专题14 原子物理（解析版）2021届高三上学期9月模拟物理试题分项汇编（二）

2021 届高三上学期 9 月模拟物理试题分项汇编（二） 原子物理 一、2021 届高三上学期 9 月模拟物理试题分项汇编（二），汇编了 9 月 7 日-9 月 12 日的 20 份试卷，分别 是安徽省定远县育才学校 2021 届高三 9 月周测 2、德州市实验高中高三(上)第一次调研、福建省上杭县第 一中学高三（上）9 月、福建省高三（上）暑期考试、甘肃省靖远二中高三（上）8 月月考、 甘肃省高三（上）第一次段考、河北省保定市高三高考摸底、河北省邯郸市鸡泽县第一中学高三 （上）第一次月考、黑龙江省高三（上）开学考试、黑龙江省佳木斯市第一中学高三（上） 开学考试、湖北省武汉襄阳荆门宜昌四地六校联盟高三(上)起点联考、湖南省长郡中学高三（上）入学摸 底考试、江苏省无锡江阴市高三（上）开学考试、江西省高三（上）8 月月考、辽宁省锦州市渤 大附中、育明高中高三（上）第一次联考、山东省新高考地区高三（上）入学调研、山西省朔州市应县第 一中学校高三（上）开学考试、新疆昌吉市第九中学高三(上)开学考试、云南省玉溪市新平一中高三（上） 开学考试、浙江省“七彩阳光”新高考研究联盟高三（上）开学联考。 二、本专题包括 14 个选择题，1 个计算题，共 15 个题目。 三、汇编试题如下，欢迎下载！ 1、（2021·湖南省长郡中学高三上学期开学摸底）2020 年我国将实施探月工程三期任务，实现月面无人采 样返回。为应对月夜的低温，“嫦娥五号”除了太阳能板之外，还有一块“核电池”，在月夜期间提供不小 于 2.5W 的电功率，还能提供一定能量用于舱内温度控制。“核电池”利用了 的衰变，衰变方程为 ，下列说法正确的是（　　） A. m=92，n=4， 比 的中子数少 2 B. 一个 衰变为 释放的核能为（mPu－mX）c2 C. 发生的是 α 衰变，α 射线具有极强的穿透能力可用于金属探伤 D. 衰变的速度会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响 238 94 Pu 238 234 n 94 m 2Pu X+ Y→ 234 m X 238 94 Pu 238 94 Pu 234 m X 238 94 Pu 238 94 Pu【答案】A 【解析】 A．根据质量数守恒与电荷数守恒 则 解得 则 解得 即 其质量数减少 4，核电荷数减少 2，故中子数减少 2，A 正确； B．此核反应过程中的质量亏损为 核反应的过程中释放的能量 B 错误； 238 234 n 94 m 2Pu X+ Y→ 238 234 n= + 4n = 94 2m= + 92m = 238 234 4 94 92 2Pu X+ He→ Pu Xm m m mα∆ = − − u 2 P( )XE m m cmα= − −C．根据质量数守恒与电荷数守恒 即 即发生了 α 衰变，α 射线具有极强的电离能力，C 错误； D． 衰变的速度不会受到阳光、温度、电磁场等环境因素的影响，D 错误。 故选 A。 2、（2021·湖北省武汉襄阳荆门宜昌四地六校联盟高三上学期启点联考）下列说法中不正确的是（　　） A. 黑体辐射实验表明，随着温度 升高，各种波长的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较长的 方向移动 B. 太阳光谱中的夫琅和费暗线是当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，太阳高层大气含有的元素会吸收 它自己特征谱线的光，这样就形成了明亮背景下的暗线 C. 在微观物理学中，不确定关系告诉我们，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而也就不可能用“轨 迹”来描述粒子的运动 D. 实验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发裂变，这样的中子就是“热中子”，或称慢中子，裂 变产生的是速度很大的快中子 【答案】A 【解析】 A．在黑体辐射中，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，但辐射强度的极大值向波长较短的方 向移动，A 错误； B．太阳光谱中的夫琅和费暗线，就是当阳光透过太阳的高层大气射向地球时，高层大气含有的元素会吸收 它自己特征谱线的光，这样就形成了明亮背景下的暗线，B 正确； 238 234 n 94 m 2Pu X+ Y→ 238 234 4 94 92 2Pu X+ He→ 238 94 PuC．在微观物理学中，根据不确定关系可知，我们不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而也就不可 能用“轨迹”来描述粒子的运动，C 正确； D．裂变产生的是速度很大的快中子，速度太快的中子不能使铀核发生裂变，只有速度与热运动相当的中子 最适于引发裂变，这样的中子就是“热中子”，或称慢中子，D 正确。 选择不正确的，故选 A。 3、（2021·湖北省鸡泽县一中高三上学期第一次月考）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4 代表 α 粒子的 有（　　） A. B. C. D. 