2025年高考备考高中物理个性化分层教辅尖子生篇《原子物理与核物理》

第1页（共1页）2025年高考备考高中物理个性化分层教辅尖子生篇《原子物理与核物理》一．选择题（共10小题）1．（2024•浙江）发现中子的核反应方程为24He+49BeA．核反应方程中的X为6B．衰变方程中的Y为2C．中子01D．钚238的衰变吸收能量2．（2024•黄州区校级四模）光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。图a是研究光电效应的实验电路，图b是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I﹣U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，图c是遏止电压Uc与入射光的频率ν间的关系图像。下列说法中正确的是（）A．发生光电效应时，将滑动变阻器滑片从C端往D端移动时，电流表示数一定增加 B．图c中图线的斜率表示普朗克常量h C．丙光比甲光更容易发生明显衍射 D．甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小3．（2024春•潍坊期末）2024年4月12日，我国“人造太阳”获重大突破。“人造太阳”的工作原理是在大型环状真空容器中注入少量氢的同位素氘（12H）和氚（13H），通过高温和高压使其产生等离子体，然后进行加温加压使其发生核反应，同时产生巨大的能量，核反应方程为12HA．X是正电子 B．该反应属于α衰变 C．反应后原子核的总质量小于反应前原子核的总质量 D．24．（2024春•潍坊期末）图甲是用a、b两种单色光分别照射同一光电管的阴极，得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图，图乙是c、d两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系图，则（）A．a光的光子能量大于b光的光子能量 B．图甲中电压为U0时，a光照射时单位时间到达光电管阳极的光电子个数比b的多 C．用a光照射c、d金属，若c能发生光电效应，则d一定也可以发生光电效应 D．若用b光照射d金属能发生光电效应，当增加b光的强度，d金属的遏止电压增大5．（2024春•香坊区校级期末）2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变和核裂变是两种核反应的形式。下列关于核聚变和核裂变的说法正确的是（）A．核电站获得核能的典型核反应方程为92B．核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件 C．核聚变和核裂变均放出能量 D．我国的核电站都是采用核聚变发电的6．（2024春•宁波期末）已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为P0。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为λ，光速为c，普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的薄壁球壳，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。由于太阳光的作用，会使薄壁球壳或圆盘受到一个向下的压力。为研究该压力，小杨同学在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以O1为圆心的圆的直径，CD是以O1正上方离O1很近的O2（图中未画出）为圆心的圆的直径，∠AOO1＝θ。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为S1，其在地面上的投影记为S2。则下列说法中正确的是（）A．光子动量的变化量大小Δp=ℎcB．单位时间打到半球面上的光子数N甲C．假设所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则S1面上所受压力大小为F1D．假设太阳光均直接穿过球面照射到S2上再被S2反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则S2面上所受压力大小为F7．（2024春•香坊区校级期末）如图所示为氢原子能级图，用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子只辐射出频率分别为ν1、ν2、ν3的三种光子，且ν1＜ν2＜ν3。用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2的光子能量相等。下列说法正确的是（）A．当氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，电子的动能和氢原子的电势能均变大 B．三种光子中粒子性最强的是频率为ν1的光子 C．ν3＞ν1+ν2 D．该新型材料的逸出功为1.89eV8．（2024春•香坊区校级期末）下列四幅图涉及不同的物理知识，相关说法正确的是（）A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果发现了质子 B．图乙：天然放射现象的发现说明原子内部有复杂结构，其中1为α射线 C．图丙：密立根用油滴实验测出了元电荷的数值 D．图丁：镉棒插入深一些可加快链式反应的速度9．（2024•渝中区校级二模）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I﹣U关系图，则a光频率最高10．（2024春•长沙期末）以下现象能说明光具有粒子性的是（）A．用紫外线照射锌板时有电子射出 B．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色 C．光的偏振 D．泊松亮斑二．多选题（共5小题）（多选）11．（2024春•滨州期末）2023年6月10日，四川省文物考古研究院对外公布：三星堆遗址祭祀区再现两件跨坑拼对成功的大型青铜器。利用衰变的测年技术可进行考古研究，其衰变方程为614C→714N+−1A．衰变中产生的电子是核内中子转化来的 B．全球变暖会导致14C半衰期变短 C．1000个614D．614C的比结合能比（多选）12．（2024春•辽宁期末）如图甲所示为演示光电效应的实验装置，图乙所示为该实验装置在a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，图丙所示为氢原子的能级图，表格给出了几种金属的逸出功和极限频率关系。则（）几种金属的逸出功和极限频率金属W/eVv/1014Hz钠2.295.53钾2.255.44铷2.135.15A．图甲所示的光电效应实验装置所加的是反向电压，能测得图乙中的Uc1，Uc2 B．若b光为绿光，c光可能是黄光 C．若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于n＝3激发态的氢原子，最多可以产生3种不同频率的光 D．若用能使金属铷发生光电效应的光，用它直接照射处于n＝2激发态的氢原子，可以直接使该氢原子电离（多选）13．（2024•贵州）我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST，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21cm的中性氢辐射，另一处是波长为18cm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（多选）14．（2024春•潍坊期末）玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱，其能级图如图所示。在氢原子光谱中，有不同的线系，其中最典型的是巴耳末系，是氢原子在跃迁时发出一系列不同波长的光，其波长可以用巴耳末公式1λA．如果大量氢原子处在n＝3能级，能辐射出3种不同波长的光，其中波长最短的光是n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的 B．要使处于n＝2激发态的氢原子电离，它需要吸收的能量至少为10.2eV C．巴耳末公式只包含了氢原子的部分光谱线 D．