专题13 原子结构、原子核和波粒二象性（江苏专用）-【好题汇编】5年（2021-2025）高考1年模拟物理真题分类汇编

专题13 原子结构、原子核和波粒二象性 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点1 波粒二象性 2025、2024、2023、2022、2021 近五年考查清晰表明，“波粒二象性”是该模块绝对核心与高频考点，重点聚焦于光电效应规律的理解与应用（如极限频率、遏止电压、最大初动能与光子能量的关系、饱和光电流）、物质波概念以及对光的粒子性与波动性统一的认知；相比之下，“原子结构”和“原子核”虽非连年出现，但作为重要基础内容仍需关注。命题情境高度依托国家重大科技成就与量子科技前沿。题型为选择题，侧重考查对核心概念（如光子说、能级、半衰期、核反应守恒律）的准确辨析、基础规律的定性应用与简单定量计算。未来趋势将稳固“波粒二象性”的核心地位，深化对光电效应实验图像的解读能力；命题情境更趋尖端化，并可能强化对原子核物理中“守恒思想”与“模型构建”的理解，要求考生在具体科技情境中灵活运用量子观念分析现象（如解释光电效应实验现象、估算物质波波长）、辨析核过程性质（如区分衰变、聚变、裂变），进一步渗透现代物理思想方法和科学本质观。 考点2 原子结构 2024 考点3 原子核 2024、2021 考点01 波粒二象性 1．（2022·江苏·高考）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；根据光速不变原理可知，光子速度不变，故CD错误。 故选B。 2．（2021·江苏·高考）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。 3．（2025·江苏·高考）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率； (2)若频率为的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据题意，由光电效应方程有 当时，可得该金属的截止频率 （2）根据题意，由光电效应方程可得，光电子的最大初动能为 4．（2023·江苏·高考）“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 5．（2024·江苏·高考）如图所示，纳原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为、、和。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为（　　） A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4 【答案】C 【详解】根据光电方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应，该光子对应的能量最大，根据图中能级图可知跃迁时对应波长为的光子能量最大。 故选C。 考点03 原子核 6．（2024·江苏·高考）2024年我国实现了批量生产。用于生产的核反应方程为。其中粒子X是（　　） A．正电子 B．中子 C．氘核 D．氦核 【答案】B 【详解】根据质量数守恒可知X的质量数为 根据电荷守恒可知X的电荷数为 可知X为中子。 故选B 7．（2021·江苏·高考）用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的产生和另一种粒子X，则X是（　　） A．质子 B．粒子 C．粒子 D．正电子 【答案】A 【详解】该核反应方程为 可知X是质子。 故选A。 1．（2025·江苏苏锡常镇·二模）如图所示为电子穿过金属箔片后形成的图样，此现象说明电子具有（　　） A．能量 B．动量 C．波动性 D．粒子性 【答案】C 【详解】该图样为电子的衍射图样，说明电子具有波动性。 故选C。 2．（2025·江苏苏州八校·三模）如图所示是研究光电效应的实验装置。大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子能量为12.09eV，用此光束照射到光电管电极K上。移动滑片P，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（　　） A．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动 B．不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的 C．