1、专题20原子和原子核 波粒二象性（解析版）近5年（2017-2021）高考物理试题分类解析1.2021全国甲卷第4题. 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. 6B. 8C. 10D. 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全国乙卷第4题. 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
2、】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湖南卷第1题. 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
3、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广东卷第1题. 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
4、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河北卷第1题. 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
5、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河北卷第3题. 普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是（）A. B. mC. D. 【答案】B【解析】根据可得它们的单位为：故选B。7. 2021浙江卷第13题. 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。8. 2021浙江卷第14题. 对四个核反应
6、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。2021年高考上海等级考第1题.粒子是( )A原了核外电子 B.中子转化而成C.原子核内电子 D.核子转化而成【答案】
7、B【解析】核反应方程式2021年高考上海等级考第2题.粒子散射实验中，大角度偏转（）A. 是由于与电子的碰撞B是由于库仑引力C. 反映了原子核由质子和中子组成D. 来源于原子核中带正电的核【答案】D【解析】粒子散射实验中，粒子受到原子核中带正电的核（质量大，带电量多）的库仑斥力的作用而发生大角度偏转。2021年高考上海等级考第13题氚核的中子数为_,它的半衰期期为12年，则经过_年后，核的数量减小为原来的1/4.【答案】2 24年【解析】氚核，则中子数为3-1=2.根据，则，t=2。2021山东卷第1题. 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
8、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】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山东第2题.氚核发生衰变成为氦核。假设含氚材料中发生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，在这段时间内发生衰变的
9、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衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.01016个。故选B2020全国1卷第题6.下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表粒子的有（）A. B. C. D. 【答案】BD【解析】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。2020全国2卷第5题5.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1.01022个，若全都发生聚
10、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2.9107 J，1 MeV= 1.61013J，则M约为（）A. 40 kgB. 100 kgC. 400 kgD. 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1.01022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2020全国3卷第6题6.1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔，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.
11、 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1C. X的电荷数比的电荷数多2D. 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 ， ， ，即的质量数与的质量数相等，电荷数比的电荷数多2，电荷数比的质量数多3，AC正确，BD错误。故选AC。2020江苏省卷第12（1）（2）题12选修3-5（1）“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
12、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（2）大量处于某激发态的氢原子辐射出多条谱线，其中最长和最短波长分别为和，则该激发态与基态的能量差为_，波长为的光子的动量为_.（已知普朗克常量为h，光速为c）【答案】12.（1）B （2） 。2020北京卷第2题2.氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（）A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量【答案】C【解析】A大量氢原子处于能级跃
13、迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；B根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为从能级跃迁到能级辐射的光子能量为比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；C根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为故C正确；D根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；故选C。2020北京卷第3题3.随着通信技术的更新换代，无线通信使用的电磁波频率更高，频率资源更丰富，在相同时间内能够传输的信息量更大。第5代移动通信技术(简称5G)意味着更快的网速和更大的网络容载能力，“4G改变生活，5G改变社会”。与4G相
