(2017-2019)3年物理高考真题分类解析原子结构、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 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．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

。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

142

，已知1H和2He的质量分别为mP1.0078u和m4.0026u，1u=931MeV/c，c为光速。在

44个11H转变成1个2He的过程中，释放的能量约为

A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV

【答案】C

【解析】由EmC2知

，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、

，mE=c2，

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eUEk，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vbvcva，则可知三种光的折射率的关系为

nbncna，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

X应为：0n即为中子，由于衰变是自发的，【解析】由质量数和电荷数守恒得：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；

76．（2019·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10 m，每个激光脉冲的能量E=

11.5×10-2 J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34 J·s，光速c=3×108 m/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=

E1016 ，代入数据得n=5×

，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：

【解析】每个光子的能量为

NE ，联立且代入数据解得：E0。

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20/27 D．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

20，C错误；频27率越大，波长越小，即ab，根据

h

可知papb，D正确。 p

【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（4Be）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（3Li ），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

Be=7.016929u，锂原子的质量为

77已知铍原子的质量为M

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（3Li）获得的动能约为0.86MeV

C．中微子与锂核（3Li）的动量之和等于反应前电子的动量 D．中微子与锂核（3Li）的能量之和等于反应前电子的能量 【答案】AC 【解析】反应方程为数

均

为

零

，

A

正

确

，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷；

根

据

质

能

方

程

，

质

量

减

少

77

7

，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（3Li）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（3Li）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A．质子 【答案】A

【解析】设X为：AX，根据核反应的质量数守恒：

17

7

中，X表示的是 C．电子

D．α粒子

B．中子

Z

，则：Z1，电荷数守恒：

，则A1，即X为：1H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300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28

10–19 J。

已知普朗克常量为6.63最低频率约为 A．1B．8C．2D．8

1014 Hz 1014 Hz 1015 Hz 1015 Hz

10–34 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

【答案】B

【解析】知道光电效应方程程式得：

，得：

；知道逸出功W0h0并结合两个公式求解。由光电效应方

，刚好发生光电效应的临界频率为0，则

，故B正确。

，都是氢原子中电子从量子

W0h0，代入数据可得：

11．（2018·天津卷）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线

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．Hα对应的前后能级之差最小 B．同一介质对Hα的折射率最大 C．同一介质中Hδ的传播速度最大

D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能 【答案】A 【解析】根据据v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

c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n是否会发生光电效应。波长越大，频率越小，故Hα的频率最小，根据Eh可知H对应的能量最小，根据

率最小，根据v可知Hα对应的前后能级之差最小，A正确；Hα的频率最小，同一介质对应的折射

c可知Hα的传播速度最大，BC错误；Hγ的波长小于Hβ的波长，故Hγ的频率大于nHβ的频率，若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ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

1714A．7N俘获一个α粒子，产生8O并放出一个粒子

B．13Al俘获一个α粒子，产生15P并放出一个粒子

11C．5B俘获一个质子，产生4Be并放出一个粒子

82730D．3Li俘获一个质子，产生2He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；

63 【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13Al，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

27A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．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．C．【答案】A 【解析】

B． D．

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；

工核反应，故C错误；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1H的质量为2.013 6 u，2He的质量为3.015 0 u，0n的质量为

2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

是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D

311.008 7 u，1 u=931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为 A．3.7 MeV 【答案】B

【解析】根据质能方程，释放的核能Emc2，

，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 ．

，则

B．3.3 MeV

C．2.7 MeV

D．0.93 MeV

（A）2He核的结合能约为14 MeV （B）2He核比3Li核更稳定

（C）两个1H核结合成2He核时释放能量 （D）

235922446

4U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大

【答案】BC

7=28 MeV，故A错误；2He核比【解析】由图知2He核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为4×

4463264Li核的比结合能大，所以42He核比3Li核更稳定，B正确；两个1H核结合成2He核时，即由比结合

C正确；能小的反应生成比结合能大的释放能量，由图知所以D错误．

23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的小，

【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νa>νb，则一定有Uaνb，则一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，则一定有hνa–Eka>hνb–Ekb 【答案】BC

【解析】由爱因斯坦光电效应方程

，又由动能定理有EkmeU，当ab时，

EkaEkb，UaUb，A错误，B正确；若UaUb，则有EkaEkb，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。

18．（2017·北京卷）2017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1

00 nm（1 nm=10–9 m）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10–34 J·s，真空光速c=3×108 m/s） 电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.6×A．10–21 J 【答案】B

【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为

，由题意可知，光子的能量应比

B．10–18 J

C．10–15 J

D．10–12 J

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。 19．（2017·新课标Ⅱ卷）一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为

列说法正确的是

A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D．衰变后α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α粒子的动量等大反向，选项B正确；根据

。下

p2可知，衰变后钍核的动能小于α粒子的动能，选项A错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀Ek2m核衰变需要的时间，而放出一个α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α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

p2守恒，但是质量不守恒；知道动量和动能的关系Ek。

2m20．（2017·江苏卷）质子（1H）和α粒子（2H）被加速到相同动能时，质子的动量 （选填“大于”、

“小于”或“等于”）α粒子的动量，质子和α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2mEk，又质子的质量小于α粒子的质量所以质子的动量小于α粒子

；根据h，可得质子和α粒子的德布罗意波波长之比为2:1． p14的动量，且

【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．

21．（2017·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α衰变。放射

出的α粒子（42He）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的

质量和电荷量。

AX表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程。 （1）放射性原子核用Z（2）α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小。

（3）设该衰变过程释放的核能都转为为α粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损Δm。 【答案】（1）

2πmq2B （2） （3）

qB2πm

【解析】（1）根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该α衰变的核反应方程为

v2（2）设α粒子在磁场中做圆周运动的速度大小为v，由洛伦兹力提供向心力有qvBm

R根据圆周运动的参量关系有T2πR v得α粒子在磁场中运动的周期T2πm qB

根据电流强度定义式，可得环形电流大小为

qBRv2 （3）由qvBm，得vmR设衰变后新核Y的速度大小为v′，核反应前后系统动量守恒，有Mv′–mv=0 可得

根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有

解得

说明：若利用解答，亦可。

【名师点睛】（1）无论哪种核反应方程，都必须遵循质量数、电荷数守恒。

（2）α衰变的生成物是两种带电荷量不同的“带电粒子”，反应前后系统动量守恒，因此反应后的两产物向相反方向运动，在匀强磁场中，受洛伦兹力作用将各自做匀速圆周运动，且两轨迹圆相外切，应

用洛伦兹力计算公式和向心力公式即可求解运动周期，根据电流强度的定义式可求解电流大小。 （3）核反应中释放的核能应利用爱因斯坦质能方程求解，在结合动量守恒定律与能量守恒定律即可解得质量亏损。