高中物理高考 2020版高考物理一轮复习专题十七原子结构和原子核课件

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A组 自主命题·浙江卷题组
1.(2018浙江4月选考,15,2分)(多选)氢原子的能级图如图所示,关于大量氢原子的能级跃迁,下 列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中 的光速c=3.0×108 m/s) (　　) 
答案    BC    γ射线是原子核通过衰变产生的高能电磁波,与原子跃迁无关,故A错误。氢原子 从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,根据ΔE=hν=h ,可得可见光光子的能量范围为1.63~3.09 eV;从n=4能级跃迁到n=2时能级ΔE=2.55 eV,处在可见光能量范围内,故B选项正确。从高能 级向n=3时能级跃迁辐射出的光子最大能量为ΔE=1.51 eV<1.63 eV,属于红外线,具有显著的热 效应,所以C选项正确。传播速度越小,折射率越大,光子频率越大,能量越大,而氢原子从高能 级向n=2能级跃迁时辐射出的光子最大能量为3.40 eV,所以D选项错误。
A.氢原子从高能级跃迁到基态时,会辐射γ射线B.氢原子处在n=4能级,会辐射可见光C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应D.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时,辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89 eV
2.(2016浙江10月选考,15,2分)(多选)如图为氢原子能级图,氢原子中的电子从n=5能级跃迁到n =2能级可产生a光;从n=4能级跃迁到n=2能级可产生b光。a光和b光的波长分别为λa和λb,照射 到逸出功为2.29 eV的金属钠表面均可产生光电效应,遏止电压分别为Ua和Ub。则 (　　)
A.λa>λbB.Ua>UbC.a光的光子能量为2.86 eVD.b光产生的光电子最大初动能Ek=0.26 eV
答案    BCD　根据能级跃迁知识得hνa=E5-E2=(-0.54) eV-(-3.4) eV=2.86 eV,hνb=E4-E2=(-0.85) eV-(-3.4) eV=2.55 eV,显然a光的光子能量大于b光的光子能量,即a光频率较大,波长较短,所以 A错,C正确。根据光电效应方程可知,最大初动能Ek=hν-W0,所以a光照射后光电子的最大初动 能为Ek'=(2.86-2.29) eV=0.57 eV,b光照射后光电子的最大初动能为Ek=(2.55-2.29) eV=0.26 eV, 选项D正确。由eU=Ek知Ua>Ub,选项B正确。
3.(2016浙江4月选考,14,2分)(多选)下列说法正确的是 (　　)A.波源的频率越高,波速越大B.温度升高,放射性元素的半衰期不变C.氢原子吸收光子从低能级跃迁到高能级D.光发生全反射时,临界角随入射角增大而变大
答案    BC　机械波传播的速度与介质有关,与波源频率无关,A错误。放射性元素的半衰期反 映了原子核衰变的快慢,与温度无关,B正确。氢原子吸收光子,能量增大,从低能级跃迁到高能 级,C正确。光发生全反射时,临界角跟介质折射率之比有关,与入射角无关,D错误。
4.(2015浙江10月选考,14,2分)(多选)氢原子从n=6跃迁到n=2能级时辐射出频率为ν1的光子,从n =5跃迁到n=2能级时辐射出频率为ν2的光子。下列说法正确的是 (　　)A.频率为ν1的光子的能量较大B.频率为ν1的光子的动量较大C.做双缝干涉实验时,频率为ν1的光产生的条纹间距较大D.做光电效应实验时,频率为ν1的光产生的光电子的最大初动能较大
答案    ABD　由En=  ,ΔE=Em-En,可知,氢原子从n=6能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量比从n=5能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子的能量要大,故A正确;由E=hν,c=λν,且光子动量p = ,可知能量大的光子动量大,B正确;频率为ν1的光子能量大,频率为ν1的光波长λ1小,双缝干涉条纹间距Δx1=λ1 小,C错误;由光电效应方程Ekm=hν-hν0可知,入射光子的能量大,产生的光电子最大初动能大,故D正确。
