三年高考（2016-2022）高考物理試題分項版解析 專題13 原子結構、原子核和波粒二象性（含解析）

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1、三年高考（2016-2022）高考物理試題分項版解析 專題13 原子結構、原子核和波粒二象性（含解析） 1．在核反應方程中，X表示的是 A. 質(zhì)子 B. 中子 C. 電子 D. α粒子 【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（北京卷） 【答案】 A 【解析】設X為：，根據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)守恒：，則： 電荷數(shù)守恒：，則，即X為：為質(zhì)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(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得出X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，從而確定X的種類。 2．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1.2810-1

2、9 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(chǎn)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 【來源】2018年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試物理（全國II卷） 【答案】 B 則 代入數(shù)據(jù)可得： ，故B正確； 故選B 點睛：本題比較簡單，知道光電效應方程并利用方程求解即可。 3．氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)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.

3、 對應的前后能級之差最小 B. 同一介質(zhì)對的折射率最大 C. 同一介質(zhì)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 【來源】2018年全國普通高等學校招生同一考試理科綜合物理試題（天津卷） 【答案】 A 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(zhì)對其的折射率越小，光子的能量越?。? 4．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

4、子為中子的是 A. 俘獲一個α粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子 B. 俘獲一個α粒子，產(chǎn)生并放出一個粒子 C. 俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子 D. 俘獲一個質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個粒子 【來源】2018年全國普通高等學校招生同一考試理科綜合物理試題（天津卷） 【答案】 B 【解析】根據(jù)質(zhì)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(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒，應用質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒即可寫出核反應方程式． 5．1934年，約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為 A. 15和28

5、 B. 15和30 C. 16和30 D. 17和31 【來源】2018年全國普通高等學校招生統(tǒng)一考試物理（全國III卷） 【答案】 B 【解析】試題分析 本題考查核反應方程遵循的規(guī)律及其相關的知識點。 解析 根據(jù)核反應遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2+13=15，質(zhì)量數(shù)為4+27-1=30，根據(jù)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(zhì)量數(shù)為30，選項B正確。 點睛 此題與2014年高考上海試題和2013年高考重慶試題類似，都是給出核反應方程，要求利用核反應同時遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒解答。 【2017高考真題】 1

6、．【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 【考點定位】核反應的種類 【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。 2．【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(zhì)量為2.013 6 u，的質(zhì)量為3.015 0 u，的質(zhì)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

7、．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 【答案】B 【解析】根據(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能，，則，故B正確，ACD 錯誤。 【考點定位】質(zhì)能方程 【名師點睛】本題考查質(zhì)能方程，注意原子核的質(zhì)量單位不是kg，由質(zhì)能方程求核能時要細心。 3．【2017·江蘇卷】原子核的比結合能曲線如圖所示，根據(jù)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 【考點

8、定位】比結合能 結合能 【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． 4．【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–Eka>hνb–Ekb 【答案】BC 【考點定

9、位】光電效應 【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(nèi)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。 5．【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(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、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

10、。據(jù)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。 【考點定位】光子的能量、電離 【名師點睛】根據(jù)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，同時又不能把分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級，不能大太多。 6．【2

11、017·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(jīng)歷的時間 D．衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 【答案】B 【解析】根據(jù)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(jù)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(jīng)歷的時間是一個原子核衰變的時間，故兩者不等，選項C錯誤；由于該反應放出能量，由質(zhì)能方程可知，衰變后粒子與釷核的質(zhì)

12、量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，選項D錯誤；故選B。 【考點定位】半衰期；動量守恒定律；質(zhì)能方程 【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(zhì)量數(shù)守恒，但是質(zhì)量不守恒；知道動量和動能的關系。 7．【2017·江蘇卷】質(zhì)子（）和α粒子（）被加速到相同動能時，質(zhì)子的動量 （選填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的動量，質(zhì)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(zhì)子的質(zhì)量小于α粒子的質(zhì)量所以質(zhì)子的動量小于α粒子的動量，且；根據(jù)，可得質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長之比為2:1． 【考點定

