2022高考物理第一轮复习 14 原子物理

试卷更新日期：2021-10-07 类型：一轮复习

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一、单选题

1. 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

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2. 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 $_{13}^{26} Al \to_{12}^{26} Mg + Y$ ，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

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3. 医学治疗中常用放射性核素 $^{113} In$ 产生 $γ$ 射线，而 $^{113} In$ 是由半衰期相对较长的 $^{113} Sn$ 衰变产生的。对于质量为 $m_{0}$ 的 $^{113} Sn$ ，经过时间t后剩余的 $^{113} Sn$ 质量为m，其 $\frac{m}{m_{0}} - t$ 图线如图所示。从图中可以得到 $^{113} Sn$ 的半衰期为（）

A、 $67 .3d$ B、 $101 .0d$ C、 $115 .1d$ D、 $124 .9d$

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4. 如图，一个原子核X经图中所示的一系列 $α$ 、 $β$ 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

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5. 银河系中存在大量的铝同位素 ${}_{13}^{26}A l$ ， ${}_{13}^{26}A l$ 核 $β$ 衰变的衰变方程为 $_{13}^{26} Al \to_{12}^{26} Mg +_{1}^{0} e$ ，测得 ${}_{13}^{26}A l$ 核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（　　）

A、 ${}_{13}^{26}A l$ 核的质量等于 $_{12}^{26} Mg$ 核的质量 B、 ${}_{13}^{26}A l$ 核的中子数大于 $_{12}^{26} Mg$ 核的中子数 C、将铝同位素 $^{26} Al$ 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 ${}_{13}^{26}A l$ 将在144万年后全部衰变为 $_{12}^{26} Mg$

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6. 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 $_{82}^{210} Pb$ ，其衰变方程为 $_{82}^{210} Pb \to_{83}^{210} Bi + X$ 。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 $_{82}^{210} Pb$ 的衰变 C、 $_{82}^{210} Pb$ 与 $_{83}^{210} Bi$ 的质量差等于衰变的质量亏损 D、方程中的X来自于 $_{82}^{210} Pb$ 内质子向中子的转化

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7. 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

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8. 氘核 ${}_{1}^{2}H$ 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 $6 {}_{1}^{2}H \to 2 {}_{2}^{4}H e + 2 {}_{1}^{1}H +2 {}_{0}^{1}n +43 .15MeV$ 表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×10²²个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×10⁷J，1 MeV= 1.6×10^–13J，则M约为（）

A、40 kg B、100 kg C、400 kg D、1 000 kg

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9. 下列说法正确的是（）

A、质子的德布罗意波长与其动能成正比 B、天然放射的三种射线，穿透能力最强的是 $α$ 射线 C、光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关 D、电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性

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10. 在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（）

A、 B、 C、 D、

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11. 氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于 $n = 3$ 能级上，下列说法正确的是（）

A、这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子 B、从 $n = 3$ 能级跃迁到 $n = 1$ 能级比跃迁到 $n = 2$ 能级辐射的光子频率低 C、从 $n = 3$ 能级跃迁到 $n = 4$ 能级需吸收 $0.66 eV$ 的能量 D、 $n = 3$ 能级的氢原子电离至少需要吸收 $13.6 eV$ 的能量

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12. 太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循坏，循环的结果可表示为 $4 {}_{1}^{1}H \to {}_{2}^{4}H e+2 {}_{1}^{0}e +2 v$ ，已知 ${}_{1}^{1}H$ 和 ${}_{2}^{4}H e$ 的质量分别为 $m_{P} = 1.0078 u$ 和 $m_{α} = 4.0026 u$ ，1u=931MeV/c² ， c为光速。在4个 ${}_{1}^{1}H$ 转变成1个 ${}_{2}^{4}H e$ 的过程中，释放的能量约为（）

A、8 MeV B、16 MeV C、26 MeV D、52 MeV

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13. 氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（）

A、12.09 eV B、10.20 eV C、1.89 eV D、1.51 eV

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14. 下列说法正确的是（　　）

A、在光电效应实验中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B、大亚湾核电站反应堆是利用了核聚变原理 C、放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1 D、当氢原子从 $n = 3$ 的状态跃迁到 $n = 2$ 的状态时，吸收光子

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15. 两个氢原子，一个处于 $n = 5$ 的能级另一个处于 $n = 6$ 的能级，当两个氢原子向低能级跃迁时，一共最多可以发出几种频率的光子（　　）

