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专题18 原子结构与原子核
2026年高考物理真题及高考模拟优选试题分类汇编，分类练习，高效提分！按照物理学科知识点构成情况，将试题分解组合，全面呈现物理学科知识点在当年高考中及模拟中的考查情况，旨意方便老师和学生掌握高考命题动向、熟悉高考考查方式。
一．选择题（共19小题）
1．（2026 江苏）氢原子基态轨道的能量为E1，激发态轨道的能量为E2，已知普朗克常量为h。则电子从该激发态跃迁至基态轨道释放的光子频率为（　　）
A．E1 B．E2 C． D．
2．（2026 广东）核钟是基于原子核能级跃迁来建立高精度时间标准的装置，原子核可吸收光子发生类似原子的能级跃迁。现有一种激光能够激发某原子核从基态跃迁至激发态，其能级差约为1.3×10﹣18J，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J s，真空中光速c＝3.0×108m/s。关于该激光，下列说法正确的是（　　）
A．光强倍增，此能级跃迁不能发生
B．光强减半，此能级跃迁不能发生
C．频率约为2.0×1016Hz
D．波长约为1.5×10﹣7m
3．（2026 浙江）卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，其核反应方程为，这是人类第一次实现原子核的人工转变。方程中X是（　　）
A． B． C． D．
4．（2026 甘肃）铅（Pb）205放射性核素的半衰期约为1700万年，对其丰度的研究为推断太阳的形成时间提供了重要的科学依据。天体环境中，形成铅205的重要机制之一是铊（Tl）核的束缚态β衰变，其方程为。下列说法正确的是（　　）
A．X＝81
B．Y＝206
C．核的中子数为124
D．核与核质量数不同
5．（2026 北京）氟18是正电子发射断层成像（PET）中常用的放射性核素，可通过HO→F+（　　）核反应制备，括号内的粒子为（　　）
A．He B．e C．e D．n
6．（2026 广西）两种重金属元素铀（235U）和钚（235Pu），下列选项中相等的是（　　）
A．核电荷数 B．质量数 C．原子质量 D．中子数
7．（2026 山东）我国钍资源丰富并成功实现了钍﹣铀核燃料转换，开辟了核燃料供应的新途径。转换过程的中间核素Pa可能会经历两种核反应，反应式为Pa+X→Pa，Pa→U+Y，则X、Y分别是（　　）
A．e、n B．n、H
C．n、e D．e、H
8．（2026 江苏）已知某种元素的半衰期为39万年，一群该元素对应的粒子的原始质量为m0，经历12万年后该粒子的质量剩余m1，则下列关于剩余的该粒子质量随时间变化的图像正确的是（　　）
A． B．
C． D．
9．（2026 湖北）2025年6月，我国成功掌握商用堆生产钇﹣90（Y）玻璃微球的技术，可实现批量化生产。在核反应堆中，Y由核反应YX→Y生成，则（　　）
A．X是质子 B．X是电子 C．a＝90 D．b＝0
10．（2026 山西）正电子e+与电子e﹣湮灭产生的光子是探测中微子的重要信号。一个静止的正电子与一个静止的电子湮灭转化为两个γ光子，该过程动量和能量都守恒。已知正电子与电子的质量均为m，光速为c，普朗克常量为h，则这两个γ光子（　　）
A．总能量为mc2 B．频率均为
C．总动量为2mc D．波长均为
11．（2026 西藏）自由中子可以衰变，其衰变方程为，其中为反中微子（质量近似为零）。由中子的衰变方程可知（　　）
A．质子的质量小于中子的质量
B．中子的质量小于质子和电子的质量之和
C．反中微子的电荷量与质子的电荷量相等
D．反中微子的电荷量与电子的电荷量相等
12．（2026 台湾）钍（Th）有很长的衰变期，是地球上储量最丰富的放射性元素，当它从Th衰变到Th的过程中，发生α衰变与β衰变的总次数，下列何者正确？（　　）
A．一次β衰变 B．两次β衰变
C．一次α衰变 D．一次α衰变，两次β衰变
E．两次α衰变，两次β衰变
13．（2026 台湾）若行星甲与恒星乙的距离为R，在行星甲表面正对恒星乙所测得每单位面积接收到恒星乙发出光能的功率为P。假设行星甲的半径远小于R，且恒星乙发出的光能全部由质能互换产生，则恒星乙单位时间损失的质量为下列何者？（光速以c表示，半径为R的球之表面积为4πR2）（　　）
A．2πPR2c2 B．4πPR2c2 C． D．
E．
14．（2026 湖南）关于原子核衰变，下列说法正确的是（　　）
A．原子核发生α衰变时，电荷数增大
B．原子核发生α衰变时，质量数增大
