高中物理-专题 近三年高考真题精选精练(提高篇)(解析版)

2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-5）
第六部分 原子物理
专题6.18近三年高考真题精选精练（提高篇）
一．选择题
1．（2018高考全国理综III ）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al ，产生了第一个人工放射性
核素X ：2713α+Al n+X 。

X 的原子序数和质量数分别为 A ．15和28 B ．15和30 C ．16和30 D ．17和31 【参考答案】B
【命题意图】 本题考查核反应方程遵循的规律及其相关的知识点。

【解题思路】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。

2．（2018北京理综·13）在核反应方程24He+714N ®817O+X
中，X 表示的是 A ．质子 B ．中子 C ．电子 D ．α粒子
【参考答案】 A
【名师解析】根据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒，可知X 的电荷数为1，质量数为1，即X 为质子，选项A 正确。

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。

3．（2018高考天津理综）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 ．14
7N 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30
15P 并放出一个粒子
C ．11
5B 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3
2He 并放出一个粒子 【参考答案】 B
【名师解析】根据质量数和电荷数守恒可知14
7N 俘获一个α粒子，产生178O 并放出一个粒子的核反应方
程为147N +42He→178O +11H ，选项A 错误；2713Al 俘获一个α粒子，产生30
15P 并放出一个粒子的核反应方程为2713
Al +42He→3015P +10n ，选项B 正确；115B 俘获一个质子，产生84Be 并放出一个粒子的核反应方程为11
5B +11H →8
4Be +42He ，选项C 错误；63Li 俘获一个质子，产生32He 并放出一个粒子的核反应方程为63Li +11H→3
2He +4
2He ，选项D 错误。

【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．
4．（2018高考天津理综）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线αβγδH H H H 、、、，都是氢原子中电子从量子数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 ．αH 对应的前后能级之差最小 B ．同一介质对αH 的折射率最大 C ．同一介质中δH 的传播速度最大
D ．用γH 照射某一金属能发生光电效应，则H β也一定能 【参考答案】 A
【名师解析】根据hν=E m -E n ，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；根据v=c/n 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是否会发生光电效应．
波长越大，频率越小，故H α的频率最小，根据E=hν可知H α对应的能量最小，根据hν=E m -E n ，可知H α对应的前后能级之差最小，选项A 正确；H α的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据v=c/n 可知H α的传播速度最大，BC 错误；H γ的波长小于H β的波长，故H γ的频率大于H β的频率，若用H γ照射某一金属能发生光电效应，则H β不一定能发生光电效应，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．
5. (2017·全国理综I 卷·17)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，氘核聚变反应方程式是：2
1H +2
1H →3
2H e +10n ，已知21H 的质量为2.0136u ，32H e 的质量为3.0150u ，1
0n 的质量为1.0087u ，1u=931 MeV /c 2。

氘核聚变反应中释放的核能约为
A ．3.7 MeV
B ．3.3MeV
C ．2.7 MeV
D ．0.93 MeV 【参考答案】.B
【命题意图】 本题考查核反应核能的计算及其相关的知识点。

【解题思路】氘核聚变反应的质量亏损为：△m =2×2.0136u-（3.0150u+1.0087u ）=0.0035u ，释放的核能约为△E=△m ×931MeV=3.3MeV ，选项B 正确。

6.（2017年4月浙江选考）下列说法正确的是 A ．β、γ射线都是电磁波
B ．原子核屮所有核子单独存在时质量总和大于该原子核的总质量
C ．在LC 振荡电路中，电容器刚放电时，电容器极板上电量最多，回路电流最小
D ．处于n =4激发态的氢原子共能辐射出4种不同频率的光子 【参考答案】BC
【考点】本题主要考察知识点：三种射线、结合能质能方程、LC 振荡电路、氢原子光谱 【名师解析】β射线是高速移动的电子流.属于实物波.不属于电磁波.故A 错误，在核子结合成原子核过程中需要释放出结合能.根据质能方程E =mc 2,所以结合原子核过程中存在质量损失. 所以B 正确， LC 振荡电路中放电之前属于充电过程，电场能逐渐增大.磁场能逐渐减小，回路电流逐渐减小 .刚刚开始放电时正好是电场能最大，磁场能最小的时刻.所以回路电流此时最小，处于n=4激发态的氢原子能释放出C42=6频率的光子，所以本题选择 BC.
7．（2017北京理综·18）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
100nm （1nm=10-9m ）附近连续可调的世界上个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，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量34
6.610J s h -=⨯⋅，真空光速8310m/s c =⨯）
A ．21
10
J -
B ． 18
10
J -
C ． 15
10
J -
D ． 12
10
J -
【参考答案】B
【名师解析】一个处于极紫外波段的光子的能量为：E =h λ
c =2×10-18J ，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级必须相同，故选项B 正确。