电极K处金属的逸出功是7eV D．从图示位置滑动滑片P，微安表的读数可能先增加后不变 【答案】D 【详解】A．要使微安表的示数恰好为零，光电管应接入反向电压，即K板电势高于A板电势，则滑片P应由图示位置向a端移动，故A错误； B．根据，可知不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是不同的，故B错误； C．用光子能量为12.09eV照射到光电管电极K上，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零，可知遏止电压为7V，根据，可得逸出功为 故C错误； D．图示电压趋近于零，未能达到饱和电流，若从图示位置向b端滑动滑片P，正向电压增大，则微安表的读数会先增加后不变，故D正确。 故选D。 3．（2025·江苏南通如皋·三模）我国托卡马克实验装置中用热中子轰击锂制取氚，核反应方程为，则（　　） A．X是氦核 B．X是氘核 C．反应是α衰变 D．反应是核裂变 【答案】A 【详解】AB．根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为，所以，X是氦核，故A正确，B错误； CD．该核反应为人工核反应，不是衰变，也不是核裂变，故CD错误。 故选A。 4．（2025·江苏苏州八校·三模）电子双缝干涉实验是十大最美物理实验之一，其原理简化示意图如图所示，通电后灯丝发热释放出的电子（初速度可认为等于零）经加速电压U加速后形成高速电子流，电子束照射间距为d的双缝，在与双缝相距为L的屏幕上形成干涉条纹。已知电子质量为m、电荷量为e，普朗克常量为h，真空中的光速为c，则干涉条纹间距Δx为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】电子被加速，光子的动量，根据德布罗意公式，根据条纹间距表达式，可得 故选A。 5．（2025·江苏南通如皋·三模）某实验小组用同一光电管完成了光电效应实验，得到了如图所示的光电流与对应电压的关系图像，则（　　） A．甲光的频率大于乙光的频率 B．甲光的光强大于丙光的光强 C．乙光的波长大于丙光的波长 D．乙光光子的动量小于丙光光子的动量 【答案】B 【详解】A．根据，可知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。甲光的遏止电压小于乙光，所以甲光频率小于乙光的频率，故A错误； B．由于甲光的饱和光电流大于丙光饱和光电流，两光频率相等，所以甲光的强度大于丙光的强度，故B正确； C．丙光的遏止电压小于乙光的遏止电压，所以丙光的频率小于乙光的频率，则乙光的波长小于丙光的波长，故C错误； D．根据，可知，由于乙光的波长小于丙光的波长，所以乙光光子的动量大于丙光光子的动量，故D错误。 故选B。 6．（24-25高三下·江苏宿迁泗阳·一模）甲、乙两种光子的能量之比为，则甲、乙两种光子的（　　） A．动量之比为 B．频率之比为 C．波速之比为 D．波长之比为 【答案】A 【详解】B．由光子的能量可得，故B错误； C．甲、乙两种光子的波速均为光速，故得，故C错误； D．由光子的速度可得，故D错误； A．由光子的动量可得，故A正确； 故选A。 7．（2025·江苏泰州姜堰区·二模）激光致冷技术中原子通过吸收迎面而来的激光光子来降低速度。已知激光波长为，普朗克常量为h，光速为c。则下列说法正确的是（　　） A．激光是自然光 B．该光子的能量为 C．该光子的动量为 D．该技术利用了激光相干性好的特点 【答案】C 【详解】A．自然光的光矢量在各个方向上均匀分布，而激光是受激辐射产生的，具有高度的方向性、单色性、相干性和高亮度等特性，不是自然光 ，故A错误； B．根据光子能量公式，故B错误； C．根据光子的动量公式，故C正确； D．激光致冷技术中原子通过吸收迎面而来的激光光子来降低速度，主要利用的是激光的动量特性，而非相干性好的特点，故D错误。 故选C。 8．（2025·江苏苏州·三模）某放射性元素的半衰期为5天，现有该元素80g，经过15天后，剩余未衰变的质量是（　　） A．5g B．10g C．20g D．40g 【答案】B 【详解】半衰期是5天，经过天即个半衰期后，还有 故选B。 9．（2025·江苏南通·四模）如图所示是α粒子散射实验装置，实验时在图中甲、乙、丙、丁四处观察，相同时间内荧光屏上闪光点最多的位置是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 【答案】A 【详解】在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至超过，所以荧光屏和显微镜放在甲位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多。 