1、专题14 原子结构、原子核和波粒二象性选择题1. (2021浙江卷)肥皂膜的干涉条纹如图所示，条纹间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是()A. 过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形B. 肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹C. 肥皂膜从形成到破裂，条纹的宽度和间距不会发生变化D. 将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动，条纹也会跟着转动答案AB解析：肥皂膜因为自重会上面薄而下面厚，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，A正确；薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，B正确；故选AB。2. (2021浙江卷)已知普朗克常量，电子的质量为，一个
2、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；故选C。3. (2021浙江卷)据自然杂志2021年5月17日报道，中国科学家在稻城“拉索”基地(如图)探测到迄今为止最高能量的射线，能量值为，即()A. B. C. D. 答案D解析：故选D。4. (2021全国乙卷)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
3、半衰期为()A. B. C. D. 答案C解析：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。5. (2021全国甲卷)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. 6 B. 8 C. 10 D. 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。6. (2021湖南卷)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，
4、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：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。7. (2021春浙江卷)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【解析】量子是
5、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A。8. (2021春浙江卷)下列说法正确的是()A. 光的波动性是光子之间相互作用的结果B. 玻尔第一次将“量子”入原子领域，提出了定态和跃迁的概念C. 光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量D. 射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大【答案】B【解析】A在光的双缝干涉实验中，减小光的强度，让光子通过双缝后，光子只能一个接一个地到达光屏，经过足够长时间，仍然发现相同的干涉条纹。这表明光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，故A错误；B玻尔第一次将量子观念引入原子领域，
6、提出了定态和跃迁的概念，故B正确；C光电效应揭示了光的粒子性，但是不能证明光子除了能量之外还具有动量，选项C错误；D射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方时，会使金属球附近的空气电离，金属球吸引负离子而使验电器金属箔的张角会变小，选项D错误。故选B。9. (2021春浙江卷)如图所示是我国全超导托卡马克核聚变实验装置。2018年11月，该装置实现了1108等离子体运行等多项重大突破，为未来和平利用聚变能量迈出了重要一步。关于核聚变，下列说法正确的是()A. 聚变又叫热核反应 B. 太阳就是一个巨大的热核反应堆C. 高温能使原子核克服核力而聚变 D. 对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变
7、产能多【答案】ABD【解析】A聚变又叫热核反应，选项A正确；B太阳就是一个巨大的热核反应堆，选项B正确；C要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10-15m以内，核力才能起作用，那么热核反应时要将轻核加热到很高的温度，使它们具有足够的动能来克服核力而聚变在一起形成新的原子核，即高温能使轻核克服核力而聚变，但不是能使所有的原子核克服核力而聚变，选项C错误；D对相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变产能多，选项D正确；故选ABD。10. (2021广东卷)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
8、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：因72万年是一个半衰期，可知再过72万年，现有的铝26衰变一半；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；故选C。11. (2021河北卷)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：半衰期是原子核固有的属性，与外界条件无关，C正确；故选C。12. (202