【答案】BD 【解析】 α 粒子为氦原子核 He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A 选项中的 X1 为 He，B 选项中 的 X2 为 He，C 选项中的 X3 为中子 n，D 选项中的 X4 为 He。 故选 BD。 4、（2021·甘肃省高三上学期第一次段考）在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到 了非常重要的作用。下列说法正确的是（ ） A. 查德威克用 α 粒子轰击铍原子核，发现了质子 B. 卢瑟福通过对 α 粒子散射实验的研究，揭示了原子核有复杂的结构 C. 汤姆孙通过对阴极射线的研究，发现阴极射线是原子核中的中子变为质子时产生的 射线 D. 居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素 【答案】D 2 2 1 1 1 0 1H + H n + X→ 2 3 1 1 1 0 2H + H n + X→ 235 1 144 89 92 0 56 36 3U + n Ba + Kr + 3X→ 1 6 3 0 3 1 4n + Li H + X→ 4 2 3 2 4 2 1 0 4 2 β【解析】 A．查德威克用 α 粒子轰击铍原子核，发现了中子。卢瑟福用 α 粒子轰击氮原子核，发现了质子，故 A 错 误； B．贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，故 B 错误； C．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，但阴极射线不是原子核中的中子变为质子时产生的 β 射线， 故 C 错误； D．居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素，故 D 正确。 故选 D。 5、（2021·浙江省七彩阳光新高考研究联盟高三上学期开学考试）由于太阳温度足够高，所有的原子均电 离成了原子核和电子，因此太阳是理想的热等离子球体。太阳用核聚变的方式向太空辐射能量，通过光谱 分析知太阳的主要成分是氢，涉及氢的核聚变反应式 ，所有产生的正电子将会与太 阳中的电子发生湮灭。已知电子质量 ，质子质量 ， 核质量 ，中微子 ve 的质量和电荷量可不计，下列说法中正确的是（　　） A. 正电子与电子湮灭方程一定是 ，其中 γ 是光子 B. 氢的核聚变反应释放的核能约为 J C. 平均每个质子产生的太阳辐射能最多为 6.17MeV D. 上述核反应元素在地球上储量丰富，人类已经掌握和平利用聚变核能的技术 【答案】B 【解析】 A．根据能量守恒和动量守恒，湮灭方程有多种可能性，例如 ，故 A 错误； B．氢的核聚变反应放出能量 1 4 0 1 2 1 e4 H He+2 e+2ν→ 20.51MeV/cem = 2938.3MeV/cHm = 4 2 He 23727.5MeV/cHem = 0 0 1 -1e+ e γ→ 124 10−× 0 0 1 -1e+ e 2γ→MeV= MeV= J 故 B 正确； C．考虑到核聚变反应和湮灭反应都发生在太阳内部，则太阳核反应方程 释放能量 MeV= MeV 平均每个质子释放能量 6.68MeV，故 C 错误； D．和平利用聚变产生的核能还在研究之中，故 D 错误。 故选 B。 6、（2021·浙江省七彩阳光新高考研究联盟高三上学期开学考试）以下关于放射性元素及其放射性的说法 正确的是（　　） A. 氡的半衰期为 3.8 天，若有 8 个氡原子核，经过 11.4 天就只剩下一个 B. 衰变变为 ，共需经过 6 次 衰变和 4 次 衰变 C. 放射性元素发出的射线全部来自于原子核内部，所以放射后的新核核子数一定减少 D. 放射性元素衰变过程中一定伴随着 射线，这种射线也可由氢原子能级跃迁产生 【答案】B 【解析】 A．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核衰变不适应，选项 A 错误； B．设 衰变变为 ，共需经过 x 次 衰变和 y 次 衰变，则 232=208+4x 2 (4 938.3 3727.5 2 0.51)E mc∆ = ∆ = × − − × 24.68 124 10−≈ × 1 0 4 1 -1 2 e4 H+2 e He+2ν→ 2 (4 938.3 2 0.51 3727.5)E mc∆ = ∆ = × + × − 26.72 232 90 Th 208 82 Pb α β γ 232 90 Th 208 82 Pb α β90-2x+y=82 解得 x=6 y=4 选项 B 正确； C．核反应的质量数和电荷数均守恒，则反应放出 β 射线后新核核子数不变，选项 C 错误； D．氢原子能级跃迁的光子能量达不到 γ 射线要求，选项 D 错误。 故选 B。 7、（2021·云南省玉溪市新平一中高三上学期开学考试）如图所示为氢原子的能级图，已知可见光的光子 能量范围约为 1.62～3.11 eV，镁板的逸出功为 5.9 eV，以下说法正确的是(　　 ) A. 用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射镁板一定不能产生光电效应现象 B. 用能量为 11.0 eV 自由电子轰击处于基态的氢原子，可使其跃迁到激发态 C. 处于 n＝2 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离 D. 