三高考高考物理试题分项版解析专题原子结构原子核和波粒二象性含解析

知识点十五 波粒二象性1.(2023·全国乙卷·T16)2022年10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。

由观测结果推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J 。

假设释放的能量来自物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s) ( )A.1019 kgB.1024kgC.1029 kgD.1034kg 【解析】选C 。

根据质能方程E=mc2可知,每秒钟平均减少的质量为Δm=E 060c 2=104860×(3×108)2kg≈2×1029kg,则每秒钟平均减少的质量量级为1029kg,故选C 。

2.(2023·浙江6月选考·T5)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜,核电池将94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。

94238Pu 的衰变方程为94238Pu 92X U+24He,则( )A.衰变方程中的X 等于233B.24He 的穿透能力比γ射线强C.94238Pu 比92XU 的比结合能小 D.月夜的寒冷导致94238Pu 的半衰期变大【解析】选C 。

由质量数守恒得:X=238-4=234,故A 错误;24He 的穿透能力比γ射线弱,故B错误;94238Pu 衰变过程释放能量,比结合能增大,即94238Pu 比92XU 的比结合能小,故C 正确。

半衰期的大小反映衰变的快慢,与所处的物理环境无关,故D 错误。

3.(多选)(2023·浙江6月选考·T15)有一种新型光电效应量子材料,其逸出功为W 0。

当紫外光照射该材料时,只产生动能和动量单一的相干光电子束。

用该电子束照射间距为d 的双缝,在与缝相距为L 的观测屏上形成干涉条纹,测得条纹间距为Δx 。

已知电子质量m,普朗克常量为h,光速为c,则 ( )A.电子的动量p e =hLdΔx B.电子的动能E k =hL 22md 2Δx 2C.光子的能量E=W 0+chLdΔxD.光子的动量p=W 0c +h 2L 22cmd 2Δx 2【解析】选A 、D 。

高中物理学习材料桑水制作2011年高考物理真题分类汇编（详解+精校）原子结构、原子核、波粒二象性1．（2011年高考·上海卷）卢瑟福利用α粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是A． B． C． D．1.D 解析：本题考查α粒子散射实验的原理，主要考查学生对该实验的轨迹分析和理解。

由于α粒子轰击金箔时，正对金箔中原子核打上去的一定原路返回，故排除A、C选项；越靠近金原子核的α粒子受力越大，轨迹弯曲程度越大，故D正确。

2．（2011年高考·上海卷）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（）A．改用频率更小的紫外线照射 B．改用X射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射 D．延长原紫外线的照射时间2.B 解析：本题考查光电效应现象，要求学生知道光电效应发生的条件。

根据爱因斯坦对光电效应的研究结论可知光子的频率必须大于金属的极限频率，A错；与光照射时间无关，D错；与光强度无关，C错；X射线的频率比紫外线频率较高，故B对。

3．（2011年高考·上海卷）在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物。

则（）A．措施①可减缓放射性元素衰变 B．措施②可减缓放射性元素衰变C ．措施③可减缓放射性元素衰变D ．上述措施均无法减缓放射性元素衰变3.D 解析：本题考查衰变及半衰期，要求学生理解半衰期。

原子核的衰变是核内进行的，故半衰期与元素处于化合态、游离态等任何状态无关，与外界温度、压强等任何环境无关，故不改变元素本身，其半衰期不会发生变化，A 、B 、C 三种措施均无法改变，故D 对。

4．（2011年高考·北京理综卷）表示放射性元素碘131（I 13153）β衰变的方程是A ．He Sb I 421275113153+→ B ．e Xe I 013114513153-+→ C ．n I I 101305313153+→D ．H Te I 113012513153+→4.B 解析：A 选项是α衰变，A 错误；B 选项是β衰变，B 正确；C 选项放射的是中子，C 错误；D 选项放射的是质子，D 错误。

原子结构、原子核和波粒二象性【2018高考真题】1．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【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）【答案】 A【解析】设X为：，根据核反应的质量数守恒：，则：电荷数守恒：，则，即X为：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。

2．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 J。

已知普朗克常量为6.6310-34 J·s，真空中的光速为3.00108 m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A. 11014 HzB. 81014 HzC. 21015 HzD. 81015 Hz【来源】2018年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【答案】 B则代入数据可得：，故B正确；故选B点睛：本题比较简单，知道光电效应方程并利用方程求解即可。

3．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n>2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. 对应的前后能级之差最小B. 同一介质对的折射率最大C. 同一介质中的传播速度最大D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【答案】 A度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，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．4．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. 俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子B. 俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子C. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子D. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【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．5．1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X ：。

专题13 原子结构、原子核和波粒二象性【2021高考真题】1．在核反映方程中，X表示的是A. 质子B. 中子C. 电子D. α粒子【来源】2021年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）【答案】A【解析】设X为：，按照核反映的质量数守恒：，则：电荷数守恒：，则，即X为：为质子，故选项A正确，BCD错误。

点睛：本题考查了核反映方程式，要按照电荷数守恒、质量数守恒得出X的电荷数和质量数，从而肯定X的种类。

2．用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 J。

已知普朗克常量为6.6310-34 J·s，真空中的光速为3.00108 m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A. 11014 HzB. 81014 HzC. 21015 HzD. 81015 Hz【来源】2021年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国II卷）【答案】 B则代入数据可得：，故B正确；故选B点睛：本题比较简单，知道光电效应方程并利用方程求解即可。

