学易金卷：三年（2021-2023）高考物理真题分项汇编（全国通用）专题15 原子结构 原子核

专题15原子结构原子核目录TOC\o1-3\h\z\uHYPERLINK\l_Toc143441068考点01光电效应波粒二象性 PAGEREF_Toc143441068\h1HYPERLINK\l_Toc143441069考点02原子结构与玻尔理论 PAGEREF_Toc143441069\h11HYPERLINK\l_Toc143441070考点03原子核的衰变 PAGEREF_Toc143441070\h16HYPERLINK\l_Toc143441071考点04核反应方程及核能 PAGEREF_Toc143441071\h26考点01光电效应波粒二象性一、单选题1．（2023·北京·统考高考真题）在发现新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发现光在地球附近的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释。现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为。方法一：根据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率。方法二：根据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球附近，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径。下列说法正确的是（ ）A．由方法一得到，g为地球表面附近的重力加速度B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时光的波长C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大【答案】B【详解】A．由能量守恒定律可得解得选项A错误；B．由表达式可知即接收器接受到的光的波长大于发出的光的波长，选项B正确；C．若从地面上的P点发出一束光照射到Q点，从以上两种方法均可知，其频率变小，若从Q点发出一束光照射到P点，其频率变大，选项C错误；D．由上述分析可知，从地球表面向外辐射的光在传播过程中频率变小；通过类比可知，从太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，选项D错误。故选B。2．（2023·浙江·高考真题）被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为v的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为v光子的功率为（ ）A． B． C． D．【答案】A【详解】设天体发射频率为v光子的功率为P，由题意可知其中t=1s，解得故选A。3．（2022·江苏·高考真题）上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（ ）A．频率减小 B．波长减小 C．动量减小 D．速度减小【答案】B【详解】AB．根据可知光子的能量增加后，光子的频率增加，又根据可知光子波长减小，故A错误，B正确；CD．根据可知光子的动量增加；又因为光子质量不变，根据可知光子速度增加，故C错误，D错误。故选B。4．（2022·河北·统考高考真题）如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知（ ）A．钠的逸出功为 B．钠的截止频率为C．图中直线的斜率为普朗克常量h D．遏止电压与入射光频率成正比【答案】A【详解】A．根据遏止电压与最大初动能的关系有根据电效应方程有当结合图像可知，当为0时，解得A正确；B．钠的截止频率为，根据图像可知，截止频率小于，B错误；C．结合遏止电压与光电效应方程可解得可知，图中直线的斜率表示，C错误；D．根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。故选A。5．（2022·全国·统考高考真题）一点光源以113W的功率向周围所有方向均匀地辐射波长约为6×10-7m的光，在离点光源距离为R处每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个。普朗克常量为h=6.63×10-34Js。R约为（   ）A．1×102m B．3×102m C．6×102m D．9×102m【答案】B【详解】一个光子的能量为E=hνν为光的频率，光的波长与频率有以下关系c=λν光源每秒发出的光子的个数为P为光源的功率，光子以球面波的形式传播，那么以光源为原点的球面上的光子数相同，此时距光源的距离为R处，每秒垂直通过每平方米的光子数为3×1014个，那么此处的球面的表面积为S=4πR2则联立以上各式解得R≈3×102m故选B。6．（2021·江苏·高考真题）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（ ）A．B．C． D．【答案】C【详解】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值可知图像的斜率相同，均为e；截止频率越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确，ABD错误。故选C。7．（2021·海南·高考真题）某金属在一束单色光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能为，已知该金属的逸出功为，普朗克常量为h。根据爱因斯坦的光电效应理论，该单色光的频率为（ ）A． B． C． D．【答案】D【详解】根据爱因斯坦的光电效应方程可知解得该单色光的频率为故选D。8．（2021·辽宁·统考高考真题）赫兹在研究电磁波的实验中偶然发现，接收电路的电极如果受到光照，就更容易产生电火花。此后许多物理学家相继证实了这一现象，即照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出。最初用量子观点对该现象给予合理解释的科学家是（ ）A．玻尔 B．康普顿C．爱因斯坦 D．德布罗意【答案】C【详解】A．玻尔引入量子化的观念解释了氢原子光谱，与题意不符，A错误；B．康普顿提出康普顿效应，发现了光子不仅具有能量，还具有动量，证明了光具有粒子性，与题意不符，B错误；C．爱因斯坦提出光子说，从理论上解释了光电效应的实验现象，符合题意，C正确；D．德布罗意提出一切物质都具有波粒二象性，与题意不符，D错误。故选C。9．（2021·浙江·高考真题）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【详解】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。10．（2021·河北·高考真题）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．m C． D．【答案】B【详解】根据可得它们的单位为：故选B。11．（2021·浙江·统考高考真题）2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍。关于量子，下列说法正确的是（ ）A．是计算机运算的一种程序 B．表示运算速度的一个单位C．表示微观世界的不连续性观念 D．类似于质子、中子的微观粒子【答案】C【详解】量子是不可分割的最小的单元，体现了物质的不连续性，即通常所说的“量子化”。故选C。二、多选题12．（2023·浙江·统考高考真题）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为∆x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（    ）A．电子的动量 B．电子的动能C．光子的能量 D．光子的动量【答案】AD【详解】根据条纹间距公式可得A．根据可得故A正确；B．根据动能和动量的关系结合A选项可得故B错误；C．光子的能量故C错误；D．光子的动量光子的能量联立可得则光子的动量故D正确。故选AD。13．（2023·海南·统考高考真题）已知一个激光发射器功率为，发射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（    ）A．光的频率为 B．光子的能量为C．光子的动量为 D．在时间内激光器发射的光子数为【答案】AC【详解】A．光的频率选项A正确；B．光子的能量选项B错误；C．光子的动量选项C正确；D．在时间t内激光器发射的光子数选项D错误。故选AC。14．（2022·浙江·统考高考真题）电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10-23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10-31kg，普朗克常量取6.6×10-34J·s，下列说法正确的是（ ）A．发射电子的动能约为8.0×10-15JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10-11mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样【答案】BD【详解】A．根据动量的大小与动能的关系可知发射电子的动能约为故A错误；B．发射电子的物质波波长约为故B正确；CD．物质波也具有波粒二象性，故电子的波动性是每个电子本身的性质，则每个电子依次通过双缝都能发生干涉现象，只是需要大量电子显示出干涉图样，故C错误，D正确；故选BD。三、解答题15．（2023·江苏·统考高考真题）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：（1）每个光子的动量p和能量E；（2）太阳辐射硬X射线的总功率P。【答案】（1），；（2）【详解】（1）由题意可知每个光子的动量为每个光子的能量为（2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则可得所以t秒辐射光子的总能量太阳辐射硬X射线的总功率考点02原子结构与玻尔理论一、单选题1．（2022·北京·高考真题）氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子（   ）A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量减少【答案】B【详解】氢原子从某激发态跃迁到基态，则该氢原子放出光子，且放出光子的能量等于两能级之差，能量减少。故选B。2．（2023·湖北·统考高考真题）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（    ）A．和能级之间的跃迁 B．和能级之间的跃迁C．和能级之间的跃迁 D．和能级之间的跃迁【答案】A【详解】由图中可知n=2和n=1的能级差之间的能量差值为与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。故选A。3．（2022·湖南·统考高考真题）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【详解】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。4．（2022·广东·高考真题）目前科学家已经能够