三年高考（2017-2019）高考物理真題分項匯編 專題14 原子結構、原子核和波粒二象性（含解析）

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1、專題14 原子結構、原子核和波粒二象性 1．（2019·新課標全國Ⅰ卷）氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應給氫原子提供的能量為 A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV 【答案】A 【解析】由題意可知，基態(tài)（n=1）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n=3能級后，躍遷才可能產生能量在1.63eV~3.10eV的可見光。故。故本題選A。 2．（2019·新課標全國Ⅱ卷）太陽內部核反應的主要模式之一是質子—質子循環(huán)，循環(huán)的結果可表示為，

2、已知和的質量分別為和，1u=931MeV/c2，c為光速。在4個轉變成1個的過程中，釋放的能量約為 A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV 【答案】C 【解析】由知，=，忽略電子質量，則：，故C選項符合題意； 3．（2019·天津卷）如圖為、、三種光在同一光電效應裝置中測得的光電流和電壓的關系。由、、組成的復色光通過三棱鏡時，下述光路圖中正確的是 【答案】C 【解析】由光電效應的方程，動能定理，兩式聯(lián)立可得，故截止電壓越大說明光的頻率越大，則有三種光的頻率，則可知三種光的折射率的關系為，因此光穿過三棱鏡時b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C

3、，ABD錯誤。 4．（2019·天津卷）我國核聚變反應研究大科學裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術基礎。下列關于聚變的說法正確的是 A．核聚變比核裂變更為安全、清潔 B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變 C．兩個輕核結合成質量較大的核，總質量較聚變前增加 D．兩個輕核結合成質量較大的核，核子的比結合能增加 【答案】AD 【解析】核聚變的最終產物時氦氣無污染，而核裂變會產生固體核廢料，因此核聚變更加清潔和安全，A正確；發(fā)生核聚變需要在高溫高壓下進行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯誤；核聚變反應會放出大量的

4、能量，根據質能關系可知反應會發(fā)生質量虧損，故C錯誤；因聚變反應放出能量，因此反應前的比結合能小于反應后的比結合能，故D正確。 5．（2019·江蘇卷）100年前，盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質子．后來，人們用α粒子轟擊核也打出了質子：；該反應中的X是 （選填“電子”“正電子”或“中子”）．此后，對原子核反應的持續(xù)研究為核能利用提供了可能．目前人類獲得核能的主要方式是 （選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”）。 【答案】中子 核裂變 【解析】由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應為：即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與外界因素無關，核聚變目前還無法控制，所以目前獲得核能的主要

5、方式是核裂變； 6．（2019·江蘇卷）在“焊接”視網膜的眼科手術中，所用激光的波長λ=6.4×107 m，每個激光脈沖的能量E=1.5×10-2 J．求每個脈沖中的光子數(shù)目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34 J·s，光速c=3×108 m/s．計算結果保留一位有效數(shù)字） 【答案】光子能量，光子數(shù)目n=，代入數(shù)據得n=5×1016 【解析】每個光子的能量為，每個激光脈沖的能量為E，所以每個脈沖中的光子個數(shù)為： ，聯(lián)立且代入數(shù)據解得：。 7．（2019·浙江選考）處于較高能級的氫原子向較低能級躍遷時，能輻射出a、b兩種可見光，a光照射某金屬表面時有光電子逸出，b光照射該金屬表面時

6、沒有光電子逸出，則 A．以相同的入射角射向一平行玻璃磚，a光的側移量小于b光的 B．垂直入射到同一單縫衍射裝置，a光的衍射中央亮條紋寬度小于b光的 C．a光和b光的頻率之比可能是20/27 D．a光子的動量大于b光子的 【答案】BD 【解析】根據題意可知a光頻率低于b光頻率，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，b光的折射率較小，以相同角度斜射到同一玻璃板透過平行表面后，b光的折射角較大，所以b光側移量小，即a光的側移量大于b光的，A錯誤；頻率越大，波長越小，通過同一單縫衍射裝置時，中央亮條紋寬度越小，B正確；a光的頻率大，故頻率之比不可能為，C錯誤；頻率越大，波長越小，即，根據

7、可知，D正確。 【點睛】本題關鍵是知道光的頻率越大，則其波長越小，同一光學器件對其的折射率越大，通過同一單縫衍射裝置時中央亮條紋寬度越?。? 8．（2019·浙江選考）一個鈹原子核（）俘獲一個核外電子（通常是最靠近原子核的K殼層的電子）后發(fā)生衰變，生成一個鋰核（ ），并放出一個不帶電的質量接近零的中微子νe，人們把這種衰變稱為“K俘獲”。靜止的鈹核發(fā)生零“K俘獲”，其核反應方程為已知鈹原子的質量為MBe=7.016929u，鋰原子的質量為MLi=7.016004u，1u相當于9.31×102MeV。下列說法正確的是 A．中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)均為零 B．鋰核（）獲得的動能約為0.86Me