巴耳末公式n＝5时计算出的氢原子光谱的谱线，是n＝5能级向n＝1能级跃迁造成的（多选）15．（2024春•开封期末）如图为某款条形码扫描笔的工作原理图，发光二极管发出的光频率为ν0。将扫描笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面（截止频率0.8ν0），产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。下列说法正确的是（）A．扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔 B．频率为ν0的光照到光电管的金属表面立即产生光电子 C．若频率为ν0的光子能量为8eV，则一群氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级过程中发出的光，有4种光可以识别条形码 D．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小三．填空题（共5小题）16．（2024春•厦门期末）在光电效应实验中，用频率为ν的光分别照射到a、b两种金属上，测得相应光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。已知金属a的极限频率大于金属b的极限频率，h为普朗克常量，则EkaEkb（选填“＜”或“＞”），金属a的极限频率为。17．（2024春•普陀区校级期末）如图，放射性元素镭在衰变过程中释放α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，则表示α射线的是，表示β射线的是；若射线都是垂直电场和磁场进入，则射线⑥将做以下三种运动中的哪一种：A.匀速圆周运动B.类平抛运动C.一般曲线运动填写你的选项并阐述理由。18．（2024春•鼓楼区校级期末）2021年5月28日，中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应的方程为：12H+119．（2024•思明区校级模拟）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图甲所示，大量处在n＝4的激发态的氦离子（He+）在向低能级跃迁的过程中会辐射出种能量的光，用其中所辐射出的能量最小的光去照射光电管阴极K，电路图如图乙所示，合上开关，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.64V时，电流表示数仍不为零，当电压表读数大于或等于1.64V时，电流表读数为零。则光电管阴极材料的逸出功W＝eV。20．（2024•鲤城区校级模拟）全球首座球床模块式高温气冷堆核电站—山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：92235U+01n→56141Ba+3692Kr+3X，这个核反应方程中的X表示。这个核反应释放出大量核能；56141Ba的比结合能（选填“大于”“等于”或“小于”）四．解答题（共5小题）21．（2024春•丰台区期末）康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量。根据狭义相对论，光子的能量E与其动量p的关系为E＝pc，其中c为真空中光速。（1）推导波长为λ的单色光光子的动量表达式p=ℎ（2）在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，电子会带走一部分能量和动量。假设入射光子与静止的自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向恰好与原入射方向垂直。已知入射光波长为λ0，散射后波长为λ1。a.画出碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图（在图中标出光子碰前、碰后的动量大小）；b.分析比较入射光波长λ0与散射后波长λ1的大小关系。（3）如同大量气体分子与器壁频繁碰撞产生压力一样，当光照射到物体表面时，也将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。有科学家设想利用太空中阻力很小的特点，可以在宇宙飞船上安装太阳帆，利用光压推动飞船前进，实现星际旅行。若将一个材质很轻、面积足够大的太阳帆完全展开，调整帆面方向，使其与太阳光照方向垂直。已知帆面处单位面积接收的太阳光辐射功率为P，其中被太阳帆表面反射的光占入射光比例为K，其余的入射光均被太阳帆面吸收，不考虑光子被反射前后的能量变化。推导太阳帆受到的光压P光的表达式。22．（2024春•杨浦区校级期末）地球接近木星，以期利用“引力弹弓”效应加速，节省能源。示意如图1，该效应可等效为弹性碰撞，过程中由行星发动机产生的能量忽略不计。（1）为定量求解加速后的地球速度v1′，需要列出系统的方程和动能相等方程。为使后者成立，需要保证“碰撞”前后地球与木星之间的距离相同，从而使得系统的相等。（2）经过计算，陶老师发现，由于木星质量m2远远大于地球质量m1，出射速度大小v1′＝v1+2v2，即地球获得了2v2的速度增量。对应的动能增量的来源是什么？“弹性碰撞”之后木星的速度约为多大？。A.木星动能；v2B.太阳与该系统间的引力势能；v2+2v1C.系统的引力势能；v1（3）修复行星发动机之后，继续用卡车沿坡道运送燃料。设卡车额定功率P0＝5MW（兆瓦），满载总质量m＝500t（吨），爬坡坡度θ＝10°，摩擦阻力、空气阻力等阻力之和恒为50kN。①求卡车的最大速度；②若以恒定加速度0.5m/s2启动，求达到额定功率所需的时间；（4）恒星发动机利用核聚变产生能量。若1t的燃料经过核反应后，质量变为0.999t，则根据质能关系，可以判断出，地球获得的动能。A.等于9×1019JB.小于9×1016JC.等于4.5×1016JD.小于4.5×1013J23．（2024春•普陀区校级期末）（三）氢原子气体2022年10月，中国科学院国家天文台利用中国天眼FAST进行成像观测，在致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区，发现了巨大原子气体系统，也就是大量弥散的氢原子气体。氢原子内部质子和电子间距离为5.3×10﹣11m，质子与电子的相关数据、引力恒量、静电力常量见表。氢只有三种同位素：氕（P）原子核内有1个质子，无中子；氘（D）（重氢）原子核内有1个质子，1个中子；氚（T）（超重氢）原子核内有1个质子，2个中子。线度（半径）（m）质量（kg）电量（C）质子10﹣151.67×10﹣271.6×10﹣19电子10﹣189.1×10﹣311.6×10﹣19引力恒量G＝6.67×10﹣11N•m2/kg2静电力常量k＝9×109N•m2/C2（1）在计算质子和电子间相互作用力的大小时（选择：A.能B.不能）将二者看作质点和点电荷，判断依据是。（2）质子与电子之间同时存在万有引力FG和静电力Fe，则FGFeA.≫1B.＞1C.≪1D.＜1（3）氢原子的能级图如图所示。a.已知红光的能量范围为1.61～2.00eV，绿光的能量范围为2.14～2.53eV，蓝光的能量范围为2.53～2.76eV，紫光的能量范围为2.76～3.10eV。若基态的原子吸收了12.09eV的能量，则能发出光是。A.红光B.绿光C.蓝光D.紫光b.普朗克常量取6.6×10﹣34J•s，处于n＝6能级的氢原子，其能量为eV。大量处于n＝4能级的氢原子，发出电磁波的最大波长为m。（结果均保留两位有效数字）c.大量的氢原子处于n＝4的激发态，当氢原子中的电子发生自发跃迁时，在此过程中。A.原子辐射一系列频率的光子B.原子吸收一系列频率的光子C.原子吸收某一频率的光子D.原子辐射某一频率的光子（4）人造地球卫星绕地球做圆周运动与玻尔氢原子模型中电子绕原子核做圆周运动类似。a.下列说法正确的是。A.它们做圆周运动的向心力大小跟轨道半径成反比B.它们都只能在一系列不连续的轨道运动C.电子轨道半径越大，氢原子能量越大D.同一卫星在不同轨道运动时，机械能相等b.人造地球卫星与氢原子模型中电子的运动高度相似的原因是：。c.根据玻尔原子模型，氢原子在辐射电磁波后，原子的电势能，氢原子的核外电子的速度（均选填“减小”“不变”或“增大”）。24．