3．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n>2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. 对应的前后能级之差最小B. 同一介质对的折射率最大C. 同一介质中的传播速度最大D. 用照射某一金属能发生光电效应，则也必然能【来源】2021年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【答案】 A度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不必然能，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．4．国家大科学进程——中国散裂中子源（CSNS）于2021年8月28日初次打靶成功，取得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反映中放出的粒子为中子的是A. 俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子B. 俘获一个α粒子，产生并放出一个粒子C. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子D. 俘获一个质子，产生并放出一个粒子【来源】2021年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【答案】 B【解析】按照质量数和电荷数守恒可知四个核反映方程别离为、、，，故只有B 选项符合题意；【点睛】核反映进程中，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映方程式． 5．1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X ：。

第12课时波粒二象性原子与原子核考点光电效应波粒二象性1．光电效应方程(1)光子：频率为ν的光的能量子为hν.(2)方程表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.2．三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0(2)最大初动能与遏止电压：E k＝eU c(3)逸出功与截止频率：W0＝hνc3．两个图象(1)光电流与电压的关系，如图1所示图1①I m为饱和光电流，由光照强度决定．②U c为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定．(2)用图象表示光电效应方程，如图2所示图2①截止频率：图线与ν轴的交点的横坐标νc②逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的绝对值W0③普朗克常量：图线的斜率k＝h.4．两条线索(1)光强大→光子数目多→发射光电子数多→光电流大(2)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大5．光的波粒二象性(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．例1(2019·河南九师联盟质检)关于光电效应，下列说法正确的是()A．在光电效应实验中，用不同频率的光照射相同的金属表面，这种金属的逸出功不同B.若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时一定能发生光电效应C．用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系D．只要增加光照时间和光照强度照射金属表面，该金属一定能发生光电效应答案 C解析在光电效应实验中，金属的逸出功是由金属本身决定的物理量，与入射光的频率无关，选项A错误；黄光的频率小于紫光，则若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时不一定能发生光电效应，选项B错误；根据E k＝hν－W0可知，用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系，选项C正确；能否发生光电效应，由入射光的频率决定，与光照时间和光照强度无关，选项D错误．变式训练1．(2019·四川综合能力提升卷)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应．现改用紫光照射该金属，下列说法正确的是()A．若紫光强度较小，可能不会产生光电子B．用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大C．用紫光照射时，光电子的最大初动能更大D．两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小答案 C解析因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但用红光照射产生的光电子的动能不一定都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误．例2(多选)(2019·浙江嘉丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图3甲所示．测得该金属的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.则()图3A．图甲中电极A为光电管的阳极B．探究遏止电压U c与入射光频率ν关系时，电源的左侧是正极C．该金属的截止频率νc为5.15×1014 HzD．该金属的逸出功为3.41×10－19 eV答案AC解析电子从金属板上射出后被电场加速，知A板为阳极，故选项A正确；探究遏止电压U c与入射光频率ν关系时，应让电子减速，直至光电流为零，故电源左侧是负极，选项B错误；由E k＝hν－W0和eU c＝E k知，当U c＝0时，hνc＝W0.据题图乙知截止频率νc＝5.15×1014Hz，故选项C正确；W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J，故D错误．变式训练2.(2020·山东等级考模拟卷·6)如图4所示，有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K 上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零.已知电容器的电容为C ，带电荷量为Q ，极板间距为d ，普朗克常量为h ，电子电荷量的绝对值为e ，不计电子的重力.关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν，以下判断正确的是( )图4A.带正电，ν0＋Qe ChB.带正电，ν0＋QeChdC.带负电，ν0＋QeChD.带负电，ν0＋QeChd答案 C解析 以最大初动能入射至电容器的电子经板间电场到达右侧极板时速度刚好为零，说明电场力做负功，电场强度方向向右，右侧极板带负电，且－eU ＝0－E k0，由电容器电压与电荷量的关系知U ＝QC ，由最大初动能与单色光入射频率的关系知E k0＝hν－hν0，代入化简可得ν＝ν0＋Qe Ch.3．(2019·浙江宁波市 “十校联考”)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图5.用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K ，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U ，即将阴极K 接电源正极，阳极A 接电源负极，在K 、A 之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U ，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 0为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)( )图5A ．U ＝hνe －W 0eB ．U ＝2hνe －W 0eC ．U ＝2hν－W 0D ．U ＝5hν2e －W 0e答案 B解析 发生光电效应时有E k ＝nhν－W 0(n ＝2,3,4…)，在K 、A 间逐渐增大U ，当光电流为零时，由－eU ＝0－E k 得U ＝nhνe －W 0e(n ＝2,3,4…)，故B 项正确．考点氢原子模型与原子结构1.玻尔理论的基本内容(1)能级假设：氢原子E n ＝E 1n2(n 为量子数)．(2)跃迁假设：吸收或释放的能量hν＝E m －E n (m >n )． (3)轨道假设：氢原子r n ＝n 2r 1(n 为量子数)． 2．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差ΔE . ②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE . ③大于电离能的光子被吸收，原子被电离． 3．四点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差． (2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级的绝对值．(3)一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，可能辐射光子的种类N ＝C 2n＝n (n －1)2. (4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值．例3(2019·河南濮阳市5月模拟)He －Ne 激光器产生的波长为6.33×10－7 m 的谱线是Ne 原子从激发态能级(用E 1表示)向能量较低的激发态能级(用E 2表示)跃迁时发生的；波长为3.39×10－6 m 的谱线是Ne 原子从激发态能级E 1向能量较低的激发态能级(用E 3表示)跃迁时发生的．已知普朗克常量h 与光速c 的乘积hc ＝1.24×10－6 m·eV .