14、比，5G使用的电磁波（）A. 光子能量更大B. 衍射更明显C. 传播速度更大D. 波长更长【答案】A【解析】A因为5G使用的电磁波频率比4G高，根据可知5G使用的电磁波比4G光子能量更大，故A正确；B发生明显衍射的条件是障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小；因5G使用的电磁波频率更高，即波长更短，故5G越不容易发生明显衍射，故B错误；C光在真空中的传播速度都是相同的；光在介质中的传播速度为。5G的频率比4G高，而频率越大折射率越大，光在介质中的传播速度越小，故C错误；D因5G使用的电磁波频率更高，根据，可知波长更短，故D错误。故选A。2020天津卷第1题1.在物理学发展的进程中，
15、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。2020山东卷第2题2.氚核发生衰变成为氦核。假设含氚材料中发生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，在这段时间内发生衰变的氚核的个数为（
16、）A. B. C. D. 【答案】B【解析】根据可得产生的电子数为个因在衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.01016个。故选B2020上海等级考第题1.、射线的本质是( )（A)原子核放出的电子流(B)原子核外电子电离形成的电子流C)原子核放射出的电磁波 (D)原子核外电子受激发产生的电磁波答案 A【解析】原子核内中子变质子放出电子，发生衰变，电子流即射线。考察知识三种射线的本质。核心素养物理观念2020上海等级考第17题17、倒入容器中的啤酒会形成大量泡沫。将啤酒倒入量筒中。结果表明量筒中的泡沫破裂与原子核衰变遵循同样的统计规律。量筒中液面上的泡沫体积V随时间t的变化如图所示
17、，则泡沫上表面下降的速度随时间(填写“增大”“减小”或“不变”)。假设泡沫均匀分布，量筒中泡沫从t=0开始，经过1.5个半衰期后剩下的体积为_cm3.答案减小，51.16cm3【解析】因为衰变越来越慢，所以泡沫上表面下降的速度随时间减小。根据衰变公式，本题V0=160cm3，所以。考察知识半衰期的公式。核心素养科学思维( 类似思想)2020浙江第5题5.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
18、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。2020浙江第14题14.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
19、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，B正确；C太阳每秒放出的能量损失的质量，C正确；D因为则太阳每秒因为辐射损失的质量为，D错误。故选BC。1. 2019年全国1卷14题氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 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A12.09 eVB10.20 eVC1.89 eV D1.5l eV【答案】14A 【解析】光子从n=3能级跃迁到n=2能级时产生的光是可见光，因为。光子能量在1.63 eV3.10 eV之间。要使处于基态（n=1）的氢原子被激
20、发后跃迁到n=3能级，可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为，答案为A。2. 2019年全国2卷15题太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循坏，循环的结果可表示为，已知和的质量分别为和，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为A8 MeVA16 MeVA26 MeV A52 MeV【答案】15C【解析】质量亏损,C正确。3. 2019年北京卷19题光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04
21、.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9由表中数据得出的论断中不正确的是A两组实验采用了不同频率的入射光B两组实验所用的金属板材质不同C若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eVD若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大【答案】19B 【解析】逐项研究A.根据，因为入射光子的能量（）不等，所以频率（）不等，A正确。B根据爱因斯坦光电效应方程，第一组，第二组，所以两组实验所用的金属板材质相同，B错误，本题选B. C、D也正确。4. 2019年北京卷20题国际单位制（缩写SI）定义了米（
22、m）、秒（s）等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出。例如，由m和s可以导出速度单位ms1。历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义秒。但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采用物理常量来定义则可避免这种困扰。1967年用铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率=9 192 631 770 Hz定义s；1983年用真空中的光速c=299 792 458 ms1定义m。2018年第26届国际计量大会决定，7个基本单位全部用基本物理常量来定义（对应关系如图，例如，s对应，m对应c）。新SI自2019年5月20日（国际计量日）正式实施，这将对科学和技
23、术发展产生深远影响。下列选项不正确的是A7个基本单位全部用物理常量定义，保证了基本单位的稳定性B用真空中的光速c（ms1）定义m，因为长度l与速度v存在l=vt，而s已定义C用基本电荷e（C）定义安培（A），因为电荷量与电流I存在I=q/t，而s已定义D因为普朗克常量h（Js）的单位中没有kg，所以无法用它来定义质量单位【答案】20D【解析】普朗克光子能量公式，所以的单位为，而，其中有kg，所以D错误，本题选D.5. 2019年天津卷6题.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