9、1浙江卷)对四个核反应方程(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：(3)式是人类第一次实现原子核转变的方程，故C正确；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。13. (2021四川泸州三模)2020年12月4日，我国自主研制的核聚变关键装置“中国环流器二号M”装置在成都建成并实现首次放电，标志着我国核聚变发展取得重大突破。设此装置利用热核反应进行的聚变方
10、程为，如果一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为5.610-13J。则该聚变过程中的质量亏损约为(已知光速为c=3.0108m/s)()A. 1.910-21kg B. 9.310-21kg C. 3.110-29kg D. 6.210-30kg【答案】C【解析】根据质能方程该聚变过程中的质量亏损约为故ABD错误，C正确。故选C。14(2021北京海淀一模)下列说法中正确的是A汤姆孙发现电子，表明原子核是可分的B卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子C在核反应方程中，X表示的是质子D质子与中子结合成氘核的过程中会释放能量【答案】D【解析】汤姆孙发现电子，表明原子是可
11、再分的，选项A错误；卢瑟福通过粒子散射实验证实了原子的核式结构模型，并不说明原子核内存在质子，选项B错误；在核反应方程中，根据荷电荷数、核子数守恒的规律可知，X表示中子，选项C错误；原子与中止结合成氘核的过程中会释放能量，存在质量亏损，选项D正确。15. (2021河北唐山一模)氢原子吸收一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是()A. 电子绕核旋转的轨道半径增大 B. 电子的动能会增大C. 氢原子的电势能减小 D. 氢原子的能级减小【答案】A【解析】氢原子吸收一个光子后，由玻尔理论可知，由低能级跃迁到高能级，电子绕核旋转的轨道半径增大，电子的动能减小，氢原子的电势能增大，氢原子的能级增大。
12、故选A。16. (2021云南曲靖一模)下列说法正确的是( )A. 光电效应表明光具有能量，具有波粒二象性B. 根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子电势能增大，核外电子的运动速度减小C. 一束光照射到某金属上没能产生光电效应，是因为该束光的波长太短D. 原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量【答案】D【解析】A光电效应表明光具有粒子性，故A错误；B根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，核外电子从高轨道跃迁到低轨道，氢原子的电势能增减小，核外电子的运动速度增大，故B错误；C氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，氢原子的能量减小，轨道半径减小，根据：得轨道半径减
13、小，电子速率增大，动能增大，由于氢原子半径减小的过程中电场力做正功，则氢原子电势能减小。故C错误；D原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量，因为核子结合成原子核时要释放能量，由质能方程知质量减小，故D正确。故选D。17. (2021上海普陀一模)在光电效应实验中，某实验小组用同种频率的单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对这两个过程，下列四个物理量中，可能相同的是( )A.饱和光电流 B.遏止电压 C.光电子的最大初动能 D.逸出功【答案】A【解析】A.饱和光电流和光的强度有关，这个实验可以通过控制光的强度来实现饱和光电流相同，A正确；CD.不同的金属其逸出功是不同的，
14、根据光电效应方程：用同种频率的单色光，光子能量相同，光电子的最大初动能Ek不同，CD错误；B.根据遏止电压和最大初动能关系：可知光电子的最大初动能不同，遏止电压也不同，B错误。故选A。18. (2021上海普陀一模)下列核反应方程正确的是()A.轻核聚变反应方程中，x表示电子B.铀核裂变的一种核反应方程C.核反应方程为轻核聚变D.放射性元素发生的衰变方程为【答案】D【解析】A.据质量数和电荷数守恒可得，轻核聚变反应方程为即x表示中子，故A项错误；B.铀核需要俘获一个慢中子才能发生裂变，其中铀核裂变的一种核反应方程为故B项错误；C.核反应方程为人工转变，故C项错误；D.据质量数和电荷数守恒可得，
15、放射性元素发生的衰变方程为故D项正确。19(2021江苏常州一模)下列说法错误的是()A射线能消除纺织过程产生的静电B射线可用于探测高铁轨道是否有裂缝C若质子、电子具有相同动能，则它们的物质波波长相等D普朗克认为黑体辐射的能量是不连续的射线的穿透能力最强，射线的电离能力最强；根据德布罗意波长公式，结合质子和电子的动量大小比较波长的大小；普朗克认为带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，是量子化的。【解答】解：A、射线有电离作用，可消除纺织过程产生的静电危害，故A正确；B、射线具有非常强的穿透能力，可用于探测高铁轨道是否有裂缝，故B正确；C、根据德布罗意波长公式，可知质子、电子具有相同动能，