（2024春•济南期末）索末菲继承并进一步发展了玻尔的氢原子理论，除了能成功解释氢原子光谱的实验规律，还能解释类氢离子光谱的实验规律，对量子力学的发展起到了重要的促进作用。按照两人的相关理论，氢原子或类氢离子中的电子绕原子核（可以看作静止）做匀速圆周运动的轨道只可能是某些确定的轨道，如图所示，轨道序号从内到外分别是n＝1，2，3，4…。当电子在不同轨道上运动时，氢原子或类氢离子具有不同的能量状态，轨道序号n＝1时的能量状态称为基态，轨道序号n≥2时的能量状态称为激发态，氢原子或类氢离子的能量等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和。理论证明，电荷量分别为+q1和﹣q2的点电荷相距为r时，取无穷远处为电势能零点，此两电荷系统的电势能的表达式为Ep=−kq1q2r，其中k＝9.0×109N•m2/C2。电子绕原子核（可看作静止）在轨道序号为n的轨道上做圆周运动时，其轨道周长为电子物质波波长（电子物质波波长λ与其动量mvn的关系为λ=ℎm（1）氢原子处于基态时的电子的动能；（2）氢原子处于基态时的能量；（3）核外只有一个电子的一价氦离子（He+）是一种类氢离子，求该离子处于基态时的能量；（4）大量处于基态的一价氦离子（He+）受到激发后到某一激发态，所形成的光谱中仅有一条可见光的谱线，已知可见光光子能量的范围为1.62eV～3.11eV，求该可见光谱线对应的波长。25．（2024•江苏模拟）大量处于n＝5激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时，只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像（如图乙）。已知a光对应的遏止电压为Ua，氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En（1）求光电管阴极的逸出功W0和b光对应的遏止电压Ub。（2）若用b光照射，光电管两端加上的电压UKA＝U0，求电子到达A极时的最大动能Ekm。

2025年高考备考高中物理个性化分层教辅尖子生篇《原子物理与核物理》参考答案与试题解析一．选择题（共10小题）1．（2024•浙江）发现中子的核反应方程为24He+49BeA．核反应方程中的X为6B．衰变方程中的Y为2C．中子01D．钚238的衰变吸收能量【考点】核反应方程式的书写或判断核反应方程式中的粒子．【专题】信息给予题；定量思想；推理法；衰变和半衰期专题；理解能力．【答案】A【分析】根据质量数和电荷数守恒进行分析；原子核的衰变发生质量亏损，因此要释放能量。【解答】解：A.设X的质量数为A、电荷数为Z；根据质量数守恒4+9＝A+1，解得A＝12根据电荷数守恒2+4＝Z+0，解得Z＝6因此X为6B.同理，Y对应的质量数为4，电荷数为2，因此Y为2C.中子的质量数为1，故C错误；D.衰变过程要释放能量，故D错误。故选：A。【点评】本题主要考查了核反应过程中的质量数和核电荷数守恒，知道是原子核的衰变要释放能量。2．（2024•黄州区校级四模）光电管是应用光电效应原理制成的光电转换器件，在有声电影、自动计数、自动报警等方面有着广泛的应用。图a是研究光电效应的实验电路，图b是用甲、乙、丙三束光分别照射光电管得到的I﹣U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，图c是遏止电压Uc与入射光的频率ν间的关系图像。下列说法中正确的是（）A．发生光电效应时，将滑动变阻器滑片从C端往D端移动时，电流表示数一定增加 B．图c中图线的斜率表示普朗克常量h C．丙光比甲光更容易发生明显衍射 D．甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小【考点】爱因斯坦光电效应方程；光电效应现象及其物理物理意义．【专题】定性思想；推理法；光电效应专题；推理能力．【答案】D【分析】电路中的饱和电流与电压无关；根据爱因斯坦的光电效应方程和动能定理分析；根据图b分析甲光和丙光的频率关系，然后根据发生明显衍射的条件分析；根据爱因斯坦的光电效应方程分析。【解答】解：A、发生光电效应时，将滑动变阻器滑片从C端往D端移动时，当电路中的电流达到饱和电流后，电流表示数保持不变，在达到饱和电流前会一直增大的，故A错误；B、根据爱因斯坦的光电效应方程有Ek＝hν﹣W0，根据动能定理有eUc＝Ek，联立得Uc=ℎe⋅ν−C、从图b中可以看出在发生光电效应时丙光的遏制电压大于甲光的遏制电压，所以丙光的频率大于甲光的频率，根据c＝λν可知甲光的波长大于丙光的波长，则甲光比丙光更容易发生衍射，故C错误；D、根据爱因斯坦的光电效应方程Ek＝hν﹣W0，根据上面C的分析可知，甲光照射时比丙光照射时产生的光电子的最大初动能小，故D正确。故选：D。【点评】熟练掌握爱因斯坦的光电效应方程是解题的基础。3．（2024春•潍坊期末）2024年4月12日，我国“人造太阳”获重大突破。“人造太阳”的工作原理是在大型环状真空容器中注入少量氢的同位素氘（12H）和氚（13H），通过高温和高压使其产生等离子体，然后进行加温加压使其发生核反应，同时产生巨大的能量，核反应方程为12HA．X是正电子 B．该反应属于α衰变 C．反应后原子核的总质量小于反应前原子核的总质量 D．2【考点】利用结合能或比结合能计算核能；核聚变的反应方程．【专题】定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；推理能力．【答案】C【分析】依据核反应前后质量数与质子数守恒来判定；核电站是利用核裂变反应原理；由质能方程的内容，及质量亏损的概念；根据比结合能的特点分析。【解答】解：A.根据核反应质量数和电荷数守恒，核反应方程为12H+13可知X是中子，故A错误；B.该反应属于核聚变，故B错误；C.核反应放出能量，根据质能方程可知反应后原子核的总质量小于反应前原子核的总质量，故C正确；D.24He原子核更稳定，2故选：C。【点评】考查核反应方程书写规律，及核裂变反应与聚变反应的应用，掌握两者的区别，理解各自反应产生的条件。4．（2024春•潍坊期末）图甲是用a、b两种单色光分别照射同一光电管的阴极，得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图，图乙是c、d两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系图，则（）A．a光的光子能量大于b光的光子能量 B．图甲中电压为U0时，a光照射时单位时间到达光电管阳极的光电子个数比b的多 C．用a光照射c、d金属，若c能发生光电效应，则d一定也可以发生光电效应 D．若用b光照射d金属能发生光电效应，当增加b光的强度，d金属的遏止电压增大【考点】光电效应方程的图像问题；金属材料的逸出功；爱因斯坦光电效应方程．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理能力．【答案】B【分析】A.根据图中的反向截止电压结合光电效应方程判断光子能量大小；B.根据饱和光电流的物理意义进行分析解答；C.根据光电效应方程导出遏止电压的表达式，结合图像判断截止频率，再根据光电效应的产生条件进行分析判断；D.根据遏止电压与光照强度无关进行分析判断。【解答】解：A.由图甲可知，b光照射光电管时反向截止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以b的频率大，光子的能量大，故A错误；B.a光照射时，饱和光电流大，则a单位时间到达光电管阳极的光电子个数比b的多，故B正确；C.由Ek＝eUc＝hν﹣W0，得Uc=ℎev−D.遏止电压与光照强度无关，因此当增加b光的强度，d金属的遏止电压不变。故D错误。故选：B。【点评】考查光电效应的图像问题和方程的应用，会根据题意进行准确分析和判断。5．（2024春•香坊区校级期末）2023年8月25日，新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。核聚变和核裂变是两种核反应的形式。下列关于核聚变和核裂变的说法正确的是（）A．核电站获得核能的典型核反应方程为92B．核聚变反应可以自发进行，不需要任何条件 C．核聚变和核裂变均放出能量 D．我国的核电站都是采用核聚变发电的【考点】重核裂变的应用（核电站与反应堆）；重核的裂变及反应条件；核裂变的反应方程．【专题】定性思想；归纳法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．