8、V C．中微子與鋰核（）的動量之和等于反應前電子的動量 D．中微子與鋰核（）的能量之和等于反應前電子的能量 【答案】AC 【解析】反應方程為，根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)均為零，A正確；根據質能方程，質量減少，為釋放的核能，不是鋰核獲得的動能，B錯誤；衰變過程中內力遠大于外力，故反應前后動量守恒，故中微子與鋰核（）的動量之和等于反應前電子的動量，C正確；由于反應過程中存在質量虧損，所以中微子與鋰核（）的能量之和小于反應前電子的能量，D錯誤。 9．（2018·北京卷）在核反應方程中，X表示的是 A．質子 B．中子 C．電子 D．α粒子 【答案】A 【解析】設X

9、為：，根據核反應的質量數(shù)守恒：，則：，電荷數(shù)守恒：，則，即X為：為質子，故選項A正確，BCD錯誤。 點睛：本題考查了核反應方程式，要根據電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒得出X的電荷數(shù)和質量數(shù)，從而確定X的種類。 10．（2018·全國II卷）用波長為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動能為1.2810–19 J。已知普朗克常量為6.6310–34 J·s，真空中的光速為3.00108 m·s–1，能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為 A．11014 Hz B．81014 Hz C．21015 Hz D．81015 Hz 【答案】B 【解析】知道光電效應方程；知道逸出功

10、并結合兩個公式求解。由光電效應方程式得：，得：，剛好發(fā)生光電效應的臨界頻率為，則，代入數(shù)據可得：，故B正確。 11．（2018·天津卷）氫原子光譜在可見光區(qū)域內有四條譜線，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光，它們在真空中的波長由長到短，可以判定 A．對應的前后能級之差最小 B．同一介質對的折射率最大 C．同一介質中的傳播速度最大 D．用照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則也一定能 【答案】A 【解析】根據分析前后能級差的大??；根據折射率與頻率的關系分析折射率的大??；根據判斷傳播速度的大小；根據發(fā)生光電效應現(xiàn)象的條件是入射光的頻率大于該光的極限頻率判斷是否會發(fā)

11、生光電效應。波長越大，頻率越小，故的頻率最小，根據可知對應的能量最小，根據可知對應的前后能級之差最小，A正確；的頻率最小，同一介質對應的折射率最小，根據可知的傳播速度最大，BC錯誤；的波長小于的波長，故的頻率大于的頻率，若用照射某一金屬能發(fā)生光電效應，則不一定能，D錯誤。 【點睛】光的波長越大，頻率越小，同一介質對其的折射率越小，光子的能量越小。 12．（2018·天津卷）國家大科學過程——中國散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領域的研究和工業(yè)應用提供先進的研究平臺，下列核反應中放出的粒子為中子的是 A．俘獲一個α粒子，產生并放出一個粒

12、子 B．俘獲一個α粒子，產生并放出一個粒子 C．俘獲一個質子，產生并放出一個粒子 D．俘獲一個質子，產生并放出一個粒子 【答案】B 【解析】根據質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知四個核反應方程分別為、、，，故只有B選項符合題意； 【點睛】核反應過程中，質量數(shù)與核電荷數(shù)守恒，應用質量數(shù)與核電荷數(shù)守恒即可寫出核反應方程式。 13．（2018·全國III卷）1934年，約里奧–居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產生了第一個人工放射性核素X：。X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為 A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 【答案】B 【解析】根據核反應遵循的質量數(shù)守恒和電

13、荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2+13=15，質量數(shù)為4+27–1=30，根據原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質量數(shù)為30，選項B正確。 14．（2017·天津卷）我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】 是一個氘核與一個氚核結合成一個氦核，同時放出一個中子，屬于聚變反應，故A正確；是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子的核反應，他用α粒子轟擊氮原子核，產生氧的同位素——氧17和一個質子，是人類第一次實現(xiàn)的

14、原子核的人工轉變，屬于人工核反應，故B錯誤；是小居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時發(fā)現(xiàn)了放射性磷（磷30），屬于人工核反應，故C錯誤；是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應，故D錯誤。 【名師點睛】本題的關鍵是知道核反應的分類，區(qū)別衰變和核反應。 15．（2017·新課標Ⅰ卷）大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應方程是。已知的質量為2.013 6 u，的質量為3.015 0 u，的質量為1.008 7 u，1 u=931 MeV/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為 A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 【答案】B

15、【解析】根據質能方程，釋放的核能，，則，故B正確，ACD 錯誤。 【名師點睛】本題考查質能方程，注意原子核的質量單位不是kg，由質能方程求核能時要細心。 16．（2017·江蘇卷）原子核的比結合能曲線如圖所示，根據該曲線，下列判斷中正確的有 ． （A）核的結合能約為14 MeV （B）核比核更穩(wěn)定 （C）兩個核結合成核時釋放能量 （D）核中核子的平均結合能比核中的大 【答案】BC 【解析】由圖知核的比結合能約為7 MeV，所以結合能約為4×7=28 MeV，故A錯誤；核比核的比結合能大，所以核比核更穩(wěn)定，B正確；兩個核結合成核時，即由比結合能小的反應生成比結合能大