由此可知Ne 的激发态能级E 2与E 3的能量差为(结果保留两位有效数字)( ) A ．1.6 eV B ．2.6 eV C ．3.6 eV D ．4.0 eV答案 A解析 由E m －E n ＝hcλ，有E 2－E 1＝hcλ1，E 3－E 1＝hcλ2，则ΔE ＝E 2－E 3＝hc λ1－hcλ2代入数值得ΔE ≈1.6 eV ，故A 项正确．变式训练4．(2019·四川宜宾市第二次诊断)玻尔首先提出能级跃迁．如图6所示为氢原子的能级图，现有大量处于n ＝3能级的氢原子向低能级跃迁．下列说法正确的是( )图6A．这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光B．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级产生的光频率最大C．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最长D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 eV答案 A5．(2019·全国卷Ⅰ·14)氢原子能级示意图如图7所示．光子能量在1.63 eV～3.10 eV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()图7A．12.09 eV B．10.20 eVC．1.89 eV D．1.51 eV答案 A解析因为可见光光子的能量范围是1.63 eV～3.10 eV，所以处于基态的氢原子至少要被激发到n＝3能级，要给氢原子提供的能量最少为E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，故选项A 正确．考点核反应与核能1．核反应的四种类型2.原子核的衰变(1)衰变的实质：α衰变为211H＋210n→42He，即放出α射线；β衰变为10n→11H＋0－1e，即放出β射线，在α衰变或β衰变过程中放出γ射线．(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义．3．核反应方程解答技巧(1)熟记常见基本粒子的符号——是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子( 0+1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律——是正确书写核反应方程或判断核反应方程是否正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒．(3)明白核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．4．核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．例4(2019·安徽A10联盟开年考)关于核反应方程238 92U→X 90Th＋42He，其中X为Th原子核的质量数，则下列说法正确的是()A．该反应属于β衰变B. X 90Th中含有148个中子C.238 92U的平均结合能比X 90Th大D．该反应新生成的粒子X 90Th具有放射性答案 D解析该反应放出α粒子，属于α衰变，选项A错误；根据电荷数守恒可知X＝238－4＝234，则X 90Th中含有234－90＝144个中子，选项B错误；核电荷数越小的平均结合能越大，则238 92U 的平均结合能比X 90Th小，选项C错误；该反应新生成的粒子X 90Th原子序数大于83，具有放射性，选项D正确．变式训练7．(2019·天津市和平区上学期期末)天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的结构．关于原子核，下列说法正确的是()A．β射线是原子的核外电子电离后形成的电子流B．某原子核经过一次α衰变后，核内质子数减少4个C．增大压强不能改变原子核衰变的半衰期D．α射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤答案 C解析β射线是原子核内的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子形成的，故A错误；α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程．α粒子是核电荷数为2、质量数为4的氦核．质子数等于核电荷数2，所以“核内质子数减少4个”是错误的，则B错误；原子核的半衰期有其自身决定，与原子所处的物理、化学状态和外部条件无关，故改变压强不能改变半衰期，C正确；γ射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤，α射线的电离本领最强，D错误．8．(2019·湖北武汉市二月调研)据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统(TMSR)研究已获重要突破．该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次β衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量．下列说法正确的是() A．钍核232 90Th有90个中子，142个质子B．铀核裂变的核反应方程为233 92U＋10n→142 56Ba＋8936Kr＋310nC．放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条件决定D．重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小答案 B解析钍核232 90Th有90个质子，142个中子，故A错误；根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确；根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C错误；较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增大，故D错误．例5(2019·全国卷Ⅱ·15)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411H→42He＋201e＋2γ，已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/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．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeV答案 C解析因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计．核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u －4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确．变式训练9．(多选)(2019·浙江绍兴市3月选考)一座核电站反应堆产生的热功率为3 400 MW，发电功率为1 100 MW.已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200 MeV，下列说法正确的是() A．核裂变的反应方程为23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋210nB．核反应后总质量增加了C．核电站的发电效率约为32%D．每秒钟约有1.1×1020个铀235核发生裂变答案CD解析根据质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程应为23592U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，由于释放核能，据ΔE＝Δmc2，总质量一定减小；发电效率η＝1 100 MW3 400 MW×100%≈32%；由Pt＝nE，每秒发生裂变的铀核n＝ 3 400×106 W×1 s≈1.1×1020个．200×106×1.6×10－19J专题突破练级保分练1．(2019·山东日照市上学期期末)用光电管进行光电效应实验中，分别用频率不同的单色光照射到同种金属上，下列说法正确的是()A．频率较小的入射光，需要经过足够长的时间照射才能发生光电效应B．入射光的频率越大，极限频率就越大C．入射光的频率越大，遏止电压就越大D．入射光的强度越大，光电子的最大初动能就越大答案 C解析只要入射光的频率低于金属的极限频率，无论时间多长，无论光的强度多大，都不会发生光电效应，故A错误；金属材料的性质决定金属的逸出功，而逸出功决定金属的极限频率，与入射光的频率无关，故B错误；根据eU c＝hν－W0可知，入射光的频率越大，遏止电压就越大，故C正确；根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大，与入射光的强度无关，故D错误．2.(多选)(2019·安徽皖江名校联盟摸底大联考) 利用光电效应可以把光信号转变为电信号，因此利用光电效应制作的光电器件在工农业生产、科学技术和文化生活领域内得到了广泛的应用，其中光电管就是应用最普遍的一种光电器件，把光电管接入如图1所示的电路中，闭合开关S，用波长为λ的单色光照射光电管时发生了光电效应，下列说法正确的是()图1A．照射的单色光越强，饱和光电流将越大B．若用波长更长的单色光照射光电管，则光电管中金属的逸出功越大C．若把滑片c向左滑动，电流表G的示数一定增大D．若把电源正负极反接，电流表G的示数可能为零答案AD解析发生光电效应时，保持入射光的频率不变，饱和光电流随入射光强度的增大而增大，A正确；金属的逸出功与入射光的频率(波长)无关，由金属本身决定，B错误；若把滑片c 向左滑动，当电流达到饱和电流后，电流不在随电压的增大而增大，C错误；若把电源正负极反接，则电压为遏止电压，当遏止电压与电子电荷量的乘积大于光电子的最大初动能时，光电子不能到达阳极，光电流为零，D正确．3.