2019年高考物理原子物理专题AB卷及解析

单元训练金卷·高三·物理(A)卷原子物理注意事项：1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。

2．选择题的作答：每小题选出答案后，用2B铅笔把答题卡上对应题目的答案标号涂黑，写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

3．非选择题的作答：用签字笔直接答在答题卡上对应的答题区域内。

写在试题卷、草稿纸和答题卡上的非答题区域均无效。

4．考试结束后，请将本试题卷和答题卡一并上交。

一、选择题：本题共10小题，每小题5分。

在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求。

全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。

1．关于天然放射性，下列说法不正确的是()A．所有元素都有可能发生衰变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【答案】A【解析】选A.自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；α、β和γ三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D正确．2．由于放射性元素23793Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知23793Np经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi，下列选项中正确的是()A.20983Bi的原子核比23793Np的原子核少28个中子B.23793Np经过衰变变成20983Bi，衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D.23793Np的半衰期等于任一个23793Np原子核发生衰变的时间【答案】C【解析】选C.20983Bi的中子数为209－83＝126，23793Np的中子数为237－93＝144，20983Bi的原第 1 页共13 页子核比237 93Np 的原子核少18个中子，A 错误；237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi ，可以同时放出α粒子和γ粒子或者β粒子和γ粒子，不能同时放出三种粒子，B 错误；衰变过程中发生α衰变的次数为237－2094＝7次，β衰变的次数为2×7－(93－83)＝4(次)，C 正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，选项D 错误．3．在卢瑟福α粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看做静止不动，下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()【答案】C【解析】选C .α粒子与原子核相互排斥，A 、D 错误；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，B 错误，C 正确．4．(2015·高考北京卷)下列核反应方程中，属于α衰变的是( )A .14 7N ＋42He →17 8O ＋11HB ．238 92U →234 90Th ＋42He C .21H ＋31H →42He ＋10nD ．234 90Th →234 91Pa ＋0－1e【答案】B【解析】选B .α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项B 正确． 5．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A ．1036kgB ．1018 kgC ．1013 kgD ．109 kg【答案】D【解析】选D .由爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2知：Δm ＝ΔE c 2＝4×1026（3×108）2 kg ≈4×109kg ，选项D 正确．6．(2015·高考福建卷)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 .210 83Bi 的半衰期是5天，100克210 83Bi 经过10天后还剩下50克【答案】B 【解析】选B .β射线是高速电子流，而γ射线是一种光子流，选项A 错误．氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B 正确．太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选第 3 页 共 13 页项C 错误.10天为两个半衰期，剩余的210 83Bi 为100×⎝⎛⎭⎫12tτ g ＝100×⎝⎛⎭⎫122 g ＝25 g ，选项D 错误．7．(2018·湖北黄冈模拟)下列说法中正确的是( ) A ．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构B .232 90Th 衰变成20882Pb 要经过6次α衰变和4次β衰变C ．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D ．升高放射性物质的温度，不可缩短其半衰期 【答案】BD【解析】选BD .卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原子核有复杂的结构，A 错误；据α衰变、β衰变的实质可知232 90Th →208 82Pb ＋n 42He ＋m－1e ，得n ＝6，m ＝4，故B 正确；β衰变中β射线是由原子核中的中子转变形成的，C 错误；放射性物质的半衰期只由其本身决定，与外界环境无关，D 正确．8．(2015·高考山东卷)14C 发生放射性衰变成为14N ，半衰期约5 700年．已知植物存活期间，其体内14C 与12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减小．现通过测量得知，某古木样品中14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一．下列说法正确的是( )A ．该古木的年代距今约5 700年B ．12C 、13C 、14C 具有相同的中子数 C ．14C 衰变为14N 的过程中放出β射线D ．增加样品测量环境的压强将加速14C 的衰变 【答案】AC【解析】选AC .古木样品中14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5 700年，选项A 正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C 的衰变方程为14 6C →14 7N ＋0－1e ，所以此衰变过程放出β射线，选项C 正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D 错误．9．(2018·山西模拟)核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X 是某种粒子，a 是X 粒子的个数，用m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 核的质量，m X 表示X 粒子的质量，c 为真空中的光速，以下说法正确的是( )A ．X 为中子，a ＝2B ．X 为中子，a ＝3C ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m X )c 2D ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －3m X )c 2 【答案】BC【解析】选BC .核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知235 92U ＋10n →141 56Ba ＋9236Kr ＋a X 中X为10n ，a ＝3，则A 错误，B 正确；由ΔE ＝Δmc 2可得：ΔE ＝(m U ＋m X －m Ba －m Kr －3m X )c 2＝(m U－m Ba －m Kr －2m X )c 2，则C 正确，D 错误．10．人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()A ．由图可知，原子核D 和E 聚变成原子核F 时会有质量亏损，要吸收能量B ．由图可知，原子核A 裂变成原子核B 和C 时会有质量亏损，要放出核能C ．已知原子核A 裂变成原子核B 和C 时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，若增加γ射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大D ．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度 【答案】BD【解析】选BD .原子核D 、E 聚变成原子核F ，放出能量，A 错误；A 裂变成B 、C ，放出能量，B 正确；增加入射光强度，光电子的最大初动能不变，C 错误；镉棒能吸收中子，可控制核反应速度，D 正确．二、非选择题：本大题共4小题，共60分。