16、的釋放能量，C正確；由圖知核中核子的平均結合能比核中的小，所以D錯誤． 【名師點睛】本題主要是要理解比結合能的含義，知道結合能與比結合能的區(qū)分與關系．以及在核反應過程中由比結合能小的反應生成比結合能大的要釋放能量． 17．（2017·新課標Ⅲ卷）在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是 A．若νa>νb，則一定有Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa–Ek

17、a>hνb–Ekb 【答案】BC 【解析】由愛因斯坦光電效應方程，又由動能定理有，當時，，，A錯誤，B正確；若，則有，C正確；同種金屬的逸出功不變，則不變，D錯誤。 【名師點睛】本題主要考查光電效應。發(fā)生光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強弱只影響單位時間內發(fā)出光電子的數(shù)目；光電子的最大初動能和遏止電壓由照射光的頻率和金屬的逸出功決定；逸出功由金屬本身決定，與光的頻率無關。 18．（2017·北京卷）2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100 nm（1 nm=10–9 m）附近連續(xù)可調的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其

18、光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術、霧霾治理等領域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子，但又不會把分子打碎。據此判斷，能夠電離一個分子的能量約為（取普朗克常量h=6.6×10–34 J·s，真空光速c=3×108 m/s） A．10–21 J B．10–18 J C．10–15 J D．10–12 J 【答案】B 【解析】一個處于極紫外波段的光子的能量約為，由題意可知，光子的能量應比電離一個分子的能量稍大，因此數(shù)量級應相同，故選B。 【名師點睛】根據題意可知光子的能量足以電離一個分子，因此該光子的能量應比該分子的電離能大，同時又不能把

19、分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級，不能大太多。 19．（2017·新課標Ⅱ卷）一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為。下列說法正確的是 A．衰變后釷核的動能等于粒子的動能 B．衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經歷的時間 D．衰變后粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量 【答案】B 【解析】根據動量守恒定律可知，生成的釷核的動量與粒子的動量等大反向，選項B正確；根據可知，衰變后釷核的動能小于粒子的動能，選項A錯誤；鈾核的半衰期等于一半數(shù)量的鈾核衰變需要的時間，而放出一個粒子所經歷的時間是一個原子核衰變的時間，故兩者不等，選

20、項C錯誤；由于該反應放出能量，由質能方程可知，衰變后粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量，選項D錯誤；故選B。 【名師點睛】此題考查了原子核的反沖問題以及對半衰期的理解；對于有能量放出的核反應，質量數(shù)守恒，但是質量不守恒；知道動量和動能的關系。 20．（2017·江蘇卷）質子（）和α粒子（）被加速到相同動能時，質子的動量 （選填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的動量，質子和α粒子的德布羅意波波長之比為 ． 【答案】小于 2:1 【解析】動量與動能的關系：，又質子的質量小于α粒子的質量所以質子的動量小于α粒子的動量，且；根據，可得質子和α粒子的德布羅意波波長之

21、比為2:1． 【名師點睛】考查公式，動量與動能的關系以及物質的波的波長和公式，較容易． 21．（2017·北京卷）在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子（）在與磁場垂直的平面內做圓周運動，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質量和電荷量。 （1）放射性原子核用表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應方程。 （2）α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小。 （3）設該衰變過程釋放的核能都轉為為α粒子和新核的動能，新核的質量為M，求衰變過程的質量虧損Δm。 【答案】（1） （2） （3）

22、 【解析】（1）根據核反應中質量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，該α衰變的核反應方程為 （2）設α粒子在磁場中做圓周運動的速度大小為v，由洛倫茲力提供向心力有 根據圓周運動的參量關系有 得α粒子在磁場中運動的周期 根據電流強度定義式，可得環(huán)形電流大小為 （3）由，得 設衰變后新核Y的速度大小為v′，核反應前后系統(tǒng)動量守恒，有Mv′–mv=0 可得 根據愛因斯坦質能方程和能量守恒定律有 解得 說明：若利用解答，亦可。 【名師點睛】（1）無論哪種核反應方程，都必須遵循質量數(shù)、電荷數(shù)守恒。 （2）α衰變的生成物是兩種帶電荷量不同的“帶電粒子”，反應前后系統(tǒng)動量守恒，因此反應后的兩產物向相反方向運動，在勻強磁場中，受洛倫茲力作用將各自做勻速圓周運動，且兩軌跡圓相外切，應用洛倫茲力計算公式和向心力公式即可求解運動周期，根據電流強度的定義式可求解電流大小。 （3）核反應中釋放的核能應利用愛因斯坦質能方程求解，在結合動量守恒定律與能量守恒定律即可解得質量虧損。 11