【真题汇编14】原子结构、原子核和波粒二象性(解析版)

汇编14原子结构、原子核和波粒二象性（2021•新课标全国I卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在〜的光为可见光。要使处于基态（n=l）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£/cVA. B. C. D.【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〜的可见光。故AE=-1.51-（-13.60）eV=12.09eV故本题选A。（2021•新课标全国H卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为41H.4He+20e+2v，已知和的质量分别为m=1.0078u和1 2 1 Pm=4.0026U,1u=931MeV/c2,c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能a量约为A.8MeV B.16MeV C.26MeV D.52MeV【答案】C【解析】由AE=AmC2知AE=（4xm-m-2m）•c2,Am=丝=pae c2931x106义L6义10-19Jx1.7x10-27kg»0.9xl0-31kg，忽略电子质量，则：9x1016AE=（4x1.0078u-4.0026u）c2x26MeV，故C选项符合题意；（2021•天津卷）如图为、、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、、组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是【答案】chvU=—

e【解析】由光电效应的方程£=hv-w,动能定理eu=£hvU=—

eW一,, ， ，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率eV>v>v,则可知三种光的折射率的关系为n>n>n,因此光穿过三棱镜bca bca时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。（2021•天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2021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。（2021•江苏卷）100年前，卢瑟福用a粒子轰击氮核打出了质子.后来，人们用a粒子轰击核也打出了质子：4He+60Ni-62CU+1H+X；该反应中的X是2 28 29 1_（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：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；（2021•江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长人=X107m,每个激光脉冲的能量E=X10J.求每个脉冲中的光子数目.（已知普朗克常量h=Xl0-34j・s,光速c=3X108m/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=£，代入数据得n=5X10i6九 8c【解析】每个光子的能量为E=hv=hC,每个激光脉冲的能量为E,所以每0 8£个脉冲中的光子个数为：N=-r,联立且代入数据解得：N=5X1016个£0（2021•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a光和b光的频率之比可能是20/27a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20,C错误；频率越大，波27h长越小，即九〈九，根据入=—可知p>p,D正确。ab p ab【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.(2021•浙江选考)一个铍原子核()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()，并放出一个不带电的质量接近零的中微子ve,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7Be+0e-7Li+v已知铍原子的质量为M4 —13 e B=,锂原子的质量为M=，1u相当于X102MeV。下列说法正确的是e LiA.中微子的质量数和电荷数均为零B.锂核()获得的动能约为C.中微子与锂核()的动量之和等于反应前电子的动量D.中微子与锂核()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7Be+0e-7Li+v,根据质量数和电荷数守恒可知中微子4 -1 3e的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少Am=(7.016929u+m—7.016004)x9.31x102MeV>0.86MeV，为释放的核能，e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（）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（）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。（2021•北京卷）在核反应方程4He+“N-17O+X中，X表示的是27 8A.质子 B.中子 C.电子 D.a粒子【答案】A【解析】设X为：，根据核反应的质量数守恒：4+14=17+Z，则：，电荷数守恒：2+7=8+A，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。（2021•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—J。已知普朗克常量为-34）・5，真空中的光速为-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E=尔一W;知道逸出功W=h并结合两个公k 0 00c式求解。由光电效应方程式得：E=尔一W，得：W=尔一E=h--Ek 0 0 k九k刚好发生光电效应的临界频率为，则W=h，代入数据可得：00v=8x1014Hz，故B正确。0（2021・天津卷）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H、H、H、H,a0yb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【答案】A【解析】根据加=£-E分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系mn ..一C V=判断传播速度的大小；根据发生光电效应现n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，故的频率最小，根据E=加可知对应的能量最小，根据hv=E-E可知对应的前后能级之差最小，A正确；的频率最小，同一介质mnc对应的折射率最小，根据V=n可知的传播速度最大，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。（2021•天津卷）国家大科学过程一一中国散裂中子源（CSNS）于2021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a粒子，产生并放出一个粒子B.俘获一个a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【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14N+4He-17O+iH、27Al+4He930P+1n、11B+4He-8Be+7Li7 2 81 13 2 15 052 4 36Li+4He-3He+7Li，故只有B选项符合题意；3 2 2 3【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。（2021•全国HI卷）1934年，约里奥-居里夫妇用a粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：a+27Al-n+X。X的原子序数和质量数分别13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。（2021•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.2H+3Hf4He+inB.14N+4Hef17O+iHTOC\o"1-5"\h\z1 1 2 0 7 2 8 1C.4He+27Alf30P+inD.235U+infi44Ba+89Kr+31n2 13 15 0 92 0 56 36 0【答案】A【解析】2H+3Hf4He+m是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时112 0放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；mN+4Hef17O+1H是卢瑟福发7 2 8 1现质子的核反应，他用a粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素一一氧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；4He+27Alf30P+m是小居里夫妇用a粒子轰击铝片时发现了放射2 13 15 0性磷（磷30）,属于人工核反应，故C错误；235U+1nf144Ba+89Kr+31n92 0 56 36 0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。(2021•新课标I卷)大科学工程“人造太阳”主要是将笊核聚变反应释放的能量用来发电。笊核聚变反应方程是2H+2H，He+in。已知的质量为,112 0的质量为，的质量为，lu=931MeV/c2。笊核聚变反应中释放的核能约为A. B. C. D.【答案】B【解析】根据质能方程，释放的核能NE=Amc2，Am=2m-m-m-0.0035u,则HHenAE=0.0035ux93lMeV/c2xc2=3.2585MeV。3.3MeV,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。(2021•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)核的结合能约为14MeV(B)核比核更稳定(C)两个核结合成核时释放能量(D)核中核子的平均结合能比核中的大【答案】BC【解析】由图知核的比结合能约为7MeV,所以结合能约为4X7=28MeV,故A错误；核比核的比结合能大，所以核比核更稳定，B正确；两个核结合成核时，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；由图知核中核子的平均结合能比核中的小，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．（2021•新课标ni卷）在光电效应实验中，分别用频率为Va、vb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va>vb,则一定有Ua<UbB.若va>vb,则一定有Eka>EkbC.若Ua<Ub,则一定有Eka<EkbD.若v>v，则一定有hv-E>hv-E【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程E=小一W,又由动能定理有E=eUkm km当v>v时，E>E,U>U,A错误，B正确；若U<U,则有E<Eab ka kb ab ab ka kbC正确；同种金属的逸出功不变，则W=hv-E不变，D错误。km【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子的数目；光电子的最大初动能和遏止电压由照射光的频率和金属的逸出功决定；逸出功由金属本身决定，与光的频率无关。（2021•北京卷）2021年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm（1nm=10-9m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=X10-34j・s,真空光速c=3X108m/s）D.10-12JA.10-21J B.10-18J C.10D.10-12J【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为E=【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为E=hc