8.（2017年高考天津理综）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 ．23411120H H He n +→+
B ．144171
7281N He O H +→+
C ．4
27301213
150He Al P n +
→
+ D ．235114489192056360U n Ba Kr 3n +→++
【参考答案】A
【名师解析】2341
1120H H He n +→+是一个氘核与氚核聚变结合成氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，选项A 正确；144171
7281N He O H +→+是α粒子轰击氮原子核产生氧17和质子，是卢瑟福发现质子的核
反应， 属于原子核的人工转变，选项B 错误；4
27301213
150He Al P n +
→
+是α粒子轰击铝原子核发现了放射性
同位素磷30和中子，属于原子核的人工转变，选项C 错误；2351144891
92056360U n Ba Kr 3n +→++是中子轰击铀
核的裂变反应 ，选项D 错误。

9. （2017年高考·新课标全国理综II 卷）（2017全国II 卷·15）一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为
238
2344
92
902U Th He →
+，下列说法正确的是（ ）
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 【参考答案】B
【名师解析】：静止的铀核衰变，动量守恒。

由动量守恒定律可知，衰变后钍核与α粒子动量大小相等，
方向相反，选项B 正确；根据动量与动能的关系式，动量大小相等，其两者动能一定不等，选项A 错误；铀核的半衰期等于大量的铀核衰变一半所经历的时间，选项C 错误；原子核衰变释放出了能量，根据爱因斯坦质能方程，一定有质量亏损，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。

原子核衰变时满足动量守恒，根据动量守恒定律，静止的铀核放出一个α粒子衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小，选项B 正确；由于钍核的质量大于α粒子的质量，由动能与动量大小之间的关系式
m
p E k 22=可知，衰变后钍核的动能小于α粒子的动能，选项A 错误；由半衰期概念可知选项C 错误；衰变
时核能转化为动能，所以，衰变过程发生质量亏损，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。

10．（2017全国III 卷·19）在光电效应实验中，分别用频率为a ν、b ν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a U 和b U 、光电子的最大初动能分别为ka E 和kb E 。

h 为普朗克常量。

下列说法正确的是（ ）
A ．若a ν>b ν，则一定有a b U U <
B ．若a ν>b ν，则一定有ka kb E E >
C ．若a b U U <，则一定有ka kb E E <
D ．若a ν>b ν，则一定有a ka a kb ννh
E h E ->- 【参考答案】BC
【名师解析】由爱因斯坦的光电效应方程可知k 0E h W ν=-，该动能又会在截止电压做功下恰好减为零，则00eU h W ν=-，其中W 0为逸出功，同种金属的W 0相同。

由00eU h W ν=-可知，若a ν>b ν，则一定有a b U U >，选项A 错误；由k 0E h W ν=-可知，若a ν>b ν，则一定有ka kb E E >，选项B 正确；由eU 0=E k 可知，若a b U U <，则一定有ka kb E E <，选项C 正确；由k 0E h W ν=-可知，若a ν>b ν，则一定有
a ka νh E -=a k
b νh E - ，选项D 错误。

11．（2017海南物理·7）三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3（λ1>λ2>λ3）。

分别用着三束光照射同一种金属。

已知用光束2照射时，恰能产生光电子。

下列说法正确的是 A ．用光束1照射时，不能产生光电子 B ．用光束3照射时，不能产生光电子
C ．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多
D ．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大
【参考答案】.AC
【命题意图】本题考查物理学史及其相关的知识点。