(多选)(2019·浙江嘉兴一中高三期末)如图2所示，是某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压U c与入射光频率ν的关系图象．则由图象可知()图2A．遏止电压与入射光的频率无关B．该金属的逸出功等于hν0C．图象的斜率表示普朗克常量hD．入射光的频率为3ν0时，产生的光电子的最大初动能为2hν0答案BD4．(2019·江西宜春市上学期期末)下列说法中不正确的是()A．光电效应表明光子有能量，康普顿效应表明光子有动量，这两者均证明了光的粒子性B．卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构C．玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了所有原子的光谱D．天然放射现象表明原子核有更为精细的结构答案 C解析光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，它们都是光的粒子性的证明，故A正确；卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，故B正确；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，不能解释所有原子光谱的实验规律，故C错误；天然放射现象表明原子核有更为精细的结构，故D正确．5．(多选)(2019·贵州部分重点中学教学质量评测)下列说法中正确的是()A．在核反应21H＋31H→42He＋10n，42He与10n的质量和一定小于21H与31H的质量和B．卫星可以在大于地球半径的任意圆轨道上运动，电子也可以在大于基态轨道半径的任意圆轨道上运动C．分别用绿光和紫光照射同一金属表面都能发生光电效应，逸出的光电子的最大初动能可能相等D．随着黑体温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动答案AD解析在核裂变和核聚变反应中有能量释放，对应的有质量亏损，故A正确；由玻尔理论知电子绕原子核的圆周运动轨道半径是不连续的，故B错误；对同一金属来讲逸出功是一定的，紫光光子的能量大于绿光光子的能量，由光电效应方程知用紫光照射同一金属表面，逸出的光电子的最大初动能较绿光大，故C错误；根据黑体辐射理论，黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故D正确．6．(2019·贵州安顺市上学期质量监测)下列说法正确的是()A．电子在核外绕核旋转，向心力为万有引力B．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子吸收光子，能量增加C．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型D．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大答案 C解析电子在核外绕核旋转，向心力为原子核对电子的静电引力，选项A错误；一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子释放光子，能量减小，选项B错误；根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应方程可知，光电子的最大初动能随着入射光的频率增大而增大，选项D错误．7.(2020·山东等级考模拟卷·1)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年.1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为42He＋147N→m 8X＋1n Y.以下判断正确的是()A.m＝16，n＝1B.m＝17，n＝1C.m＝16，n＝0D.m＝17，n＝0答案 B解析由质量数和电荷数守恒可得：4＋14＝m＋1,2＋7＝8＋n，解得：m＝17，n＝1. 8．(2019·山东临沂市2月质检)氢原子的能级图如图3所示，不同色光的光子能量如下表所示．图3一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，其颜色为() A．红色 B. 黄色 C. 绿色 D. 蓝—靛答案 A解析如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于红色可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝－靛光；由题意，由一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，则一定对应着从第三能级到低能级的跃迁，其可见光的颜色为红色，故选A.9．(多选)(2019·浙江超级全能生2月联考)如图4所示的四幅图，下列说法中正确的是()图4A．根据甲图氢原子的电子云示意图可知，电子在玻尔理论中的某一轨道上稳定运动，应该是一个概率问题B．根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，63Li原子核中的平均核子质量比16 8O的要小C．丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须具有一定的体积或质量D．根据丁图中氡的衰变可知，1 g氡经过38天后还剩0.1 g答案AC10．(2019·山东菏泽市下学期第一次模拟)下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是()A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案 C解析维系原子核稳定的力是核力，核力既可以是核子间的相互吸引力，也可以是排斥力，A项错误；核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力大的多，B项错误；比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会亏损质量，释放核能，C项正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，D项错误．级争分练11.(2019·辽宁葫芦岛市一模)如图5所示，氢原子在不同能级间发生的a、b、c三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa、νb、νc，下列关系式正确的是()图5A．νb＝νa＋νcB．νa＝νbνcνb＋νcC．νb＝νaνcνa＋νcD．νc＝νbνaνa＋νb答案 A解析因为E m－E n＝hν，知E b＝E a＋E c，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故选A.12.(2019·湖北恩施州2月教学质量检测)利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟；如图6所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率约为(已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s)()图6A．3.08×1014 Hz B．3.08×1015 HzC．1.93×1014 Hz D．1.93×1015 Hz答案 B解析辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波，即为能量最大的电磁波，根据玻尔理论可知：E4－E1＝hν，解得ν＝[－0.85－(－13.6)]×1.6×10－196.63×10－34Hz≈3.08×1015 Hz，故选B.13.(多选)(2019·浙南名校联盟高三期末)如图7为普通使用的“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀核裂变方程：235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，用重水做慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核(21H)每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子的两倍，则下列说法正确的是()图7A ．钡核的比结合能比铀核的大B ．若碰撞前中子的动能为E 0，经过一次弹性碰撞后中子动能变成19E 0 C ．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度D ．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线答案 ABD14．(2019·福建泉州市第一次质量检查)重核裂变的一个核反应方程为235 92U ＋10n →136 54Xe ＋9038Sr＋х10n ，已知235 92U 、136 54Xe 、9038Sr 的平均结合能分别为7.6 MeV 、8.4 MeV 、8.7 MeV ，则( )A ．该核反应方程中x ＝10B.235 92U 的中子数为92 C ．该核反应中质量增加D.235 92U 的平均结合能比136 54Xe 小，235 92U 比136 54Xe 更稳定 答案 A解析 根据质量数和电荷数守恒可知，x ＝10，故A 正确；235 92U 的质子数为92，质量数为235，所以中子数为143，故B 错误；该核反应是重核裂变，质量会发生亏损，故C 错误；平均结合能越大，表示原子越稳定，故D 错误．15．(多选)(2019·山东实验中学第二次模拟)核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的元素，它可破坏细胞基因，增加患癌的风险．已知钚的一种同位素239 94Pu 的半衰期为24 100年，其衰变方程为239 94Pu →X ＋42He ＋γ，则下列说法中正确的是( )A ．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，穿透能力很强B ．上述衰变方程中的X 含有143个中子。

