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

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1、專題14 原子結(jié)構(gòu)、原子核和波粒二象性 1．（2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷）氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光為可見(jiàn)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(jiàn)光光子，最少應(yīng)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(jí)后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63eV~3.10eV的可見(jiàn)光。故。故本題選A。 2．（2019·新課標(biāo)全國(guó)Ⅱ卷）太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為，

2、已知和的質(zhì)量分別為和，1u=931MeV/c2，c為光速。在4個(gè)轉(zhuǎn)變成1個(gè)的過(guò)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(zhì)量，則：，故C選項(xiàng)符合題意； 3．（2019·天津卷）如圖為、、三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由、、組成的復(fù)色光通過(guò)三棱鏡時(shí)，下述光路圖中正確的是 【答案】C 【解析】由光電效應(yīng)的方程，動(dòng)能定理，兩式聯(lián)立可得，故截止電壓越大說(shuō)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(guān)系為，因此光穿過(guò)三棱鏡時(shí)b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C

3、，ABD錯(cuò)誤。 4．（2019·天津卷）我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開(kāi)發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說(shuō)法正確的是 A．核聚變比核裂變更為安全、清潔 B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變 C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加 D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加 【答案】AD 【解析】核聚變的最終產(chǎn)物時(shí)氦氣無(wú)污染，而核裂變會(huì)產(chǎn)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(jìn)行，大核不能發(fā)生核聚變，故B錯(cuò)誤；核聚變反應(yīng)會(huì)放出大量的

4、能量，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應(yīng)會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯(cuò)誤；因聚變反應(yīng)放出能量，因此反應(yīng)前的比結(jié)合能小于反應(yīng)后的比結(jié)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(zhì)子．后來(lái)，人們用α粒子轟擊核也打出了質(zhì)子：；該反應(yīng)中的X是 （選填“電子”“正電子”或“中子”）．此后，對(duì)原子核反應(yīng)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(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：X應(yīng)為：即為中子，由于衰變是自發(fā)的，且周期與外界因素?zé)o關(guān)，核聚變目前還無(wú)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(wǎng)膜的眼科手術(shù)中，所用激光的波長(zhǎng)λ=6.4×107 m，每個(gè)激光脈沖的能量E=1.5×10-2 J．求每個(gè)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(jì)算結(jié)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(jù)得n=5×1016 【解析】每個(gè)光子的能量為，每個(gè)激光脈沖的能量為E，所以每個(gè)脈沖中的光子個(gè)數(shù)為： ，聯(lián)立且代入數(shù)據(jù)解得：。 7．（2019·浙江選考）處于較高能級(jí)的氫原子向較低能級(jí)躍遷時(shí)，能輻射出a、b兩種可見(jiàn)光，a光照射某金屬表面時(shí)有光電子逸出，b光照射該金屬表面時(shí)

6、沒(méi)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(cè)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(chǎn)光和b光的頻率之比可能是20/27 D．a(chǎn)光子的動(dòng)量大于b光子的 【答案】BD 【解析】根據(jù)題意可知a光頻率低于b光頻率，玻璃磚對(duì)a光的折射率大于對(duì)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(guò)平行表面后，b光的折射角較大，所以b光側(cè)移量小，即a光的側(cè)移量大于b光的，A錯(cuò)誤；頻率越大，波長(zhǎng)越小，通過(guò)同一單縫衍射裝置時(shí)，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(cuò)誤；頻率越大，波長(zhǎng)越小，即，根據(jù)

7、可知，D正確。 【點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是知道光的頻率越大，則其波長(zhǎng)越小，同一光學(xué)器件對(duì)其的折射率越大，通過(guò)同一單縫衍射裝置時(shí)中央亮條紋寬度越?。? 8．（2019·浙江選考）一個(gè)鈹原子核（）俘獲一個(gè)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(gè)鋰核（ ），并放出一個(gè)不帶電的質(zhì)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(yīng)方程為已知鈹原子的質(zhì)量為MBe=7.016929u，鋰原子的質(zhì)量為MLi=7.016004u，1u相當(dāng)于9.31×102MeV。下列說(shuō)法正確的是 A．中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零 B．鋰核（）獲得的動(dòng)能約為0.86Me

