【新高考】海南2011-2020年高考物理试题分类汇编之专题17 原子和原子核 （解析卷）
文档属性
| 名称 | 【新高考】海南2011-2020年高考物理试题分类汇编之专题17 原子和原子核 （解析卷） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-12-28 14:34:19 | ||
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文档简介
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海南2011-2020年高考物理试题分类汇编解析
第17专题 原子和原子核
一、十年真题解析
1. （2020年第1题）100年前，卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X，后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想，该核反应方程为：，则（ ）
A. m=1 ， n=0，X是中子
B. m=1 ， n=0，X是电子
C. m=0 ， n=1，X是中子
D. m=0 ， n=1， X是电子
【答案】A
【解析】根据电荷数和质量数守恒，则有 4+9=12+m， 2+4=6+n
解得m=1，n=0，故X是中子， 故选A。
2.（2018年海南物理卷第4题）已知的半衰期为24天。4g经过72天还剩下
A.0 B. 0.5g C. Ig D. 1.5g
【解析】，B正确。
【答案】B
3.（2016年第17题）（1）下列说法正确的是________。（填入正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；有选错的得0分）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
【答案】ACD
【解析】物理学史知识。
4.（2015年第19题）氢原子基态的能量为E1=﹣13.6eV．大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为﹣0.96E1，频率最小的光子的能量为 0.31 eV（保留2位有效数字），这些光子可具有 10 种不同的频率．
【解析】能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据能级差的大小求出辐射的最小和最大光子能量，从而判断哪个能级间跃迁辐射的光子频率最大，波长最短．
解：氢原子基态的能量为E1=﹣13.6eV．大量氢原子处于某一激发态．
由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为﹣0.96E1，即跃迁到最高能级能量E=0.04E1=﹣0.544eV，即处在n=5能级；
频率最小的光子的能量为△E′=﹣0.544eV﹣（﹣0.85eV）=0.31eV，
根据=10，所以这些光子可具有10种不同的频率．
故答案为：0.31；10
5．（2015年第20题）运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y．已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．
【解析】反应后与反应前的总动能之差等于产生的核能，根据爱因斯坦质能方程求解．
应用动量守恒和能量守恒定律，列式求解衰变后的各自动能．
解：由于反应后存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放的核能，则根据爱因斯坦质能方程得
△Ek=﹣=（M﹣m1﹣m2）c2；
反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，则有
Mvx=m2vα ；
联立解得α粒子的动能 =（M﹣m1﹣m2）c2；
【答案】反应后与反应前的总动能之差为（M﹣m1﹣m2）c2，α粒子的动能为（M﹣m1﹣m2）c2．
6.（2014年第17题）（1）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定不同的是
A．遏止电压
B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能
D．逸出功
【答案】(1) ACD (4分。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分:有选错的不给这4分）
7.（2013年第17题）（1）（4分）原子核Th具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核。下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是 （填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分.选对3个得4分;每选错I个扣2分，最低得分为0分）
A．Pb B．Pb C．Po D．Ra E．Ra
【答案】ACD
【解析】发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，根据质量数和电荷数守恒有，每发生一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变质量数不变化，电荷数增加1，由质量数的变化可确定α衰变的次数（必须是整数），进而可知β衰变的次数。逐一判断可知ACD符合要求。
8.（2012年底19题）(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是 （ ）（填入正确选项前的字母。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分）
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比
D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
（2一静止的核经衰变成为核，释放出的总动能为4.27MeV。问此衰变后核的动能为多少MeV（保留1位有效数字）？
【解析】
9.（2011年第19题）（1）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_______和__________（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和_______。
A．X1→????????????? B．X2→
C．X3→???????????? D．X4→
【答案】【解答】（1）B、C ，78，82
二、全国高考最新真题
10.（2020年全国II卷）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV= 1.6×10–13J，则M约为（ ）
A. 40 kg B. 100 kg C. 400 kg D. 1 000 kg
【答案】C
【解析】
【详解】氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
则平均每个氘核聚变释放的能量为
1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为