2017年高考物理高考题和高考模拟题分项版汇编专题11 波粒二象性、原子结构和原子核（含解析）选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017年高考物理高考题和高考模拟题分项版汇编专题11 波粒二象性、原子结构和原子核（含解析）选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。

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专题11 波粒二象性、原子结构和原子核1．【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 ．23411120H H He n +→+B ．1441717281N He O H +→+C ．427301213150He Al P n +→+D ．235114489192056360U n Ba Kr 3n +→++【答案】A【考点定位】核反应的种类【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.2．【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22311120H H He n ++→。

已知21H 的质量为2.013 6 u ，32He 的质量为3。

015 0u ，10n 的质量为1。

008 7 u,1 u=931 MeV/c 2。

氘核聚变反应中释放的核能约为A ．3。

7 MeVB ．3。

3 MeVC ．2。

高中物理学习材料（鼎尚**整理制作）专题十七 波粒二象性 原子结构和原子核高考试题考点一 光电效应 ★★★1.(2013年北京理综,20,6分)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率ν的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K 接电源正极,阳极A 接电源负极,在KA 之间就形成了使光电子减速的电场,逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功,h 为普朗克常量,e 为电子电荷量)( )A.U=hv e -W eB.U=2hv e -We C.U=2h ν-WD.U=52hv e -W e解析:用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应.“当增大反向电压U,使光电流恰好减小到零时”,即为:从阴极K 逸出的具有最大初动能的光电子,恰好不能到达阳极A.以从阴极K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得-Ue=0-12m 2m v 由光电效应方程得nh ν=12m 2m v +W(n=2,3,4…) 由两式解得U=2nhv e -We(n=2,3,4…). 故选项B 正确,选项A 、C 、D 错误. 答案:B2.(2011年广东理综,18,6分)光电效应实验中,下列表述正确的是( )A.光照时间越长光电流越大B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子解析:光电效应中光电流的大小与光强有关,与时间无关,选项A错误;发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于材料的极限频率,选项B错误,D正确;入射光的频率越大,遏止电压越大,选项C正确.答案:CD3.(2010年浙江理综,16,6分)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示.则可判断出( )A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析:由图像知,甲、乙光对应的遏止电压相等,由eU c=hνc得甲、乙光频率相等,选项A错误.由eU c=hνc,λ=cv可知丙光的波长小于乙光波长,乙光对应的截止频率小于丙光的截止频率,选项B正确,C错误.由12m e v2=eU c可知甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能,选项D错误.答案:B点评：通过对光电流与电压关系图线考查不同频率光的截止频率和遏止电压,是高考对光电效应考查的常见形式.4.(2011年福建理综,29(1),6分)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示,其中ν0为极限频率.从图中可以确定的是.(填选项前的字母)A.逸出功与ν有关B.E km与入射光强度成正比C.当ν<ν0时,会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关解析:由爱因斯坦光电效应方程得E km=hν-W0,E kmν图像的斜率为h,故选项A、B、C错误,D正确.答案:D5.(2013年浙江自选模块,14,10分)小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图(甲)所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s.(1)图(甲)中电极A 为光电管的 (填“阴极”或“阳极”);(2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图(乙)所示,则铷的截止频率νc = Hz,逸出功W 0= J;(3)如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能E k = J.解析:(1)在光电效应中,电子向A 极运动,故电极A 为光电管的阳极.(2)由题图可知,铷的截止频率νc 为5.15×1014 Hz,逸出功W 0=h νc =6.63×10-34×5.15×1014 J ≈3.41×10-19J. (3)当入射光的频率为ν=7.00×1014Hz 时,由光电效应方程E k =h ν-h νc 得,光电子的最大初动能为E k =6.63×10-34×(7.00-5.15)×1014 J ≈1.23×10-19J.答案:(1)阳极 (2)5.15×1014[(5.12~5.18)×1014均视为正确] 3.41×10-19[(3.39~3.43)×10-19均视为正确](3)1.23×10-19[(1.21~1.25)×10-19均视为正确]6.(2012年江苏卷,12C(3),4分)A 、B 两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为E A 、E B .求A 、B 两种光子的动量之比和该金属的逸出功. 解析:光子能量ε=h ν,动量p=hλ,且ν=cλ得p=cε,则p A ∶p B =2∶1 A 照射时,光电子的最大初动能E A =εA -W 0. 同理,E B =εB -W 0,解得W 0=E A -2E B . 答案:2∶1 E A -2E B考点二 原子结构与氢原子的能级跃迁 ★★★★1.(2013年福建理综,30(1),6分)在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是 .