按题目要求作答。

解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。

有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。

11．(2016·高考江苏卷)(1)贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是________．A .14 6C →14 7N ＋0－1eB .235 92U ＋10n →139 53I ＋9539Y ＋210nC .21H ＋31H →42He ＋10nD .42He ＋2713Al →3015P ＋10n(2)已知光速为c ，普朗克常量为h ，则频率为ν的光子的动量为________．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为________．【答案】(1)A (2)hνc 2hνc【解析】(1)A 是β衰变，B 是核裂变，C 是核聚变，D 是原子核的人工转变，所以A 符合题意．(2)光子的动量p ＝E c ＝hνc ，垂直反射回去Δp ＝hνc －⎝⎛⎭⎫－hνc ＝2hνc.第 5 页 共 13 页12．如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A 、K 是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为ν0.现将频率为ν(大于ν0)的光照射在阴极上，则：(1)________是阴极，阴极材料的逸出功等于________．(2)加在A 、K 间的正向电压为U 时，到达阴极的光电子的最大动能为____________，将A 、K 间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是________________．(3)为了阻止光电子到达阳极，在A 、K 间应加 U 反＝________的反向电压． (4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是________． A ．照射光频率不变，增加光强 B ．照射光强度不变，增加光的频率 C ．增加A 、K 电极间的电压 D ．减小A 、K 电极间的电压【答案】(1)K hν0 (2)hν－hν0＋eU 逐渐增大，直至保持不变 (3)hν－hν0e (4)A【解析】(1)被光照射的金属将有光电子逸出，故K 是阴极，逸出功与极限频率的关系为W 0＝hν0.(2)根据光电效应方程可知，逸出的光电子的最大初动能为hν－hν0，经过电场加速获得的能量为eU ，所以到达阳极的光电子的最大动能为hν－hν0＋eU ，随着电压增加，单位时间内到达阳极的光电子数量将逐渐增多，但当从阴极逸出的所有光电子都到达阳极时，再增大电压，也不可能使单位时间内到达阳极的光电子数量增多．所以，电流表的示数先是逐渐增大，直到保持不变．(3)从阴极逸出的光电子在到达阳极的过程中将被减速，被电场消耗的动能为eU 反，如果hν－hν0＝eU 反，就将没有光电子能够到达阳极，所以U 反＝hν－hν0e.(4)要增加单位时间内从阴极逸出的光电子的数量，就需要增加照射光单位时间内入射光子的个数，所以只有A 正确．13．为确定爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2的正确性，设计了如下实验：用动能为E 1＝0.60 MeV 的质子轰击静止的锂核73Li ，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E 2＝19.9 MeV ，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取m p ＝1.007 3 u 、m α＝4.001 5 u 、m Li ＝7.016 0 u ，求：(1)写出核反应方程．(2)通过计算说明ΔE ＝Δmc 2正确．(1 u 相当于931.5 MeV)【答案】(1)73Li ＋11H →242He (2)见解析【解析】(1)核反应方程为：73Li＋11H→242He.(2)核反应的质量亏损：Δm＝m Li＋m p－2mα＝7.016 0 u＋1.007 3 u－2×4.001 5 u＝0.020 3 u，由质能方程可得与质量亏损相当的能量：ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931.5 MeV＝18.9 MeV，而系统增加的能量：ΔE′＝E2－E1＝19.3 MeV，这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以ΔE＝Δmc2正确．14.一个静止的氡核22286Rn放出一个α粒子后衰变为钋核21884Po，同时放出能量为E＝0.09 MeV 的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量．已知M氡＝222.086 63 u、mα＝4.002 6 u、M钋＝218.076 6 u，1 u相当于931.5 MeV的能量．(1)写出上述核反应方程；(2)求出发生上述核反应放出的能量；(3)确定钋核与α粒子的动能．【答案】(1)22286Rn→21884Po＋42He＋γ(2)6.92 MeV(3)0.12 MeV6.71 MeV【解析】(1)22286Rn→21884Po＋42He＋γ.(2)质量亏损Δm＝222.086 63 u－4.002 6 u－218.076 6 u＝0.007 43 uΔE＝Δmc2＝0.007 43×931.5 MeV＝6.92 MeV.(3)设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k钋，动量分别为pα、p钋，由能量守恒定律得：ΔE＝E kα＋E k钋＋E不计光子的动量，由动量守恒定律得：0＝pα＋p钋又E k＝p22m，故E kα∶E k钋＝218∶4联立解得E k钋＝0.12 MeV，E kα＝6.71 MeV.单元训练金卷·高三·物理(B)卷原子物理注意事项：1．答题前，先将自己的姓名、准考证号填写在试题卷和答题卡上，并将准考证号条形码粘贴在答题卡上的指定位置。