三年高考（2017-2019）高考物理真题分项汇编 专题14 原子结构、原子核和波粒二象性（含解析）

专题14原子结构、原子核和波粒二象性1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV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．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故。故本题选A。2．（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为，已知11H和42He的质量分别为P1.0078um和4.0026um，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV【答案】C【解析】由2EmC知，2Emc=，忽略电子质量，则：，故C选项符合题意；3．（2019·天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是【答案】C【解析】由光电效应的方程，动能定理keUE，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率bcavvv，则可知三种光的折射率的关系为bcannn，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。4．（2019·天津卷）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【答案】AD【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。5．（2019·江苏卷）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6028Ni核也打出了质子：；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”）。【答案】中子核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：10n即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；6．（2019·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）【答案】光子能量hc，光子数目n=E，代入数据得n=5×1016【解析】每个光子的能量为，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：0ENE，联立且代入数据解得：。7．（2019·浙江选考）处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照射某金属表面时有光电子逸出，b光照射该金属表面时没有光电子逸出，则A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C．a光和b光的频率之比可能是20/27D．a光子的动量大于b光子的【答案】BD【解析】根据题意可知a光频率低于b光频率，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，b光的折射率较小，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光的折射角较大，所以b光侧移量小，即a光的侧移量大于b光的，A错误；频率越大，波长越小，通过同一单缝衍射装置时，中央亮条纹宽度越小，B正确；a光的频率大，故频率之比不可能为2027，C错误；频率越大，波长越小，即ab，根据hp可知abpp，D正确。【点睛】本题关键是知道光的频率越大，则其波长越小，同一光学器件对其的折射率越大，通过同一单缝衍射装置时中央亮条纹宽度越小．8．（2019·浙江选考）一个铍原子核（74Be）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（73Li），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=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（73Li）获得的动能约为0.86MeVC．中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核（73Li）的能量之和等于反应前电子的能量【答案】AC【解析】反应方程为，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（73Li）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。9．（2018·北京卷）在核反应方程中，X表示的是A．质子B．中子C．电子D．α粒子【答案】A【解析】设X为：ZAX，根据核反应的质量数守恒：，则：1Z，电荷数守恒：，则1A，即X为：11H为质子，故选项A正确，BCD错误。点睛：本题考查了核反应方程式，要根据电荷数守恒、质量数守恒得出X的电荷数和质量数，从而确定X的种类。10．（2018·全国II卷）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810–19J。已知普朗克常量为6.6310–34J·s，真空中的光速为3.00108m·s–1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为A．11014HzB．81014HzC．21015HzD．81015Hz【答案】B【解析】知道光电效应方程；知道逸出功00Wh并结合两个公式求解。由光电效应方程式得：，得：，刚好发生光电效应的临界频率为0，则00Wh，代入数据可得：，故B正确。11．（2018·天津卷）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定A．αH对应的前后能级之差最小B．同一介质对αH的折射率最大C．同一介质中δH的传播速度最大D．用γH照射某一金属能发生光电效应，则βH也一定能【答案】A【解析】根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据cvn判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应。波长越大，频率越小，故αH的频率最小，根据Eh可知H对应的能量最小，根据可知αH对应的前后能级之差最小，A正确；αH的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据cvn可知αH的传播速度最大，BC错误；γH的波长小于βH的波长，故γH的频率大于βH的频率，若用γH照射某一金属能发生光电效应，则βH不一定能，D错误。【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小。12．（2018·天津卷）国家大科学过程——中国散裂中子源（CSNS）于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是A．147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B．2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C．115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D．63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子【答案】B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为、、，，故只有B选项符合题意；【点睛】核反应过程中，质量数与核电荷数守恒，应用质量数与核电荷数守恒即可写出核反应方程式。13．（2018·全国III卷）1934年，约里奥–居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31【答案】B【解析】根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2+13=15，质量数为4+27–1=30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，选项B正确。14．（2017·天津卷）我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是A．B．C．D．【答案】A【解析】是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷30），属于人工核反应，故C错误；是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误。【名师点睛】本题的关键是知道核反应的分类，区别衰变和核反应。15．（2017·新课标Ⅰ卷）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是。已知21H的质量为2.0136u，32He的质量为3.0150u，10n的质量为1.0087u，1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV【答案】B【解析】根据质能方程，释放的核能2mcE，，则，故B正确，ACD错误。【名师点睛】本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是kg，由质能方程求核能时要细心。16．（2017·江苏卷）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有．（A）42He核的结合能约为14MeV（B）42He核比63Li核更稳定（C）两个21H核结合成42He核时释放能量（D）23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大【答案】BC【解析】由图知42He核的比结合能约为7MeV，所以结合能约为4×7=28MeV，故A错误；42He核比63Li核的比结合能大，所以42He核比63Li核更稳定，B正确；两个21H核结合成42He核时，即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量，C正确；由图知23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的小，所以D错误．【名师点睛】本题主要是要理解比结合能的含义，知道结合能与比结合能的区分与关系．以及在核反应过程中由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量．17．（2017·新课标Ⅲ卷）在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是A．若νaνb，则一定有UaUbB．若νaνb，则一定有EkaEkbC．若UaUb，则一定有EkaEkbD．若νaνb，则一定有hνa–Ekahνb–Ekb【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程，又由动能定理有mkEeU，当ab时，kkabEE，abUU，A错误，B正确；若abUU，则有kkabEE，C正确；同种金属的逸出功不变，则不变，D错误。【名师点睛】本题主要考查光电效应。发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电