(填选图下方的字母)解析:α粒子散射实验中,入射的α粒子只有靠近金箔原子核时在其斥力作用下发生大角度偏转,图A 、D 中出现引力情况,这是不可能的,图B 中其中一个α粒子的径迹不对,只有选项C 正确. 答案:C2.(2012年北京理综,20,6分)“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成.若在结两端加恒定电压U,则它会辐射频率为ν的电磁波,且ν与U 成正比,即ν=kU.已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关.你可能不了解此现象的机理,但仍可运用物理学中常用的方法,在下列选项中,推理判断比例系数k 的值可能为( ) A.2h eB.2e hC.2heD.12he解析:根据ν=kU,可知k=v U,即k 的单位为赫兹伏=1⋅伏秒.2he 的单位为⋅焦秒库=⋅⋅牛米秒库=牛库·米·秒=伏米·米·秒=伏·秒,2e h的单位为: 1⋅伏秒,2he 的单位为:焦·秒·库=伏·库·秒·库=伏·秒·库2;12he 的单位为: 21⋅⋅伏秒库.故选项B正确,选项A 、C 、D 错误. 答案:B3.(2011年四川理综,18,6分)氢原子从能级m 跃迁到能级n 时辐射红光的频率为ν1,从能级n 跃迁到能级k 时吸收紫光的频率为ν2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k 跃迁到能级m,则( ) A.吸收光子的能量为h ν1+h ν2B.辐射光子的能量为h ν1+h ν2C.吸收光子的能量为h ν2-h ν1D.辐射光子的能量为h ν2-h ν1解析:由题意,h ν1=E m -E n ,h ν2=E k -E n两式相减得辐射光子的能量E k -E m =h ν2-h ν1,所以选项D 正确,A 、B 、C 错误. 答案:D4.(2011年天津理综,1,6分)下列能揭示原子具有核式结构的实验是( ) A.光电效应实验 B.伦琴射线的发现 C.α粒子散射实验 D.氢原子光谱的发现解析:光电效应实验揭示了光具有粒子性,故选项A 错误;伦琴射线是原子内层电子能级跃迁产生,故选项B 错误;α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构,因为绝大部分α粒子不偏转,极少数α粒子发生了大角度散射,故选项C 正确;氢原子光谱的发现说明原子内轨道量子化,故选项D 错误. 答案:C5.(2012年江苏卷,12C(1),4分)如图所示是某原子的能级图,a 、b 、c 为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是 .解析:根据玻尔的原子跃迁公式h ν=E m -E n (m>n)可知,两个能级间的能量差值越大,辐射光的频率越大,波长越短,从图中可看出,能量差值最大的是E 3-E 1,辐射光的波长a 最短,能量差值最小的是E 3-E 2,辐射光的波长b 最长,所以谱线从左向右的波长依次增大的是a 、c 、b,选项C 正确,选项A 、B 、D 错误. 答案:C6.(2013年江苏卷,12C(1)(2),8分)(1)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等,则它们的 也相等.A.速度B.动能C.动量D.总能量(2)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He +)的能级图如图所示.电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离 (选填“近”或“远”).当大量He +处在n=4的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有 条.解析:(1)根据λ=hp,如果一个电子和一个中子的德布罗意波长相等,则它们的动量大小相等,选项C 正确. (2)根据玻尔理论r n =n 2r 1可知电子处在n=3的轨道上比处在n=5的轨道上离氦核的距离近.大量He +处在n=4的激发态时,发射的谱线有6条.答案:(1)C (2)近 67.(2012年山东理综,38(1),4分)氢原子第n 能级的能量为E n =12E n ,其中E 1为基态能量.当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的频率为ν1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为ν2,则12v v = .解析:由于h ν=E m -E n ,而E n =12E n ,由此得 12hv hv =12v v =1111416114E E ⎛⎫- ⎪⎝⎭⎛⎫- ⎪⎝⎭=14. 答案:14考点三 天然放射现象 核反应 核能 ★★★★★1.(2013年广东理综,17,6分)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式是23592U +10n 14456Ba → 8936+Kr +103n .下列说法正确的有( )A.上述裂变反应中伴随着中子放出B.铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响解析:由题干中的裂变反应式可以看出,有中子10n 放出,所以选项A 正确;根据铀核裂变知识可知,铀块体积必须大于临界体积后,裂变链式反应才能发生,选项B 错误;通常人们可以利用镉棒吸收中子,从而达到控制链式反应的目的,选项C 正确;半衰期与周围环境及所处状态无关,故选项D 错误. 答案:AC2.(2013年天津理综,1,6分)下列说法正确的是( ) A.原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律 B.α射线、β射线、γ射线都是高速运动的带电粒子流 C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关解析:原子核发生衰变时,遵守电荷数守恒、质量数守恒,而不是遵守电荷守恒和质量守恒的规律,选项A 错误;α射线、β射线是高速运动的带电粒子流,γ射线是不带电的光子,选项B 错误;氢原子从激发态向基态跃迁时,只能辐射能量等于两能级差的特定频率的光子,选项C 正确;由光电效应方程知,发生光电效应时,光电子的动能只与入射光的频率有关,而与入射光的强度无关,选项D 错误. 答案:C3.(2013年重庆理综,2,6分)铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应:23592U 10n →a+b+102n ,则a+b 可能是( )A.14054Xe 9336+KrB.14156Ba 9236+KrC.14156Ba 9338+SrD.14054Xe 9438+Sr解析:利用质量数守恒和电荷数守恒判断可能的核反应方程.选项A 不满足质量数和电荷数守恒;选项B 不满足质量数守恒;选项C 不满足电荷数守恒.只有选项D 正确. 答案:D点评： 考查核反应方程中的质量数守恒和电荷数守恒,主要考查学生的推理能力.4.(2013年新课标全国卷Ⅱ,35(1),5分)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 .(填正确答案标号)A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C.铯原子核(13355Cs )的结合能小于铅原子核(20882Pb )的结合能D.