由可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量
11.（2020年江苏卷）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是（ ）
A. I增大，增大 B. I增大，减小 C. I减小，增大 D. I诚小，减小
【答案】B
【解析】
【详解】黑体辐射的实验规律如图
特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。
故选B。
12.（2020年天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；
B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；
C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；
故选D。
13.（2020年北京卷）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（ ）
A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低
C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量
D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
【答案】C
【解析】
【详解】A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；
B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；
C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为
故C正确；
D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；
故选C。
14.（2020年全国III卷）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则（ ）
A. X的质量数与Y的质量数相等 B. X的电荷数比Y的电荷数少1
C. X的电荷数比的电荷数多2 D. X的质量数与的质量数相等
【答案】AC
【解析】
【详解】设和的质子数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为
，
根据反应方程质子数和质量数守恒，解得
，
，
解得
， ， ，
AC．的质量数（）与的质量数（）相等，比的质量数多3，故A正确，D错误；
BC．X的电荷数（）比Y的电荷数（）多1，比的电荷数多2，故B错误，C正确；
故选AC。
15.（2020年浙江卷）太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（ ）
A. X粒子是质子
B. X粒子的质量为
C. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；
B．根据能量关系可知
解得，选项B正确；
C．太阳每秒放出的能量
损失的质量
选项C正确；
D．因为
则太阳每秒因为辐射损失的质量为
选项D错误。
故选BC。
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海南2011-2020年高考物理试题分类汇编解析
第17专题 原子和原子核
一、十年真题解析
1. （2020年第1题）100年前，卢瑟福猜想在原子核内除质子外还存在着另一种粒子X，后来科学家用粒子轰击铍核证实了这一猜想，该核反应方程为：，则（ ）
A. m=1 ， n=0，X是中子
B. m=1 ， n=0，X是电子
C. m=0 ， n=1，X是中子
D. m=0 ， n=1， X是电子
【答案】A
【解析】根据电荷数和质量数守恒，则有 4+9=12+m， 2+4=6+n
解得m=1，n=0，故X是中子， 故选A。
2.（2018年海南物理卷第4题）已知的半衰期为24天。4g经过72天还剩下
A.0 B. 0.5g C. Ig D. 1.5g
【解析】，B正确。
【答案】B
3.（2016年第17题）（1）下列说法正确的是________。（填入正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；有选错的得0分）
A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程
B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量
C．玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律
D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型
E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长
【答案】ACD
【解析】物理学史知识。
4.（2015年第19题）氢原子基态的能量为E1=﹣13.6eV．大量氢原子处于某一激发态．由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为﹣0.96E1，频率最小的光子的能量为 0.31 eV（保留2位有效数字），这些光子可具有 10 种不同的频率．
【解析】能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，根据能级差的大小求出辐射的最小和最大光子能量，从而判断哪个能级间跃迁辐射的光子频率最大，波长最短．
解：氢原子基态的能量为E1=﹣13.6eV．大量氢原子处于某一激发态．
由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为﹣0.96E1，即跃迁到最高能级能量E=0.04E1=﹣0.544eV，即处在n=5能级；
频率最小的光子的能量为△E′=﹣0.544eV﹣（﹣0.85eV）=0.31eV，
根据=10，所以这些光子可具有10种不同的频率．
故答案为：0.31；10
5．（2015年第20题）运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y．已知X、Y和α粒子的质量分别是M、m1和m2，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．
【解析】反应后与反应前的总动能之差等于产生的核能，根据爱因斯坦质能方程求解．
应用动量守恒和能量守恒定律，列式求解衰变后的各自动能．
解：由于反应后存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放的核能，则根据爱因斯坦质能方程得
△Ek=﹣=（M﹣m1﹣m2）c2；
反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，则有
Mvx=m2vα ；
联立解得α粒子的动能 =（M﹣m1﹣m2）c2；
【答案】反应后与反应前的总动能之差为（M﹣m1﹣m2）c2，α粒子的动能为（M﹣m1﹣m2）c2．
