2019年全国各地高考真题分类——原子物理学与相对论部分

2019年全国各地高考真题分类——原子物理学与相对论部分
一．选择题（共14小题）
1．（2019?新课标Ⅰ）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～3.10eV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．12.09eV B．10.20eV C．1.89eV D．1.51eV
2．（2019?新课标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+2v 已知H和He的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/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．8MeV B．16MeV C．26MeV D．52MeV
3．（2019?上海）原子核内部有（　　）
A．质子 B．α粒子 C．电子 D．光电子
4．（2018?全国）如图为氢原子的能级示意图：a表示从能级n＝5到n＝3的跃迁：b表示从能级n＝4到n＝2的跃迁：c表示从能级n＝3到n＝1的跃迁。氢原子在（　　）
A．过程b发射的光频率最大，过程a发射的光波长最长
B．过程a发射的光频率最小，过程b发射的光波长最短
C．过程c发射的光频率最大，过程a发射的光波长最长
D．过程c发射的光频率最小，过程b发射的光波长最短
5．（2018?全国）C测年是考古中常用的一种方法。活的有机体中C和C的质量比与大气中相同，比值为1.3×10﹣12，有机体死亡后，与大气的碳交换停止，由于C衰变，其体内C与C的比值不断减小，通过测量出土的动、植物遗存物中现有的C与C的比值，可以推断其年代，今测得某出土物中C与C的比值为6.4×10﹣13，已知C的半衰期为5730年，则该出土物距今的时间约为（　　）
A．3000年 B．6000年 C．9000年 D．12000年
6．（2018?全国）用中子轰击Pu产生了m个某种粒子，核反应方程为：n+Pu→Sr+Ba+mX，方程中的粒子X是（　　）
A．β粒子 B．质子 C．α粒子 D．中子
7．（2018?海南）已知Th的半衰期为24天。4gTh经过72天还剩下（　　）
A．0 B．0.5g C．1g D．1.5g
8．（2018?天津）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
9．（2018?北京）在核反应方程He+N→O+X中，X表示的是（　　）
A．质子 B．中子 C．电子 D．粒子
10．（2018?江苏）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，剩有的A和B质量之比为（　　）
A．1：4 B．1：2 C．2：1 D．4：1
11．（2018?新课标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30 C．16和30 D．17和31
12．（2017?天津）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．→
B．→
C．→+
D．→++3
13．（2017?新课标Ⅰ）大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是：H+H→He+n，已知H的质量为2.0136u，He的质量为3.0150u，n的质量为1.0087u，1u＝931MeV/c2．氘核聚变反应中释放的核能约为（　　）
A．3.7MeV B．3.3MeV C．2.7MeV D．0.93MeV
14．（2017?新课标Ⅱ）一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为→+，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
二．多选题（共10小题）
15．（2019?天津）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
16．（2019?浙江）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+He
B．核Y的结合能为（mx﹣my﹣mα）c2
C．核Y在磁场中运动的半径为
D．核Y的动能为
17．（2019?浙江）波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。则（下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量）（　　）
A．这两束光的光子的动量p1＞p2
B．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1＞C2
C．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压U1＞U2