故选A。 10．（2025·江苏南通·四模）我国科研团队在微型核电池的研究方面取得新突破，该微型核电池的能量主要来自镅（243）衰变成镎（239）释放的核能，核反应方程为，则（　　） A．X是电子 B．镎（239）的核子数为93 C．镎（239）的结合能比X的大 D．镎（239）的比结合能比镅（243）的小 【答案】C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒可知X是，故A错误； B．镎（239）的核子数为239，故B错误； C．镎（239）的核子数比X大太多，所以结合能比X的大，故C正确； D．反应后产物更加稳定，比结合能更大，故镎（239）的比结合能比镅（243）的大，故D错误。 故选C。 11．（2025·江苏苏州八校·三模）我国首座钍基熔盐实验堆采用钍作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放。吸收中子后会发生的一系列核反应：。已知的半衰期为16万年，某次实验中生成0.5g的。下列说法正确的是（　　） A．衰变为衰变 B．比多1个质子 C．的比结合能小于的比结合能 D．经过32万年，剩余质量为0.125g 【答案】D 【详解】A．根据核反应方程，可知衰变为衰变，选项A错误； B．比多2个质子，少1个中子，选项B错误； C．因反应放出能量，生成物更加稳定，可知的比结合能大于的比结合能，选项C错误； D．经过32万年，即经过两个半衰期，则剩余质量为，选项D正确。 故选D。 12．（2025·江苏泰州·四调）月壤中含有大量的氦，氦是一种清洁、安全和高效的核聚变发电的燃料．发生聚变反应的方程是：，以下说法正确的是（    ） A．X是中子 B．X是正电子 C．的结合能比的结合能大 D．的比结合能比的比结合能小 【答案】D 【详解】AB．根据质量数守恒和电荷守恒定律可知X是质子，故AB错误； C．结合能的大小由质量数决定，故的结合能比的结合能小，故C错误； D．原子越稳定，比结合能越大，的比结合能比的比结合能小，故D正确。 故选D。 13．（2025·江苏宿迁·考前模拟）放射性同位素放出某种粒子后转变成，该粒子是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】根据核反应过程质量数守恒，可知该粒子质量数为，根据核反应过程电荷数守恒，可知该粒子电荷数为，可知该粒子为。 故选D。 14．（2025·江苏扬州·考前调研）利用高压电场研究粒子的波动性，氘核（）与氦核（）从静止经相同电压加速后，动能分别为、，德布罗意波长分别为、，不考虑相对论效应，则（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】A 【详解】氘核（）电荷量，氦核（）电荷量，加速电压U相同，根据动能定理有，，可得，根据德布罗意波长公式有，其中h为普朗克常量，p为粒子动量，根据动量与动能的关系有，解得，则有，，氘核质量，氦核质量，且有，，可知 故选A。 15．（2025·江苏泰州·四调）如图为研究光电效应实验的装置，用光照射K极，电流计指针发生偏转，则（    ） A．流过电流计的电流方向向右 B．仅增大照射光的频率，电流计示数增大 C．仅增大照射光的强度，电流计示数增大 D．滑片从最左端滑至最右端的过程中，电流计示数先变大后不变 【答案】C 【详解】A．流过电流计的电流方向由A指向K，向左，故A错误； B．仅增大照射光的频率，由光电效应方程可知，光子的最大初动能变大，光电流不一定增大，故B错误； C．仅增大照射光的强度，单位时间内光电子的个数增加，由电流的微观式可知电流计示数增大，故C正确； D．滑片从最左端滑至最右端的过程中，光电管两端的反向电压增大，电流计示数一直减小，故D错误。 故选C。 16．（2025·江苏宿迁·考前模拟）一群处于n=4能级的氢原子，在向低能级跃迁时发出不同频率的光，将这些光分别照射到光电管阴极K上，实验得到3条电流随电压变化的图像，如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．饱和光电流 B．遏止电压 C．逸出光电子的最大初动能 D．三种光的波长 【答案】C 【详解】A．图像可知饱和光电流，故A错误； B．图像可知遏止电压，故B错误； C．光电子的最大初动能（U为遏止电压），结合B选项可知，逸出光电子的最大初动能 故C正确； D．根据光电效应方程，可知遏止电压越大，入射光频率越大，波长越短，结合B选项可知，故D错误。 故选C。 17．