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专题14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1.63eV~3.10eV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．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【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，已知11H和42He的质量分别为P1.0078um和4.0026um，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV【答案】C【解析】由2EmC知，2Emc=，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、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keUE，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bcavvv，则可知三种光的折射率的关系为bcannn，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【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：10n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；6．（2019·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s，光速c=3×108m/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=E，代入数据得n=5×1016【解析】每个光子的能量为，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：0ENE，联立且代入数据解得：。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20/27D．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2027，C错误；频率越大，波长越小，即ab，根据hp可知abpp，D正确。【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（74Be）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（73Li），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”，其核反应方程为已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为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（73Li）获得的动能约为0.86MeVC．中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核（73Li）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，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少，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（73Li）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（73Li）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。9．（2019·湖南省怀化市高三统一模拟）下列说法正确的是A．β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子B．实验表明，只要照射光的强度足够大，就一定能发生光电效应C．钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后还剩0.2gD．根据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝3的激发态时，核外电子动能减小【答案】A【解析】A、β衰变的实质是原子核内的一个中子转化成一个质子，同时释放出一个电子，故A正确；B、根据光电效应方程可知，发生光电效应的条件与光的频率有关，与光的强度无关，故B错误；C、钍的半衰期为24天，1g钍经过120天后，发生5次衰变，根据m＝m0（12）5g＝0.03125g，故C错误；D、据玻尔的原子理论，氢原子从n＝5的激发态跃迁到n＝3的激发态时，库仑力提供向心力，向心力增加，速度变大，电子动能增加，故D错误。10．（2019·东北三省四市高考二模）已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数n＝4的能量状态，则A．氢原子可能辐射3种频率的光子B．氢原子可能辐射5种频率的光子C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应【答案】C【解析】根据24C＝6知，这群氢原子可能辐射6种频率的光子，故A错误，B错误。n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.66eV，n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量为1.89eV，n＝4跃迁到n＝2辐射的光子能量为2.55eV，均小于逸出功，不能发生光电效应，其余3种光子能量均大于2.7eV，所以这群氢原子辐射的光中有3种频率的光子能使钙发生光电效应。故C正确，D错误。11．（2019·安徽省六安市第一中学、合肥八中、阜阳一中三校高三最后一卷）以下物理内容描述不正确的是A．爱因斯坦通过对光电效应实验规律的分析揭示了光具有粒子性的一面B．玻尔模型对一切原子的光谱现象都能准确解释C．放射性元素的半衰期与其以单质还是化合物形式存在无关D．原子核的比结合能大小可以反映其稳定性特征【答案】B【解析】爱因斯坦通过对光电效应实验规律的分析揭示了光具有粒子性的一面，选项A正确；玻尔模型只能解释氢原子光谱，不能对一切原子的光谱现象准确解释，选项B错误；放射性元素的半衰期与其以单质还是化合物形式存在无关，选项C正确；原子核的比结合能大小可以反映其稳定性特征，比结合能越大，原子核越稳定，选项D正确；此题选择不正确的选项，故选B。12．（2019·江西省名校学年高三5月联合考）电子是我们高中物理中常见的一种微观粒子，下列有关电子说法正确的是A．汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，并准确测出了电子的电荷量B．光电效应实验中，逸出的光电子来源于金属中自由电子C．卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子的轨道半径是量子化的D．元素发生α衰变时，能够产生电子，并伴随着γ射线产生【答案】B【解析】A、汤姆孙研究阴极射线时发现了电子，但电子的电荷量是由密立根油滴实验测出的，故选项A错误；B、根据光电效应现象的定义可知光电效应实验中，逸出的光电子来源于金属中自由电子，故选项B正确；C、玻尔理论认为电子轨道半径是量子化的，卢瑟福的原子核式结构模型认为在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转，故选项C错误；D、元素发生β衰变时，能够产生电子，并伴随着γ射线产生，故选项D错误。13．（2019·山西省太原市第五中学高三（5月）模拟）下列说法正确的是A．β射线也可能是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力B．按照电离能力来看，放射性元素放出的三种射线由弱到强的排列顺序是α射线、β射线、γ射线C．按照玻尔的氢原子理论，当电子从高能级向低能级跃迁时，氢原子系统的电势能减少量可能大于电子动能的增加量D．在微观物理学中，不确定关系告诉我们不可能准确地知道单个粒子的运动情况，但是可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律【答案】D【解析】β射线是原子核内电子形成的电子流，它具有中等的穿透能力，故A错误；按照电离能力来看，放射性元素放出的三种射线由弱到强的排列顺序是γ射线、β射线、α射线、故B错误；按照玻尔的氢原子理论，当电子从高能级向低能级跃迁时，要释放出能量，所以电势能的减小量大于动能的增加量，故C错误；根据不确定关系我们知道虽然不可能准确地知道单个粒子的运动情况，但是可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，故D正确；故选D。14．（2019·湖南省长沙市雅礼中学高三下学期一模）下列说法正确的是A．氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，吸收光子，电子的轨道半径增大B．是核裂変方程，当铀块体积大于临界体积时，才能发生链式反应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关，与照射光的频率成正比D．α射线是高速运动的氦原子核，能够穿透几厘米厚的铅板【答案】A【解析】根据波尔理论，氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时，要吸收光子，电子的轨道半径增大，选项A正确；B方程是衰变方程，B错误；根据光电效应方程，光电子的最大初动能为，不是与频率成正比，C错误。α射线是高速运动的氦原子核，但是不能穿透铅板，D错误。15．（2019·北京市顺义区2019届高三第二次统练）下列说法正确的是A．γ射线比α射线的贯穿本领强B．外界环境温度升高，原子核的半衰期变大C．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的重核裂变反应D．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子【答案】A【解析】γ射线比α射线的贯穿本领强，选项A正确；外界环境不影响原子核的半衰期，选项B错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变反应，选项C错误；β衰变是原子核内的中子转化为质子时放出的负电子，与原子的外层电子无关，选项D错误。16．（2019·山东省潍坊市高三模拟）下列核反应中放出的粒子为中子的是A．147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B．2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C．115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D．63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子【答案】B【解析】根据核反应方程：可得2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子是中子，故B正确；ACD错误，故选B。