D．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n＝2能级时产生，则相应激发态的电离能△E1＞△E2
18．（2018?浙江）一个铍原子核（Be）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（Li），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为Be+e→Li+ve已知铍原子的质量为MBe＝7.016929u，锂原子的质量为MLi＝7.016004u，1u相当于9.31×102MeV．下列说法正确的是（　　）
A．中微子的质量数和电荷数均为零
B．锂核（Li）获得的动能约为0.86MeV
C．中微子与锂核（Li）的动量之和等于反应前电子的动量
D．中微子与锂核（Li）的能量之和等于反应前电子的能量
19．（2018?浙江）下列说法正确的是（　　）
A．组成原子核的核子越多，原子核越稳定
B．U衰变为Rn经过4次α衰，2次β衰变
C．在LC振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差也最大
D．在电子的单缝衍射实验中，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大
20．（2018?浙江）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4.0×10﹣7m﹣7.6×10﹣7m，普朗克常量h＝6.6×10﹣34J?s，真空中的光速＝3.0×108m/s）（　　）
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1.89eV
21．（2017?浙江）下列说法正确的是（　　）
A．核聚变反应方程可能为→
B．铀核裂变的核反应方程可能为→
C．发生衰变时，原子核发出电子，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△m，则氘核的结合能为△mc2
22．（2017?江苏）接近光速飞行的飞船和地球上各有一只相同的铯原子钟，飞船和地球上的人观测这两只钟的快慢，下列说法正确的有（　　）
A．飞船上的人观测到飞船上的钟较快 B．飞船上的人观测到飞船上的钟较慢
C．地球上的人观测到地球上的钟较快 D．地球上的人观测到地球上的钟较慢
23．（2017?江苏）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正的有 （　　）
A．He核的结合能约为14MeV
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
24．（2017?浙江）下列说法正确的是（　　）
A．β、γ射线都是电磁波
B．原子核中所有核子单独存在时质量总和大于该原子核的总质量
C．在LC振荡电路中，电容器刚放电时，电容器极板上电量最多，回路电流最小
D．处于n＝4激发态的氢原子共能辐射4种不同频率的光子
三．填空题（共2小题）
25．（2019?江苏）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”）。
26．（2016?新课标Ⅱ）在下列描述的核过程的方程中，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　 　。（填正确答案的标号）
A.C→N+e
B.P→S+e
C.U→Th+He
D.N+He→O+H
E.U+n→Xe+Sr+2n
F.H+H→He+n。

2019年全国各地高考真题分类——原子物理学与相对论部分
参考答案与试题解析
一．选择题（共14小题）
2．【解答】解：反应过程中的质量亏损约为：
△m＝4mp﹣mα＝4×1.0078u﹣4.0026u＝0.0286u，
由于1u＝931MeV/c2，
根据爱因斯坦质能方程可得：△E＝△mc2＝26MeV，故C正确，ABD错误。
故选：C。
3．【解答】解：原子核是由核子组成的，核子包括质子与中子。所以质子是原子核的组成部分，α粒子、电子光电子都表示原子核的组成部分，故A正确，BCD错误
故选：A。
4．【解答】解：原子从高能级向低能级跃迁辐射出光子，能级间跃迁辐射的光子能量必须等于两能级间的能级差，过程a发射的光能量最小，过程c发射的光能量最大；
根据：E＝hγ＝，辐射的光子能量越小，频率越小，波长越大，
所以过程c发射的光频率最大，过程a发射的光波长最长。故ABD错误，C正确
故选：C。
5．【解答】解：设原来C的质量为M0，衰变后剩余质量为M则有：
M＝M0×（）n，其中n为发生半衰期的次数，
现测知某出土物中C与C的比值为6.4×10﹣13，活的有机体中C和C的质量比与大气中相同，比值为1.3×10﹣12，
由题意可知＝
n≈1，
所以t＝T0＝5730≈6000年。故ACD错误，B正确
故选：B。
6．【解答】解：由质量数和电荷数守恒得：1+239﹣（90+146）＝4，故粒子X的质量数为1，且m＝4，
由0+94﹣（38+56）＝0，知粒子X的质子数为0，
所以该粒子为中子，故D正确，ABC错误。
故选：D。
7．【解答】解：根据半衰期为24天，经过72天，发生3次衰变，