C．衰变产生的α粒子穿透能力强，可以穿透几厘米厚的铅板
D．理论研究表明，Rn（氡核）可能在一次衰变过程中放出两个α粒子，则其衰变方程为Rn→HePb
15．（2026 松滋市模拟）北斗二期导航系统的“心脏”是上海天文台自主研发的星载氢原子钟，它是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟的。如图为氢原子能级图，则下列说法正确的是（　　）
A．氢原子从低能级向高能级跃迁时辐射光子
B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，形成的线状光谱总共有3条亮线
C．大量处于n＝4能级的氢原子辐射出来的光子中，波长最长的光子能量为0.66eV
D．用大量能量为3.6eV的光子持续照射处于基态的氢原子，可使其电离
16．（2026 文县一模）如图为氢原子的发射光谱，Hα、Hβ、Hγ、Hδ是其中的四条光谱线，已知普朗克常量h＝6.63×10﹣34J s、真空中光速c＝3×108m/s，可见光的波长400nm﹣700nm之间，则下列说法正确的是（　　）
A．该光谱由氢原子核能级跃迁产生
B．Hα谱线对应光子的能量最大
C．Hγ谱线对应的是可见光中的红光
D．Hβ谱线对应光照射逸出功为2.25eV的金属钾，该金属钾可以发生光电效应
17．（2026 西安模拟）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定（　　）
A．Hα对应的前后能级之差最小
B．同一介质对Hα的折射率最大
C．同一介质中Hδ的传播速度最大
D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能
18．（2026 重庆模拟）现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？（假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的）（　　）
A．2200 B．2000 C．1200 D．2400
19．（2026 丰台区模拟）一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子（　　）
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
二．多选题（共4小题）
（多选）20．（2026 浙江）如图甲所示，初速度近似为0的热电子进入电势差为U0的加速区，被加速后轰击处于基态的冷氢原子气体，电子和原子发生弹性或非弹性碰撞。发生非弹性碰撞的部分电子使氢原子激发到不同能级（两个电子连续激发同一原子概率极低，可忽略），电子能量减小后向不同方向射出。具有不同能量的电子经准直后，均从O点以入射角θ＝45°射入电势差U＝8V、间距d＝4cm的两极板间匀强电场区，经电场偏转后打到下极板上，形成一系列分立的荧光斑点，其中最远的斑点离O点距离L＝12.8cm。已知氢原子能级如图乙所示。则（　　）
A．加速电压U0＝12.8V
B．被激发的氢原子可发出3种不同频率的可见光
C．下极板上可以观测到5个荧光斑点
D．相邻荧光斑点间距的最大值为10.2cm
（多选）21．（2026 台湾）缈子是基本粒子，其所带的负电量与电子相同但质量约为电子质量的200倍。若将氢原子核外的电子以缈子取代，依据玻尔的氢原子模型，试问下列关于此特殊的类氢原子基态相较于一般氢原子基态的叙述，哪些正确？（　　）
A．缈子轨道半径较小
B．缈子基态能量较大
C．缈子绕行氢原子核的周期较短
D．缈子受氢原子核库仑力量值较小
E．缈子绕行氢原子核角动量量值较小
（多选）22．（2026 四川）分离铀238和铀235常采用离心分离技术，将含有铀238和铀235两种同位素的气态六氟化铀（238UF6和235UF6）在高速转动的气体离心机中进行分离，如图所示。则（　　）
A．图中a为235UF6分子
B．图中b为235UF6分子
C．铀238和铀235的中子数相同
D．铀238和铀235的质子数相同
（多选）23．（2026 浙江）下列说法正确的是（　　）
A．变化的电场会产生磁场
B．汽车经过凹形路面最低点时处于超重状态
C．相对论时空观认为运动物体的长度与速度无关
D．秦山核电站通过提取海水中的氘和氚进行核反应获取能量
三．填空题（共1小题）
24．（2026 福州模拟）大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光，用这些光照射如图甲所示的光电管的阴极K。已知氢原子的部分能级图如图乙所示，阴极K为金属钨，其逸出功为4.54eV。这些氢原子最多发出 　 　 种不同频率的光，其中能使金属钨发生光电效应的光有 　 　 种。