1.(2019浙江4月选考,15,2分)(多选)静止在匀强磁场中的原子核X发生α衰变后变成新原子 核Y。已知核X的质量数为A,电荷数为Z,核X、核Y和α粒子的质量分别为mX、mY和mα,α粒子 在磁场中运动的半径为R。则 (　　)A.衰变方程可表示为 X Y HeB.核Y的结合能为(mX-mY-mα)c2C.核Y在磁场中运动的半径为 D.核Y的动能为EkY= 
答案    AC　根据质量数和电荷数守恒可知,衰变方程可表示为 X Y+ He,选项A正确;此反应中放出的总能量为:ΔE=(mX-mY-mα)c2,可知核Y的结合能不等于(mX-mY-mα)c2,选项B错误;带 电粒子在磁场中运动的半径r= ,又mv=p(动量),则得r= ,α衰变过程遵守动量守恒,根据动量守恒定律得:0=pY-pα,则pY=pα,得半径之比为 = = ,则核Y在磁场中运动的半径为rY= ,故C正确;两粒子的动能之比: = = = ,因EkY+Ekα=ΔE=(mX-mY-mα)c2,解得EkY= ,选项D错误。
2.(2017浙江11月选考,14,2分)(多选)下列说法正确的是 (　　)A.核聚变反应方程可能为 H H He+ nB.铀核裂变的核反应方程可能为 U n Xe Sr+ nC.发生β衰变时原子核放出电子,说明电子是原子核的组成部分D.中子和质子结合成氘核,若该过程质量亏损为Δm,则氘核的结合能为Δmc2
答案    BD　选项A的核反应方程为 H H He n,选项A错误;根据重核裂变的核反应方程配平方式可知,选项B正确;发生β衰变时原子核内部中子衰变为质子时释放出高速电子,电子 并不是原子核的组成部分,选项C错误;根据质能方程可知选项D正确。
3.(2016浙江10月选考,16,2分)(多选)用中子 n)轰击铀核 U)产生裂变反应,会产生钡核 Ba)和氪核 Kr)并释放出中子 n),当达到某些条件时可发生链式反应。一个铀核 U)裂变时,释放的能量约为200 MeV(1 eV=1.6×10-19 J)。以下说法正确的是 (　　)A U的裂变方程为 U Ba Kr nB U的裂变方程为 U n Ba Kr+ nC U发生链式反应的条件与铀块的体积有关D.一个 U裂变时,质量亏损约为3.6×10-20 kg
答案    BC    本题考查了对原子核的裂变、质能方程的理解。铀核的裂变需要中子的轰击,所 以选项A错误,选项B正确。链式反应在进行过程中,需要铀块达到临界体积才能维持链式反 应持续不断进行下去,所以选项C正确。根据质能方程ΔE=Δmc2,反应过程中,质量亏损为Δm=   kg≈3.6×10-28 kg,选项D错误。
B组　统一命题、省(区、市)卷题组
1.(2019课标Ⅰ,14,6分)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 (　　)  eV　　 eV　　 eV
答案    A　本题考查原子的能级跃迁问题,体现了模型建构的核心素养。由题图数据分析可知,只有氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光子能量在可见光光子 能量范围内,所以处于基态(n=1)的氢原子最少也要跃迁到n=3能级,氢原子吸收的能量最少为 ΔE=E3-E1=12.09 eV,故选A。
易错警示　本题易错选C,没有注意到氢原子原本处于“基态(n=1)”。
以下为教师用书专用(3)
2.(2016北京理综,13,6分)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
答案    C　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 ,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 =3种,故C项正确。
3.(2015天津理综,1,6分)物理学重视逻辑,崇尚理性,其理论总是建立在对事实观察的基础上。 下列说法正确的是 (　　)A.天然放射现象说明原子核内部是有结构的B.电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C.α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D.密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的
答案    A    α粒子散射实验的重要发现使人们认识到原子具有核式结构,B、C项错误;密立根 的油滴实验测出了电子的电荷量,D项错误。
