高中物理高考 专题14 原子结构、原子核和波粒二象性——2020年高考真题和模拟题物理分类训练（教师版含解析）

专题14  原子结构、原子核和波粒二象性

1．(2020·新课标Ⅱ卷)氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV= 1.6×10–13J，则M约为

A．40 kg B．100 kg C．400  kg D．1 000 kg

【答案】C

【解析】氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式

则平均每个氘核聚变释放的能量为

1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为

由可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量

2．(2020·江苏卷)“测温枪”(学名“红外线辐射测温仪”)具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是

A．I增大，增大 B．I增大，减小 C．I减小，增大 D．I诚小，减小

【答案】B

【解析】黑体辐射的实验规律如图

特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。故选B。

3．(2020·浙江卷)下列说法正确的是

A．质子的德布罗意波长与其动能成正比

B．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线

C．光电效应实验中的截止频率与入射光的频率有关

D．电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子具有波动性

【答案】D

【解析】A．由公式

可知质子的德布罗意波长，，故A错误；

B．天然放射的三种射线，穿透能力最强的是射线，故B错误；

C．由

当，可知截止频率与入射光频率无关，由材料决定，故C错误；

D．电子束穿过铝箱后的衍射图样说明电子具有波动性，故D正确。

故选D。

4．(2020·山东卷)氚核发生β衰变成为氦核。假设含氚材料中发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104 s时间内形成的平均电流为5.010-8 A。已知电子电荷量为1.610-19 C，在这段时间内发生β衰变的氚核的个数为(　　)

A． B． C． D．

【答案】B

【解析】根据，可得产生的电子数为个

因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。故选B．

5．(2020·天津卷)在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是

A． B．

C． D．

【答案】D

【解析】A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；

B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；

C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；

D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；故选D。

6．(2020·新课标Ⅰ卷)下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有

A． B．

C． D．

【答案】BD

【解析】α粒子为氦原子核He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为He，B选项中的X2为He，C选项中的X3为中子n，D选项中的X4为He。故选BD。

7．(2020·新课标Ⅲ卷)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则

A．X的质量数与Y的质量数相等 B．X的电荷数比Y的电荷数少1

C．X的电荷数比的电荷数多2 D．X的质量数与的质量数相等

【答案】AC

【解析】设和的质子数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为

，

根据反应方程质子数和质量数守恒，解得

，

，

解得

， ， ，

AC．的质量数()与的质量数()相等，比的质量数多3，故A正确，D错误；

BC．X的电荷数()比Y的电荷数()多1，比的电荷数多2，故B错误，C正确；故选AC。

8．(2020·浙江省1月学业水平测试选考)由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间，则

A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线

B．氢原子从的能级向的能级跃迁时会辐射出红外线

C．处于能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离

D．大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光

【答案】CD

【解析】A．射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射射线，故A错误；

B．氢原子从的能级向的能级辐射光子的能量：

在可见光范围之内，故B错误；

C．氢原子在能级吸收的光子能量就可以电离，紫外线的最小频率大于，可以使处于能级的氢原子电离，故C正确；

D．氢原子从能级跃迁至能级辐射光子的能量：

在可见光范围之内；同理，从的能级向的能级辐射光子的能量也在可见光范围之内，所以大量氢原子从能级向低能级跃迁时可辐射出2种频率的可见光，故D正确。故选CD．

9．(2020·浙江卷)太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为(c为真空中的光速)的氘核()和一个质量为的氚核()结合为一个质量为的氦核()，并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是(　　)

A．X粒子是质子

B．X粒子的质量为

C．太阳每秒因为辐射损失的质量约为

D．太阳每秒因为辐射损失的质量约为

【答案】BC

【解析】A．由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；

B．根据能量关系可知

解得，选项B正确；

C．太阳每秒放出的能量

损失的质量

选项C正确；

D．因为

则太阳每秒因为辐射损失的质量为

选项D错误。故选BC。

10．(2020·河北省唐山市高三下学期第一次模拟)用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h=6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是

A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极

B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大

C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D．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Ek=1.2×10－19J

【答案】D

【解析】A、图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压与入射光频率，因此光电管左端应该是阴极，则电源左端为负极，故A错误；

B、当电源左端为正极时，将滑动变阻器的滑片从图示位置向右滑动的过程中，则电压增大，光电流增大，当电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大，后不变，故选项B错误；

C、光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；D、根据图象可知，铷的截止频率，根据，则可求出该金属的逸出功大小

根据光电效应方程，当入射光的频率为时，则最大初动能为：，故选项D正确。

11．(2020·陕西省西安市高二下学期期中)一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则下列叙述正确的是

