后的
衍射图样，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D 错误。
故选C。
43．（2022·山东·高考真题）碘125 衰变时产生
射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125 的半衰
期为60 天，若将一定质量的碘125 植入患者病灶组织，经过180 天剩余碘125 的质量为刚植入时的
（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】B
【详解】设刚植入时碘的质量为
，经过180 天后的质量为m，根据
，代入数据解得
。
故选B。
44．（2022·海南·高考真题）（多选）一群处于
激发态的氢原子跃迁向外辐射出不同频率的光子，则
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（ ）
A．需要向外吸收能量
B．共能放出6 种不同频率的光子
C．
向
跃迁发出的光子频率最大
D．
向
跃迁发出的光子频率最大
【答案】BD
【详解】A．高能级向低能级跃迁向外放出能量，以光子形式释放出去，故A 错误；B．最多能放不同频
率光子的种数为
，故B 正确；CD．从最高能级向最低能级跃迁释放的光子能量最大，对应的频率最
大，波长最小，则
向
跃迁发出的光子频率最大，故D 正确，C 错误。
故选BD。
45．（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
【答案】AB
【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的质子数为1，中子数为1，即为
，故A 正确；
B．常用的示踪原子有：
，
，
，故B 正确；C．
由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个
电子，电子被释放出来，所以
来自原子核内，故C 错误；D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核
衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D 错误。
故选AB。
46．（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（ ）
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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
【答案】CD
【详解】A．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A 错误；B．原子核亏损的质量全部转化为
电能时，约为
，核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利
用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B 错误；C．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，
通过中子的数量控制链式反应的速度，故C 正确；D．反应堆利用铀235 的裂变，生成多个中核和中子，
且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在
的核反应，故D 正确；
故选CD。
47．（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．
【答案】C
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【详解】由图可知从
到
恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为
。
故选C。
48．（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
【答案】A
【详解】由图分析可知，核反应方程为
，设经过次
衰变，
次
衰变。由电荷
数与质量数守恒可得
；
，解得
，
，故放出6 个电子。
故选A。
49．（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。
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故选B。
50．（2021·江苏·高考真题）用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的
产生
和另
一种粒子X，则X 是（ ）
A．质子
B．
粒子
C．
粒子
D．正电子
【答案】A
【详解】该核反应方程为
，可知X 是质子。
故选A。
51．（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。
52．（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
（ ）
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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
【答案】C
【详解】原子弹是根据重核裂变研制的，而氢弹是根据轻核聚变研制的，故ABD 错误，C 正确。
故选C。
53．（2021·北京·高考真题）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注
射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α 粒子和锂（Li）离子。这个核反
应的方程是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【详解】由题知，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α 粒子和锂（Li）离子，而α 粒子为氦原子核，则这个
核反应方程为
。
故选A。
54．（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
【答案】A
【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X 是电子，A 正确；B．半衰期非常稳定，不受温度，压
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强，以及该物质是单质还是化合物的影响，B 错误；C．
与
和电子X 的质量差等于衰变的质量亏
损，C 错误；D．方程中的X 来自于
内中子向质子的转化，D 错误。
故选A。
55．（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
【答案】C
【详解】AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是
，即Y 是正电子，选
项AB 错误；CD．因72 万年是一个半衰期，可知再过72 万年，现有的铝26 衰变一半；再过144 万年，即
两个半衰期，现有的铝26 衰变四分之三，选项C 正确，D 错误；
故选C。
56．（2021·河北·高考真题）普朗克常量
，光速为c，电子质量为
，则
在国际单
位制下的单位是（ ）
A．
B．m
C．
D．
【答案】B
【详解】根据
可得它们的单位为：
故选B。
57．（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（ ）
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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
【答案】C
【详解】A．
和
的质量数均为
相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不
同，A 错误；B．
核的中子数为
个，
核的中子数为
个，B 错误；C．半衰
期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C 正确；D．质量为
的
的半衰期为
万年，经过
万年为个半衰期，剩余质量为
，不会全部衰变为
，D 错误。
故选C。
58．（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
【答案】D
【详解】A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对少量的个别的原子核无意义，
则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A 错误；B．原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故
B 错误；C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，
与化学状态无关，故C 错误；D．过量放射性辐射包含大量的射线，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，故D 正确；
故选D。
59．（2021·浙江·高考真题）（多选）对四个核反应方程（1）
；（2）
；
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（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
【答案】CD
【详解】A．（1）是
衰变，（2）是
衰变，均有能量放出，故A 错误；B．（3）是人工核转变，故B
错误；C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C 正确；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，故D 正确。
故选CD。
60．（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
【答案】ABD
【详解】A．聚变又叫热核反应，选项A 正确；B．太阳就是一个巨大的热核反应堆，选项B 正确；
C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m 以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核
加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克
服库仑斥力而聚变，但不是能使所有的原子核克服库仑斥力而聚变，选项C 错误；D．对相同质量的核燃
料，轻核聚变比重核裂变产能多，选项D 正确；
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故选ABD。
61．（2021·福建·高考真题）核污水中常含有氚
等放射性核素，处置不当将严重威胁人类安全。氚
衰变的半衰期长达12.5 年，衰变方程为
，其中
是质量可忽略不计的中性粒子，Z=，
A=。若将含有质量为m 的氚的核污水排入大海，即使经过50 年，排入海中的氚还剩m（用分数表示）。
【答案】 2 3
【详解】[1][2]根据电荷数守恒和质量数守恒可得
[3]经过50 年，排入海水中的氚的剩余质量为
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