1.(2019课标Ⅱ,15,6分)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 H He+ e+2ν已知 H和 He的质量分别为mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u,1 u=931 MeV/c2,c为光速。在4个 H转变成 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　本题考查了学生对核反应中核能的计算能力,体现了学科素养中的物理观念。由核反应方程可知,4个 H转变成1个 He的过程中的质量亏损Δm≈4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u,释放的核能ΔE=Δmc2=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV,故选项C正确。
2.(2019天津理综,6,6分)(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　本题以“人造太阳”为背景,考查核聚变反应,以及学生的理解能力,体现了科学 态度与社会责任的核心素养,也体现了应用与创新的价值观念。因为重核裂变后,产物中存在不稳定的核,而且放射性产物较多,轻核聚变与之相比更安全、清 洁,所以A项正确。轻原子核才会发生聚变,所以B项错误。核反应过程中存在质量亏损,释放 能量,所以C项错误。核反应后产生的新核相对稳定,比结合能增加,故D项正确。
试题分析　通过科学实践透彻分析了核反应,并考查了重核裂变和轻核聚变的特点、区别 等。
3.(2018课标Ⅲ,14,6分)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核素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30C.16和30　    D.17和31
答案    B　本题考查核反应方程。在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X的原子序 数为2+13=15,X的质量数为4+27-1=30,选项B正确。
规律总结　核反应方程的特点　　核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒。
4.(2017课标Ⅱ,15,6分)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　本题考查天然放射现象、半衰期、动量守恒。静止的原子核在衰变前后动量守 恒,由动量守恒定律得0=m1v1+m2v2,可知m1v1=-m2v2,故衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量 大小,选项B正确;而动能Ek= ,由于钍核的质量(m1)大于α粒子的质量(m2),故其动能不等,选项A错误;铀核的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间,而不是放出一个α粒子所经历的 时间,选项C错误;原子核衰变前后质量数守恒,衰变时放出核能,质量亏损,选项D错误。
5.[2019江苏单科,12(2),3分]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”)。
解析　本题通过原子核的人工转变考查了核反应方程中的质量数守恒、电荷数守恒等规 律。考查学生的理解能力,体现了物理观念中的物质观念要素。由质量数守恒与电荷数守恒可确定X应是 n,是中子。目前人类对和平利用核聚变获得能量的技术还不成熟,而衰变中能量释放速率太缓慢,故目前利用核能的主要方式是核裂变。(3)本题考查了光的波粒二象性中粒子性问题,考查了学生的理解能力,体现了物理观念中能量 观念的素养要素,渗透了关注社会发展、科技进步、生产生活的价值观念。光子能量ε= ,光子数目n= ,代入数据得n=5×1016。
关联知识　核反应中四大守恒规律:(1)质量数守恒;(2)电荷数守恒;(3)能量守恒;(4)动量守恒。
以下为教师用书专用(6~10)
6.(2018天津理综,1,6分)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
