2020高中物理第十八十九章原子结构原子核高考真题集训含解析 人教版选修3-5

2020高中物理第十八十九章原子结构原子核高考真题集训含解析 人教版选修3-5

第十八、十九章　高考真题集训 一、选择题 ‎1．(2019·全国卷Ⅰ) 氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV～3.10 eV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．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.51 eV 答案　A 解析　可见光光子的能量范围为1.63 eV～3.10 eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20 eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89 eV，此值属于可见光光子的能量，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为－1.51 eV－(－13.60 eV)＝12.09 eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，A正确。‎ ‎2．(2019·天津高考)(多选) 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1亿摄氏度，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　‎ 7‎ 核聚变没有放射性污染，比核裂变更为安全、清洁，A正确；只有原子序数较小的“轻”核才能发生聚变，B错误；两个轻核聚变成质量较大的原子核，核子的比结合能增加，总质量减小，C错误，D正确。‎ ‎3．(2019·全国卷Ⅱ)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 ‎4H→He＋2e＋2ν 已知H和He的质量分别为mp＝1.0078 u和mα＝4.0026 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　　)‎ A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV 答案　C 解析　因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损Δm＝4mp－mα，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.0078－4.0026)×931 MeV≈26.6 MeV，C正确。‎ ‎4．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性元素X：α＋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 答案　B 解析　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，B正确。‎ ‎5．(2018·江苏高考)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩余的A和B质量之比为(　　)‎ A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1‎ 答案　B 解析　根据半衰期公式m＝m0，经过2T，A剩余的质量为mA＝m0，B剩余的质量为mB＝m0，故mA∶mB＝1∶2，B正确。‎ ‎6. (2018·天津高考)国家大科学工程——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.N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子 B.Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子 C.B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子 D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子 7‎ 答案　B 解析　根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为N＋He→O＋H、Al＋He→P＋n、B＋H→Be＋He、Li＋H→He＋He，故只有B项符合题意。‎ ‎7．(2018·天津高考)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ、Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定(　　)‎ A．Hα对应的前后能级之差最小 B．同一介质对Hα的折射率最大 C．同一介质中Hδ的传播速度最大 D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能 答案　A 解析　波长越大，频率越小，故Hα频率最小，根据E＝hν可知Hα对应的能量最小，根据hν＝Em－En可知Hα对应的前后能级之差最小，A正确；Hα的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据v＝可知Hα的传播速度最大，B、C错误；Hγ的波长小于Hβ的波长，故Hγ的频率大于Hβ的频率，若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ不一定能，D错误。‎ ‎8．(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→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 答案　B 解析　衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对。根据半衰期的定义，可知选项C错。α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错。‎ ‎9．(2017·天津高考) 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.H＋H→He＋n B.N＋He→O＋H C.He＋Al→P＋n D.U＋n→Ba＋Kr＋3n 7‎ 答案　A 解析　A对：两个轻核结合成质量较大的原子核。B错：原子核的人工转变。C错：原子核的人工转变。D错：重核裂变。‎ ‎10.(2017·江苏高考)(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　　)‎ A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 答案　BC 解析　A错：He核有4个核子，由比结合能图线可知，He核的结合能约为28 MeV。B对：比结合能越大，原子核越稳定。C对：两个H核结合成He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量。D错：由比结合能图线知，U核中核子平均结合能比Kr核中的小。‎ ‎11．(2016·全国卷Ⅲ)(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是(　　)‎ A．核反应方程为p＋Al→Si*‎ B．核反应过程中系统动量守恒 C．核反应过程中系统能量不守恒 D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和 E．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致 答案　ABE 解析　质子p即H，核反应方程为p＋Al→Si*，A项正确；核反应过程遵循动量守恒定律，B项正确；核反应过程中系统能量守恒，C项错误；在核反应中质量数守恒，但会发生质量亏损，所以D项错误；设质子的质量为m，则Si*的质量为28m，由动量守恒定律有mv0＝28mv，得v＝＝ m/s≈3.6×105 m/s，方向与质子的初速度方向相同，故E项正确。‎ ‎12．(2016·北京高考)处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有(　　)‎ A．1种 B．2种 C．3种 D．4种 7‎ 答案　C 解析　处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为C，所以处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，辐射光的频率有C＝3种，故C项正确。‎ ‎13．(2016·天津高考)(多选)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是(　　)‎ A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论 B．查德威克用α粒子轰击7N获得反冲核8O，发现了中子 C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构 D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型 答案　AC 解析　1886年，德国科学家赫兹做了《赫兹的电火花》等一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，A项正确；查德威克用α粒子轰击Be获得反冲核6C，发现了中子，B项错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，原子序数大于等于83的原子核在自然界中自发地发生衰变，说明原子核有复杂结构，C项正确；卢瑟福通过α粒子散射现象，提出了原子核式结构模型，D项错误。‎ ‎14．(2016·天津高考)如图所示是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则(　　)‎ A．在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大 B．从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大 答案　D 解析　由干涉条纹间距Δx＝L可知，λa<λb，νa>νb同种均匀介质，对频率大的光折射率更大即na>nb，光在介质中的传播速度v＝，故vaEb，D正确。‎ 二、填空题 ‎15．(2016·全国卷Ⅱ)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________。(填正确答案标号)‎ A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He 7‎ D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 答案　C　AB　E　F 解析　天然放射性元素自发地放出α粒子(即氦核He)的衰变属于α衰变；放出β粒子的衰变属于β衰变；重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变。‎ ‎16．(2019·江苏高考)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Ni核也打出了质子：He＋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　设X的质量数为A，质子数为Z，由质量数守恒得A＝4＋60－62－1＝1，由电荷数守恒得Z＝2＋28－29－1＝0，则知X是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。‎ ‎17．(2015·江苏高考)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，235 92U是核电站常用的核燃料。235 92U受一个中子轰击后裂变成144 56Ba和Kr两部分，并产生________个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。‎ 答案　3　大于 解析　由235 92U＋n→144 56Ba＋Kr＋3n可知，会产生3个中子，要使裂变持续进行(链式反应)，物质的体积需大于它的临界体积。‎ ‎18．(2014·江苏高考)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤。它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一。其衰变方程是Rn→Po＋________。已知Rn的半衰期约为3.8天，则约经过________天，16 g的Rn衰变后还剩1 g。‎ 答案　He　15.2‎ 解析　根据质量数、电荷数守恒得衰变方程为Ra→Po＋He。根据衰变规律m＝m0，代入数值解得t＝15.2天。‎ 三、计算题 ‎19．(2015·江苏高考)取质子的质量mp＝1.6726×10－27 kg，中子的质量mn＝1.6749×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.6467×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)‎ 答案　4.3×10－12 J 解析　组成α粒子的核子与α粒子的质量差为 Δm＝(2mp＋2mn)－mα 结合能ΔE＝Δmc2‎ 代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J。‎ ‎20．(2017·北京高考)在磁感应强度为B 7‎ 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。放射出的α粒子(He)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化为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。‎ 答案　(1)X→Y＋He　(2)　 ‎(3) 解析　(1)X→Y＋He ‎(2)设α粒子的速度大小为v，‎ 由qvB＝m，T＝，得 α粒子在磁场中运动周期T＝ 环形电流大小I＝＝ ‎(3)由qvB＝m，得v＝ 设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒 Mv′－mv＝0‎ v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2‎ 得Δm＝ 说明：若利用M＝m解答，亦可。‎ 7‎