A、5种 B、6种 C、7种 D、8种

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16. 2021年5月28日中国科学院合肥物质科学研究院全超导托卡马克实验装置EAST（东方超环，又称“人造太阳”）控制大厅里传来捷报，正在开展的第16轮EAST装置物理实验实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒等离子体运行和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，再次创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录。若核反应方程为 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{4} He +_{0}^{1} n$ ，下列说法正确的是（）

A、该核反应为 $α$ 衰变 B、该核反应过程吸收能量 C、该核反应前后核子总数不变 D、 $_{2}^{4} He$ 的比结合能小于 $_{1}^{3} H$ 的比结合能

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17. 钚是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器裂变剂。钚的一种同位素 $_{94}^{239} Pu$ 的衰变方程为，则X原子核中含有的中子数为（）

A、142 B、143 C、144 D、145

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18. 氢原子的能级图如图所示。一群氢原子处于 $n = 4$ 的能级，跃迁到 $n = 2$ 的能级时辐射出某一频率的光，用此光照射某金属板，发生光电效应，测得光电子的最大初动能为 $2 .10eV$ ，则该金属的逸出功为（）

A、 $0 .45eV$ B、 $2 .10eV$ C、 $2 .55eV$ D、 $4 .65eV$

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19. 钚是一种放射性元素，是原子能工业的一种重要原料，可作为核燃料和核武器的裂变剂。钚的一种同位素 ${}_{94}^{239}P u$ 的衰变方程为 ${}_{94}^{239}P u \to X + {}_{2}^{4}H e + γ$ ，则X原子核中含有的中子数为（）

A、142 B、143 C、144 D、145

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20. 关于放射线及应用，下列说法正确的是（）

A、治疗癌症患者使用的“化疗”就是利用放射线杀灭癌细胞 B、天然放射现象中产生的α射线穿透能力很强且速度与光速相当 C、当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生β衰变 D、处于激发态的原子核辐射出γ射线时，原子核的核子数不会发生变化

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21. 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、 ${}_{5}^{10}B + {}_{0}^{1}n \to {}_{3}^{7}L i + {}_{2}^{4}H e$ B、 ${}_{5}^{11}B + {}_{2}^{4}H e \to {}_{7}^{14}N + {}_{0}^{1}n$ C、 ${}_{7}^{14}N + {}_{2}^{4}H e \to {}_{8}^{17}O + {}_{1}^{1}H$ D、 ${}_{7}^{14}N + {}_{0}^{1}n \to {}_{6}^{14}C + {}_{1}^{1}H$

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22. 北京高能光源是我国首个第四代同步辐射光源，计划于2025年建成。同步辐射光具有光谱范围宽（从远红外到X光波段，波长范围约为10^-5m～10^-11m，对应能量范围约为10^-1eV～10⁵eV）、光源亮度高、偏振性好等诸多特点，在基础科学研究、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。速度接近光速的电子在磁场中偏转时，会沿圆弧轨道切线发出电磁辐射，这个现象最初是在同步加速器上观察到的，称为“同步辐射”。以接近光速运动的单个电子能量约为10⁹eV，回旋一圈辐射的总能量约为10⁴eV。下列说法正确的是（）

A、同步辐射的机理与氢原子发光的机理一样 B、用同步辐射光照射氢原子，不能使氢原子电离 C、蛋白质分子的线度约为10^-8 m，不能用同步辐射光得到其衍射图样 D、尽管向外辐射能量，但电子回旋一圈后能量不会明显减小

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23. 2020年12月4日，中国规模最大、参数最高的“人造太阳”，即中国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”（HL-2M）在成都实现首次放电．已知“人造太阳”的核反应方程式是 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H {\overset{}{\to}}_{2}^{4} He +_{0}^{1} n$ ，其中氚（ $_{1}^{3} H$ ）在自然界中含量极微，但可以用某种粒子X轰击锂核（ ${}_{3}^{6}L i$ ）得到，核反应方程为 $_{3}^{6} Li + X {\overset{}{\to}}_{2}^{4} He +_{1}^{3} H$ ，则（　　）

A、粒子X为质子 B、核反应方程 $_{3}^{6} Li + X {\overset{}{\to}}_{2}^{4} He +_{1}^{3} H$ 为 $α$ 衰变 C、氦核（ $_{2}^{4} He$ ）的结合能大于氘核（ $_{1}^{2} H$ ）和氚核（ $_{1}^{3} H$ ）的结合能之和 D、在核反应方程式 $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H {\overset{}{\to}}_{2}^{4} He +_{0}^{1} n$ 中，反应前的总质量小于反应后的总质量