比结合能越大,原子核越不稳定E.自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能解析:原子核分解成自由核子时,需要的最小能量就是原子核的结合能,选项A 正确.重核衰变时释放能量,衰变产物更稳定,即衰变产物的比结合能更大,衰变前后核子数不变,所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,选项B 正确.铯核的核子数比铅核的核子数少,其结合能也小,选项C 正确.比结合能越大,原子核越稳定,选项D 错误.自由核子组成原子核时放出能量,这就称为结合能,它等于把一个复合粒子分成自由核子时所给予的能量,所以质量亏损对应的能量与结合能是相等的,选项E 错误. 答案:ABC5.(2013年大纲全国卷,16,6分)放射性元素氡(22286Rn )经α衰变成为钋(21884Ro ),半衰期约为3.8天;但勘测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素22286Rn 的矿石,其原因是( ) A.目前地壳中的22286Rn 主要来自于其他放射性元素的衰变 B.在地球形成的初期,地壳中元素22286Rn 的含量足够高C.当衰变产物21884Ro 积累到一定量以后,21884Ro 的增加会减慢22286Rn 的衰变进程D.22286Rn 主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期解析:由于22286Rn 的半衰期较短,衰变速度较快,经过漫长地质年代地壳中22286Rn 的含量极少,显然目前地壳中的22286Rn 不是因为原来含量高而是由其他元素衰变生成的,选项A 正确,选项B 错误;放射性元素的半衰期只由原子核本身决定,与其他因素无关,选项C 、D 错误. 答案:A点评： 对于放射性元素的半衰期,切记它是由原子核自身因素决定的,与所处的物理环境和化学状态均无关;半衰期是一个统计规律对少数原子核没有意义.6.(2012年重庆理综,19,6分)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x 73+Li →2y y 147+N →x 178+O y 94+Be →z 126+Cx 、y 和z 是3种不同的粒子,其中z 是( ) A.α粒子 B.质子C.中子D.电子解析:设x 、y 、z 粒子的电荷数分别为m,n,p,由于核反应前后电荷数守恒,则m+3=2n ① n+7=m+8② n+4=p+6③,由①②③联立解得:m=1,n=2,p=0,故z 为中子,选项C 正确. 答案:C7.(2012年广东理综,18,6分)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程,表述正确的有( )A.31H 21+H 42He →10+n 是核聚变反应 B.31H 21+H 42He →10+n 是β衰变C.23592U 10+n 14456Ba →8936+Kr 10+3n 是核裂变反应D.23592U 10+n 14054Xe →9438+Sr 10+2n 是α衰变解析:31H 和21H 聚变生成42He 和10n ,选项A 正确;原子核放出β粒子的衰变才是β衰变,选项B 错误;中子轰击23592U ,裂变成两个中等质量的原子核,是裂变反应,选项C 正确;原子核放出α粒子的衰变才是α衰变,选项D 错误. 答案:AC8.(2011年浙江理综,15,6分)关于天然放射现象,下列说法正确的是( ) A.α射线是由氦原子核衰变产生 B.β射线是由原子核外电子电离产生 C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生 D.通过化学反应不能改变物质的放射性解析:α射线本身是高速氦核流,所以选项A 错误;β射线是高速电子流,是原子核内一个中子变成一个质子时放射出的电子,不是核外电子电离产生的,所以选项B 错误;γ射线是α衰变或β衰变发生时,产生的新核由于具有过多的能量(处于激发态)而辐射出的光子流,所以选项C 错误;化学反应中不会形成新的原子核,而物质的放射性是由组成物质的元素的原子核决定,所以选项D 正确.答案:D9.(2009年北京理综,14,6分)下列现象中,与原子核内部变化有关的是( )A.α粒子散射现象B.天然放射现象C.光电效应现象D.原子发光现象解析:天然放射现象是放射性物质的原子核自发地放出α、β和γ射线的现象,必然使原子核内部发生变化.故选B. 答案:B10.(2013年新课标全国卷Ⅰ,35(1),6分)一质子束入射到静止靶核2713Al 上,产生如下核反应:P 2713Al +→X+n,式中p 代表质子,n 代表中子,X 代表核反应产生的新核.由反应式可知,新核X 的质子数为 ,中子数为 .解析:由质量数和电荷数守恒得核反应方程为11H 2713Al +→2714Si 10+n ,由此可知,新核X 为2714Si ,则新核质子数为14,中子数为13.答案:14 1311.(2013年山东理综,38(1),4分)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108K 时,可以发生“氦 燃烧”.(1)完成“氦燃烧”的核反应方程:42He + 84Be →+γ.(2)84Be 是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6×10-16s.一定质量的84Be ,经7.8×10-16s 后所剩84Be 占开始时的 .解析:(1)根据质量数和电荷数守恒可知42He 42He +84Be →+γ.(2)经历半衰期的次数n=tτ=16167.8102.610--⨯⨯=3,故剩余的占开始时的312⎛⎫ ⎪⎝⎭=18. 答案:(1)42He (或α) (2)18或(12.5%) 12.(2012年江苏卷,12C(2),4分)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为 .该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为 .解析:氘核可表示为21H ,根据质量数守恒和电荷数守恒可知未知原子核的质量数是1,电荷数是1,应该是氢的原子核11H ,即10n 11H +21H →.释放的核能ΔE=Δmc 2,即ΔE=Q,氘核的比结合能是2Q . 答案:10n 11H +21H →2Q13.(2011年天津理综,12(1),6分)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展.当今医学影像诊断设备PET/CT 堪称“现代医学高科技之冠”,它在医疗诊断中,常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子.碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得,同时还产生另一粒子,试写出核反应方程.若碳11的半衰期τ为20 min,经2.0 h 剩余碳11的质量占原来的百分之几?(结果取2位有效数字)解析:核反应方程为147N 11H +116C →42He +.设碳11原有质量为m 0,经过t 1=2.0 h 剩余的质量为m 1,据半衰期定义有10m m =1202012⎛⎫ ⎪⎝⎭≈1.6%.答案:147N 11H +116C →42He + 1.6%。