（2025·江苏扬州新华中学·二模）图甲是光电效应的实验装置图，图乙是通过改变电源极性得到的光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的有（　　） A．由图甲可知，闭合开关，电子飞到阳极A的动能比其逸出阴极K表面时的动能小 B．由图甲可知，闭合开关，向右移动滑动变阻器，当电压表示数增大到某一值后，电流表的读数将不再增大 C．由图乙可知，③光子的频率小于光线①光子的频率 D．由图乙可知，①②是同种颜色的光，①的光强比②的小 【答案】B 【详解】A．光电管中的电场水平向右，电子从金属板逸出后，受到的电场力水平向左，电子做加速运动，所以电子飞到阳极A的动能比其逸出阴极K表面时的动能大，故A错误； B．向右移动滑动变阻器，光电管中电压增大，当光电管中的电流达到饱和光电流时，电流表示数将不再增大，故B正确； C．根据光电效应方程和动能定理可得，，整理得，③光子的遏止电压大于①光子的遏止电压，所以③光子的频率大于①光子的频率，故C错误； D．①②遏止电压相同，①②频率相同，所以①②是同种颜色的光，①的饱和光电流大于②的饱和光电流，①的光强比②的大，故D错误。 故选B。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题13 原子结构、原子核和波粒二象性 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点1 波粒二象性 2025、2024、2023、2022、2021 近五年考查清晰表明，“波粒二象性”是该模块绝对核心与高频考点，重点聚焦于光电效应规律的理解与应用（如极限频率、遏止电压、最大初动能与光子能量的关系、饱和光电流）、物质波概念以及对光的粒子性与波动性统一的认知；相比之下，“原子结构”和“原子核”虽非连年出现，但作为重要基础内容仍需关注。命题情境高度依托国家重大科技成就与量子科技前沿。题型为选择题，侧重考查对核心概念（如光子说、能级、半衰期、核反应守恒律）的准确辨析、基础规律的定性应用与简单定量计算。未来趋势将稳固“波粒二象性”的核心地位，深化对光电效应实验图像的解读能力；命题情境更趋尖端化，并可能强化对原子核物理中“守恒思想”与“模型构建”的理解，要求考生在具体科技情境中灵活运用量子观念分析现象（如解释光电效应实验现象、估算物质波波长）、辨析核过程性质（如区分衰变、聚变、裂变），进一步渗透现代物理思想方法和科学本质观。 考点2 原子结构 2024 考点3 原子核 2024、2021 考点01 波粒二象性 1．（2022·江苏·高考）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 2．（2021·江苏·高考）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． 3．（2025·江苏·高考）江门中微子实验室使用我国自主研发的光电倍增管，利用光电效应捕捉中微子信息。光电倍增管阴极金属材料的逸出功为，普朗克常量为h。 (1)求该金属的截止频率； (2)若频率为的入射光能使该金属发生光电效应，求光电子的最大初动能。 4．（2023·江苏·高考）“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。 考点02 原子结构 5．（2024·江苏·高考）如图所示，纳原子在几个能级间跃迁时辐射的光的波长分别为、、和。其中只有一种波长的光能使某种金属发生光电效应，该光的波长为（　　） A．λ1 B．λ2 C．λ3 D．λ4 考点03 原子核 6．（2024·江苏·高考）2024年我国实现了批量生产。用于生产的核反应方程为。其中粒子X是（　　） A．正电子 B．中子 C．氘核 D．氦核 故选B 7．（2021·江苏·高考）用“中子活化”技术分析某样品的成分，中子轰击样品中的产生和另一种粒子X，则X是（　　） A．质子 B．粒子 C．粒子 D．正电子 1．（2025·江苏苏锡常镇·二模）如图所示为电子穿过金属箔片后形成的图样，此现象说明电子具有（　　） A．能量 B．动量 C．波动性 D．粒子性 2．（2025·江苏苏州八校·三模）如图所示是研究光电效应的实验装置。大量处于n=3激发态的氢原子跃迁时发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子能量为12.09eV，用此光束照射到光电管电极K上。移动滑片P，当电压表的示数为7V时，微安表的示数恰好为零。图示位置中滑片P和O点刚好位于滑动变阻器的上、下中点位置。则（　　） A．要使微安表的示数恰好为零，滑片P应由图示位置向b端移动 B．不同频率的光子照射电极K，只要能发生光电效应，遏止电压是相同的 C．