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24. 下列说法正确的是（）

A、核反应方程 ${}_{1}^{2}H + {}_{1}^{2}H \to {}_{0}^{1}n + X$ 中的X代表α粒子 B、重核裂变和轻核聚变都是原子核比结合能变大的过程 C、20个氡原子核经过一个半衰期后，还剩10个氡原子核 D、在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

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25. 下列说法中正确的是（）

A、卢瑟福做 $α$ 粒子散射实验时发现了质子 B、氢原子辐射出光子后，电子的动能变大 C、 $_{92}^{235}$ U衰变成 $_{82}^{207}$ Pb要经过5次 $α$ 衰变和4次β衰变 D、一个质子和一个中子聚变成一个氘核，核反应前后质量相等

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26. 如图为氢原子发射光谱，H_α、H_β、H_γ、 $H_{δ}$ 是其中的四条光谱线，下列说法正确的是（）

A、氢原子发射光谱属于连续光谱 B、H_α谱线对应光子的能量最大 C、 $H_{δ}$ 谱线对应光子的频率最小 D、该光谱由氢原子核外电子的跃迁产生

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27. 天然放射性元素的应用范围，已经从早期的医学和钟表工业扩大到核动力工业和航天工业等多种领域。下列有关放射性元素的说法中正确的是（）

A、放射性元素衰变的快慢与温度有关，温度越高衰变越快 B、铀238核发生一次α衰变时，生成的新核与原来的原子核相比，核子数减少了4个 C、α、β、γ三种射线中，α射线穿透能力最强，γ射线电离能力最强 D、β衰变的实质在于原子核内的质子转化为一个中子和一个电子

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二、多选题

28. 对四个核反应方程（1） $_{92}^{238} U \to_{90}^{234} {Th+}_{2}^{4} He$ ；（2） $_{90}^{234} Th \to_{91}^{234} {Pa+}_{-1}^{0} e$ ；（3） $_{7}^{14} {N+}_{2}^{4} He \to_{8}^{17} {O+}_{1}^{1} H$ ；（4） $_{1}^{2} {H+}_{1}^{3} H \to_{2}^{4} {He+}_{0}^{1} n+17 .6MeV$ 。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

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29. 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

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30. 1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为： ${}_{2}^{4}H e+ {}_{13}^{27}A l \to X+ {}_{0}^{1}n$ 。X会衰变成原子核Y，衰变方程为 $X \to Y+ {}_{1}^{0}e$ ，则（）

A、X的质量数与Y的质量数相等 B、X的电荷数比Y的电荷数少1 C、X的电荷数比 ${}_{13}^{27}A l$ 的电荷数多2 D、X的质量数与 ${}_{13}^{27}A l$ 的质量数相等

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31. 下列核反应方程中，X₁ ， X₂ ， X₃ ， X₄代表α粒子的有（）

A、 ${}_{1}^{2}H + {}_{1}^{2}H \to {}_{0}^{1}n + X_{1}$ B、 ${}_{1}^{2}H + {}_{1}^{3}H \to {}_{0}^{1}n + X_{2}$ C、 ${}_{92}^{235}U + {}_{0}^{1}n \to {}_{56}^{144}B a + {}_{36}^{89}K r + 3 X_{3}$ D、 ${}_{0}^{1}n + {}_{3}^{6}L i \to {}_{1}^{3}H + X_{4}$

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32. 太阳辐射的总功率约为 $4 \times 10^{26} W$ ，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为 $1876.1 MeV / c^{2}$ （c为真空中的光速）的氘核（ $_{1}^{2} H$ ）和一个质量为 $2809.5 MeV / c^{2}$ 的氚核（ $_{1}^{3} H$ ）结合为一个质量为 $3728.4 MeV / c^{2}$ 的氦核（ $_{2}^{4} He$ ），并放出一个X粒子，同时释放大约 $17.6 MeV$ 的能量。下列说法正确的是（）

A、X粒子是质子 B、X粒子的质量为 $939.6 MeV / c^{2}$ C、太阳每秒因为辐射损失的质量约为 $4.4 \times 10^{9} kg$ D、太阳每秒因为辐射损失的质量约为 $17.6 MeV / c^{2}$

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33. 我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是（）

A、核聚变比核裂变更为安全、清洁 B、任何两个原子核都可以发生聚变 C、两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D、两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加

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34. 【加试题】波长为λ₁和λ₂的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ₁的光的条纹间距大于波长为λ₂的条纹间距。则（下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表波长为λ₁和λ₂的光所对应的物理量）（）