【答案】C【分析】根据裂变反应方程书写；核聚变反应需要高温的环境；核聚变和核裂变都发生质量亏损；我国的核电站都是采用核裂变发电的。【解答】解：A、核电站获得核能的典型核反应方程为92B、核聚变反应需要在高温下才能发生，所以在一开始需要提供高温的环境，但是一旦发生了核聚变，靠反应获得的热量就足以维持核聚变持续下去了，故B错误；C、核聚变和核裂变在发生的时候都有质量亏损产生，二者均能释放出能量，故C正确；D、我国的核电站都是采用核裂变发电的，核聚变目前还没有实现和平利用，故D错误。故选：C。【点评】知道核电站的裂变方程，核聚变需要高温的环境下才能进行，目前所有的核电站都是靠核裂变发电的。6．（2024春•宁波期末）已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为P0。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为λ，光速为c，普朗克常量为h。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为R的薄壁球壳，球心为O，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为R的圆盘。由于太阳光的作用，会使薄壁球壳或圆盘受到一个向下的压力。为研究该压力，小杨同学在半球面上取一条很窄的环带状球面ABCD，AB是一个以O1为圆心的圆的直径，CD是以O1正上方离O1很近的O2（图中未画出）为圆心的圆的直径，∠AOO1＝θ。由于AD很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成θ角的斜面。设该环带状球面的面积为S1，其在地面上的投影记为S2。则下列说法中正确的是（）A．光子动量的变化量大小Δp=ℎcB．单位时间打到半球面上的光子数N甲C．假设所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则S1面上所受压力大小为F1D．假设太阳光均直接穿过球面照射到S2上再被S2反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则S2面上所受压力大小为F【考点】光子的动量；康普顿效应的现象及解释．【专题】定量思想；推理法；光学计算专题；分析综合能力．【答案】D【分析】求出圆形区域获得的太阳光能量，总能量除以每个光子的能量等于光子数；每个光子的动量p=ℎ【解答】解：B.由于太阳光垂直于地面入射到半球面上，则单位面积上单位时间光子数N甲C.在Δt时间内，射到S1面上的光子数为N1光子被完全反射，光子受到的力F1，根据动量定理F1代入数据联立解得F1A.在Δt时间内，射到S1面上的光子数仍为N1，所有光子均被反射，设每个光子被反射前、后的动量变化量为Δp；光子在S1面反射前、后的动量如图所示因此动量的变化Δp=2ℎcosθλ，方向垂直于SD.设S2面所受到的光子作用力为F2，根据动量定理F在Δt时间内，射到S2面上的光子数为N2代入数据联立解得F2故选：D。【点评】本题难度较大，且计算量大，关键是应用动量定理求得光子受到的力。7．（2024春•香坊区校级期末）如图所示为氢原子能级图，用频率为ν的单色光照射大量处于基态的氢原子，氢原子只辐射出频率分别为ν1、ν2、ν3的三种光子，且ν1＜ν2＜ν3。用该单色光照射到某新型材料上，逸出光电子的最大初动能与频率为ν2的光子能量相等。下列说法正确的是（）A．当氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，电子的动能和氢原子的电势能均变大 B．三种光子中粒子性最强的是频率为ν1的光子 C．ν3＞ν1+ν2 D．该新型材料的逸出功为1.89eV【考点】计算能级跃迁过程中吸收或释放的光子的频率和波长；分析能级跃迁过程中释放的光子种类；计算能级跃迁过程吸收或释放的能量．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理能力．【答案】D【分析】根据电场力做功分析；光子频率越大，光的粒子性越显著；确定氢原子是从第三能级跃迁到第一能级的，然后根据能级跃迁公式计算；先根据能级跃迁公式得到入射光的能量，然后根据爱因斯坦的光电效应方程计算逸出功。【解答】解：A、当氢原子从较高能级跃迁到较低能级时，电场力对电子做正功，电势能减小，动能增加，故A错误；B、光子的频率越大，粒子性越显著，所以粒子性最强的是频率为ν3的光子，故B错误；C、因为氢原子只辐射出三种频率的光子，根据Cn2可得，n＝3，所以则hν3＝E3﹣E1，hν2＝E2﹣E1，hν1＝E3﹣E2，解得ν3＝ν2+νD、根据题意可知hν＝E3﹣E1＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV，根据爱因斯坦的光电效应方程可得Ek＝hν2＝hν﹣W0，其中hν2＝E2﹣E1＝﹣3.40eV﹣（﹣13.6eV）＝10.2eV，解得W0＝1.89eV，故D正确。故选：D。【点评】只能氢原子从高能级向低能级跃迁要释放光子，熟练掌握能级跃迁公式和爱因斯坦的光电效应方程是解题的基础。8．（2024春•香坊区校级期末）下列四幅图涉及不同的物理知识，相关说法正确的是（）A．图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果发现了质子 B．图乙：天然放射现象的发现说明原子内部有复杂结构，其中1为α射线 C．图丙：密立根用油滴实验测出了元电荷的数值 D．图丁：镉棒插入深一些可加快链式反应的速度【考点】重核裂变的应用（核电站与反应堆）；密立根油滴实验；卢瑟福α粒子散射实验；天然放射现象的发现及意义．【专题】定性思想；归纳法；原子的核式结构及其组成；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．【答案】C【分析】卢瑟福提出了原子的核式结构模型；天然放射现象说明原子核还可以再分；密立根测出来电子所带电荷量；核反应堆是用镉棒控制核反应速度的。【解答】解：A、图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果提出原子的核式结构模型，故A错误；B、图乙：天然放射现象的发现说明原子核内部有复杂结构，故B错误；C、图丙：密立根用油滴实验测出了元电荷的数值，故C正确；D、核反应堆是用镉棒控制核反应速度的，镉棒插入的越深，吸收的中子越多，核反应越慢，故D错误。故选：C。【点评】知道卢瑟福和密立根的主要贡献，还有天然放射现象的发现的物理意义等。9．（2024•渝中区校级二模）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I﹣U关系图，则a光频率最高【考点】α衰变的特点、本质及方程；光电效应现象及其物理物理意义；爱因斯坦光电效应方程；分析能量跃迁过程中的能量变化（吸收或释放光子）．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；衰变和半衰期专题；分析综合能力．【答案】B【分析】半衰期具有统计意义；比结合能越大原子核越稳定；一个氢原子从n能级向基态跃迁时，最多辐射出n﹣1中不同频率的光；根据遏止电压比较最大初动能，从而比较光子频率的大小。【解答】解：A、半衰期是大量放射性原子衰变的统计规律，对个别的原子没有意义，故A错误；B、比结合能越大原子核越稳定，由于生成物比反应物更稳定，所以氘核的比结合能小于氦核比结合能，故B正确；C、一个氢原子从n＝4的能级向基态跃迁时，最多可以放出3种不同频率的光，故C错误；D、由丁图可知：c光对应的遏止电压最大，根据动能定理结合光电效应方程eUc＝Ek＝hν﹣W0可知c光的频率最高，故D错误。故选：B。【点评】该题考查半衰期、光电效应、玻尔理论以及聚变与裂变，考查到的知识点较多，在平时的学习中多加积累即可做好这一类的题目。10．（2024春•长沙期末）以下现象能说明光具有粒子性的是（）A．用紫外线照射锌板时有电子射出 B．贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色 C．光的偏振 D．泊松亮斑【考点】光电效应现象及其物理物理意义；增透膜与增反膜；泊松亮斑；光的偏振现象及原理．【专题】定性思想；归纳法；光的干涉专题；光的衍射、偏振和电磁本性专题；光电效应专题；理解能力．