13、位】物質(zhì)波 【名師點睛】考查公式，動量與動能的關系以及物質(zhì)的波的波長和公式，較容易． 8．【2017·北京卷】（18分）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(nèi)做圓周運動，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)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(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。 【答案】（1） （2）

14、（3） 【解析】（1）根據(jù)核反應中質(zhì)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 可得 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程和能量守恒定律有 解得 說明：若利用解答，亦可。 【考點定位】核反應方程、帶電粒子在勻強磁場中的運動、動量守恒定律、愛因斯坦質(zhì)能方程、能量守恒定律 【名師點睛】（1）無論哪種核反應方程，都必須遵循質(zhì)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(chǎn)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

15、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(jù)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(zhì)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(zhì)量虧損。 【2016高考真題】 1．【2016·天津卷】物理學家通過對實驗的深入觀察和研究，獲得正確的科學認知，推動物理學的發(fā)展。下列說法符合事實的是 A．赫茲通過一系列實驗，證實了麥克斯韋關于光的電磁理論 B．查德威克用α粒子轟擊獲得反沖核，發(fā)現(xiàn)了中子 C．貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復雜結構 D．盧瑟福通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結構模型 【答案】AC 【考點定

16、位】物理學史 【名師點睛】此題是對近代物理學史的考查；都是課本上涉及的物理學家的名字及其偉大貢獻，只要多看書、多積累即可很容易得分；對物理學史的考查歷來都是考試的熱點問題，必須要熟練掌握。 2．【2016·上海卷】盧瑟福通過對α粒子散射實驗結果的分析，提出了原子內(nèi)部存在 A．電子 B．中子 C．質(zhì)子 D．原子核 【答案】D 【解析】盧瑟福在α粒子散射實驗中觀察到絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后幾乎不改變運動方向，只有極少數(shù)的α粒子發(fā)生了大角度的偏轉，說明在原子的中央存在一個體積很小的帶正電的物質(zhì)，將其稱為原子核。故選項D正確。 【考點定位】原子核式結構模型

17、 【方法技巧】本題需要熟悉α粒子散射實驗和原子核式結構模型。 3．【2016·上海卷】放射性元素A經(jīng)過2次α衰變和1次β?衰變后生成一新元素B，則元素B在元素周期表中的位置較元素A的位置向前移動了 A．1位 B．2位 C．3位 D．4位 【答案】C 【考點定位】α衰變和β?衰變、衰變前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒 【方法技巧】衰變前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，根據(jù)發(fā)生一次α衰變電荷數(shù)減少2，發(fā)生一次β?衰變電荷數(shù)增加1可以計算出放射性元素電荷數(shù)的變化量。 4．【2016·北京卷】處于n=3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻

18、射光的頻率有 A．1種 B．2種 C．3種 D．4種 【答案】C 【解析】因為是大量處于n=3能級的氫原子，所以根據(jù)可得輻射光的頻率可能有3種，故C正確。 【考點定位】考查了氫原子躍遷 【方法技巧】解決本題的關鍵知道能級間躍遷輻射或吸收光子的能量等于兩能級間的能級差，知道數(shù)學組合公式的應用，另外需要注意題中給的是“大量”氫原子還是一個氫原子。 5．【2016·上海卷】研究放射性元素射線性質(zhì)的實驗裝置如圖所示。兩塊平行放置的金屬板A、B分別與電源的兩極a、b連接，放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出。則 A．a(chǎn)為電源正極，到達A板的為α射線 B．a(chǎn)為電

19、源正極，到達A板的為β射線 C．a(chǎn)為電源負極，到達A板的為α射線 D．a(chǎn)為電源負極，到達A板的為β射線 【答案】B 【考點定位】帶電粒子在勻強電場中的偏轉、α射線和β射線的本質(zhì) 【方法技巧】通過類平拋運動計算粒子在豎直方向的位移關系式，根據(jù)公式分析該位移與比荷的關系，再結合圖示進行比較判斷。 6．【2016·江蘇卷】貝克勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領域中有著廣泛應用．下列屬于放射性衰變的是 ． A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A為β衰變方程，B為重核裂變，C輕核聚變

