2020-2022年高考物理真题分专题训练 专题14 原子结构、原子核和波粒二象性（教师版含解析）

专题14  原子结构、原子核和波粒二象性

【2022年高考题组】

1、（2022·湖南卷·T1）关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是（   ）

A. 卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征

B. 玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律

C. 光电效应揭示了光的粒子性

D. 电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性

【答案】C

【解析】

A．波尔的量子化模型很好地解释了原子光谱的分立特征，A错误；

B．玻尔的原子理论成功的解释了氢原子的分立光谱，但不足之处，是它保留了经典理论中的一些观点，如电子轨道的概念，还不成完全揭示微观粒子的运动规律，B错误；

C．光电效应揭示了光的粒子性，C正确；

D．电子束穿过铝箔后的衍射图样，证实了电子的波动性，质子、中子及原子、分子均具有波动性，D错误。

故选C。

2、（2022·广东卷·T5）目前科学家已经能够制备出能量量子数n较大的氢原子。氢原子第n能级的能量为，其中。图是按能量排列的电磁波谱，要使的氢原子吸收一个光子后，恰好失去一个电子变成氢离子，被吸收的光子是（　　）

A. 红外线波段的光子 B. 可见光波段的光子

C. 紫外线波段的光子 D. X射线波段的光子

【答案】A

【解析】

要使处于n=20的氢原子吸收一个光子后恰好失去一个电子变成氢离子，则需要吸收光子的能量为

则被吸收的光子是红外线波段的光子。

故选A。

3、（2022·山东卷·T1）碘125衰变时产生射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病。碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【解析】

设刚植入时碘的质量为，经过180天后的质量为m，根据

代入数据解得

故选B。

4、（2022·全国甲卷·T17）两种放射性元素的半衰期分别为和，在时刻这两种元素的原子核总数为N，在时刻，尚未衰变的原子核总数为，则在时刻，尚未衰变的原子核总数为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

根据题意设半衰期为t0的元素原子核数为x，另一种元素原子核数为y，依题意有

经历2t0后有

联立可得

，

在时，原子核数为x的元素经历了4个半衰期，原子核数为y的元素经历了2个半衰期，则此时未衰变的原子核总数为

故选C。

5、（2022·浙江6月卷·T14）秦山核电站生产的核反应方程为，其产物的衰变方程为。下列说法正确的是（　　）

A. X是 B. 可以用作示踪原子

C. 来自原子核外 D. 经过一个半衰期，10个将剩下5个

【答案】AB

【解析】

A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X的质子数为1，中子数为1，即为，故A正确；

B．常用的示踪原子有：，，，故B正确；

C．由原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，所以来自原子核内，故C错误；

D．半衰期是一个统计规律，对于大量原子核衰变是成立的，个数较少时规律不成立，故D错误。

故选AB。

6、（2022·浙江6月卷·T7）如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29eV的金属钠。下列说法正确的是（　　）

A. 逸出光电子的最大初动能为10.80eV

B. n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大

C. 有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应

D. 用0.85eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态

【答案】B

【解析】

A．从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据

可得此时最大初动能为

故A错误；

B．根据

又因为从n=3跃迁到n=1放出光电子能量最大，故可知动量最大，故B正确；

C．大量氢原子从n=3的激发态跃迁基态能放出种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为

不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；

D．由于从n=3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为

所以用0.85eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。

故选B。

7、（2022·浙江1月卷·T14）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　）

A. 秦山核电站利用的是核聚变释放的能量

B. 秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg

C. 核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度

D. 反应堆中存在的核反应

【答案】CD

【解析】

A．秦山核电站利用的是重核裂变变释放的能量，故A错误；

B．原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为

核电站实际发电还要考虑到核能的转化率和利用率，则原子核亏损的质量大于27.6kg，故B错误；

C．核电站反应堆中需要用镉棒能吸收中子的特性，通过中子的数量控制链式反应的速度，故C正确；

D．反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，即存在的核反应，故D正确；

故选CD。

8、(2022·湖北·T1) 上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 + →X + 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　）