四．解答题（共4小题）
25．（2026 上海）近年来，我国在空间科技领域取得了举世瞩目的成就，中国空间站全面建成并进入常态化运营，深空探测任务不断取得新突破。从航天器携带的核燃料电池，到空间站的轨道维持与调整，再到卫星在近地空间的电磁环境分析，无一不蕴含着丰富的物理学原理。
（1）航天器中一种可能的铀核裂变方程为Un→BaKr+　 　 。
A.n B.n C.e D.e
（2）若某核反应发生前，所有参与反应物质的总静止质量为M1；反应完成后，所有生成物的总静止质量为M2。已知真空中的光速为c，则该核反应过程中释放的核能ΔE＝　 　 。
（3）假设在某段时间内，某空间站轨道高度先后进行了两次自然衰减，第一次下降了小高度Δh，第二次也下降了小高度Δh。若这两次下降过程中，空间站引力势能的变化量绝对值分别为|ΔEp1|、|ΔEp2|，则二者的大小关系为　 　 。
A.|ΔEp1|＞|ΔEp2| B.|ΔEp1|＝|ΔEp2| C.|ΔEp1|＜|ΔEp2|
（4）某空间站绕地球做匀速圆周运动，其运动的轨道半径为r，空间站自身质量为m，则该空间站的动能为　 　 。（已知地球质量为M，引力常量为G）
（5）地球磁场会对运行在近地空间的带电物体产生影响。某人造地球卫星在赤道正上方自西向东飞行。若将该卫星视作一个高速运动的“正电子”（带正电荷），则在此位置其受到地球磁场力的方向为　 　 。
A.向上 B.向下 C.向西 D.向东
26．（2026 闽侯县模拟）2021年12月30日，我国科学家利用东方超环实现了7000万摄氏度下长脉冲高参数等离子体持续运行1056秒，这是人类首次实现人造太阳持续脉冲过千秒，对世界的可控核聚变发展来说都具有里程碑的意义。已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u（质量亏损为1u时，释放的能量为931.5MeV）。（计算结果单位为MeV，保留两位有效数字）
（1）写出该反应的核反应方程；
（2）求该反应释放的核能。
27．（2026 闵行区二模）可控核聚变俗称“人造太阳”，其原理简单而迷人：模仿太阳，将氢原子核在极高温度下碰撞融合，释放出巨大的能量。不过，在地球上复刻太阳并不容易。核心难点在于如何长时间、稳定地约束住温度高达上亿度的等离子体。
（1）若核聚变反应的方程为HH→He+x+ΔE，已知氘、氚核的结合能分别为E1、E2，反应中释放的核能为ΔE。
①反应产物x是 　 　 （写符号）；
②反应产物氦核的结合能为E3＝ 　 　 。
（2）某同学设想可以用磁场约束高温等离子体，若某电子以初速度v0进入磁感应强度为B的匀强磁场，如图所示，在xOz平面内，v0方向与B的方向夹角为θ。（不考虑离子间的相互作用）
①该电子在磁场中运动情况，正确的是 　 　 。
A.视线迎着x轴正方向观察，沿顺时针做匀速圆周运动
B.视线迎着y轴正方向观察，沿顺时针做匀速圆周运动
C.沿x轴正方向做匀速直线运动
D.沿x轴正方向做匀加速直线运动
②（计算）已知电子的荷质比为k，该电子在yOz平面内的运动被约束在一个多大面积的空间内？
28．（2026 上城区模拟）科学家发现通过人工磁场可使光子晶体中的光发生偏转，打破了光学的对称性。某实验室设计了一种新型光子晶体，能使光子在传播过程中受到类似洛伦兹力的作用。如图所示，一束激光（波长λ＝442nm，功率P＝10mW）从光源O点发出，从P点沿x轴入射，穿过宽度L＝0.6m的平行光子晶体区域（区域中存在垂直平面向里的“人工磁场”。已知光子在晶体中的速度v＝2×108m/s，等效电荷q＝1.6×10﹣19C。在光子晶体右侧平行x轴放置完全反射的探测面，经偏转后的光束以某一角度（未知）撞击探测面。普朗克常量h＝6.63×10﹣34J s，光速c＝3×108m/s，传播过程中激光能量不衰减。提示：单个光子等效质量，其中E为单个光子能量。（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）求：
（1）单个光子的等效质量m；
（2）光子在晶体中的轨迹半径r和偏转位移d（离x轴距离）；
（3）若磁场存在梯度分布：以P点为坐标原点，B＝B0（1﹣βx）β＝1m﹣1，求激光束打在探测板上受到探测板的作用力F大小（仅考虑出射晶体时的折射情况）；