处于 n＝4 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离 【答案】BD 【解析】 A．氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光子能量大于 5.9eV，会使镁板发生光电效应，故 A 错误． B．n=1 和 n=2 能级的能量差为 10.2eV，用能量为 11.0eV 的自由电子轰击，氢原子会吸收 10.2eV 的能量从 的基态跃迁到 n=2 能级；剩余的能量返还给电子；故 B 正确． C．紫外线的光子能量大于 3.11eV，n=2 能级的氢原子吸收大于 3.4eV 的光子的能量才会电离，因此 n=2 能 级的氢原子不能吸收任意频率的紫外线；光子的能量等于两能级间的能级差，才能被吸收，故 C 错误． D．处于 n=4 能级的氢原子的能量为-0.85eV，紫外线的光子能量大于 3.11eV，可知处于 n=4 能级的氢原子 可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，故 D 正确． 故选 BD。 8、（2021·云南省玉溪市新平一中高三上学期开学考试）下列关于放射性现象的说法中，正确的是(　　) A. 原子核发生 α 衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 4 B. 原子核发生 α 衰变时，生成核与 α 粒子的总质量等于原来的原子核的质量 C. 原子核发生 β 衰变时，生成核的质量数比原来的原子核的质量数多 1 D. 发生衰变时原子核要释放能量 【答案】D 【解析】 A．原子核发生 α 衰变时，生成核与原来的原子核相比，质量数少 4，电荷数少 2，则中子数减少了 2，选 项 A 错误； B．原子核发生 α 衰变时，生成核与 α 粒子的总质量数等于原来的原子核的质量数，选项 B 错误； C．原子核发生 β 衰变时，生成核的质量数与原来的原子核的质量数相等，选项 C 错误； D．发生衰变时有质量亏损，则原子核要释放能量，选项 D 正确。 故选 D 9、（2021·山东省高三上学期入学调研四）下列叙述正确的是（　　） A. 康普顿效应和光电效应深入地揭示了光的粒子性的一面。 前者表明光子具有能量，后者表明光子除具有 能量之外还具有动量 。B. 氢原子的核外电子，由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近轨道，放出光子，电子的动能减小，电势能 增加 C. 处于基态的氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率一定大于吸收光子的 频率 D. 卢瑟福依据极少数 α 粒子发生大角度偏转提出了原子的核式结构模型 【答案】D 【解析】 A．康普顿效应和光电效应深入地揭示了光的粒子性的一面，前者表明光子除具有能量之外还具有动量，后 者表明光子具有能量，A 错误； B．氢原子的核外电子，由离核较远的轨道自发跃迁到离核较近轨道，释放一定频率的光子，电子的轨道半 径变小，电场力做正功，电子的动能增大，电势能减小，B 错误； C，处于基态 氢原子吸收一个光子跃迁到激发态，再向低能级跃迁时辐射光子的频率应小于或等于吸收光 子的频率，C 错误； D．α 粒子散射实验中极少数 α 粒子发生大角度偏转是卢瑟福提出原子核式结构模型的主要依据，D 正确.。 故选 D。 10、（2021·江苏省江阴市高三上学期开学考试）下列说法正确的是（　　） A. 根据天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构 B. 一个氢原子从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级，该氢原子放出光子，能量减少 C. 铀( U)经多次 α、β 衰变形成稳定的铅( Pb)的过程中，有 8 个中子转变成质子 D. 机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了 α 射线较强 穿透能力 【答案】B 【解析】 的 的 238 92 206 82A. 根据 α 粒子散射实验的结论，卢瑟福提出了原子的核式结构理论，选项 A 错误； B. 一个氢原子从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级，该氢原子放出光子，能量减少，选项 B 正确； C. 铀( U)经多次 α、β 衰变形成稳定的铅( Pb)的过程中，因为发生了 6 次 β 衰变，可知有 6 个中子转变 成质子，选项 C 错误； D. 机场、车站等地进行安全检查时，利用的是 x 射线，选项 D 错误。 故选 B。 11、（2021·福建省高三上学期开学考试）目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材 料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素，比如，有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性 气体氡，而氡会发生放射性衰变，放出 α、β、γ 射线，这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾 病。