T2X10-18J由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B。【名师点睛】根据题意可知光子的能量足以电离一个分子，因此该光子的能量应比该分子的电离能大，同时又不能把分子打碎，因此两者能量具有相同的数量级，不能大太多。（2021•新课标n卷）一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为238UT234Th+4He。下列说法正确的是92 90 2A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【答案】B【解析】根据动量守恒定律可知，生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向，选项B正确；根据E=贮可知，衰变后钍核的动能小于粒子的动能，选项k2mA错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间，而放出一个粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，选项C错误；由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误；故选B。【名师点睛】此题考查了原子核的反冲问题以及对半衰期的理解；对于有能量放出的核反应，质量数守恒，但是质量不守恒；知道动量和动能的关系E=正k2m（2021•江苏卷）质子（）和a粒子（）被加速到相同动能时，质子的动（选填“大于”、“小于”或“等于"）a粒子的动量，质子和a粒子的德布罗意波波长之比为【答案】小于2:1【解析】动量与动能的关系：p2=2mE，又质子的质量小于a粒子的质量k所以质子的动量小于a粒子的动量，且p=；驾=1；根据X=h，可得质pm2 p2 2子和a粒子的德布罗意波波长之比为2:1.【名师点睛】考查公式，动量与动能的关系以及物质的波的波长和公式，较容易.(2021•北京卷)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次a衰变。放射出的a粒子O在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道