【答案】A【分析】根据干涉、衍射现象是波特有的现象分析BD；光的偏振是横波特有的现象，据此分析C；光电效应说明了光具有粒子性，据此分析A。【解答】解：A、用紫外线照射锌板时有电子射出，是发生了光电效应现象，说明了光具有粒子性，故A正确；B、贴有增透膜的相机镜头呈现淡紫色是薄膜干涉现象，干涉是波特有的现象，说明光是一种波，故B错误；C、光的偏振现象说明光是一种横波，故C错误；D、泊松亮斑是光的衍射现象，衍射是波特有的现象，说明光是一种波，故D错误。故选：A。【点评】熟悉干涉、衍射、偏振等在生活中应用是解题的基础，难度不大。二．多选题（共5小题）（多选）11．（2024春•滨州期末）2023年6月10日，四川省文物考古研究院对外公布：三星堆遗址祭祀区再现两件跨坑拼对成功的大型青铜器。利用衰变的测年技术可进行考古研究，其衰变方程为614C→714N+−1A．衰变中产生的电子是核内中子转化来的 B．全球变暖会导致14C半衰期变短 C．1000个614D．614C的比结合能比【考点】核反应前后的质量亏损；β衰变的特点、本质及方程；半衰期的相关计算；结合能与比结合能的概念及简单计算．【专题】定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；推理能力．【答案】AD【分析】根据β衰变的实质分析A；放射性元素的衰变快慢跟物理、化学状态无关，具有统计意义；根据质能方程分析D。【解答】解：A．根据β衰变的实质可知，衰变中产生的电子是核内中子转化来的，故A正确；B．半衰期由原子核本身的性质决定，与原子核的物理状态和化学状态无关，全球变暖不会导致半衰期变短，故B错误；C．半衰期是大量原子核的一个统计规律，少数原子核不成立，故C错误；D．衰变过程中，释放的能量为(m1−m2−m故选：AD。【点评】解题关键是知道放射性元素的衰变快慢与物理、化学状态无关；正确运用爱因斯坦质能方程。（多选）12．（2024春•辽宁期末）如图甲所示为演示光电效应的实验装置，图乙所示为该实验装置在a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线，图丙所示为氢原子的能级图，表格给出了几种金属的逸出功和极限频率关系。则（）几种金属的逸出功和极限频率金属W/eVv/1014Hz钠2.295.53钾2.255.44铷2.135.15A．图甲所示的光电效应实验装置所加的是反向电压，能测得图乙中的Uc1，Uc2 B．若b光为绿光，c光可能是黄光 C．若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于n＝3激发态的氢原子，最多可以产生3种不同频率的光 D．若用能使金属铷发生光电效应的光，用它直接照射处于n＝2激发态的氢原子，可以直接使该氢原子电离【考点】原子电离的条件；爱因斯坦光电效应方程；分析能级跃迁过程中释放的光子种类．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理能力．【答案】CD【分析】结合光电效应和动能定理，可知入射光频率越大，遏止电压越大；由光电效应方程可以求出b光照射下逸出光电子的最大初动能，从而判断氢原子跃迁的能级再计算产生光的种数。【解答】解：A．图甲所示的光电效应实验装置中，光电管的阳极与电源的正极相连，光电管上所加的电压是正向电压，不能测得Uc1，Uc2，故A错误；B．根据光电效应方程eUc＝Ekm＝hν﹣W0可知频率越大，遏止电压越大，由图可知Uc1＞Uc2故若b光为绿光，c光不可能是黄光，故B错误；C．若b光光子能量为0.66eV，照射某一个处于n＝3激发态的氢原子，氢原子吸收光子后的能量值E＝E3+ΔE＝（﹣1.51+0.66）eV＝﹣0.85eV氢原子吸收b光光子的能量，跃迁至n＝4激发态，一个氢原子向低能级跃迁至基态可最多产生3种不同频率的光，故C正确；D．若用能使金属铷发生光电效应的光，根据光电效应方程有Ek＝hν﹣W0＝hν﹣2.13eV＞0则光子的能量大于2.13eV，处于n＝3激发态的氢原子，该氢原子发生电离的能量为1.51eV，故用能使金属铷发生光电效应的光直接照射处于n＝3激发态的氢原子，可以直接使该氢原子电离，故D正确。故选：CD。【点评】解决本题的突破口在于通过遏止电压比较最大初动能，结合光电效应方程进行分析。（多选）13．（2024•贵州）我国在贵州平塘建成了世界最大单口径球面射电望远镜FAST，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21cm的中性氢辐射，另一处是波长为18cm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【考点】光子的动量；光子与光子能量的计算．【专题】定量思想；推理法；光的衍射、偏振和电磁本性专题；理解能力．【答案】BC【分析】根据真空中的光速公式结合光子能量公式、动量公式以及真空中光速特性进行分析判断。【解答】解：根据公式c＝λν，光子的能量公式E＝hν，动量p=ℎ故选：BC。【点评】考查光子的波速、能量、动量等基本概念，会根据题意进行准确分析和判断。（多选）14．（2024春•潍坊期末）玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱，其能级图如图所示。在氢原子光谱中，有不同的线系，其中最典型的是巴耳末系，是氢原子在跃迁时发出一系列不同波长的光，其波长可以用巴耳末公式1λA．如果大量氢原子处在n＝3能级，能辐射出3种不同波长的光，其中波长最短的光是n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的 B．要使处于n＝2激发态的氢原子电离，它需要吸收的能量至少为10.2eV C．巴耳末公式只包含了氢原子的部分光谱线 D．巴耳末公式n＝5时计算出的氢原子光谱的谱线，是n＝5能级向n＝1能级跃迁造成的【考点】计算能级跃迁过程中吸收或释放的光子的频率和波长；原子电离的条件；氢原子光谱及巴耳末公式．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；分析综合能力．【答案】AC【分析】根据巴耳末—里德伯公式，结合n＝∞→k＝1跃迁，得出波长，并确定对应的频率，同理可得出由n＝3→k＝2跃迁时发出的能量，即可求解。【解答】解：A．如果大量氢原子处在n＝3能级，能辐射出3种不同波长的光，其中波长最短的光是n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的，故A正确；B．要使处于n＝2激发态的氢原子电离，它需要吸收的能量至少为3.4eV，故B错误；C．巴耳末公式只包含从高能态跃迁到第2能级时，放出的光子，因此只包含了氢原子的部分光谱线，故C正确；D．巴耳末公式n＝5时计算出的氢原子光谱的谱线，是n＝5能级向n＝2的能级跃迁造成的，故D错误。故选：AC。【点评】本题考查原子跃迁问题，掌握跃迁时释放的能量。（多选）15．（2024春•开封期末）如图为某款条形码扫描笔的工作原理图，发光二极管发出的光频率为ν0。将扫描笔笔口打开，在条形码上匀速移动，遇到黑色线条光几乎全部被吸收；遇到白色线条光被大量反射到光电管中的金属表面（截止频率0.8ν0），产生光电流，如果光电流大于某个值，会使信号处理系统导通，将条形码变成一个个脉冲电信号。下列说法正确的是（）A．扫描笔在条形码上移动的速度会影响相邻脉冲电信号的时间间隔 B．频率为ν0的光照到光电管的金属表面立即产生光电子 C．若频率为ν0的光子能量为8eV，则一群氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级过程中发出的光，有4种光可以识别条形码 D．若部分光线被遮挡，光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小【考点】分析能级跃迁过程中释放的光子种类；光电流及其影响因素．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理能力．【答案】AB【分析】扫描笔的移动速度越大则相邻脉冲电信号的时间间隔越小；根据光电效应的瞬时性分析；根据光电效应的条件及氢原子能级跃迁规律分析。