（4）若可调节晶体折射率，使光子在晶体中速度可在0～2×108m/s范围内变化，光从P点进入一块上述光子晶体，OP＝1m，请你设计光子晶体的形状，使光子在以上速度范围内经过晶体内磁场偏转后都可以回到O点，画出晶体形状，并计算最小面积。（不考虑进出晶体界面处由于折射反射引起的方向改变）
专题18 原子结构与原子核
参考答案与试题解析
一．选择题（共19小题）
1．【答案】D
【分析】由能级跃迁公式计算。
【解答】由能级跃迁公式E2﹣E1＝hν
，故ABC错误，D正确。
故选：D。
2．【答案】D
【分析】由能级跃迁公式，发生能级跃迁的条件，光速、波长与频率的关系计算。
【解答】AB.由能级跃迁公式ΔE＝hν，发生能级跃迁的条件是与吸收光子的频率有关，与光的强度无关，保持频率不变，光强变化时都能发生能级跃迁都能发生能级跃迁，故AB错误；
CD.由ΔE＝hν＝1.3×10﹣18J，解得ν≈2.0×1015Hz，又c＝λν，解得λ＝1.5×10﹣7m，故C错误，D正确。
故选：D。
3．【答案】A
【分析】根据核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒，列方程计算。
【解答】设X的电荷数为Z，质量数为m，根据核反应过程遵循电荷数守恒和质量数守恒有14+4＝17+m，7+2＝8+z，解得m＝1，z＝1，故A正确，BCD错误。
故选：A。
4．【答案】C
【分析】根据核反应遵循质量数与电荷数守恒解答AB选项；根据原子核的电荷数、质量数与质子数、中子数之间的关系解答CD选项。
【解答】AB、核反应遵循质量数与电荷数守恒，由此易得：81＝X+（﹣1）；Y＝205+0，解得：X＝82，Y＝205，故AB错误；
CD、（即）的质量数与核质量数相同均为205，其电荷数即质子数为81，由此可得其中子数为205﹣81＝124，故C正确，D错误。
故选：C。
5．【答案】D
【分析】根据核反应方程的质量数守恒与电荷数守恒判断。
【解答】核反应过程质量数守恒，则括号内的粒子质量数A＝1+18﹣18＝1
核反应过程电荷数守恒，则括号内的粒子电荷数为Z＝1+8﹣9＝0，可知括号内的粒子为中子，故ABC错误，D正确。
故选：D。
6．【答案】B
【分析】根据原子核的符号的物理意义结合质量数＝质子数+中子数及核电荷数＝质子数＝原子序数判断即可；原子质量由原子核内所有质子、中子的质量和核外电子质量共同决定判断即可。
【解答】ABD、根据原子核的符号的物理意义可知重金属元素铀（235U）和钚（235Pu）质量数相等，铀和钚是不同元素，质子数（核电荷数）不同；根据“中子数＝质量数﹣质子数”，二者质子数不同、质量数相同，因此中子数也不同，故B正确，AD错误；
C、原子质量由原子核内所有质子、中子的质量和核外电子质量共同决定，二者质子、中子总数相同但质子和中子的各自数量不同，因此原子质量不相等，故C错误。
故选：B。
7．【答案】C
【分析】根据质量数和电荷数守恒分析。
【解答】根据质量数和电荷数守恒，有
233+A＝234
91+Z＝91
解得
A＝1，Z＝0
可知X为
233＝233+AY
91＝92+ZY
解得
AY＝0，ZY＝﹣1
可知Y为。故C正确，ABD错误。
故选：C。
8．【答案】A
【分析】根据半衰期的计算公式结合图像的非线性特点列式进行分析解答。
【解答】根据半衰期公式，半衰期τ＝39万年，则图像的横坐标为39万年（一个半衰期）时，对应的纵坐标为m0，又由半衰期的表达式可知，剩余粒子的质量随时间的变化规律是非线性的，图像应该是曲线，故A正确，BCD错误。
故选：A。
9．【答案】D
【分析】根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒，生成物钕的质量数为90、电荷数为60，放出的粒子质量数为0、电荷数为负一，可推知母核的质量数等于90、电荷数等于59，且放出的粒子是电子即β粒子。
【解答】AB.由质量数守恒和电荷数守恒：a＝90+0＝90，b＝60+（﹣1）＝59，X的质量数为90、电荷数为59，故AB错误；
C.由质量数守恒：a＝90﹣1＝89
故C错误；
D.由电荷数守恒：39+b＝39
代入数据可得b＝0，故D正确。
故选：D。
10．【答案】B
【分析】根据动量守恒判断光子的运动方向，利用质能方程和能量守恒分析光子的能量、频率与波长。
【解答】AB.由质能方程，湮灭释放总能量E＝2mc2
每个光子能量E＝mc2
由E＝hν
得频率，故B正确，A错误；
C.根据动量守恒，系统初始总动量为零，湮灭后总动量也为零，两个光子动量大小相等、方向相反，总动量为零，故C错误；
D.由，波长为，故D错误。
故选：B。
11．【答案】A
【分析】中子衰变过程会释放能量，存在质量亏损，据此分析；根据衰变方程的电荷数守恒分析。