依据m＝m0（）3，代入数据解得：m＝4×（）3＝0.5g，故ACD错误，B正确；
故选：B。
8．【解答】解：A、N俘获一个α粒子，产生O后，新粒子的质量数为14+4﹣17＝1，电荷数为：7+2﹣8＝1，所以粒子为质子。故A错误；
B、Al俘获一个α粒子，产生P后，粒子的质量数为27+4﹣30＝1，电荷数为：13+2﹣15＝0，所以粒子为中子。故B正确；
C、B俘获一个质子，产生Be后，粒子的质量数为11+1﹣8＝4，电荷数为：5+1﹣4＝2，所以粒子为α粒子。故C错误；
D、Li俘获一个质子，产生He后，粒子的质量数为6+1﹣3＝4，电荷数为：3+1﹣2＝2，所以粒子为α粒子。故D错误
故选：B。
9．【解答】解：根据质量数和电荷数守恒，He+N→O+X，X表示的是质子，故A正确，BCD错误。
故选：A。
10．【解答】解：设开始时它们的质量都是m0，根据半衰期的定义，经过时间2T后，A经历了两个半衰期，剩下的放射性元素的质量：，
经过时间2T后，B经历了一个半衰期，剩下的放射性元素的质量：
故mA：mB＝1：2．故ACD错误，B正确
故选：B。
11．【解答】解：设X的质量数为m，电荷数为n，根据核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知：
4+27＝1+m；
2+13＝0+n
解得：m＝30；n＝15；
故其原子序数为15，质量数为30；故B正确，ACD错误。
故选：B。
12．【解答】解：核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，
用快速粒子（天然射线或人工加速的粒子）穿入原子核的内部使原子核转变为另一种原子核的过程，这就是原子核的人工转变
由此可知：核反应方程→是原子核的聚变反应；B与C属于原子核的人工核转变；D属于裂变反应；
故只有A正确；BCD错误；
故选：A。
13．【解答】解：因氘核聚变的核反应方程为：H+H→He+n；
核反应过程中的质量亏损为△m＝2mH﹣（mHe+mn）＝0.0035u
释放的核能为△E＝△mc2＝0.0035uc2＝3.3MeV，故B正确，ACD错误；
故选：B。
14．【解答】解：AB、一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，根据系统动量守恒知，衰变后钍核和α粒子动量之和为零，可知衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小，根据知，由于钍核和α粒子质量不同，则动能不同，故A错误，B正确。
C、半衰期是原子核有半数发生衰变的时间，故C错误。
D、衰变的过程中有质量亏损，即衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故D错误。
故选：B。
二．多选题（共10小题）
15．【解答】解：A、与裂变相比轻核聚变辐射极少，废物容易处理，更为安全、清洁，故A正确；
B、自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素﹣﹣氘与氚的聚变，不是任意的原子核就能发生核聚变，故B错误；
C、两个轻核结合成质量较大的核，平均质量减小，则总质量较聚变前减小，出现质量亏损，结合时放出能量，故C错误；
D、两个轻核结合成质量较大的核，放出能量，总的结合增加，则核子的比结合能增加，故D正确。
故选：AD。
16．【解答】解：A、根据电荷数守恒和质量数守恒，核衰变反应方程为：→He+Y．故A正确；
B、该过程中亏损的质量为：△m＝（mx﹣my﹣mα），所以释放的核能为（mx﹣my﹣mα）c2，由于原子核也有一定的结合能，则核Y的结合能一定大于（mx﹣my﹣mα）c2．故B错误；
C、在衰变过程中遵守动量守恒，根据动量守恒定律得：0＝PY﹣Pα，则PY＝Pα
根据半径公式r＝，又mv＝P（动量），则得：r＝
联立可得：RY＝．故C正确；
D、由动能与动量的关系：Ek＝，得原子核Y与α粒子的动能之比为：＝＝
由题，原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能，则有释放的核能为：E＝Ekα+EkY＝（mx﹣my﹣mα）c2，
联立可得：．故D错误。
故选：AC。
17．【解答】解：由于在其他条件相同的情况下波长为λ1的光的干涉条纹间距大于波长为λ2的干涉条纹间距，由，可得：λ1＞λ2。
A、由光子的动量：P＝，则：P1＜P2．故A错误；
B、由：可知，两种光子的频率关系为：γ1＜γ2，即2的频率较大，根据介质的折射率与频率的关系可知它们的折射率：n1＜n2
由临界角与折射率的关系：
则这两束光从玻璃射向真空时，其临界角C1＞C2，故B正确；
C、这两束光都能使某种金属发生光电效应，由光电效应方程：Ekm＝hγ﹣W，其中W为金属的逸出功，可知频率越大的光对应的光电子的最大初动能越大；
又由：Ekm＝e?U遏止
则频率越大，遏止电压越大，所以遏止电压：U2＞U1．故C错误；
D、根据玻尔理论，当发生跃迁时辐射出的光子的能量：E＝Em﹣En；都是跃迁到n＝2能级，则n相同，m越大，则放射出的光子的能量值越大，由于λ1＞λ2，则γ1＜γ2，所以E1＜E2，Em1＜Em2，即2的能级更大。