A、这两束光的光子的动量p₁＞p₂ B、这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C₁＞C₂ C、这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压U₁＞U₂ D、这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2能级时产生，则相应激发态的电离能△E₁＞△E₂

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35. 静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知核X的质量数为A，电荷数为Z，核X、核Y和α粒子的质量分别为m_X、m_Y和m_α ， α粒子在磁场中运动的半径为R。则（）

A、衰变方程可表示为 $_{Z}^{A} X \to_{Z - 2}^{A - 4} Y +_{2}^{4} H e$ B、核Y的结合能为（m_x-m_y-m_α）c² C、核Y在磁场中运动的半径为 $\frac{2 R}{Z - 2}$ D、核Y的动能为 $E_{K Y} = \frac{m_{Y} (m_{X} - m_{Y} - m_{α}) c^{2}}{m_{Y} + m_{α}}$

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36. 一个铍原子核（ ${}_{4}^{7}B e$ ）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（ ${}_{3}^{7}L i$ ），并放出一个不带电的质量接近零的中微子ν_e ，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为 ${}_{4}^{7}B e + {}_{- 1}^{0}e \to {}_{3}^{7}L i + v_{e}$ 已知铍原子的质量为M_Be=7.016929u，锂原子的质量为M_Li=7.016004u，1u相当于9.31×10²MeV。下列说法正确的是（）

A、中微子的质量数和电荷数均为零 B、锂核（ ${}_{3}^{7}L i$ ）获得的动能约为0.86MeV C、中微子与锂核（ ${}_{3}^{7}L i$ ）的动量之和等于反应前电子的动量 D、中微子与锂核（ ${}_{3}^{7}L i$ ）的能量之和等于反应前电子的能量

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37. 太阳辐射的总功率约为4×10²⁶W，其辐射的能量来自于聚变反应，在聚变反应中，一个质量为1876.1 MeV/c²（c为真空中的光速）的氘核（ ${}_{1}^{2}$ H）和一个质量为2809.5 MeV/c²的氚核（ ${}_{1}^{3}$ H）结合为一个质量为3728.4 MeV/c²的氦核（ ${}_{2}^{4}$ He），并放出一个X粒子，同时释放大约17.6 MeV的能量。下列说法正确的是（　　）

A、X粒子是中子 B、X粒子的质量为939.6 MeV/c² C、太阳每秒因为辐射损失的质量约为4×10 kg D、地球每秒接收到太阳辐射的能量约4×10²⁶ J

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38. 能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列关于核反应方程的说法正确的是（）

A、衰变方程 ${}_{92}^{238}U \to {}_{90}^{234}T h+x$ 中x是电子 B、衰变方程 ${}_{90}^{234}T h \to {}_{91}^{234}P a+y$ 中y是电子 C、核聚变反应方程 ${}_{1}^{3}H + {}_{1}^{2}H \to {}_{2}^{4}H e+ a {}_{0}^{1}n$ 中a=2 D、核裂变反应方程 ${}_{92}^{235}U + {}_{0}^{1}n \to {}_{56}^{144}B a+ {}_{36}^{89}K r+ b {}_{0}^{1}n$ 中b=3

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39. 氢原子的能级示意图如图所示（普朗克常量h=6.63 $\times$ 10^-34J·s，电子电荷量e=-1.6 $\times$ 10^-19C），则氢原子（）

A、能级是连续的 B、核外电子的轨道是分立的 C、从n=3能级跃迁n=2能级时电子的动能减小 D、从n=3能级跃迁n=2能级时辐射频率约为4.56 $\times$ 10¹⁴Hz的光子

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三、综合题

40.

(1)、质量为M的小孩站在质量为m的滑板上，小孩和滑板均处于静止状态，忽略滑板与地面间的摩擦．小孩沿水平方向跃离滑板，离开滑板时的速度大小为v，此时滑板的速度大小为．

A、 $\frac{m}{M} v$ B、 $\frac{M}{m} v$ C、 $\frac{m}{m + M} v$ D、 $\frac{M}{m + M} v$

(2)、100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击 ${}_{28}^{60}N i$ 核也打出了质子： ${}_{2}^{4}H e+ {}_{28}^{60}N i \to {}_{29}^{62}C u+ {}_{1}^{1}H + X$ ；该反应中的X是（选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）．

(3)、在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10^-7 m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10^-2 J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×10^-34J·s，光速c=3×10⁸ m/s．计算结果保留一位有效数字）

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