【解答】解：A、相邻脉冲电信号的时间间隔与扫描笔在条形码上移动的速度大小有关，故A正确；B、频率为ν0的光大于金属的截止频率，照到光电管时发生光电效应是瞬间的，即立刻产生光电子，故B正确；C、光的频率大于金属的截止频率，即0.8ν0＝0.8×8eV＝6.4eV可以识别条形码，一群氢原子从n＝4能级跃迁到n＝1能级过程中发出的光的能量分别为E1＝﹣0.85eV﹣（﹣13.60）eV＝12.75eVE2＝﹣1.51eV﹣（﹣13.60）eV＝12.09eVE3＝﹣3.40eV﹣（﹣13.60）eV＝10.2eVE4＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51）eV＝0.66eVE5＝﹣0.85eV﹣（﹣3.40）eV＝2.55eVE6＝﹣1.51eV﹣（﹣3.40）eV＝1.89eV；可知有3种光可以识别条形码，故C错误；D、若部分光线被遮挡，光的频率不变，光照强度减小，则光电子飞出阴极时的最大初动能不变，但光电流减小，故D错误。故选：AB。【点评】本题的关键要读懂题意，熟练运用光电效应的条件与氢原子能级跃迁规律分析问题。三．填空题（共5小题）16．（2024春•厦门期末）在光电效应实验中，用频率为ν的光分别照射到a、b两种金属上，测得相应光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。已知金属a的极限频率大于金属b的极限频率，h为普朗克常量，则Eka＜Ekb（选填“＜”或“＞”），金属a的极限频率为ν−Eka【考点】爱因斯坦光电效应方程．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；分析综合能力．【答案】＜，ν−【分析】根据两金属的极限频率的关系可知其逸出功的大小关系，再根据光电效应方程判断光电子的最大初动能大小关系；根据光电效应方程求解金属a的极限频率。【解答】解：金属a的极限频率大于金属b的极限频率，则金属a的逸出功Wa大于金属b的逸出功Wb，根据光电效应方程Ek＝hν﹣W0可知Eka＜Ekb；根据Eka＝hν﹣Wa＝hν﹣hνa，解得金属a的极限频率为νa=ν−故答案为：＜，ν−【点评】此题考查了爱因斯坦光电效应方程，解决本题的关键掌握光电效应方程以及知道极限频率和逸出功的关系。17．（2024春•普陀区校级期末）如图，放射性元素镭在衰变过程中释放α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，则表示α射线的是③④，表示β射线的是①⑥；若射线都是垂直电场和磁场进入，则射线⑥将做以下三种运动中的哪一种：A.匀速圆周运动B.类平抛运动C.一般曲线运动填写你的选项并阐述理由在磁场中粒子仅受洛伦兹力，洛伦兹力始终垂直于速度方向提供向心力，故在磁场中做匀速圆周运动。【考点】α衰变的特点、本质及方程；β衰变的特点、本质及方程．【专题】定性思想；推理法；带电粒子在复合场中的运动专题；推理能力．【答案】③④，①⑥，A，在磁场中粒子仅受洛伦兹力，洛伦兹力始终垂直于速度方向提供向心力，故在磁场中做匀速圆周运动。【分析】根据粒子受电场力的方向分析；根据左手定则分析粒子受洛伦兹力的方向；根据粒子的受力特点分析运动性质。【解答】解：α射线实质为氦核，带正电，根据电荷所受电场力特点可知：③为α射线；在磁场中α射线受到的洛伦兹力向左，故④是α射线。β射线为电子流，带负电，根据电荷所受电场力特点可知：①为β射线；在磁场中β射线受到的洛伦兹力向右，故⑥是β射线。⑥是β射线，在磁场中粒子仅受洛伦兹力，洛伦兹力始终垂直于速度方向提供向心力，故在磁场中做匀速圆周运动。故选A。故答案为：③④，①⑥，在磁场中粒子仅受洛伦兹力，洛伦兹力始终垂直于速度方向提供向心力，故在磁场中做匀速圆周运动。【点评】能正确对α粒子和β粒子受力分析是解题的关键，注意在分析受洛伦兹力时，四指的指向。18．（2024春•鼓楼区校级期末）2021年5月28日，中国的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，向核聚变能源应用迈出重要一步。我国重大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应的方程为：12H+12H→x+0【考点】利用结合能或比结合能计算核能；结合能与比结合能的概念及简单计算．【专题】计算题；定量思想；推理法；重核的裂变和轻核的聚变专题；理解能力．【答案】23He【分析】根据核反应方程的电荷数守恒和质量数守恒写出方程式，分析产物x；根据能量守恒计算x的比结合能。【解答】解：由核反应方程的电荷数守恒和质量数守恒可得反应方程式为：12H根据能量守恒定律有：4E+ΔE＝3Ex，故x的比结合能Ex=故答案为：23【点评】本题主要考查学生对核反应方程中的电荷数守恒和质量数守恒的掌握，属于简单题。19．（2024•思明区校级模拟）根据玻尔原子结构理论，氦离子（He+）的能级图如图甲所示，大量处在n＝4的激发态的氦离子（He+）在向低能级跃迁的过程中会辐射出6种能量的光，用其中所辐射出的能量最小的光去照射光电管阴极K，电路图如图乙所示，合上开关，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于1.64V时，电流表示数仍不为零，当电压表读数大于或等于1.64V时，电流表读数为零。则光电管阴极材料的逸出功W＝1.00eV。【考点】分析能量跃迁过程中的能量变化（吸收或释放光子）；爱因斯坦光电效应方程．【专题】定量思想；推理法；光电效应专题；推理能力．【答案】6，1.00。【分析】根据跃迁规律计算；根据动能定理和爱因斯坦的光电效应方程计算。【解答】解：根据Cn2可得大量处在n＝4的激发态的氦离子（He+）在向低能级跃迁的过程中会辐射出6种能量的光。其中所辐射出的能量最小的光是从n＝4向n＝3能级跃迁时产生的，其能量为E＝E4﹣E3＝﹣3.4eV﹣（﹣6.04eV）＝2.64eV，根据动能定理和爱因斯坦的光电效应方程有eU＝hν﹣W0，其中E＝hν，代入数据解得W故答案为：6，1.00。【点评】掌握能级跃迁规律和爱因斯坦的光电效应方程是解题的基础。20．（2024•鲤城区校级模拟）全球首座球床模块式高温气冷堆核电站—山东荣成石岛湾高温气冷堆核电站示范工程送电成功，标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核能技术的国家之一。目前核电站获取核能的基本核反应方程：92235U+01n→56141Ba+3692Kr+3X，这个核反应方程中的X表示01n。这个核反应释放出大量核能；56141Ba的比结合能大于【考点】利用结合能或比结合能计算核能；用爱因斯坦质能方程计算核反应的核能．【专题】定量思想；推理法；爱因斯坦的质能方程应用专题；推理能力．【答案】01n【分析】根据核反应方程的书写规则推导X的属性，根据比结合能越大越稳定进行分析判断，结合爱因斯坦的质能方程列式求解。【解答】解：根据核反应书写规则，质量数守恒和电荷数守恒，X的质量数为1，电荷数为0，所以X表示中子，即01n；根据比结合能越大越稳定的规律可知，56141Ba的比结合能大于92235U的比结合能；根据爱因斯坦的质能方程，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝（m1+m4﹣m2﹣m3﹣3m4）c2＝（m1故答案为：01n【点评】考查核反应方程的书写规则以及爱因斯坦的质能方程，会根据题意进行分析求解。四．解答题（共5小题）21．（2024春•丰台区期末）康普顿效应揭示了光的粒子性，表明光子除了具有能量之外还具有动量。根据狭义相对论，光子的能量E与其动量p的关系为E＝pc，其中c为真空中光速。（1）推导波长为λ的单色光光子的动量表达式p=ℎ（2）在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，电子会带走一部分能量和动量。假设入射光子与静止的自由电子发生弹性碰撞，碰撞后光子的方向恰好与原入射方向垂直。已知入射光波长为λ0，散射后波长为λ1。a.画出碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图（在图中标出光子碰前、碰后的动量大小）；b.分析比较入射光波长λ0与散射后波长λ1的大小关系。（3）如同大量气体分子与器壁频繁碰撞产生压力一样，当光照射到物体表面时，也将产生持续均匀的压力，这种压力会对物体表面产生压强，这就是“光压”。有科学家设想利用太空中阻力很小的特点，可以在宇宙飞船上安装太阳帆，利用光压推动飞船前进，实现星际旅行。若将一个材质很轻、面积足够大的太阳帆完全展开，调整帆面方向，使其与太阳光照方向垂直。