专题25 原子物理（解析版）2020年全国百所名校最新高考物理模拟试题全解汇编

2020 年全国百所名校最新高考模拟试题全解汇编 原子物理 1、（2020·湖北省黄冈市高三八模一）钴－60 放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业。在农业上，常用 于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐射保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗。 一个钴 60 原子核（ Co）放出一个 β 粒子后衰变成一个镍核（ Ni），并伴随产生了 γ 射线。已知钴 60 的 半衰期为 5.27 年，该反应中钴核、β 粒子、镍核的质量分别为 m1、m2、m3。下列说法正确的是（　　） A．核反应中释放的能量为（m2+m3－m1）c2 B．核反应中释放出的 γ 射线的穿透本领比 β 粒子强 C．若有 16 个钴 60 原子核，经过 5.27 年后只剩下 8 个钴 60 原子核 D．β 粒子是钴原子核外的电子电离形成的 【答案】B 【解析】 A．根据质能方程可知核反应中释放的能量为 A 错误； B．根据三种射线的特点与穿透性，可知 射线的穿透本领比 粒子强，B 正确； C．半衰期具有统计意义，对个别的原子没有意义，C 错误； D．根据 衰变的本质可知， 粒子是原子核内的一个中子转变为质子时产生的，D 错误。 故选 B。 2、（2020·陕西省咸阳市高三下学期 3 月第二次模拟）2019 年 4 月 1 日，在中国核能可持续发展论坛上，生 60 27 60 28 ( ) 2 1 2 3E m m m c∆ = − − γ β β β态环境部介绍 2019 年会有核电项目陆续开工建设，某核电站获得核能的核反应方程为 ，已知铀核的质量为 m1，钡核的质量为 m2，氪核的质量为 m3，中子的质 量为 m4，下列说法中正确的是（　　） A. 该核电站通过核聚变获得核能 B. 铀核的中子数为 143 C. 在上述核反应中 x=2 D. 一个铀核发生上述核反应，释放的能量为 【答案】B 【解析】 A．该核电站利用核裂变获得核能，故 A 错误； B．铀核的核子数为 235，质子数为 92，所以中子数为 故 B 正确； C．根据电荷数守恒、质量数守恒，可知 x=3 故 C 错误； D．核反应后的中子数是 3 个，所以中子增加 2 个，则一个铀核 发生上述核反应，释放的能量为 故 D 错误。 故选 B。 235 1 144 89 1 92 0 56 36 0U n Ba Kr nx+ → + + ( ) 2 2 4 13 2m m m m c+ + − 235 92 143− = 235 92 U 2 1 2 3 4( 2 )E m m m m c∆ = − − −3、（2020·四川省宜宾市四中高三下学期第一次在线月考）下列关于原子核的说法正确的是（ ） A. 质子由于带正电，质子间的核力表现为斥力 B. 原子核衰变放出的三种射线中，α 粒子的穿透能力最强 C. 比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定放出核能 D. 铀核发生链式反应后能动延续去，维持该反应不需要其他条件 【答案】C 【解析】 A.核力与电荷无关，原子核中质子间的核力都表现为引力，选项 A 错误； B.原子核衰变放出的三种射线中，α 粒子的速度最小，穿透能力最弱，选项 B 错误； C.比结合能小的原子核结合能比结合能大的原子核是有质量亏损，一定会放出核能，选项 C 正确； D.铀核发生链式反应后能自动延续下去，要维持链式反应，铀块的体积必须达到其临界体积，选项 D 错误。 4、（2020·河南省开封市高三下学期 3 月模拟）一静止的氡核( )发生了如下的核反应 ，在反应后放出一个速度为 v0、质量为 m 的氦核（ ）和一个质量为 M 的反冲核 钋( )，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋核的动能，则下列说法正确的是（ ） A. 该反应中氡核 发生 是 α 衰变 B. 反应后产生的新核钋 的比结合能小于反应前氡核 的比结合能 C. 氡的同位素 和反应物氡 相比少了两个中子，因此他们的化学性质不同 D. 该反应产生的质量亏损 【答案】AD 的 222 86 Rn 222 218 4 86 84 2Rn Po He→ + 4 2 He 218 84 Po 222 86 Rn 218 84 Po 222 86 Rn 220 86 nR 222 86 Rn 2 0 2 ( ) 2 +∆ = M m mvm Mc【解析】 A．由核反应方程 可知，该反应中氡核 发生的是 α 衰变，故 A 正确； B．由于氡核衰变的过程中释放能量，根据比结合能与能量的关系可知，钋核的比结合能大于氡核的比结合 能，故 B 错误； C．核子数等于质子数加中子数，则氡的同位素 和反应物氡 相比少了两个中子，由于是同种元 素，所以他们的化学性质相同，故 C 错误； D．由题意可知，释放的核能为氦核和钋核的动能，由动量守恒可知，氦核和钋核的动量相同，根据 则释放 核能 由爱因斯坦质能方程可得 故 D 正确。 故选 AD。 5、（2020·湖南省高三下学期 3 月线上联考）原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示。下列 说法正确的是 的 222 218 4 86 84 2Rn Po He→ + 222 86 Rn 220 86 Rn 222 86 Rn 2 k 2 pE m = 2 2 2 2 2 0 0 0 ( )= 2 2 2 m v m v mv m ME m M M +∆ + = 2 0 2 2 ( ) 2 mv m MEm c Mc +∆∆ = =A. 核 结合能约为 14 MeV B. 核比 核更稳定 C. 三个中子和三个质子结合成 核时吸收能量 D. 