答案    B　本题考查核反应方程。由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则,可写 出选项中的四个核反应方程 N+ He O H,选项A错误。  Al He P n,选项B正确。  Be He,选项C错误 Li H He He,选项D错误。
解题关键　核反应中的两守恒根据核反应过程中质量数和电荷数均守恒的原则,写出核反应方程,同时应熟记几种常用的微 观粒子的表示方法。
7.(2017天津理综,1,6分)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 HC He Al P n　　D U n Ba Kr+ n
答案    A　本题考查核反应类型。选项A是质量小的核结合成质量较大的核,属于核聚变。选 项B是卢瑟福发现质子的人工转变方程。选项C是约里奥·居里夫妇发现人工放射性同位素的 人工转变方程。选项D是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程,属于核裂变。
8.[2015福建理综,30(1),6分]下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是 (　　)A.γ射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D Bi的半衰期是5天,100克 Bi经过10天后还剩下50克
答案    B    γ射线是光子流,选项A错误;氢原子辐射光子后能量减小,轨道半径减小,其绕核运 动的电子动能增大,总能量减小,选项B正确;太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的氢核聚 变,选项C错误;由m= ,n= =2得m= =  g=25 g,选项D错误。
9.(2015北京理综,17,6分)实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变,衰变产生的 新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意如图。则 (　　) A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里
答案    D　由静止的原子核发生β衰变后产生的新核和电子做匀速圆周运动的方向相反及原 子核衰变前后动量守恒得meve-m核v核=0,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r= ,因为qer核,故轨迹1是电子的,轨迹2是新核的,根据左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里,故D 项正确。
10.[2014课标Ⅰ,35(1),6分](多选)关于天然放射性,下列说法正确的是 (　　)A.所有元素都可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线
答案    BCD　原子序数大于或等于83的元素,都能发生衰变,而原子序数小于83的部分元素能 发生衰变,故A错。放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化,与核外电子的得失及环境温 度无关,故B、C项正确。在α、β、γ三种射线中,α、β为带电粒子,穿透本领较弱,γ射线不带电, 具有较强的穿透本领,故D项正确。一个原子核不能同时发生α衰变和β衰变,故E项错误。
A组 2017—2019年高考模拟·考点基础题组
1.(2019浙江杭州模拟一,16)(多选)如图所示为氢原子的能级图,已知氢原子从n=2能级跃迁到n =1能级时,辐射出A光,则以下判断正确的是 (　　) A.氢原子从n=2跃迁到n=3吸收光的波长小于A光波长B.只要用波长小于A光波长的光照射,都能使氢原子从n=1跃迁到n=2C.氢原子从n=3跃迁到n=2辐射的光在相同介质中的全反射临界角比A光大D.氢原子从n=3跃迁到n=2辐射的光在同一种介质中的传播速度比A光的传播速度大