结合氢原子电离时需要的能量为能级对应能量值的负值可知，相应激发态的电离能△E1＞△E2．故D正确。
故选：BD。
18．【解答】解：A、反应方程为，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，故A正确；
B、根据质能方程，质量减少，为释放的核能，不是锂核获得的动能，故B错误；
C、衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（）的动量之和等于反应前电子的动量，故C正确；
D、由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（）的能量之和小于反应前电子的能量，故D错误；
故选：AC。
19．【解答】解：A、比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定；中等质量的原子核较稳定。故A错误；
B、U衰变为Rn，质量数减小16，电荷数减小6．由于原子核经过一次α衰变，电荷数减小2，质量数减小4，经过一次β衰变后电荷数增加1，质量数不变，所以α衰变次数：x＝＝4次，若经历2次β衰变，电荷数变为92﹣2×4+2＝90＝86，因此经过4次α衰变、2次β衰变，故B正确；
C、在LC振荡电路中，电流增大的过程是电容器的放电过程，振荡电流最大时，电容器放电结束，电容器两端电压为零。故C错误；
D、在电子的单缝衍射实验中，根据不确定关系知，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大。故D正确
故选：BD。
20．【解答】解：A、γ射线是处于高能级的原子核向低能级跃迁的过程中辐射出的，与核外电子无关。故A错误。
B、从n＝4能级跃迁到n＝2能级放出的光子的能量△E＝E4﹣E2＝﹣0.85﹣（﹣3.4）＝2..55eV
对应的波长：＝m，属于可见光。故B正确；
C、氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，辐射的光子的最大能量值为Em＝1.51eV＝2.416×10﹣19J
其波长为最小波长，为：＝7.6×10﹣7m
可知氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，辐射的光属于红外线，具有显著的热效应，故C正确。
D、根据光的折射率与光的频率的关系可知，光的频率越大，则光对同一种介质的折射率越大，则光在介质中传播的速度越小；光子的能量E＝hγ，可知光子的能量值越大则光子的频率越大；因此可得，光子的能量值越大，则光在介质中传播的速度越小，所以氢原子辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量最大；则氢原子从高能级向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3.4eV．故D错误
故选：BC。
21．【解答】解：A、结合质量数守恒与电荷数守恒可知，核聚变反应方程可能为→．故A错误。
B、结合质量数守恒与电荷数守恒可知，铀核裂变的核反应方程可能为→．故B正确
C、β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的一个中子，转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故C错误；
D、中子和质子结合成氘核，若该过程质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程可知释放的能量为△mc2，可知氘核的结合能为△mc2，故D正确。
故选：BD。
22．【解答】解：AB、飞船上的人是以飞船为参考系，故地球是高速运动的，根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，飞船上的人观测到地球上的钟较慢，即飞船上的人观测到飞船上的钟较快，故A正确，B错误；
CD、地球上的人以地球为参考系，认为飞船高速运动，同样根据爱因斯坦质能方程的运动延时效应，飞船上的钟较慢，故地球上的人观测到地球上的钟较快，故C正确，D错误；
故选：AC。
23．【解答】解：A、由图可知，氦核的结合能大约为7MeV，氦核的核子数为4，则氦核的结合能大约为28MeV，故A错误。
B、比结合能越大，原子核越稳定，由图可知，氦核的比结合能大，则He核比Li核更稳定，故B正确。
C、两个H核结合成He核时有质量亏损，释放能量，故C正确。
D、由图可知，U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，故D错误。
故选：BC。
24．【解答】解：A、β射线为高速电子流，不是电磁波，故A错误；
B、根据选修3﹣5教材82页的解释，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，故B正确。
C、LC振荡电路中，电容器开始放电时，由于自感线圈阻碍电流，因此回路电路从小变大，故C正确。
D、N＝4激发态的氢原子可以放出＝6种，故D错误。
故选：BC。
三．填空题（共2小题）