【解答】AB．中子衰变过程会释放能量，所以存在质量亏损，则衰变前中子的质量大于衰变后所有产物的质量之和，因此中子的质量大于质子与电子的质量之和，质子的质量一定小于中子的质量，故A正确，B错误；
CD．根据衰变方程的电荷数守恒，左侧总电荷数为0，右侧质子电荷数为+1、电子电荷数为﹣1，因此反中微子的电荷数为0，既不等于质子的电荷量也不等于电子的电荷量，故CD错误。
故选：A。
12．【答案】D
【分析】根据两种衰变的特点，求出钍衰变成过程中发生α衰变与β衰变的次数。
【解答】发生α衰变是放出α粒子，发生β衰变是放出电子，从Th衰变到Th的过程中，设发生了x次α衰变和y次β衰变，则根据质量数和电荷数守恒有：2x﹣y+90＝90，4x+228＝232，解得x＝1，y＝2，故衰变过程中共有1次α衰变和2次β衰变。故D正确，ABCE错误。
故选：D。
13．【答案】E
【分析】题目描述行星甲表面正对恒星乙单位面积接收光能功率为P，行星半径远小于R，因此行星表面可近似视为位于距离恒星R处的球面上一点。恒星乙向四周均匀辐射能量，其总功率等于以R为半径的球面上单位时间通过的总能量，即总功率为球面积与P的乘积。根据质能方程，恒星单位时间损失的质量与单位时间释放的总能量通过光速平方相关联，因此待求质量损失率等于总功率除以光速平方。
【解答】恒星乙向四周均匀辐射能量，以距离R为半径的球面总面积为S＝4πR2；
恒星乙发光辐射的总功率（即单位时间释放的总能量）满足；
根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2，恒星单位时间释放的能量与其单位时间损失的质量Δm之间的关系为；
联立上述方程解得恒星乙单位时间损失的质量，故E正确，ABCD错误。
故选：E。
14．【答案】D
【分析】AB、α衰变即原子核释放出一个氦原子核变成一个新的原子核的过程；
C、α射线贯穿能力很弱，电离作用很强，β射线能贯穿几毫米厚的铝板，电离作用较强，γ射线穿透本领最强，甚至能穿透几厘米厚的铅板；
D、原子核在衰变时质量数之和不变，电荷数之和不变。
【解答】AB、原子核发生α衰变后，质量数减小4，电荷数减小2，故AB错误；
C、α粒子流电离能力强，穿透能力弱，一张纸就能把它挡住，故C错误；
D、原子核发生衰变时质量数之和不变，电荷数之和不变，释放出两个α粒子后新核质量数为216﹣4×2＝208，电荷数为86﹣2×2＝82，故D正确。
故选：D。
15．【答案】C
【分析】（1）向外辐射光子后，氢原子能级降低，向内吸收光子后，氢原子能级升高；
（2）一群氢原子向低能级跃迁辐射不同频率的光子种数可用数学组合数计算；
（3）波长最长的谱线，可知其频率最低，从而其光子能量最小，则氢原子对应的能级跃迁的能级差最小，根据能级差计算氢原子对应的光子能量；
（4）根据电离的条件判断。
【解答】A、氢原子从低能级向高能级跃迁时需要吸收光子，故A错误；
B、大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，根据，形成的线状光谱总共有6条亮线，分别是4→3、4→2、4→1、3→2、3→1、2→1能级之间跃迁产生的。故B错误；
C、大量处于n＝4能级的氢原子辐射出来的光子中，波长最长的谱线，可知其频率最低，从而其光子能量最小，则氢原子对应的能级跃迁的能级差最小，根据能级差计算氢原子对应的光子能量，则波长最长的光子能量为4→3能级产生的，能量大小为0.66eV。故C正确；
D、若想使处于基态的氢原子电离，光子的能量最小需要13.6eV，故D错误。
故选C。
16．【答案】D
【分析】氢原子的发射光谱是由氢原子核外电子的跃迁产生的；
根据谱线得出波长的大小和频率的大小，结合能量子的计算公式得出光子能量的大小；
根据不同颜色的光的波长关系得出谱线对应的光的颜色；
根据光电效应方程结合光电子的能量分析出能否产生光电效应。
【解答】A．氢原子的发射光谱是由氢原子核外电子的跃迁产生，故A错误；
B．Hα谱线波长最长，频率最小，根据E＝hν，可知光子能量最小，故B错误；
C．可见光的波长介于400nm﹣700nm之间，而且红光、橙光波长较长，应该靠近700nm，蓝光、紫光波长较短，应该靠近400nm，故Hγ谱线对应的不是可见光中的红光，故C错误；
D．根据，可知Hβ谱线对应的光子能量2.56eV大于金属钾的光电子逸出功2.25eV，所以该金属钾可以发生光电效应，故D正确。
故选：D。
17．【答案】A
【分析】由波长与频率关系，可判定四条谱线的频率高低，从而确定其的能量大小，再结合跃迁过程中，释放能量即为前后能级之差，并由能量大小，来判定折射率的高低，再由v，来确定传播速度的大小；最后依据入射光的频率不小于极限频率时，才会发生光电效应现象。