8、V C．中微子與鋰核（）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量 D．中微子與鋰核（）的能量之和等于反應(yīng)前電子的能量 【答案】AC 【解析】反應(yīng)方程為，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零，A正確；根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)量減少，為釋放的核能，不是鋰核獲得的動(dòng)能，B錯(cuò)誤；衰變過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，故反應(yīng)前后動(dòng)量守恒，故中微子與鋰核（）的動(dòng)量之和等于反應(yīng)前電子的動(dòng)量，C正確；由于反應(yīng)過(guò)程中存在質(zhì)量虧損，所以中微子與鋰核（）的能量之和小于反應(yīng)前電子的能量，D錯(cuò)誤。 9．（2018·北京卷）在核反應(yīng)方程中，X表示的是 A．質(zhì)子 B．中子 C．電子 D．α粒子 【答案】A 【解析】設(shè)X

9、為：，根據(jù)核反應(yīng)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(xiàng)A正確，BCD錯(cuò)誤。 點(diǎn)睛：本題考查了核反應(yīng)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。 10．（2018·全國(guó)II卷）用波長(zhǎng)為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)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(chǎn)生光電效應(yīng)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(yīng)方程；知道逸出功

10、并結(jié)合兩個(gè)公式求解。由光電效應(yīng)方程式得：，得：，剛好發(fā)生光電效應(yīng)的臨界頻率為，則，代入數(shù)據(jù)可得：，故B正確。 11．（2018·天津卷）氫原子光譜在可見(jiàn)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(jí)躍遷到n=2的能級(jí)發(fā)出的光，它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)到短，可以判定 A．對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小 B．同一介質(zhì)對(duì)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(yīng)，則也一定能 【答案】A 【解析】根據(jù)分析前后能級(jí)差的大?。桓鶕?jù)折射率與頻率的關(guān)系分析折射率的大?。桓鶕?jù)判斷傳播速度的大??；根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)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(huì)發(fā)

11、生光電效應(yīng)。波長(zhǎng)越大，頻率越小，故的頻率最小，根據(jù)可知對(duì)應(yīng)的能量最小，根據(jù)可知對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小，A正確；的頻率最小，同一介質(zhì)對(duì)應(yīng)的折射率最小，根據(jù)可知的傳播速度最大，BC錯(cuò)誤；的波長(zhǎng)小于的波長(zhǎng)，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(yīng)，則不一定能，D錯(cuò)誤。 【點(diǎn)睛】光的波長(zhǎng)越大，頻率越小，同一介質(zhì)對(duì)其的折射率越小，光子的能量越小。 12．（2018·天津卷）國(guó)家大科學(xué)過(guò)程——中國(guó)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(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)，下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是 A．俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒

12、子 B．俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 C．俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 D．俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子 【答案】B 【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知四個(gè)核反應(yīng)方程分別為、、，，故只有B選項(xiàng)符合題意； 【點(diǎn)睛】核反應(yīng)過(guò)程中，質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒即可寫(xiě)出核反應(yīng)方程式。 13．（2018·全國(guó)III卷）1934年，約里奧–居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產(chǎn)生了第一個(gè)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 B．15和30 C．16和30 D．17和31 【答案】B 【解析】根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)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(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(xiàng)B正確。 14．（2017·天津卷）我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】 是一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)放出一個(gè)中子，屬于聚變反應(yīng)，故A正確；是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)，他用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生氧的同位素——氧17和一個(gè)質(zhì)子，是人類第一次實(shí)現(xiàn)的

14、原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；是小居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時(shí)發(fā)現(xiàn)了放射性磷（磷30），屬于人工核反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】本題的關(guān)鍵是知道核反應(yīng)的分類，區(qū)別衰變和核反應(yīng)。 15．（2017·新課標(biāo)Ⅰ卷）大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來(lái)發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)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(yīng)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(jù)質(zhì)能方程，釋放的核能，，則，故B正確，ACD 錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)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(shí)要細(xì)心。 16．（2017·江蘇卷）原子核的比結(jié)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(jié)合能約為14 MeV （B）核比核更穩(wěn)定 （C）兩個(gè)核結(jié)合成核時(shí)釋放能量 （D）核中核子的平均結(jié)合能比核中的大 【答案】BC 【解析】由圖知核的比結(jié)合能約為7 MeV，所以結(jié)合能約為4×7=28 MeV，故A錯(cuò)誤；核比核的比結(jié)合能大，所以核比核更穩(wěn)定，B正確；兩個(gè)核結(jié)合成核時(shí)，即由比結(jié)合能小的反應(yīng)生成比結(jié)合能大