根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是（　　） A. 氡的半衰期为 3.8 天，若取 4 个氡原子核，经 7.6 天后就一定剩下一个原子核了 B. β 衰变所释放的电子是由原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C. γ 射线一般伴随着 α 或 β 射线的产生，在这三种射线中，γ 射线的穿透能力最强，电离能力最弱 D. 发生 α 衰变时，生成核与原来的原子核相比，中子数减少了 4 【答案】BC 【解析】 A．半衰期是大量原子核的统计规律,对单个原子核不适用，选项 A 错误； B．β 衰变所释放的电子是由原子核内的中子转化成质子和电子所产生的，选项 B 正确； C．γ 射线一般伴随着 α 或 β 射线的产生，在这三种射线中，γ 射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项 C 正确； D．发生 α 衰变时，电荷数少 2，质量数少 4，根据质量数等于质子数加上中子数可知中子数减少了 2，选 项 D 错误。 238 92 206 82故选 BC。 12、（2021·山东省德州市实验高中高三上学期第一次调研）下列说法正确的是（　　） A．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总 能量也减小 B．β 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波 长变长 D．放射性元素的半衰期会随温度或压强的变化而变化 【答案】BC 【解析】A、可按库仑力对电子做负功进行分析，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道 时，电场力对电子做负功；故电子的动能变小，电势能变大（动能转为电势能）；由于发生跃迁时要吸收光 子，故原子的总能量增加．故 A 错误； B、β 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的．故 B 正确； C、在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小， 根据 λ= ，知波长增大．故 C 正确； D、放射性元素的半衰期是由原子核内的结构决定的，与温度或压强无关．故 D 错误． 故选：BC． 13、（2021·江苏省江阴市高三上学期开学考试）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. 1.5l eV 【答案】A 【解析】 由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到 n=3 能级后，跃迁才可能产生能量在 1.63eV~3.10eV 的可见光．故 ．故本题选 A． 14、（2021·福建省高三上学期开学考试）如图所示为氢原子 能级图，一个氢原子吸收能量后由 基态跃迁到 n=4 的激发态，然后向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ) A. 可能发出 6 种能量的光子 B. 只能发出 1 种能量的光子 C. 吸收的能量为 12.75eV D. 可能发出能量为 0.85eV 的光子 【答案】C 【解析】 A、B 项：一个原子从 n=4 的激发态向基态跃迁最多能发出 n-1=3 种，故 A、B 错误； 的 1.51 ( 13.60)eV 12.09eVE∆ = − − − =C 项：从基态到 n=4 的激发态要吸收的能量为两能级差即 ，故 C 正确； D 项：从 n=4 向基态跃迁有可能有三种能量的光子发出，分别为 0.65eV，1.89eV，10.2eV,故 D 错误． 故应选：C． 15、（2021·江苏省江阴市高三上学期开学考试）用速度大小为 v 的中子轰击静止的锂核( Li)，发生核反 应后生成氚核和 α 粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与 α 粒子的速度之比为 7∶8， 中子的质量为 m，质子的质量可近似看做 m，光速为 c. (1)写出核反应方程. (2)求氚核与 α 粒子的速度大小. (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为 α 粒子和氚核的动能，求出质量亏损. 【答案】(1) n＋ Li→ H＋ He(2) v　 v　(3) 【解析】 (1)由题意可知，核反应方程为： n＋ Li→ H＋ He (2)设中子的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv＝－3mv1＋4mv2 由题意得：v1∶v2＝7∶8 解得：v1＝ v，v2＝ v. (3)氚核和 α 粒子的动能之和为：Ek＝ ×3mv12＋ ×4mv22＝ mv2 释放的核能为：ΔE＝Ek－Ekn＝ mv2－ mv2＝ mv2 由爱因斯坦质能方程得，质量亏损为：Δm＝ 0.85 ( 13.6) 12.75E eV= − − − = 6 3 1 0 6 3 3 1 4 2 7 11 8 11 2 2 141 121 mv c 1 0 6 3 3 1 4 2 7 11 8 11 1 2 1 2 403 242 403 242 1 2 141 121 2 2 2 141 121 E mv c c ∆ =