A. 原子核X是 B. 核反应前后的总质子数不变

C. 核反应前后总质量数不同 D. 中微子的电荷量与电子的相同

【答案】A

【解析】

AC．根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是，A正确、C错误；

B．由选项A可知，原子核X是，则核反应方程为 + → + ，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；

D．中微子不带电，则中微子的电荷量与电子的不相同，D错误。

故选A。

【2021年高考题组】

1. (2021·全国卷甲卷)如图，一个原子核X经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为（　　）

A. 6 B. 8 C. 10 D. 14

【答案】A

【解析】由图分析可知，核反应方程为

设经过次衰变，次衰变。由电荷数与质量数守恒可得

；

解得

，

故放出6个电子

故选A。

2. (2021·全国卷乙卷)医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　）

A   B. C.   D.

【答案】C

【解析】

由图可知从到恰好衰变了一半，根据半衰期的定义可知半衰期为

故选C。

3. (2021·湖南卷)核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（　　）

A. 放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽

B. 原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒

C. 改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期

D. 过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害

【答案】D

【解析】

A．放射性元素的半衰期是大量的放射性元素衰变的统计规律，对少量的个别的原子核无意义，则放射性元素完全衰变殆尽的说法错误，故A错误；

B．原子核衰变时满足电荷数守恒，质量数守恒，故B错误；

C．放射性元素的半衰期是由原子核的自身结构决定的，而与物理环境如压力、温度或浓度无关，与化学状态无关，故C错误；

D．过量放射性辐射包含大量的射线，对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害，故D正确；

故选D。

4. (2021·广东卷)科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为，下列说法正确的是（　　）

A. Y是氦核

B. Y是质子

C. 再经过72万年，现有的铝26衰变一半

D. 再经过144万年，现有的铝26全部衰变

【答案】C

【解析】

AB．根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，该核反应是

即Y是正电子，选项AB错误；

CD．因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半；再过144万年，即两个半衰期，现有的铝26衰变四分之三，选项C正确，D错误；

故选C。

5. (2021·河北卷)银河系中存在大量的铝同位素，核衰变的衰变方程为，测得核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（　　）

A. 核的质量等于核的质量

B. 核的中子数大于核的中子数

C. 将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变

D. 银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为

【答案】C

【解析】

A．和的质量数均为相等，但是二者原子核中的质子数和中子数不同，所以质量不同，A错误；

B．核的中子数为个，核的中子数为个，B错误；

C．半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；

D．质量为的的半衰期为万年，经过万年为个半衰期，剩余质量为，不会全部衰变为，D错误。

故选C。

6. (2021·浙江卷)已知普朗克常量，电子的质量为，一个电子和一滴直径约为的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为（　　）

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】

根据德布罗意波长公式

解得

由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有

代入数据解得

所以C正确；ABD错误；

故选C。

7. (2021·浙江卷)对四个核反应方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列说法正确的是（　　）

A. （1）（2）式核反应没有释放能量

B. （1）（2）（3）式均是原子核衰变方程

C. （3）式是人类第一次实现原子核转变的方程

D. 利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一

【答案】CD

【解析】

A．（1）是 衰变，（2）是 衰变，均有能量放出，故A错误；

B．（3）是人工核转变，故B错误；

C．（3）式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；

D．利用激光引发可控的（4）式核聚变是正在尝试的技术之一，故D正确。

故选CD。

8. (2021·山东卷)在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的，其衰变方程为。以下说法正确的是(　　)

A. 衰变方程中的X是电子

B. 升高温度可以加快的衰变

C. 与的质量差等于衰变的质量亏损

D. 方程中的X来自于内质子向中子的转化

【答案】A

【解析】

【分析】

【详解】A．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，X是电子，A正确；

B．半衰期非常稳定，不受温度，压强，以及该物质是单质还是化合物的影响，B错误；

C．与和电子X的质量差等于衰变的质量亏损，C错误；

D．方程中的X来自于内中子向质子的转化，D错误。

故选A。

【2020年高考题组】

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。