答案    CD　根据Em-En=hν,知氢原子从n=2的能级跃迁到n=3的能级时的能级差小于从n=2的 能级跃迁到n=1的能级时的能级差,再由ΔE=hν和λ= ,可知从n=2能级跃迁到n=3能级吸收的光的波长大于A光波长,故A错误。要使氢原子从n=1的能级跃迁到n=2的能级,则光子能量必须 是两能级的差值,即ΔE=13.6 V-3.4 eV=10.2 eV,故B错误。氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级差 大于氢原子从n=3跃迁到n=2的能级差,因此从n=3跃迁到n=2辐射的光的频率较低,折射率较 小,依据sin C=1/n,那么在其相同介质中的全反射临界角比A光的大,故C正确。氢原子从n=2能 级跃迁到n=1的能级差大于氢原子从n=3跃迁到n=2的能级,因此从n=3跃迁到n=2辐射的光的 频率较低,折射率较小,依据v=c/n,则此光在同一种介质中的传播速度比A光的传播速度大,故D 正确。故选C、D。
2.(2019浙江绿色联盟3月联考,14)(多选)如图为氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、H β、Hγ和Hδ,都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光,根据此图可以判 定 (　　)A.Hα对应的原子前后能级之差最小B.同一介质对Hα的传播速度最大C.Hδ光子的动量最大D.用Hγ照射某一金属能发生光电效应,则用Hβ照射同一金属一定不能发生光电效应
答案    ABC    Hα对应的光波长大,频率小,能量小,故能级差最小,A对; 频率小,折射率小,因此光 速大,B对; Hδ的频率最大,故动量最大,C对;Hα的频率比Hβ的频率大,因此其发生光电效应时,Hβ 照射同一金属时,不一定发生光电效应,D错。
3.(2019绍兴3月适应性考试,6)如图所示是阴极射线管的示意图,真空玻璃管中的阴极被加热 至发出辉光,电子从阴极“蒸发”出来并流向阳极。此过程中 (　　) A.电子的速度不变B.电子的动能增加C.电子的电势能增大D.静电力做负功
答案    B　电子从阴极流向阳极,电场力做正功,其速度变大,动能变大,故A、D错,B对;电子的 电势能减小,C错。
4.(2017浙江宁波十校联考,16)(多选)氢原子的部分能级如图所示。一群氢原子处于能级数n= 4的激发态,当它们向较低能级跃迁时,放出的光子的能量可能是 (　　)  eV　　 eV　　C.10.2 eV　　 eV
答案    BCD　从n=4能级向下跃迁时可以发出六种光子,分别为4→3,4→2,4→1,3→1,3→2,2→ 1,分别计算能级差可得B、C、D选项正确。
1.(2019浙江学军中学模拟,14)(多选)以下关于原子、原子核的说法正确的是 (　　)A.只要空间中某区域有均匀变化的电场或均匀变化的磁场就能产生电磁波B.LC振荡电路中,在电容器的放电过程中,振荡电流逐渐增大C.各种气体原子的能级不同,跃迁时发射光子的能量各异,因此利用不同气体可以制作五颜六 色的霓虹灯D.β衰变方程 Th  Pa e,因为  Th和  Pa的核子数均为234,所以这两个原子核的结合能相等
答案    BC　均匀变化的电场产生恒定的磁场,均匀变化的磁场产生恒定的电场,如果空间中 某区域有均匀变化的电场或均匀变化的磁场就不能产生电磁波,选项A错误;LC振荡电路中,在 电容器的放电过程中,电流逐渐增大,选项B正确;根据玻尔原子理论,各种气体原子的能级不 同,在不同的能级之间跃迁,可产生不同频率的光,故C正确;β衰变 Th→ e会释放能量,虽然  Th和  Pa的核子数均为234,但前者比后者的结合能小,故D错误。
2.(2019浙江暨阳联考,16)(多选)下列说法中正确的是 (　　)A.全息照片的拍摄利用了光的偏振特性B.温度高低变化,不会影响放射性元素的半衰期C.核反应中重水等慢化剂的作用是减缓重核裂变的反应速率D.卢瑟福α粒子散射实验的一个重要应用是估算原子核的半径
答案    BD　全息照片利用了光的干涉,A错;半衰期与外界条件无关,包括温度,所以B正确;重 水是慢化剂,让快中子减速为慢中子,慢中子才会使重核发生裂变,所以重水的作用应是加速核 反应,真正减缓核反应的应是镉棒,C错;α粒子散射实验,不仅揭示了原子有核,也可以根据偏转 情况来估测原子核半径的大小。
3.(2019浙江杭州模拟五,16)(多选)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是:将放射 性同位素 O注入人体,参与人体的代谢过程 O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET原理, 下列说法正确的是 (　　)A. O衰变的方程式为 O N eB.将放射性同位素 O注入人体 O的主要用途为示踪原子C.一对正、负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长