20、，D原子核的人工轉換，所以A正確． 【考點定位】核反應方程 【方法技巧】區(qū)分幾種常見的核反應方程。 7．【2016·海南卷】下列說法正確的是 A．愛因斯坦在光的粒子性的基礎上，建立了光電效應方程 B．康普頓效應表明光子只具有能量，不具有動量 C．玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律 D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子的核式結構模型 E．德布羅意指出微觀粒子的動量越大，其對應的波長就越長 【答案】ACD 【解析】愛因斯坦提出了光子假說，建立了光電效應方程，故選項A正確；康普頓效應表明光不僅具有能量，還具有動量，故選項B錯誤；玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的

21、實驗規(guī)律，故選項C正確；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子核式結構模型，故選項D正確；微觀粒子的德布羅意波長為，其中p為微觀粒子的動量，故動量越大，則對應的波長就越短，選項E錯誤。 【考點定位】光電效應、康普頓效應、波爾的原子理論、核式結構模型、德布羅意波 【名師點睛】本題考查了光電效應、康普頓效應、波爾的原子理論、核式結構模型、德布羅意波等基礎知識點，難度不大，關鍵要熟悉教材。 8．【2016·全國新課標Ⅰ卷】現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是 A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和

22、光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大 D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關 【答案】ACE 【解析】根據(jù)光電效應實驗得出的結論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大，故A正確，B錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程得：入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大，故C正確；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關，保持入射光的光強不變，若低于遏止頻率，則沒有光電流產(chǎn)生，故D錯誤，E正確。 【考點定位】光電效應 【名師點睛】本題主要考查光電效應。發(fā)生光電

23、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(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目；本題涉及的光電效應知識較多，很多結論都是識記的，注意把握現(xiàn)象的實質(zhì)，明確其間的聯(lián)系與區(qū)別；平時積累物理知識。 9．【2016·全國新課標Ⅲ卷】一靜止的鋁原子核俘獲一速度為m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核，下列說法正確的是 A．核反應方程為 B．核反應方程過程中系統(tǒng)動量守恒 C．核反應過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應物的質(zhì)量之和 E．硅原子核速度的數(shù)量級為m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致 【答案】ABE 【考點定位】考查了動量守恒、能量守恒、

24、核反應方程 【方法技巧】由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知核反應方程；由動量守恒可知硅原子核速度的數(shù)量級及速度方向，本大題包含了3-5原子物理的內(nèi)容，難度不大，但從題目來看考查范圍很廣，要求能全面掌握。 二、非選擇題 10．【2016·全國新課標Ⅱ卷】（5分）在下列描述的核過程的方程中，屬于α衰變的是_______，屬于β衰變的是_______，屬于裂變的是_______，屬于聚變的是_______。（填正確答案標號） A． B． C． D． E． F． 【答案】C AB E F 【解析】

25、衰變的反應物只有一個，生成物有或；重核裂變的反應物一般是重核和中子，生成較輕的核；氫核聚變是輕核合成為較重的核。 【考點定位】核反應方程、核反應類型 【名師點睛】此題考查核反應的基本類型；要知道核反應分為四種：衰變、重核裂變、輕核聚變和人工核轉變；記住各種類型方程的特點即可解決此題。 11．【2016·江蘇卷】已知光速為c，普朗克常數(shù)為h，則頻率為ν的光子的動量為 ．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動量改變量的大小為 ． 【答案】 ν 【考點定位】光的粒子性，光子的動量 【方法技巧】光子的動量的公式以及動量的矢量性。 12．【2016·江蘇卷】幾種金屬的溢出功W0見下表： 用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應．已知該可見光的波長范圍為4.0×10-7~7.6×10-7m，普朗克常數(shù)h=6.63×10-34J·s． 【答案】納、鉀、銣 【解析】光子的能量E=，取λ=4.0×10–7 m，則E≈5.0×10–19 J，根據(jù)E>W0判斷，納、鉀、銣能發(fā)生光電效應． 【考點定位】光的效應 【方法技巧】考查對光電效應的理解，還有就是計算能力。