在核反应 中，要吸收热量 【答案】B 【解析】 A． 的平均结合能是 7MeV，把一个氦核分解成 4 个自由核子要消耗能量，即结合能： E 耗=7×4MeV=28MeV 故 A 错误； B． 核的平均结合能更大，故 核比 核更稳定，故 B 正确； C． 三个中子和三个质子结合成 核时有质量亏损，会释放能量，故 C 错误； D． 是链式反应，会释放能量，故 D 错误。 故选：B。 6、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第二次检测）下列说法正确的有（　　） 的4 2 He 89 36 Kr 144 56 Ba 6 3 Li 235 1 89 144 1 92 0 36 56 0U+ n Kr+ Ba+3 n→ 4 2 He 89 36 Kr 89 36 Kr 144 56 Ba 6 3 Li 235 1 89 144 1 92 0 36 56 0U+ n Kr+ Ba+3 n→A. 比结合能越小的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定 B. 因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量数减少 C. 普朗克常量等于实物粒子动量与其物质波波长的乘积 D. α 射线、β 射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的 【答案】CD 【解析】 A．比结合能越大，将核子分解需要的能量越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项 A 错 误； B．在裂变过程中释放能量，会出现质量亏损，但质量数（即质子和中子的总数）不会发生变化，选项 B 错 误； C．普朗克常量等于实物粒子动量与其物质波波长的乘积，选项 C 正确； D．α 射线、β 射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，选项 D 正确。 故选 CD。 7、（2020·江苏省扬州市高三下学期 3 月第一次检测）一个铀核（ ）放出一个粒子后衰变成钍核 （ ），其衰变方程为____________，已知静止的铀核、钍核和粒子的质量分别为 、 、和 ，真 空中的光速为 c，上述衰变过程中释放出的核能为____________。 【答案】 (1). (2). 【解析】 [1]根据电荷数和质量数守恒得到衰变方程为 [2]根据爱因斯坦质能方程 238 92 U 234 90Th 1m 2m 3m 238 234 4 92 90 2U Th He→ + ( ) 2 1 2 3E m m m c∆ = − − 238 234 4 92 90 2U Th He→ +8、（2020·山东高三模拟试题）下列说法正确的是（　　） A. 衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 B. 铀核（ ）衰变为铅核（ ）的过程中，要经过 8 次 衰变和 6 次 衰变 C. 的半衰期是 5 天，100 克 经过 10 天后还剩下 50 克 D. 密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 【答案】B 【解析】 A． 衰变的实质是原子核内部的中子转化为一个质子和一个电子，电子从原子核内喷射出来，A 错误； B．铀核（ ）衰变为铅核（ ）的过程中，每经一次 衰变质子数少 2，质量数少 4；而每经一次 衰变质子数增 1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒知，α 衰变次数 次 衰变次数 次 B 正确； C．设原来 Bi 的质量为 ，衰变后剩余质量为 m 则有 即可知剩余 Bi 质量为 25g，C 错误； 2 2 1 2 3( )E mc m m m c= ∆ = − − β 238 92 U 206 82 Pb α β 210 83 Bi 210 83 Bi β 238 92 U 206 82 Pb α β 238 206 84m −= = β ( )82 92 8 2 6n = − − × = 0m 10 5 0 1 1100 25g2 2( ) ( ) t Tm m= = × =D．密立根油滴实验表明电子的电荷量是分离的，玻尔提出核外电子的轨道是分立的不连续的，D 错误。 故选 B。 9、（2020·湘赣皖长郡中学等十五校高三下学期第一次考试）为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测 温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪的原理是：被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉，并转变 成电信号。图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为 1.62eV，要使氢原子辐射出的光 子可被红外测温仪捕捉，最少应给处于 激发态的氢原子提供的能量为（　　） A. 10.20eV B. 2.89eV C. 2.55eV D. 1.89eV 【答案】C 【解析】 AB．处于 n=2 能级的原子不能吸收 10.20eV、2.89eV 的能量，则选项 AB 错误； C．处于 n=2 能级的原子能吸收 2.55eV 的能量而跃迁到 n=4 的能级，然后向低能级跃迁时辐射光子，其中 从 n=4 到 n=3 的跃迁辐射出的光子的能量小于 1.62eV 可被红外测温仪捕捉，选项 C 正确； D．处于 n=2 能级的原子能吸收 1.89eV 的能量而跃迁到 n=3 的能级，从 n=3 到低能级跃迁时辐射光子的能 量均大于 1.62eV，不能被红外测温仪捕捉，选项 D 错误。 故选 C。 2n =