已知帆面处单位面积接收的太阳光辐射功率为P，其中被太阳帆表面反射的光占入射光比例为K，其余的入射光均被太阳帆面吸收，不考虑光子被反射前后的能量变化。推导太阳帆受到的光压P光的表达式。【考点】能量子与量子化现象；用动量定理求流体冲击问题．【专题】定量思想；推理法；光的波粒二象性和物质波专题；分析综合能力．【答案】（1）见解析；（2）a.碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图如图所示b.入射光波长λ0与散射后波长λ1的大小关系λ1＞λ0。（3）太阳帆受到的光压P光的表达式P光【分析】（1）根据能量与质量的关系，结合光子能量与频率的关系以及动量的表达式推导单色光光子的动量p=ℎ（2）①粒子碰撞前后系统的动量守恒，据此可求解；②光子与静止得电子发生碰撞后，光子把一部分能量传递给了电子，即碰撞后光子的能量减小了。（3）根据一小段时间Δt内激光器发射的光子数，结合动量定理和压强公式求出其在物体表面引起的光压的表达式。【解答】解：（1）根据E＝pcE＝hνc＝λν解得p=ℎ（2）a.根据p=ℎp0碰后光子的动量为p1根据动量守恒定律，碰撞后，光子的动量与碰后电子的动量的矢量和等于碰前入射光子的动量，矢量图如图所示；b.根据能量守恒定律，碰后光子的能量变小ℎλ解得λ1＞λ0散射后波长λ1大于入射光波长λ0；（3）一小段时间Δt内，太阳帆接收的光子数为n=P取光子初速度方向为正方向，根据动量定理得F⋅Δt=Knℎ光产生的压强为P光解得P光答：（1）见解析；（2）a.碰撞前后光子动量以及碰后电子动量三者的矢量关系图如图所示b.入射光波长λ0与散射后波长λ1的大小关系λ1＞λ0。（3）太阳帆受到的光压P光的表达式P光【点评】考查光子的能量与动量区别与联系，掌握动量定理的应用，注意建立正确的模型是解题的关键。22．（2024春•杨浦区校级期末）地球接近木星，以期利用“引力弹弓”效应加速，节省能源。示意如图1，该效应可等效为弹性碰撞，过程中由行星发动机产生的能量忽略不计。（1）为定量求解加速后的地球速度v1′，需要列出系统的动量守恒方程和动能相等方程。为使后者成立，需要保证“碰撞”前后地球与木星之间的距离相同，从而使得系统的引力势能相等。（2）经过计算，陶老师发现，由于木星质量m2远远大于地球质量m1，出射速度大小v1′＝v1+2v2，即地球获得了2v2的速度增量。对应的动能增量的来源是什么？“弹性碰撞”之后木星的速度约为多大？C。A.木星动能；v2B.太阳与该系统间的引力势能；v2+2v1C.系统的引力势能；v1（3）修复行星发动机之后，继续用卡车沿坡道运送燃料。设卡车额定功率P0＝5MW（兆瓦），满载总质量m＝500t（吨），爬坡坡度θ＝10°，摩擦阻力、空气阻力等阻力之和恒为50kN。①求卡车的最大速度；②若以恒定加速度0.5m/s2启动，求达到额定功率所需的时间；（4）恒星发动机利用核聚变产生能量。若1t的燃料经过核反应后，质量变为0.999t，则根据质能关系，可以判断出，地球获得的动能A。A.等于9×1019JB.小于9×1016JC.等于4.5×1016JD.小于4.5×1013J【考点】用爱因斯坦质能方程计算核反应的核能；机车以恒定加速度启动；利用动能定理求解机车启动问题；动量守恒与能量守恒共同解决实际问题．【专题】定量思想；推理法；动量和能量的综合；分析综合能力．【答案】（1）动量守恒、引力势能；（2）C；（3）答：①卡车的最大速度为100m/s；②若以恒定加速度0.5m/s2启动，达到额定功率所需的时间8.56s；（4）A。【分析】（1）（2）根据弹性碰撞的规律分析；分析探测器的动能大小变化，从而分析引力做功情况；在探测器被加速的过程中，只有探测器与行星之间的相互作用力做功，机械能守恒。（3）根据功率的相关知识和动能定理求解恒力启动和恒功率启动的最大速度和时间问题；（4）根据质能方程求地球获得的动能。【解答】解：（1）取木星的速度方向为正方向，系统动量守恒，可得：m2v2﹣m1v1＝m2v2′+mv1'“碰撞”前后地球与木星之间的距离相同，从而使得系统的引力势能相等，可得12联立可求出加速后的地球速度。（2）对应的动能增量的来源是木星对地球的万有引力做功。故ABD错误，C正确；故选：C。（3）①根据功率公式有：P0＝fvm代入数据解得：vm＝100m/s②由牛顿第二定律：F﹣f﹣mgsinθ＝ma又根据动学公式有：v＝at当到达最大功率时有：P0＝Fv联立代入数据解得：t＝8.56s（4）根据质能方程可知，地球获得的动能为：Ek＝Δmc2＝0.001×1000×（3×108）2J＝9×1016J，故BCD错误，故A正确。故选：A。故答案为：（1）动量守恒、引力势能；（2）C；（3）答：①卡车的最大速度为100m/s；②若以恒定加速度0.5m/s2启动，达到额定功率所需的时间为8.56s；（4）A。【点评】本题考查动量守恒在天体运动中的应用，解题关键掌握两个守恒在天体中的应用，理解机动车的两种启动方式中牛顿第二定律、动能定理的应用。23．（2024春•普陀区校级期末）（三）氢原子气体2022年10月，中国科学院国家天文台利用中国天眼FAST进行成像观测，在致密星系群“斯蒂芬五重星系”及周围天区，发现了巨大原子气体系统，也就是大量弥散的氢原子气体。氢原子内部质子和电子间距离为5.3×10﹣11m，质子与电子的相关数据、引力恒量、静电力常量见表。氢只有三种同位素：氕（P）原子核内有1个质子，无中子；氘（D）（重氢）原子核内有1个质子，1个中子；氚（T）（超重氢）原子核内有1个质子，2个中子。线度（半径）（m）质量（kg）电量（C）质子10﹣151.67×10﹣271.6×10﹣19电子10﹣189.1×10﹣311.6×10﹣19引力恒量G＝6.67×10﹣11N•m2/kg2静电力常量k＝9×109N•m2/C2（1）在计算质子和电子间相互作用力的大小时A（选择：A.能B.不能）将二者看作质点和点电荷，判断依据是两者间距远大于其线度。（2）质子与电子之间同时存在万有引力FG和静电力Fe，则FGFeA.≫1B.＞1C.≪1D.＜1（3）氢原子的能级图如图所示。a.已知红光的能量范围为1.61～2.00eV，绿光的能量范围为2.14～2.53eV，蓝光的能量范围为2.53～2.76eV，紫光的能量范围为2.76～3.10eV。若基态的原子吸收了12.09eV的能量，则能发出光是A。A.红光B.绿光C.蓝光D.紫光b.普朗克常量取6.6×10﹣34J•s，处于n＝6能级的氢原子，其能量为﹣0.38eV。大量处于n＝4能级的氢原子，发出电磁波的最大波长为1.9×10﹣6m。（结果均保留两位有效数字）c.大量的氢原子处于n＝4的激发态，当氢原子中的电子发生自发跃迁时，在此过程中A。A.原子辐射一系列频率的光子B.原子吸收一系列频率的光子C.原子吸收某一频率的光子D.原子辐射某一频率的光子（4）人造地球卫星绕地球做圆周运动与玻尔氢原子模型中电子绕原子核做圆周运动类似。a.下列说法正确的是C。A.它们做圆周运动的向心力大小跟轨道半径成反比B.它们都只能在一系列不连续的轨道运动C.电子轨道半径越大，氢原子能量越大D.同一卫星在不同轨道运动时，机械能相等b.人造地球卫星与氢原子模型中电子的运动高度相似的原因是：人造地球卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，它们运动的向心力的大小都跟半径的二次方成反比。c.根据玻尔原子模型，氢原子在辐射电磁波后，原子的电势能减小，氢原子的核外电子的速度增大（均选填“减小”“不变”或“增大”）。【考点】分析能级跃迁过程中释放的光子种类；天体运动中机械能的变化；库仑定律的表达式及其简单应用．【专题】比较思想；极端假设法；原子的能级结构专题；理解能力．【答案】（1）A、两者间距远大于其线度；（2）C；（3）A、﹣0.38、1.9×10﹣6、A；（4）C、人造地球卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，它们运动的向心力的大小都跟半径的二次方成反比、减小、增大。【分析】（1）根据点电荷理想模型的条件进行判断；（2）根据万有引力定律和库仑定律并代入相关数据求两者比值，可以得到结论；（3）根据波尔的跃迁假设和能量子公式、光速与波长频率之间的关系计算最大波长；（4）根据玻尔原子结构模型、结合向心力公式、牛顿第二定律、万有引力定律和经典电磁理论分析判断。【解答】解：（1）在计算质子和电子间相互作用力的大小时能将二者看作质点和点电荷。