【解答】A、四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，在真空中的波长由长到短，根据，可知，四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，的频率是由低到高；那么它们的能量也是由小到大，
而ΔE＝Em﹣En＝hγ，则Hα对应的前后能级之差最小，故A正确；
B、当在同一介质，由于Hδ，能量最大，那么其的折射率也最大，而对Hα的折射率最小，故B错误；
C、在同一介质中，Hδ的折射率最大，由v，可知，其传播速度最小，故C错误；
D、若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，由于Hβ的能量小于Hγ，即Hβ的频率小于Hγ，依据光电效应发生条件，其入射频率不小于极限频率则Hβ不一定能，故D错误；
故选：A。
18．【答案】A
【分析】根据题目给出的信息：处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的进行求解，分别求从n＝4出跃迁到n＝3、2、1原子数即为产生光子数，然后求出从n＝3出跃迁到n＝2、1时产生光子数，再求出从n＝2出跃迁到n＝1产生光子数，最后求和即可．
【解答】由题意知量子数为4的能级上的氢原子分别向量子数为3、2、1的能级上跃迁的氢原子数占总氢原子数的三分之一，产生总共产生1200个光子；
此时处于量子数为3的能级上的原子数目为：400个，处于n＝3能级上的氢原子分别向量子数为2、1的能级上跃迁的氢原子数各占二分之一，产生400个光子；
此时处于量子数为2的能级上氢原子总共有：400+200＝600个，氢原子向基态跃迁产生600个光子。所以此过程中发出的光子总数应该是1200+400+600＝2200，故BCD错误，A正确。
故选：A。
19．【答案】B
【分析】从高能级向低能级跃迁，释放光子，能量减少，从低能级向高能级跃迁，吸收光子，能量增加．
【解答】一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，
即从高能级向低能级跃迁，释放光子，能量减少。
故选：B。
二．多选题（共4小题）
20．【答案】AD
【分析】将电子初速度正交分解，结合电场力求得加速度，利用匀变速运动规律推导出电子水平位移与动能的关系式。代入最远斑点的数据求解加速电压，对比氢原子能级跃迁所需能量，判断电子能够激发的最高能级，确定可见光跃迁的种类；分析弹性、非弹性碰撞后电子剩余动能的全部可能取值，结合位移公式算出各个动能对应的水平落点，进一步求出相邻斑点的最大间距。
【解答】电子以入射角θ＝45°射入匀强电场，将初速度分解为水平分量vx＝v0cosθ和竖直分量vy＝v0sinθ。极板间电场强度，电子竖直方向竖直方向受到向下的电场力，加速度。电子从O点到下极板的过程，竖直方向位移为0，由匀变速直线运动位移公式有，解得总运动时间；水平方向电子不受力，做匀速直线运动，落点到O点的水平距离L＝vxt；结合电子初动能，可得。
A.最远斑点，对应碰撞后能量最大的电子，即未发生非弹性碰撞、动能无损失的电子。将最远距离L＝12.8cm、极板间距d＝4cm、极板电势差U＝8V代入，可得电子的最大动能Ekmax＝12.8eV。电子经加速区获得的动能为eU0，即eU0＝ 12.8eV，所以加速电压U0＝12.8V，故A正确。
B.根据氢原子能级数据，基态n＝1跃迁到n＝4能级需要吸收的能量为12.75eV，该能量小于电子的最大动能12.8eV，而跃迁到n＝5能级需要吸收的能量为13.06eV，大于电子最大动能。所以电子最多可以将基态氢原子激发至n＝4能级，无法激发到n＝5能级。本题中可以发生的可见光跃迁为n＝4到n＝2和n＝3到n＝2，一共能够发出2种不同频率的可见光，故B错误。
C.电子和基态氢原子发生碰撞时，既可以发生弹性碰撞，也可以发生非弹性碰撞。发生非弹性碰撞时电子损失的能量等于氢原子能级之间的能量差，可得碰撞后电子剩余动能共有4种可能：弹性碰撞，无能量损失：Ek1＝12.8eV；将氢原子激发到n＝2能级：Ek2＝12.8eV﹣10.2eV＝2.6eV；将氢原子激发到n＝3能级：Ek3＝12.8eV﹣12.09eV＝0.71eV；将氢原子激发到n＝4能级：Ek4＝12.8eV﹣12.75eV＝0.05eV。4种不同的剩余动能，对应4个分立的荧光斑点，故C错误。
