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）

專題14 原子結(jié)構(gòu)、原子核和波粒二象性1（2019·新課標(biāo)全國卷）氫原子能級(jí)示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV3.10 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(yīng)給氫原子提供的能量為A12.09 eVB10.20 eVC1.89 eV D1.5l 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1.63eV3.10eV的可見光。故。故本題選A。2（2019·新課標(biāo)全國卷）太陽內(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，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)的過程中，釋放的能量約為A8 MeVB16 MeVC26 MeVD52 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，因此光穿過三棱鏡時(shí)b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C，ABD錯(cuò)誤。4（2019·天津卷）我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)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(dá)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(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)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(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，盧瑟福用粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子后來，人們用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”）?！敬鸢浮恐凶?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)，核聚變目前還無法控制，所以目前獲得核能的主要方式是核裂變；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)=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)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(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Ca光和b光的頻率之比可能是20/27Da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)可知，D正確?！军c(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，通過同一單縫衍射裝置時(shí)中央亮條紋寬度越小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e，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0.86MeVC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粒子【答案】A【解析】設(shè)X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1.281019 J。已知普朗克常量為6.631034 J·s，真空中的光速為3.00108 m·s1，能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為A11014 HzB81014 HzC21015 HzD81015 Hz【答案】B【解析】知道光電效應(yīng)方程；知道逸出功并結(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)差的大小；根據(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)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）國家大科學(xué)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(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)粒子，產(chǎn)生并放出一個(gè)粒子B俘獲一個(gè)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)守恒即可寫出核反應(yīng)方程式。13（2018·全國III卷）1934年，約里奧居里夫婦用粒子轟擊鋁核，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A15和28 B15和30 C16和30 D17和31【答案】B【解析】根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2+13=15，質(zhì)量數(shù)為4+271=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(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對(duì)國際熱核聚變項(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?！久麕燑c(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)卷）大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(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A3.7 MeVB3.3 MeVC2.7 MeVD0.93 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(cuò)誤?！久麕燑c(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)卷）在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為a、b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。下列說法正確的是A若a>b，則一定有Ua<UbB若a>b，則一定有Eka>EkbC若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD若a>b，則一定有haEka>hbEkb【答案】BC【解析】由愛因斯坦光電效應(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?！久麕燑c(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，與光的頻率無關(guān)。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(zhǎng)在100 nm（1 nm=109 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=6.6×1034 J·s，真空光速c=3×108 m/s）A1021 JB1018 JC1015 JD1012 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)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”）粒子的動(dòng)量，質(zhì)子和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)量小于粒子的質(zhì)量所以質(zhì)子的動(dòng)量小于粒子的動(dòng)量，且；根據(jù)，可得質(zhì)子和粒子的德布羅意波波長(zhǎng)之比為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)生了一次衰變。放射出的粒子（）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，寫出該衰變的核反應(yīng)方程。（2）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)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損m?！敬鸢浮浚?） （2） （3）【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，該衰變的核反應(yīng)方程為（2）設(shè)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Mvmv=0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?！久麕燑c(diǎn)睛】（1）無論哪種核反應(yīng)方程，都必須遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒。（2）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