判断依据是两者间距远大于其线度。（2）根据万有引力定律和库仑定律有：FG=G代入数据可知：FG故选：C。（3）a若基态的原子吸收了12.09eV的能量，刚好跃迁到n＝3能级，由n＝3能级跃迁到n＝1能级释放光子能量为12.09eV，不在红光、绿光、蓝光和紫光的能量范围。由n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子能量为1.89eV，在红光能量范围内，不在绿光和蓝光的能量范围内。故BCD错误，A正确。故选：A。b处于n＝6能级的氢原子，其能量为：E6=E由n＝4能级跃迁到n＝3能级释放光子能量最小，其能量为：E＝E4﹣E3＝﹣0.85eV+1.89eV＝0.66eV根据光子能量公式：E=ℎν=ℎ代入数据得发出电磁波的最大波长为：λ＝1.9×10﹣6mc大量的氢原子处于n＝4的激发态，当氢原子中的电子发生自发跃迁时，在此过程中可辐射出C种不同频率的光子，即原子辐射一系列频率的光子，故BCD错误，A正确。故选：A。（4）aA、向心力由库仑力提供，所以它们做圆周运动的向心力大小跟轨道半径的平方成反比，故A错误；B、人造卫星能在连续轨道运动，而电子只能在一系列不连续轨道运动，故B错误；C、电子轨道半径越大，氢原子能量越大，故C正确；D、同一卫星由低轨道变向高轨道，有其他能量转化为机械能，卫星的机械能增大，故D错误。故选：C。b人造地球卫星与氢原子模型中电子的运动高度相似的原因是：人造地球卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，它们运动的向心力的大小都跟半径的二次方成反比。c氢原子在辐射电磁波后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，能级减小，根据牛顿第二定律：ke故答案为：（1）A、两者间距远大于其线度；（2）C；（3）A、﹣0.38、1.9×10﹣6、A；（4）C、人造地球卫星绕地球做圆周运动，万有引力提供向心力，电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，它们运动的向心力的大小都跟半径的二次方成反比、减小、增大。【点评】本题考查波尔的原子结构模型及跃迁假设以及经典物理学的相关内容，在理解二者不同之外，更要理解物理学家是如何提出相关理论，并由此解决一系列问题的方法。24．（2024春•济南期末）索末菲继承并进一步发展了玻尔的氢原子理论，除了能成功解释氢原子光谱的实验规律，还能解释类氢离子光谱的实验规律，对量子力学的发展起到了重要的促进作用。按照两人的相关理论，氢原子或类氢离子中的电子绕原子核（可以看作静止）做匀速圆周运动的轨道只可能是某些确定的轨道，如图所示，轨道序号从内到外分别是n＝1，2，3，4…。当电子在不同轨道上运动时，氢原子或类氢离子具有不同的能量状态，轨道序号n＝1时的能量状态称为基态，轨道序号n≥2时的能量状态称为激发态，氢原子或类氢离子的能量等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和。理论证明，电荷量分别为+q1和﹣q2的点电荷相距为r时，取无穷远处为电势能零点，此两电荷系统的电势能的表达式为Ep=−kq1q2r，其中k＝9.0×109N•m2/C2。电子绕原子核（可看作静止）在轨道序号为n的轨道上做圆周运动时，其轨道周长为电子物质波波长（电子物质波波长λ与其动量mvn的关系为λ=ℎm（1）氢原子处于基态时的电子的动能；（2）氢原子处于基态时的能量；（3）核外只有一个电子的一价氦离子（He+）是一种类氢离子，求该离子处于基态时的能量；（4）大量处于基态的一价氦离子（He+）受到激发后到某一激发态，所形成的光谱中仅有一条可见光的谱线，已知可见光光子能量的范围为1.62eV～3.11eV，求该可见光谱线对应的波长。【考点】计算能级跃迁过程中吸收或释放的光子的频率和波长；氢原子能级图；分析能量跃迁过程中的能量变化（吸收或释放光子）．【专题】定量思想；推理法；原子的能级结构专题；推理能力．【答案】（1）氢原子处于基态时的电子的动能为13.58eV；（2）氢原子处于基态时的能量为﹣13.58eV；（3）该离子处于基态时的能量为﹣54.32eV；（4）该可见光谱线对应的波长为472nm。【分析】（1）根据牛顿第二定律结合动能公式解答；（2）根据氢原子能量等于动能与势能之和解答；（3）根据一价氦离子（He+）原子核电量与氢原子电荷量的关系解答；（4）根据能级跃迁规律分析解答。【解答】解：（1）根据库仑力提供向心力有ke2r根据动能的公式有Ek1=代入数据解得Ek1＝13.58eV（2）根据题意可知Ep1=−E1＝Ek1+Ep1解得E1＝﹣13.58eV（3）设一价氦离子（He+）的原子核带电量为Q，处于序号为n的轨道时kQer2πrn＝nℎ解得rn=根据动能与势能的公式有Ekn=Epn=−En＝Ekn+Epn解得En=−一价氦离子（He+）原子核电量为Q＝2e，类比以上分析可知，一价氦离子（He+）系统基态的能量为氢原子基态能量的4倍，即一价氦离子（He+）的基态能量为E1＝﹣13.58eV×4＝﹣54.32eV（4）一价氦离子（He+）的处于不同能量态时的能量分别为：E1＝﹣54.32eVE2＝﹣13.58eVE3＝﹣6.04eVE4＝﹣3.40eVE5＝﹣2.18eVE6＝﹣1.51eV要能观察到可见光范围内的光谱线，发生跃迁的两能级的能量之差应在可见光的能量范围为1.63eV～3.10eV，要仅能观察到一条可见光范围内的光谱线，由上述一价氦离子（He+）的能级分布可知，可将一价氦离子（He+）激发到第4或者第5能级，从第4能级跃迁到第3能级发出的光符合要求。ΔE＝E4﹣E3＝﹣3.40eV﹣（﹣6.04）eV＝2.64eVΔE＝hc解得：λ＝4.72×10﹣7m＝472nm答：（1）氢原子处于基态时的电子的动能为13.58eV；（2）氢原子处于基态时的能量为﹣13.58eV；（3）该离子处于基态时的能量为﹣54.32eV；（4）该可见光谱线对应的波长为472nm。【点评】本题玻尔理论的内容，掌握牛顿第二定律的应用，理解能量守恒的表达式，注意正确的符号运算也是解题的关键。25．（2024•江苏模拟）大量处于n＝5激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将这些不同频率的光分别照射到图甲电路中光电管阴极K上时，只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像（如图乙）。已知a光对应的遏止电压为Ua，氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En（1）求光电管阴极的逸出功W0和b光对应的遏止电压Ub。（2）若用b光照射，光电管两端加上的电压UKA＝U0，求电子到达A极时的最大动能Ekm。【考点】原子能级跃迁与光电效应的结合．【专题】定量思想；推理法；物理光学综合专题；推理能力．【答案】（1）光电管阴极的逸出功−1516E（2）电子到达A极时的最大动能eU【分析】（1）只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像，说明只有能级差最大的两种光发生光电效应，根据跃迁方程结合光电效应方程以及最大初动能与遏止电压关系可以求出光电管阴极的逸出功W0和b光对应的遏止电压Ub；（2）用b光照射，光电管两端加上的电压UKA＝U0，可以根据光电效应方程结合动能定理求电子到达A极时的最大动能Ekm。【解答】解：（1）只能测得两条光电流随光电管两端电压变化的图像，说明只有能级差最大的两种光发生光电效应，即hνa＝E4﹣E1hνb＝E5﹣E1a光照射时eUa＝（E4﹣E1）﹣W0解得W0b光照射时eUb＝（E5﹣E1）﹣W0解得Ub（2）由能量守恒定律有Ekm＝eUb﹣eU0解得Ekm答：（1）光电管阴极的逸出功−1516E（2）电子到达A极时的最大动能eU【点评】该题考查光电效应方程与能级跃迁的基本运用，关键将能级跃迁与发生光电效应的条件对应。

考点卡片1．天体运动中机械能的变化【知识点的认识】1.本考点旨在针对卫星变轨过程中的机械能变化情况。2.卫星变轨有两种情况，一种是低轨加速进高轨；一种是高轨减速进低轨。3.加速过程需要发动机向后喷气，根据牛顿第三定律，气体对卫星的作用力向前，对卫星做正功，卫星的机械能增加；反之，减速过程需要发动机向前喷气，根据牛顿第三定律，气体对卫星的作用力向后，对卫星做负功，卫