6.（2014年第17题）（1）在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定不同的是
A．遏止电压
B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能
D．逸出功
【答案】(1) ACD (4分。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分:有选错的不给这4分）
7.（2013年第17题）（1）（4分）原子核Th具有天然放射性，它经过若干次α衰变和β衰变后会变成新的原子核。下列原子核中，有三种是Th衰变过程中可以产生的，它们是 （填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分.选对3个得4分;每选错I个扣2分，最低得分为0分）
A．Pb B．Pb C．Po D．Ra E．Ra
【答案】ACD
【解析】发生α衰变是放出42He，发生β衰变是放出电子0-1e，根据质量数和电荷数守恒有，每发生一次α衰变质量数减少4，电荷数减少2，每发生一次β衰变质量数不变化，电荷数增加1，由质量数的变化可确定α衰变的次数（必须是整数），进而可知β衰变的次数。逐一判断可知ACD符合要求。
8.（2012年底19题）(1)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是 （ ）（填入正确选项前的字母。选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分）
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比
D．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
E．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
（2一静止的核经衰变成为核，释放出的总动能为4.27MeV。问此衰变后核的动能为多少MeV（保留1位有效数字）？
【解析】
9.（2011年第19题）（1）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_______和__________（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和_______。
A．X1→????????????? B．X2→
C．X3→???????????? D．X4→
【答案】【解答】（1）B、C ，78，82
二、全国高考最新真题
10.（2020年全国II卷）氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV= 1.6×10–13J，则M约为（ ）
A. 40 kg B. 100 kg C. 400 kg D. 1 000 kg
【答案】C
【解析】
【详解】氘核可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式
则平均每个氘核聚变释放的能量为
1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为
由可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量
11.（2020年江苏卷）“测温枪”（学名“红外线辐射测温仪”）具有响应快、非接触和操作方便等优点。它是根据黑体辐射规律设计出来的，能将接收到的人体热辐射转换成温度显示。若人体温度升高，则人体热辐射强度I及其极大值对应的波长的变化情况是（ ）
A. I增大，增大 B. I增大，减小 C. I减小，增大 D. I诚小，减小
【答案】B
【解析】
【详解】黑体辐射的实验规律如图
特点是，随着温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，所以人体热辐射的强度增大；随着温度的升高，辐射强度的峰值向波长较短的方向移动，所以减小。
故选B。
12.（2020年天津卷）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】D
【解析】
【详解】A．双缝干涉实验说明了光具有波动性，故A错误；
B．光电效应实验，说明了光具有粒子性，故B错误；
C．实验是有关电磁波的发射与接收，与原子核无关，故C错误；
D．卢瑟福的α粒子散射实验导致发现了原子具有核式结构，故D正确；
故选D。
13.（2020年北京卷）氢原子能级示意如图。现有大量氢原子处于能级上，下列说法正确的是（ ）
A. 这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B. 从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率低
C. 从能级跃迁到能级需吸收的能量
D. 能级的氢原子电离至少需要吸收的能量
【答案】C
【解析】
【详解】A．大量氢原子处于能级跃迁到最多可辐射出种不同频率的光子，故A错误；
B．根据能级图可知从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
从能级跃迁到能级辐射的光子能量为
比较可知从能级跃迁到能级比跃迁到能级辐射的光子频率高，故B错误；
C．根据能级图可知从能级跃迁到能级，需要吸收的能量为
故C正确；
D．根据能级图可知氢原子处于能级的能量为-1.51eV，故要使其电离至少需要吸收1.51eV的能量，故D错误；
故选C。
14.（2020年全国III卷）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：。X会衰变成原子核Y，衰变方程为，则（ ）
A. X的质量数与Y的质量数相等 B. X的电荷数比Y的电荷数少1
C. X的电荷数比的电荷数多2 D. X的质量数与的质量数相等
【答案】AC
【解析】
【详解】设和的质子数分别为和，质量数分别为和，则反应方程为
，
根据反应方程质子数和质量数守恒，解得
，
，
解得
， ， ，
AC．的质量数（）与的质量数（）相等，比的质量数多3，故A正确，D错误；
BC．X的电荷数（）比Y的电荷数（）多1，比的电荷数多2，故B错误，C正确；
故选AC。
15.（2020年浙江卷）太阳辐射的总功率约为，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为（c为真空中的光速）的氘核（）和一个质量为的氚核（）结合为一个质量为的氦核（），并放出一个X粒子，同时释放大约的能量。下列说法正确的是（ ）
A. X粒子是质子
B. X粒子的质量为
C. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为
D. 太阳每秒因为辐射损失的质量约为
【答案】BC
【解析】
【详解】A．由质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错误；
B．根据能量关系可知
解得，选项B正确；
C．太阳每秒放出的能量
损失的质量
选项C正确；
D．因为
则太阳每秒因为辐射损失的质量为
选项D错误。
故选BC。
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