D.根据，可得Ek1、Ek2、Ek3、Ek4对应的水平位移分别为L1＝12.8cm、L2＝2.6cm、L3＝0.71cm、L4＝0.05cm，可知相邻荧光斑点间距的最大值为10.2cm，故D正确。
故选：AD。
21．【答案】AC
【分析】玻尔的氢原子模型的电子绕行氢原子核角动量量值是量子化的，与电子质量无关。将氢原子核外的电子以缈子取代，类氢原子基态的角动量仍不变；由库仑力提供向心力，结合角动量不变，推导轨道半径、绕行速率、绕行周期的表达式；氢原子能量电子动能与电势能之和。
【解答】E、玻尔的氢原子模型的电子绕行氢原子核角动量量值是量子化的，与电子质量无关。基态的角动量为L，将氢原子核外的电子以缈子取代，类氢原子基态的角动量仍为L，故E错误；
A、在玻尔模型中，由库仑力提供向心力，可得：
结合角动量L＝mvr，可得轨道半径为：r，因缈子质量比电子的大，故缈子轨道半径较小，故A正确；
B、由：，可得动能为：Ek。电势能为：Ep
基态能量为：E1＝Ek+Ep，因缈子轨道半径较小，故缈子基态能量较小，故B错误；
C、由：与L＝mvr，联立可得：v，则绕行速率不变。
绕行周期T，因缈子轨道半径较小，故缈子绕行氢原子核的周期较短，故C正确；
D、库仑力量值F，因缈子轨道半径较小，故缈子受氢原子核库仑力量值较大，故D错误；
故选：AC。
22．【答案】BD
【分析】AB.根据离心运动向心力的知识结合同位素的不同质量进行判断；CD.根据同位素的质子数，中子数和核子数的计算分析解答。
【解答】AB.238UF6和235UF6是同位素，但238UF6的质量大于235UF6的质量，在高速转动的气体离心机中进行分离，238UF6的所需的向心力更大，则238UF6更容易做离心运动，远离圆心，故a为238UF6分子，b为235UF6分子，故A错误，B正确；
CD.铀238和铀235的质子数相同，质量数不同，则中子数不同，故C错误，D正确。
故选：BD。
23．【答案】AB
【分析】根据麦克斯韦电磁场理论，合外力与向心力的关系，结合相对论时空观，以及核电站是通过核裂变反应获取能量分析求解。
【解答】A、根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生磁场，故A正确；
B、汽车经过凹形路面最低点时，根据合外力提供向心力：FN﹣mg＝ma向，向心加速度向上，故汽车处于超重状态，故B正确；
C、在相对论时空观中，运动物体的长度（在运动方向上）与速度有关，且随速度的增加而收缩，故C错误；
D、秦山核电站是通过核裂变反应获取能量，其核心燃料是铀，而不是从海水中提取的氘和氚，故D错误；
故选：AB。
三．填空题（共1小题）
24．【答案】6；3
【分析】根据可以求解氢原子最多能发出多少种不同频率的光；根据能级跃迁公式可计算出对应跃迁的能级产生的能量，再结合光电效应方程：hγ＝W0+Ekm分析。
【解答】大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时最多发出6种不同频率的光，
根据能级跃迁公式可计算出对应跃迁的能级产生的能量为：
2→1，E21＝10.20eV
3→1，E31＝12.09eV
4→1，E41＝12.75eV
3→2，E32＝1.89eV
4→2，E42＝2.55eV
4→3，E43＝0.66eV
再结合光电效应方程：
hν＝W0+Ekm
可知能使金属钨发生光电效应的光有3种分别为4→1、3→1、2→1。
故答案为：6；3
四．解答题（共4小题）
25．【答案】（1）B；（2）（M1﹣M2）c2；（3）C；（4）；（5）A。
【分析】（1）由核反应遵循质量数与电荷数守恒解答。
（2）由核反应的质量亏损与爱因斯坦质能方程解答。
（3）根据万有引力定律与功能关系解答。
（4）对空间站由万有引力定律提供向心力，结合动能的定义解答。
（5）赤道正上方地球磁场方向为由南指向北，由左手定则判断磁场力的方向。
【解答】（1）由核反应遵循质量数与电荷数守恒，据此可得这种可能的铀核裂变方程为：Un→BaKrn，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（2）由核反应的质量亏损与爱因斯坦质能方程，可得该核反应过程中释放的核能为：ΔE＝Δmc2＝（M1﹣M2）c2。
（3）根据万有引力定律：F，可知轨道高度越小，轨道半径r越小，空间站所受万有引力越大，则第一次下降高度Δh的过程所受万有引力的平均值小于第二次降高度Δh的过程所受万有引力的平均值。可得第一次下降高度Δh的过程所受万有引力做的功小于第二次的，由功能关系可知，空间站引力势能的减小量等于其所受万有引力做的功，可得第一次下降高度Δh的过程引力势能的减小量小于第二次的，即|ΔEp1|＜|ΔEp2|，故C正确，AB错误。