答案    AB　由质量数守恒和电荷数守恒得 O的衰变的方程式是 O→ N e,故A正确;将放射性同位素 O注入人体 O的主要用途为示踪原子,故B正确;一对正、负电子湮灭生成两个光子,故C错误;氧在人体内的代谢时间不长,因此PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短,故D错误。故选A、B。
4.(2019浙江学军中学模拟,14)(多选)下列说法错误的是 (　　)A.原子核的结合能是组成原子核的所有核子的能量总和B.在所有核反应中,都遵从“质量数守恒,核电荷数守恒”的规律C.在天然放射现象中放出的β射线是电子流,该电子是原子的内层电子受激后辐射出来的D.镭226衰变为氡222的半衰期为1620年,也就是说,100个镭226核经过1620年后一定还剩下50 个镭226没有发生衰变
答案    ACD　原子核的结合能是把核子分开而需要的能量,并不是组成原子核的所有核子的 能量总和,故A错误;在所有核反应中,都遵从“质量数守恒,核电荷数守恒”的规律,故B正确;β 衰变中,一个中子转化为一个质子的同时生成一个电子,故C错误;半衰期是统计规律,对少量原 子核来讲是没有意义的,故D错误。故选A、C、D。
5.(2018浙江稽阳联谊学校联考,14)(多选)下列说法中正确的是 (　　)A.比结合能越大,原子核越稳定B.一群氢原子从n=5的激发态跃迁到基态时,有可能辐射出10种不同频率的光子C.卢瑟福通过α粒子散射实验说明了原子核内部是有结构的D.原子核衰变时电荷和质量都守恒
答案    AB    α粒子散射实验说明了原子的核式结构,C错误;原子核衰变时电荷数和质量数守 恒,质量不守恒,D错误。
B组　2017—2019年高考模拟·专题综合题组(时间:45分钟　分值:60分)一、选择题(每小题6分,共48分)
1.(2019浙江超级全能生2月联考,15)(多选)下列说法中正确的是 (　　)  甲 乙 
  丙  丁
A.根据甲图氢原子的电子云示意图可知,电子在玻尔理论中的某一轨道上稳定运动,应该是一 个概率问题B.根据乙图中原子核的比结合能示意图可知 Li原子核中的平均核子质量比 O的要小C.丙图中的链式反应要能持续,裂变物质必须具有一定的体积或质量D.根据丁图中氡的衰变可知,1 g氡经过38天后还剩0.1 g
答案    AC　本题考查玻尔理论和原子物理。玻尔理论有一定的局限性,要适当修正,A正确; 比结合能越大,平均核子质量就越小,越稳定,B错误;链式反应要能持续,裂变物质必须具有一 定的体积或质量,C正确;氡的半衰期是3.8天,1 g氡经过38天后还剩  g,D错误。
2.(2019浙江嘉兴选考测试,15)(多选)太阳内部不断进行着各种核聚变反应,其中一种为 H H He n,氘核的质量为m1,氚核的质量为m2,氯核的质量为m3,中子的质量为m4,核反应中发射一种γ光子,该γ光子照射到逸出功为W0的金属上打出的最大初动能的光电子速度为v,已知光 电子的质量为m,光速为c,普朗克常量为h,则 (　　)A.聚变反应释放的核能为(m1+m2-m3-m4)cB.γ光子来源于原子核外电子的能级跃迁C.光电子的德布罗意波长为 D.γ光子的频率为 
答案    CD　由爱因斯坦质能方程可知,聚变反应释放的核能为(m1+m2-m3-m4)c2,故A错误;γ光子 来源于聚变反应释放的能量,故B错误;由公式λ= = ,故C正确;由爱因斯坦光电效应方程可知,Ek=hν-W0,即 mv2=hν-W0解得:ν= ,故D正确。故应选C、D。
3.(2019浙江名校协作二模,15)(多选)下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是 (　　) 
A.图甲:大量电子通过双缝后在接收屏上出现干涉图样,少量电子通过双缝后不发生干涉B.图乙:卢瑟福和他的学生发现绝大多数α粒子到达金箔后发生大角度偏转,并据此提出了原 子的核式结构模型C.图丙:原子核发生β衰变时,产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,能量以γ光子的 形式辐射出来
D.图丁:在铀棒周围要放“慢化剂”,普通水即可作为慢化剂
答案    CD　粒子的波动性是其本身具有的,与粒子数量无关,故少量电子同样发生干涉,A错; 卢瑟福他们发现的是少量α粒子发生大角度散射,故B错;β衰变伴随着γ光子辐射,C对;“慢化 剂”用来减缓中子速度,以使得裂变反应更容易发生,可以作为“慢化剂”的有普通水、重 水、石墨等,故D对。