24、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】 6.AD 【解析】根据比结合能曲线（如下图，教科书有），D正确，根据质量亏损，C 错误。6. 2019年江苏省卷12题.（2）100年前，卢瑟福用粒子轰击氮核打出了质子后来，人们用粒子轰击核也打出了质子：；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”）（3）在“焊接”视网膜的眼科
25、手术中，所用激光的波长=6.4107 m，每个激光脉冲的能量E=1.510-2 J求每个脉冲中的光子数目（已知普朗克常量h=6.63l0-34 Js，光速c=3108 m/s计算结果保留一位有效数字）【答案】12.（2）中子 核裂变（3）光子能量 光子数目 n=，代入数据得n=51016【解析】（1）动量守恒0=MV+mv，解得v=-,大小为B.7.2019年天津卷5题.如图为、三种光在同一光电效应装置中测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】 5.C 【解析】根据题图知，截止电压大小，根据爱因斯坦光电效应方程，所以光的频率，则光的折射率，所以通
26、过三棱镜后，b发生偏折最大，所以选C.8. 2017年全国卷17题大科学工程“人造太阳”主要是将氚核聚变反应释放的能量用来发电，氚核聚变反应方程是，已知的质量为2.0136u，的质量为3.0150u，的质量为1.0087u，1u931MeV/c2。氚核聚变反应中释放的核能约为A3.7MeV B3.3MeV C2.7MeV D0.93MeV 【解析】根据爱因斯坦质能方程，得3.26MeV【答案】B9. 2018年全国2卷17题用波长为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 Js，真空中的光速为3.00108 ms-1，能
27、使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为A11014 Hz B81014 Hz C21015 Hz D81015 Hz【解析】根据爱因斯坦光电效应方程即得，代入数据得81014 Hz。【答案】17B10. 2018年全国3卷14题1934年，约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝核，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A15和28 B15和30 C16和30 D17和31【解析】核反应方程【答案】14B11. 2018年全国2卷第17题17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 Js，真空中的光速为3
28、.00108 ms-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为A11014 Hz B81014 Hz C21015 Hz D81015 Hz【解析】根据爱因斯坦光电效应方程即得，代入数据得81014 Hz。【答案】17B12. 2017年北京第15题15一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。下列说法正确的是A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【解析】根据动量守恒，B正确。【答案】B13. 2018年天津第5题5氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子
29、中电子从量子数n2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【解析】的波长最长，根据，所以频率最小，根据（），所以对应的前后能级之差最小，A正确；同一介质对的折射率n最小，B错误；根据，同一介质中的传播速度最小，C错误；因为,根据爱因斯坦光电效应方程，用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能，D错误。【答案】5A14. 2017年天津第1题1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
30、反应方程中属于聚变反应的是ABCD【答案】1A 15. 2018年天津第1题1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俘获一个粒子，产生并放出一个粒子B俘获一个粒子，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【解析】A.B. C. D. 【答案】1B 高考时写过B就可得到答案，不必写C和D.16. 2018年江苏12C选修3-5（12分）（1）已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后
31、，剩有的A和B质量之比为 （A）1:4 （B）1:2 （C）2:1 （D）4:1【解析】。【答案】12C（1）B（2）光电效应实验中，用波长为的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出当波长为的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为 ，A、B两种光子的动量之比为 （已知普朗克常量为h、光速为c）【解析】根据爱因斯坦光电效应方程，及可得答案。【答案】12C.（2） 1:217. 2017年江苏12C选修35（12分）（1）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正的有 （A）核的结合能约为14 MeV（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
32、结合能比核中的大【解析】核的结合能约为MeV，A错误因为比结合能靠近中间稳定，所以核比核更稳定，B正确两个核结合成核时，结合能增大，所以释放能量，C正确从图可以看出，核中核子的平均结合能比核中的小，D错误。【答案】（1）BC （2）质子（）和粒子（）被加速到相同动能时，质子的动量 （选填“大于”、“小于”或“等于”）粒子的动量，质子和粒子的德布罗意波波长之比为 【解析】根据，所以质子的动量小于粒子的动量；根据，为普朗克恒量，所以【答案】（2）小于 2:1 18. 2018年海南物理卷第4题4.已知的半衰期为24天。4g经过72天还剩下A.0 B. 0.5g C. Ig D. 1.5g4.【解析】，B正确。【答案】B