【解题思路】根据题述，用光束2照射时，恰能产生光电子，可知λ2为金属的极限波长，用光束1照射时，不能产生光电子，用光束3照射时，能产生光电子，选项A正确B错误；用光束2照射时，光越强，说明照射的光子越多，单位时间内产生的光电子数目越多，选项C正确；根据爱因斯坦光电效应方程可知，用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能不变，选项D错误。

12.（2018年4月浙江选考）氢原子的能级图如图所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的
是（可见光的波长范围为4.0×10-7m—7.6×10-7m ，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，真空中的光速
c=3.0×108m/s）（）
【参考答案】C
【名师解析】解：A、氢原子从高能级跃迁到基态时，辐射的能量值最小值为：-
根据，
可得：
该波长小于可见光的最小波长，可知此时会辐射紫外线；γ射线是处于高能级的原子核向低能级跃迁的过程中辐射出的。

故A错误。

从n=4能级跃迁到n=1能级放出的光子的能量大于从n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子能量，结合A的分析可知，从n=4能级跃迁到n=1能级放出的光子应属于紫外线。

故B 错误；氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，辐射的光子的最大能量值为
其波长为最小波长，为：
可知氢原子从高能级向n=3能级跃迁时，辐射的光属于红外线，具有显著的热效应，故C正确。

根据光
的折射率与光的频率的关系可知，光的频率越大，则光对同一种介质的折射率越大，则光在介质中传播的速度越小；光子的能量E=hv ，可知光子的能量值越大则光子的频率越大；因此可得，光子的能量值越大，则光在介质中传播的速度越小，所以氢原子辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量最大；则氢原子从高能级向n=2能级跃迁时，辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为3.4eV ，选项D 错误
13．（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 【参考答案】BD
【名师解析】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
27
，C 错误；频率越大，波长越小，即a b λλ<，根据h
p
λ=
可知a b p p >，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．
14．（2019·浙江选考）一个铍原子核（7
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（7
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7
7
41
3e Be e Li v -+
→+已知铍原子的质量为
M Be =7.016929u ，锂原子的质量为M Li =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（7
3Li ）获得的动能约为0.86MeV
C ．中微子与锂核（7
3Li ）的动量之和等于反应前电子的动量
D ．中微子与锂核（7
3Li ）的能量之和等于反应前电子的能量 【参考答案】AC
【名师解析】反应方程为707
4-13e Be+e Li+v →，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
()27.0169297.0160049.3110MeV 0.86MeV e m u m ∆=+-⨯⨯>，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（7
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（7
3Li ）的能量之和小于反应前电子的能量，D 错误。

二。

非选择题
1．（2017·江苏卷）质子（1
1H ）和α粒子（4
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：2k 2p mE =，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
的动量，且121
2
p p ==；根据h p λ=，可得质子和α粒子的德布罗意波波长之比为2:1．
【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．
2.（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：460621
228291He+Ni Cu+H X →+；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：1
0n 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；
3．（2019·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107 m ，每个激光脉冲的能量E =1.5×10-2 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
ελ=
，光子数目n =
E
ε
，代入数据得n =5×
1016 【解析】每个光子的能量为0c
E hv h λ
== ，每个激光脉冲的能量为E ，所以每个脉冲中的光子个数为：
E
N E =
，联立且代入数据解得：16510N =⨯个。

4.（2017北京理综·23）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α粒子（42H ）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。

（1）放射性原子核用X A
Z
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。

（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 。

【名师解析】（1）根据核反应遵循质量数守恒、电荷数守恒可以写出该α衰变的核反应方程为：
A
Z
X→-4-2A Z Y+4
2He 。

（2）α粒子（42
H ）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，设其速率为v 1，有qv 1B =m 2
1v R
圆周运动的周期T=
1
2R
v π 解得：T=
2m
qB
π 环形电流大小I=q T =22q B
m
π
⑶设新核的速率为v 2，核反应前后系统动量守恒，有：mv 1＝Mv 2
根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有：Δmc 2＝2121mv ＋2
22
1Mv
解得：Δm ＝2
2
222)(mMc R B q m M +。