专题16 波粒二象性、原子结构和原子核1．【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22311120H H He n ++→。

已知21H 的质量为2.013 6 u ，32He 的质量为3.015 0 u ，10n 的质量为1.008 7 u ，1 u=931 MeV/c 2。

氘核聚变反应中释放的核能约为 A ．3.7 MeV B ．3.3 MeV C ．2.7 MeV D ．0.93 MeV【答案】B【解析】根据质能方程，释放的核能2mc E ∆=∆，H He n 20.0035u m m m m ∆=--=，则 220.0035u 931MeV/ 3.2585MeV 3.3MeV E c c ∆=⨯⨯=≈，故B 正确，ACD 错误。

【考点定位】质能方程【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。

2．【2016·上海卷】卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在A ．电子B ．中子C ．质子D ．原子核【答案】D【考点定位】原子核式结构模型【方法技巧】本题需要熟悉α粒子散射实验和原子核式结构模型。

3．【2016·上海卷】放射性元素A 经过2次α衰变和1次β 衰变后生成一新元素B ，则元素B 在元素周期表中的位置较元素A 的位置向前移动了A ．1位B ．2位C ．3位D ．4位【答案】C【考点定位】α衰变和β 衰变、衰变前后质量数和电荷数守恒【方法技巧】衰变前后质量数和电荷数守恒，根据发生一次α衰变电荷数减少2，发生一次β 衰变电荷数增加1可以计算出放射性元素电荷数的变化量。

4．【2016·北京卷】处于n =3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有A ．1种B ．2种C ．3种D ．4种【答案】C【解析】因为是大量处于n =3能级的氢原子，所以根据2C n 可得辐射光的频率可能有3种，故C正确。

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1.63 eV~3.10 eV 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 ．12.09 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.5l eV 【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 1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。

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1401214H He+2e+2v →，已知11H 和42He 的质量分别为P 1.0078u m =和 4.0026u m α=，1u=931MeV/c 2，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 ．8 MeVB ．16 MeVC ．26 MeVD ．52 MeV【答案】C【解析】由2E mC ∆=∆知()242p e E m m m c α∆=⨯--⋅，2Em c∆∆==6191693110 1.610J 910-⨯⨯⨯⨯27311.710kg 0.910kg --≈⨯⨯，忽略电子质量，则：()24 1.0078 4.0026MeV 26E u u c ≈∆=⨯-⋅，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k E hv W =-，动能定理k eU E =，两式联立可得hv WU e e=-，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率b c a v v v >>，则可知三种光的折射率的关系为b c a n n n >>，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。