4.(2019浙江温州二模,15)如图所示,是一个静止的放射性元素的原子核在匀强磁场中发生衰 变时形成的两条圆形径迹,已知两圆内切,半径之比为1∶44,则 (　　) A.发生的是β衰变B.轨迹1是反冲核的径迹C.反冲核沿逆时针运动D.该放射性元素的原子序数是88
答案    ABC　衰变过程中,动量守恒,两粒子速度方向相反。根据R= ,电荷量大的半径小,所以轨迹1是反冲核的轨迹,粒子带正电,说明轨迹1的方向是逆时针,因此轨迹2的方向是顺时针, 说明轨迹2中的粒子带负电,发生的是β衰变,故A、B、C对。半径与电荷量成反比,因此反冲核 的原子序数为44,放射核的原子序数为43,故D错。
5.(2019浙江十校联盟3月联考,14)(多选)下列说法正确的是 (　　)A. Th经过6次α衰变和4次β衰变后成为原子核  PbB.在核反应堆中,为使快中子减速,在铀棒周围要放“慢化剂”,常用的慢化剂有石墨、重水和 普通水C.结合能越大,原子核结构一定越稳定D.将由放射性元素组成的化合物进行高温分解,会改变该放射性元素的半衰期
答案    AB Th经过6次α衰变和4次β衰变,则核子数减少6×4=24,电荷数减少6×2-4=8,因此A对;慢化剂可以选用石墨、重水、普通水等,B对;比结合能越大,才是越稳定,故C错;化学反应 不改变半衰期,D错。
6.(2019浙江绿色联盟联考,14)(多选)一静止的原子核  U发生一次α衰变后变为原子核Th,同时放出光子。已知  U的质量为m1,Th核的质量为m2,α粒子的质量为m3,下列说法正确的是 (　　)A.该衰变方程为  U  Th  HeB.放出的光子能量为(m1-m2-m3)c2C.Th核和α粒子的速率之比为m3∶m2D.将含有 U的原料深埋地下,可以减缓其衰变的速度
答案    AC　核反应中质量数、电荷数守恒,故A对;衰变后,原子核有动能,故光子能量比这个 值更小,B错;忽略光子动量,则两原子核动量守恒,故C对;粒子的半衰期仅与粒子本身有关,D 错。
7.(2019浙江绍兴3月适应性考试,5)(多选)一座核电站反应堆产生的热功率为3 400 MW,发电 功率为1 100 MW。已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200 MeV,下列说法正确的是(    　)A.核裂变的反应方程为  U  n  Ba  Kr+  nB.核反应后总质量增加了C.核电站的发电效率约为32%D.每秒钟约有1.1×1020个铀235核发生裂变
答案    CD　反应方程中少了一个中子,故A错;核反应放出了能量,根据质能方程,质量减少,B 错;核电站是将热能转化为电能,因此发电效率为 ×100%≈32%,故C对;nE=Pt,t=1 s,得到n =1.06×1020,故D对。
8.(2018浙江新高考选考终极适应性考试,16)(多选)云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场 中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性。放射性元素A的原子 核静止放在磁感应强度B=2.5 T的匀强磁场中发生衰变,放射出粒子并变成新原子核B,放射出 的粒子与新核运动轨迹如图所示,测得两圆的半径之比R1∶R2=42∶1,且R1=0.2 m。已知α粒子 质量mα=6.64×10-27 kg,β粒子质量mβ=9.1×10-31 kg,普朗克常量取h=6.6×10-34 J·s,元电荷e=1.6×10-19 C,下列说法正确的是 (　　)A.新原子核B的核电荷数为84B.放射性元素A的原子核发生的是β衰变C.衰变放射出的粒子的速度大小为2.4×107 m/s
D.如果A原子核衰变时释放出一种频率为1.2×1015 Hz的光子,那么这种光子能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应
答案    ACD　轨迹呈现外切,所以放出的粒子带正电,即发生α衰变,B错误;因为两圆的半径之 比R1∶R2=42∶1,R= ,又因为衰变过程动量守恒,则m1v1=m2v2,可得新原子核B的核电荷数为84,所以A正确;由R1= ,得vα=qαBR1/mα=2×1.6×10-19×2.5×0.2/(6.64×10-27) m/s≈2.4×107 m/s,所以C正确;根据E=hν可计算光子的能量为E光=7.92×10-19 J,逸出功为W逸=4.54×1.6×10-19 J≈7.26×10-19 J,光子能量大于逸出功,故钨能发生光电效应,所以D正确。