16、的釋放能量，C正確；由圖知核中核子的平均結(jié)合能比核中的小，所以D錯(cuò)誤． 【名師點(diǎn)睛】本題主要是要理解比結(jié)合能的含義，知道結(jié)合能與比結(jié)合能的區(qū)分與關(guān)系．以及在核反應(yīng)過(guò)程中由比結(jié)合能小的反應(yīng)生成比結(jié)合能大的要釋放能量． 17．（2017·新課標(biāo)Ⅲ卷）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說(shuō)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(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，又由動(dòng)能定理有，當(dāng)時(shí)，，，A錯(cuò)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(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】本題主要考查光電效應(yīng)。發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，光的強(qiáng)弱只影響單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出光電子的數(shù)目；光電子的最大初動(dòng)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(wú)關(guān)。 18．（2017·北京卷）2017年年初，我國(guó)研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長(zhǎng)在100 nm（1 nm=10–9 m）附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)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(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)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(gè)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(yīng)比電離一個(gè)分子的能量稍大，因此數(shù)量級(jí)應(yīng)相同，故選B。 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)題意可知光子的能量足以電離一個(gè)分子，因此該光子的能量應(yīng)比該分子的電離能大，同時(shí)又不能把

19、分子打碎，因此兩者能量具有相同的數(shù)量級(jí)，不能大太多。 19．（2017·新課標(biāo)Ⅱ卷）一靜止的鈾核放出一個(gè)粒子衰變成釷核，衰變方程為。下列說(shuō)法正確的是 A．衰變后釷核的動(dòng)能等于粒子的動(dòng)能 B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于粒子的動(dòng)量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)粒子所經(jīng)歷的時(shí)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(dòng)量守恒定律可知，生成的釷核的動(dòng)量與粒子的動(dòng)量等大反向，選項(xiàng)B正確；根據(jù)可知，衰變后釷核的動(dòng)能小于粒子的動(dòng)能，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；鈾核的半衰期等于一半數(shù)量的鈾核衰變需要的時(shí)間，而放出一個(gè)粒子所經(jīng)歷的時(shí)間是一個(gè)原子核衰變的時(shí)間，故兩者不等，選

20、項(xiàng)C錯(cuò)誤；由于該反應(yīng)放出能量，由質(zhì)能方程可知，衰變后粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選B。 【名師點(diǎn)睛】此題考查了原子核的反沖問(wèn)題以及對(duì)半衰期的理解；對(duì)于有能量放出的核反應(yīng)，質(zhì)量數(shù)守恒，但是質(zhì)量不守恒；知道動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān)系。 20．（2017·江蘇卷）質(zhì)子（）和α粒子（）被加速到相同動(dòng)能時(shí)，質(zhì)子的動(dòng)量 （選填“大于”、“小于”或“等于”）α粒子的動(dòng)量，質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為 ． 【答案】小于 2:1 【解析】動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)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(dòng)量小于α粒子的動(dòng)量，且；根據(jù)，可得質(zhì)子和α粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之

21、比為2:1． 【名師點(diǎn)睛】考查公式，動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系以及物質(zhì)的波的波長(zhǎng)和公式，較容易． 21．（2017·北京卷）在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)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(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，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(hào)用Y表示，寫(xiě)出該α衰變的核反應(yīng)方程。 （2）α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。 （3）設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm。 【答案】（1） （2） （3）

22、 【解析】（1）根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可知，該α衰變的核反應(yīng)方程為 （2）設(shè)α粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，由洛倫茲力提供向心力有 根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的參量關(guān)系有 得α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期 根據(jù)電流強(qiáng)度定義式，可得環(huán)形電流大小為 （3）由，得 設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，核反應(yīng)前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒，有Mv′–mv=0 可得 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程和能量守恒定律有 解得 說(shuō)明：若利用解答，亦可。 【名師點(diǎn)睛】（1）無(wú)論哪種核反應(yīng)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(yīng)前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒，因此反應(yīng)后的兩產(chǎn)物向相反方向運(yùn)動(dòng)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，受洛倫茲力作用將各自做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，且兩軌跡圓相外切，應(yīng)用洛倫茲力計(jì)算公式和向心力公式即可求解運(yùn)動(dòng)周期，根據(jù)電流強(qiáng)度的定義式可求解電流大小。 （3）核反應(yīng)中釋放的核能應(yīng)利用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程求解，在結(jié)合動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律即可解得質(zhì)量虧損。 11