故选：C。
（4）对空间站由万有引力定律提供向心力得：
该空间站的动能为：Ekmv2。
（5）赤道正上方地球磁场方向为由南指向北，将该卫星视作一个高速运动的“正电子”（带正电荷）且自西向东飞行，由左手定则可知，在此位置其受到地球磁场力的方向为向上，故A正确，BCD错误。
故选：A。
故答案为：（1）B；（2）（M1﹣M2）c2；（3）C；（4）；（5）A。
26．【答案】（1）该反应的核反应方程为；
（2）该反应释放的核能为3.3MeV。
【分析】（1）根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程；
（2）根据质能方程计算出聚变释放的能量。
【解答】（1）两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子，根据质量数守恒有2+2＝4
根据电荷数守恒有1+1＝2
则该反应的核反应方程
（2）根据爱因斯坦质能方程有ΔE＝Δmc2
解得ΔE＝（2×2.0136﹣3.0150﹣1.0087）×931.5MeV≈3.3MeV
答：（1）该反应的核反应方程为；
（2）该反应释放的核能为3.3MeV。
27．【答案】（1）①；②E1+E2+ΔE；（2）①C；②。
【分析】（1）①根据电荷数守恒和质量数守恒，可分析生成物的电荷数和质量数，确定反应产物；
②释放的核能应为生成物总结合能与反应物总结合能之差；
（2）①根据左手定则，可知电子在与B垂直方向的分运动，受到的洛伦兹力方向，结合电子的分速度方向，可得到电子做圆周运动的转动方向；由左手定则，可知电子在与B共线方向的分运动不受力，做匀速直线运动；
②由洛伦兹力提供向心力，可得到电子圆周运动的面积，可知电子被约束的面积大小。
【解答】（1）①核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，可知X的质量数为A＝2+3﹣4＝1，X的电荷数为Z＝1+1﹣2＝0，故X应为中子；
②氘、氚、氦核的结合能分别为E1、E2、E3，释放的核能应为生成物总结合能与反应物总结合能之差，即ΔE＝E3﹣E1﹣E2，则E3＝E1+E2+ΔE；
（2）①AB、根据左手定则，可知电子在与B垂直方向的分运动，受到的洛伦兹力方向，结合电子的分速度方向，可得到电子在yoz平面内做圆周运动，在迎着x轴的方向观察，电子的运动为逆时针，在迎着y轴的方向观察，只能看到直线运动，故AB错误；
CD、由左手定则，可知电子在与B共线方向的分运动不受力，做匀速直线运动，故C正确，D错误；
故选：C；
②由洛伦兹力提供向心力，可得：，电子圆周运动的面积为：S＝πr2，解得电子被约束的面积大小为：S。
故答案为：（1）①；②E1+E2+ΔE；（2）①C；②。
28．【答案】（1）单个光子的等效质量5×1036kg；
（2）光子在晶体中的轨迹半径r为1m和偏转位移d为0.2m；
（3）激光束打在探测板上受到探测板的作用力4.2×10﹣11N；
（4）最小面积Smin为。
【分析】（1）根据光子能量式子结合光子质能方程求解；
（2）根据带电粒子在磁场中运动情况求解即可；
（3）根据动量定理，结合折射率公式求解即可；
（4）当粒子旋转半径最小时，面积最小。
【解答】（1）光子的能量为
根据质能方程可知，光子的等效质量为m
代入数据得m＝5×1036kg；
（2）洛伦兹力充当向心力，故有
代入数据得r＝1m，
根据几何关系有d
代入数据得d＝0.2m；
（3）将粒子的速度分解，在y方向上的洛伦兹力与水平分速度有关，列动量定理，有ΣBqvx Δt＝mvy﹣0
即
即
代入数据得方向为
根据折射率公式，有碰撞时有动量定理，可知F
代入数据的F＝4.2×10﹣11N；
（4）由于
当v＝2×108m/s时，
代入数据的rmax＝1m
如图所示，曲线1为速度最大值时对应的轨迹，曲线2为速度为v时对应的一般轨迹，假设出射点为A（xy），由几何关系得r2+（x+1）2+y2＝1+r2，（x+1）2+y2＝1即所有出射点连接起来为圆弧。所以满足题意可设计如下图所示形状的光子晶体。则光子基体的最小面积为
Smin
代入数据得Smin。
故答案为：（1）单个光子的等效质量5×1036kg；
（2）光子在晶体中的轨迹半径r为1m和偏转位移d为0.2m；
（3）激光束打在探测板上受到探测板的作用力4.2×10﹣11N；
（4）最小面积Smin为。
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