A．X原子核中含有86个中子

B．X原子核中含有141个核子

C．因为裂变时释放能量，根据，所以裂变后的总质量数增加

D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少

【答案】A

【解析】

A．设X的原子核中含有x个质子，质量数为y，根据电荷数和质量数守恒有：

92=x+38，235+1=y+94+2

解得x=54，y=140，所以X的中子数为

y-x=86

故A正确；

B．根据A选项的论述可知X含义质量数为140，即核子数为140，故B错误；

CD．裂变反应过程中质量数守恒，质量数不会增加，裂变过程存在质量有亏损，质量不守恒，故CD错误．故选A。

12．(2020·四川省成都第七中学高三综合能力测试)下列各种关于近代物理学的现象中，与原子核内部变化有关的是

A．紫外线照射锌板时，锌板向外发射光电子的现象

B．a粒子轰击金箔时，少数发生大角度偏转的现象

C．氢原子发光时，形成不连续的线状光谱的现象

D．含铀的矿物质自发向外放出β射线(高速电子流)的现象

【答案】D

【解析】A为光电效应现象，原子核外层电子吸收光子能量后从金属表面逸出；B为α粒子的散射实验，少数粒子发生大角度偏转说明了原子的核式结构；C中氢原子光谱不连续是其原子的能量状态不连续导致的；D中含铀的矿物质自发向外放出的β射线叫β衰变，它来自原子核内部，是原子核内中子转变成质了时放出的。故答案选D。

13．(2020·宁夏银川市高三质量检测)国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为，方程中X表示某种粒子，是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是

A．X粒子是

B．若使的温度降低，其半衰期会减小

C．经过2T，一定质量的占开始时的

D．“核燃烧”的核反应是裂变反应

【答案】A

【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为 ，选项A正确；温度不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；经过2T，一定质量的占开始时的，选项C错误；“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误；故选A.

14．(2020·四川省广元市高三第三次高考适应性统考)钍基熔盐堆核能系统(TMSR)是第四代核能系统之一．其中钍基核燃料铀由较难裂变的钍吸收一个中子后经过若干次β衰变而来；铀的一种典型裂变产物是钡和氪．以下说法正确的是

A．题中铀核裂变的核反应方程为

B．钍核衰变的快慢由原子所处的化学状态和外部条件决定

C．钍核经过2次β衰变可变成镤

D．在铀核裂变成钡和氪的核反应中，核子的比结合能减小

【答案】A

【解析】A．根据质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的核反应方程为：，选项A正确；

B．原子核的半衰期由核内部自身因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关，故B错误；

C．钍核()经过1次β衰变可变成镤()，选项C错误；

D．重核裂变的过程中释放能量，所以重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能增大，故D错误；

15．(2020·江西省上饶县中学高二下学期第二次月考)用中子轰击原子核产生裂变反应，可能的裂变方程为+→Y++3，方程中的单个原子核、Y、及单个中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，的半衰期为T,核的比结合能比Y核的小，光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是

A．Y原子核中含有56个中子

B．若提高的温度，的半衰期将会小于T

C．方程中的核反应释放的能量为(m1－m2－m3－2m4)c2

D．原子核比Y原子核更稳定

【答案】C

【解析】A．由质量数和电荷数守恒可得：Y原子核的质量数A=235+1-89-3=144，核电荷数Z=92-36=56，故中子数N=144-56=88，故A错误；

B．半衰期的大小与温度、压强等因素无关，由原子核内部因素决定，故B错误；

C．根据爱因斯坦质能方程知，裂变时释放的能量，故C正确；

D．原子核的比结合能小于Y原子核的比结合能，故Y原子核比原子核更稳定，故D错误。

16．(2020·天津市滨海新区高三毕业班质量监测)关于核反应的类型，下列表述正确的是

A．是衰变

B．是衰变

C．是核聚变

D．是核裂变

【答案】A

【解析】A、是衰变，故选项A正确；

B、是人工转变，故选项B错误；

C、是人工转变，故选项C错误；

D、是衰变，故选项D错误。

17．(2020·广东省惠州市惠东高级中学高三第二次模拟)下列说法正确的是

A．原子的核式结构模型是汤姆逊最早提出的

B．铀核()衰变为铅核()的过程中，要经过8 次衰变和6次衰变

C．一个氢原子从量子数n=3 的激发态跃迁到基态时最多可辐射2 种不同频率的光子

D．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的强度太小

E. 考古专家发现某一骸骨中C14 的含量为活着的生物体中C14 的1/4，，已知C14 的半衰期为5730 年,则确定该生物死亡时距今约11460 年

【答案】BCE

【解析】A、原子的核式结构模型是卢瑟福提出的，故选项A错误；

B、铀核衰变为铅核的过程中，质量数减少32，所以经过8次衰变，电荷数应该减少16，而实际上只减少10，故有6次衰变，故选项B正确；

C、一个氢原子从量子数的激发态跃迁到基态时最多可辐射2种不同频率的光子，先从3到2，再从2到1，故选项C正确；

D、一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能因为这束光的频率太小，与光的强度无关，故选项D错误；E、根据半衰期与放射性元素的质量之间的关系：，当时，知，即该生物死亡时间距今为两个半衰期，为5730×2=11460年，故选项E正确；