试题分析　本题考查了动量守恒定律、粒子在磁场中做圆周运动的半径公式等知识点,难度 中等,综合性较强,考生需加强这方面的训练,同时掌握光电效应产生条件,注意电子伏特与焦 耳的单位转换。
二、非选择题(共12分)
9.(2019浙江绿色联盟3月联考,23)如图所示,半径为R的半圆形区域内存在垂直纸面向内的匀 强磁场,磁感应强度大小为B,圆弧上P点与圆心O的连线垂直于直径MN,P点放置一粒子源,其 向纸面内各个方向均为发射两种原子核 X Y X的速率为v Y的速率为 ,沿PO方向发射的 X恰好从N点离开磁场,忽略原子核间的相互作用及原子核的重力,取sin 53°=0.8,cs 53°=0.6。(1)求原子核 X的比荷 ,及其从P点到边界MN的最短时间;(2)其中一个原子核 Y的轨迹恰能与ON的中点A相切,求 Y粒子的质量数a;(3)在直径MN上安装金属板,并与电阻r串联后接地,带正电的原子核到达金属板后被吸收形成 电流。已知粒子源P单位时间内发射n个粒子,其中 X占40% Y占60%,求稳定后金属板MN上的发热功率。(已知电子的电荷量为e,原子核 X的质量用m表示)
解析　(1 X的半径为R,由qvB= 得 = 路程的弦长最短时,时间最短.由几何关系,最短弦长PO=R,则t= = (2)设 Y做圆周运动的半径为R',如图甲所示,由几何关系得:  甲(R-R')+( )2=R'2解得:R'= R设 Y粒子的质量为m',电荷量为q',则有:q' B=m' 解得: = = ,即 = × ,得a=15(3)对 Y粒子,设粒子初速度方向与PQ方向夹角为α,如图乙所示,已知轨迹恰好与A相切,则sin
α0= = ,得α0=53° 乙由几何关系可知 Y粒子在0≤α≤53°范围内射出的粒子能到达金属板,则单位时间内到达金属板的粒子数为n1= n×60%= n X在0≤α≤90°范围内射出的粒子能到达金属板,则单位时间内到达金属板的粒子数为:n2= n×40%= n通过电阻r上的电流I=8e× n+2e× n= ne
因 X的质量为m,则 Y的质量为5m,根据能量守恒定律: m( )2×n1+ mv2×n2=P热+I2r得P热= nmv2-( ne)2r
C组　2017—2019年高考模拟·应用创新题组
1.(核反应方程与核能)用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核 B),产生锂核 Li)和α粒子。已知中子质量mn=1.008 665 u,硼核质量mB=10.016 77 u,锂核质量mLi=7.018 22 u,α粒子质量 mα=4.002 60 u。(1)写出该反应的核反应方程;(2)求出该反应放出的能量ΔE;(3)若核反应中放出的能量全部变成生成核的动能,则锂核和α粒子的动能各是多少?(1 u相当 于931.5 MeV)
答案　(1 B n Li He　(2)4.30 MeV　(3)1.56 MeV　2.74 MeV
解析　根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程,由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能, 再由动量守恒和能量守恒求出锂核和α粒子的动能。(1)核反应方程为 B n Li He。(2)核反应过程中的质量亏损为Δm=(10.016 77 u+1.008 665 u)-(7.018 22 u+4.002 60 u)=0.004 615 u,释放出的能量为ΔE=0.004 615×931.5 MeV≈4.30 MeV。(3)根据动量守恒定律有mLivLi=mαvα,由动能定义式有EkLi= mLi ,Ekα= mα ,联立有 = = ,根据能量守恒定律有EkLi+Ekα=ΔE=4.30 MeV,解得锂核和α粒子的动能分别为EkLi=1.56 MeV,mkα=2.74 MeV。
2.(核反应方程与核能)在磁感应强度为B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,其轨迹半径为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)根据质量数和电荷数守恒可知核反应方程为 X Y He。(2)设α粒子的速度大小为v,由qvB=m ,T= ,得α粒子在磁场中的运动周期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=0v'= = 由Δmc2= Mv'2+ mv2得Δm=