电极K处金属的逸出功是7eV D．从图示位置滑动滑片P，微安表的读数可能先增加后不变 3．（2025·江苏南通如皋·三模）我国托卡马克实验装置中用热中子轰击锂制取氚，核反应方程为，则（　　） A．X是氦核 B．X是氘核 C．反应是α衰变 D．反应是核裂变 4．（2025·江苏苏州八校·三模）电子双缝干涉实验是十大最美物理实验之一，其原理简化示意图如图所示，通电后灯丝发热释放出的电子（初速度可认为等于零）经加速电压U加速后形成高速电子流，电子束照射间距为d的双缝，在与双缝相距为L的屏幕上形成干涉条纹。已知电子质量为m、电荷量为e，普朗克常量为h，真空中的光速为c，则干涉条纹间距Δx为（　　） A． B． C． D． 5．（2025·江苏南通如皋·三模）某实验小组用同一光电管完成了光电效应实验，得到了如图所示的光电流与对应电压的关系图像，则（　　） A．甲光的频率大于乙光的频率 B．甲光的光强大于丙光的光强 C．乙光的波长大于丙光的波长 D．乙光光子的动量小于丙光光子的动量 6．（24-25高三下·江苏宿迁泗阳·一模）甲、乙两种光子的能量之比为，则甲、乙两种光子的（　　） A．动量之比为 B．频率之比为 C．波速之比为 D．波长之比为 7．（2025·江苏泰州姜堰区·二模）激光致冷技术中原子通过吸收迎面而来的激光光子来降低速度。已知激光波长为，普朗克常量为h，光速为c。则下列说法正确的是（　　） A．激光是自然光 B．该光子的能量为 C．该光子的动量为 D．该技术利用了激光相干性好的特点 8．（2025·江苏苏州·三模）某放射性元素的半衰期为5天，现有该元素80g，经过15天后，剩余未衰变的质量是（　　） A．5g B．10g C．20g D．40g 9．（2025·江苏南通·四模）如图所示是α粒子散射实验装置，实验时在图中甲、乙、丙、丁四处观察，相同时间内荧光屏上闪光点最多的位置是（　　） A．甲 B．乙 C．丙 D．丁 10．（2025·江苏南通·四模）我国科研团队在微型核电池的研究方面取得新突破，该微型核电池的能量主要来自镅（243）衰变成镎（239）释放的核能，核反应方程为，则（　　） A．X是电子 B．镎（239）的核子数为93 C．镎（239）的结合能比X的大 D．镎（239）的比结合能比镅（243）的小 11．（2025·江苏苏州八校·三模）我国首座钍基熔盐实验堆采用钍作为燃料，并使用熔盐冷却剂，避免了核污水排放。吸收中子后会发生的一系列核反应：。已知的半衰期为16万年，某次实验中生成0.5g的。下列说法正确的是（　　） A．衰变为衰变 B．比多1个质子 C．的比结合能小于的比结合能 D．经过32万年，剩余质量为0.125g 12．（2025·江苏泰州·四调）月壤中含有大量的氦，氦是一种清洁、安全和高效的核聚变发电的燃料．发生聚变反应的方程是：，以下说法正确的是（    ） A．X是中子 B．X是正电子 C．的结合能比的结合能大 D．的比结合能比的比结合能小 13．（2025·江苏宿迁·考前模拟）放射性同位素放出某种粒子后转变成，该粒子是（　　） A． B． C． D． 14．（2025·江苏扬州·考前调研）利用高压电场研究粒子的波动性，氘核（）与氦核（）从静止经相同电压加速后，动能分别为、，德布罗意波长分别为、，不考虑相对论效应，则（　　） A．， B．， C．， D．， 15．（2025·江苏泰州·四调）如图为研究光电效应实验的装置，用光照射K极，电流计指针发生偏转，则（    ） A．流过电流计的电流方向向右 B．仅增大照射光的频率，电流计示数增大 C．仅增大照射光的强度，电流计示数增大 D．滑片从最左端滑至最右端的过程中，电流计示数先变大后不变 16．（2025·江苏宿迁·考前模拟）一群处于n=4能级的氢原子，在向低能级跃迁时发出不同频率的光，将这些光分别照射到光电管阴极K上，实验得到3条电流随电压变化的图像，如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．饱和光电流 B．遏止电压 C．逸出光电子的最大初动能 D．三种光的波长 17．（2025·江苏扬州新华中学·二模）图甲是光电效应的实验装置图，图乙是通过改变电源极性得到的光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的有（　　） A．由图甲可知，闭合开关，电子飞到阳极A的动能比其逸出阴极K表面时的动能小 B．由图甲可知，闭合开关，向右移动滑动变阻器，当电压表示数增大到某一值后，电流表的读数将不再增大 C．由图乙可知，③光子的频率小于光线①光子的频率 D．由图乙可知，①②是同种颜色的光，①的光强比②的小 / 学科网（北京）股份有限公司 $$