16、由于质量不等，则物质波波长不等，故C错误；D、普朗克认为振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值的整数倍，即能量是量子化的，黑体辐射的能量是不连续的，故D正确。本题选择错误的，故选：C。【点评】本题考查了天然放射现象的射线的性质、物质波、量子理论等基础知识点，关键要熟悉教材，牢记这些基础知识点，即能轻松解决。20(2021江苏常州一模)关于核反应方程UTh+X，下列说法正确的是()A此核反应一定会释放能量B通过降低温度的方法，一定能缩短U的半衰期C此核反应方程中的X代表的粒子为氢原子核D铀核的比结合能大于钍核的比结合能衰变的过程释放能量；放射性元素的半衰期与外界条件以及化合状态无关；核反应方
17、程要求质量数和电荷数守恒，判断生成产物，确定反应类型。【解答】解：AC、根据质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为4，电荷数为2，X是粒子即氦原子核，此反应是衰变，衰变的过程中释放能量，故A正确，C错误；B、放射性元素的半衰期是由原子核本身性质决定的，与外界的温度等条件无关，故B错误；D、由于衰变的过程中释放能量，可知铀核的比结合能小于钍核的比结合能，故D错误。故选：A。【点评】对于原子物理中核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，基本知识要熟练掌握和应用。21. (2021广西柳州一模)2020年I月10日，工程院院士黄旭华获得国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出了巨大贡献，下列
18、说法正确的是()A. 核潜艇的核反应也叫热核反应B. 原子弹中铀或钚的质量可小于临界质量C. 核潜艇的核反应堆是利用隔棒控制核反应速度D. 核聚变和核裂变都能放出核能，故一切核反应都应放出核能【答案】C【解析】A核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，不属于热核反应，故A错误；B发生链式反应的条件是裂变物质的体积必须大于或等于临界体积，或裂变物质的质量必须大于或等于临界质量，故原子弹铀或钚元素的质量必须大于或等于临界质量，故B错误；C核潜艇是利用重核裂变释放的核能来发电的，故核潜艇的核反应堆是利用隔棒控制核反应速度，故C正确；D重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，均向外界释放核能，但并不是一切核反
19、应都能释放核能，故D错误。故选C。22(2021北京东城一模)如图所示放电管两端加上高压，管内的稀薄气体会发光，从其中的氢气放电管观察氢原子的光谱，发现它只有一些分立的不连续的亮线，下列说法正确的是A亮线分立是因为氢原子有时发光，有时不发光B有几条谱线，就对应着氢原子有几个能级C核式结构决定了氢原子有这种分立的光谱D光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续【答案】D【解析】亮线分立是因为氢原子由高能级向低能级跃迁时，辐射一定频率的光形成的，选项A错误；谱线的条数并不是能级的个数，因为当氢原子由n=4向低能级跃迁时会有六条谱线，所以选项B错误；核式结构并不决定氢原子有这种分立的光谱，而是玻尔理
20、论提出的电子绕原子核的不同轨道形成的能级，电子由高能级向低能级跃迁时会把多余的能量释放出来，而形成这种分立的光谱，选项C错误；光谱不连续对应着氢原子辐射光子能量的不连续，选项D正确。23(2021北京东城一模)原子核的天然放射现象称为衰变，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衰变过程的能量变化不满足爱因斯坦质能方程D衰变后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】由于原来的铀核是静止的，总动量为0，故它衰变后的钍核的动量等于粒子的动量大小，但是二者的质量不相等，故它们的动能不相
21、等，选项A错误，B正确；衰变过程的能量变化仍然满足爱因斯坦质能方程，选项C错误；由于衰变存在质量亏损，故衰变后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。24(2021北京东城一模)下列现象中属于光的干涉的是A阳光照亮水中的鱼和水草 B通过水面看到烈日的倒影C雨后，在湖面上方看到彩虹 D观察到水面上飘着彩色的油膜【答案】D【解析】阳光照亮水中的鱼和水草，这是光的反射现象，选项A错误；通过水面看到烈日的倒影这是光的直线传播现象，选项B错误；雨后，在湖面上方看到彩虹，这是光的折射现象，选项C错误；观察到水面上飘着彩色的油膜，这是薄膜干涉现象，选项D正确。25(2021北京东城一模)太赫兹
22、辐射通常是指频率在0.1-10 THz(1THz=1012Hz)、即频率在微波与红外线之间的电磁辐射，其频率高于微波，低于红外线、紫外线，远低于X射线。太赫兹波对人体安全， 可以穿透衣物等不透明物体， 实现对隐匿物体的成像。近年来太赫兹技术在国家安全、信息技术等诸多领域取得了快速发展，被誉为“改变未来世界十大技术”之一。由上述信息可知，太赫兹波A其光子的能量比红外线光子的能量更大B比微波更容易发生衍射现象C比紫外线更难使金属发生光电效应D比X射线穿透性更强【答案】C【解析】因为太赫兹波的频率高于微波，低于红外线，根据爱因斯的光子说E=h可知，它的光子的能量比红外线光子的能量更小，选项A错误；它的频率大于微波，但波长小于微波，而发生衍射现象的条件是尺度或孔径小于波长，但是它的波长比微波还小，所以很难有物体的尺度能达到这么小，故比微波不容易发生衍射现象，选项B错误；由于它的频率比紫外线更小，所以它的能量小于紫外线，故它更难使金属发生光电效应，选项C正确；由于频率越高，其穿透强，故它比X射线穿透性更弱，选项D错误。