专题11-波粒二象性、原子结构和原子核(选修3-5)-2017年高考题和高考模拟题物理分项版汇编(解析版)

1 2017 天津卷 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 2341 1120 HHHen 144171 7281 NHeOH C D 427301 213150 HeAlPn 2351144891 92056360 UnBaKr3 n 答案 A 考点定位 核反应的种类 名师点睛 本题的关键是知道核反应的分类 区别衰变和核反应 2 2017 新课标 卷 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 已知的质量为 2 013 6 u 的质量为 2231 1120 HHHen 2 1H 3 2He 3 015 0 u 的质量为 1 008 7 u 1 u 931 MeV c2 氘核聚变反应中释放的核能约为 1 0n A 3 7 MeV B 3 3 MeV C 2 7 MeV D 0 93 MeV 答案 B 解析 根据质能方程 释放的核能 则 2 mcE HHen 20 0035ummmm 故 B 正确 ACD 错误 22 0 0035u 931MeV 3 2585MeV3 3MeVEcc 考点定位 质能方程 名师点睛 本题考查质能方程 注意原子核的质量单位不是 kg 由质能方程求核能时要细 心 3 2017 江苏卷 原子核的比结合能曲线如图所示 根据该曲线 下列判断中正确的有 A 核的结合能约为 14 MeV 4 2He B 核比核更稳定 4 2He 6 3Li C 两个核结合成核时释放能量 2 1H 4 2He D 核中核子的平均结合能比核中的大 235 92U 89 36Kr 答案 BC 考点定位 比结合能 结合能 名师点睛 本题主要是要理解比结合能的含义 知道结合能与比结合能的区分与关系 以及 在核反应过程中由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量 4 2017 新课标 卷 在光电效应实验中 分别用频率为 a b的单色光 a b 照射到同 种金属上 测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub 光电子的最大初动能分别为 Eka和 Ekb h 为 普朗克常量 下列说法正确的是 A 若 a b 则一定有 Ua b 则一定有 Eka Ekb C 若 Ua Ub 则一定有 Eka b 则一定有 h a Eka h b Ekb 答案 BC 解析 由爱因斯坦光电效应方程 mk EhW 又由动能定理有 mk EeU 当 ab 时 kkab EE ab UU A 错误 B 正确 若 ab UU 则有 kkab EE C 正确 同种金属的逸出功不变 则 km WhE 不变 D 错误 考点定位 光电效应 名师点睛 本题主要考查光电效应 发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频 率 光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目 光电子的最大初动能和遏止电压由照射光 的频率和金属的逸出功决定 逸出功由金属本身决定 与光的频率无关 5 2017 北京卷 2017 年年初 我国研制的 大连光源 极紫外自由电子激光装 置 发出了波长在100 nm 1 nm 10 9 m 附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉 冲 大连光源因其光子的能量大 密度高 可在能源利用 光刻技术 雾霾治理等领域的研究 中发挥重要作用 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子 但又不会把分子打碎 据此判 断 能够电离一个分子的能量约为 取普朗克常量 h 6 6 10 34 J s 真空光速 c 3 108 m s A 10 21 J B 10 18 J C 10 15 J D 10 12 J 答案 B 考点定位 光子的能量 电离 名师点睛 根据题意可知光子的能量足以电离一个分子 因此该光子的能量应比该分子的电 离能大 同时又不能把分子打碎 因此两者能量具有相同的数量级 不能大太多 6 2017 新课标 卷 一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核 衰变方程为 下列说法正确的是 2382344 92902 UThHe A 衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B 衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C 铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D 衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 答案 B 解析 根据动量守恒定律可知 生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向 选项 B 正确 根据可知 衰变后钍核的动能小于粒子的动能 选项 A 错误 铀核的半衰期等于一 2 k 2 p E m 半数量的铀核衰变需要的时间 而放出一个粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间 故两 者不等 选项 C 错误 由于该反应放出能量 由质能方程可知 衰变后粒子与钍核的质量之和 小于衰变前铀核的质量 选项 D 错误 故选 B 考点定位 半衰期 动量守恒定律 质能方程 名师点睛 此题考查了原子核的反冲问题以及对半衰期的理解 对于有能量放出的核反应 质量数守恒 但是质量不守恒 知道动量和动能的关系 2 k 2 p E m 7 2017 江苏卷 质子 和 粒子 被加速到相同动能时 质子的动量 1 1H 4 2H 选填 大于 小于 或 等于 粒子的动量 质子和 粒子的德布罗意波波长之比为 答案 小于 2 1 考点定位 物质波 名师点睛 考查公式 动量与动能的关系以及物质的波的波长和公式 较容易 8 2017 北京卷 18 分 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 衰变 放射出的 粒子 4 2He 在与磁场垂直的平面内做圆周运动 其轨道半径为 R 以 m q 分别表示 粒子的质量和电荷量 1 放射性原子核用 X A Z 表示 新核的元素符号用 Y 表示 写出该 衰变的核反应方程 2 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为为 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 m 答案 1 44 22 XYHe AA ZZ 2 2 m qB 2 2 q B m 3 2 2 2 Mm qBR mMc 解析 1 根据核反应中质量数与电荷数守恒可知 该 衰变的核反应方程为 44 22 XYHe AA ZZ 2 设 粒子在磁场中做圆周运动的速度大小为 v 由洛伦兹力提供向心力有 2 v qvBm R 根据圆周运动的参量关系有 2 R T v 得 粒子在磁场中运动的周期 2 m T qB 根据电流强度定义式 可得环形电流大小为 2 2 qq B I Tm 3 由 2 v qvBm R 得 qBR v m 设衰变后新核 Y 的速度大小为 v 核反应前后系统动量守恒 有 Mv mv 0 可得 mvqBR v MM 根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有 222 11 22 mcMvmv 解得 2 2 2 Mm qBR m mMc 说明 若利用 4 4 A Mm 解答 亦可 考点定位 核反应方程 带电粒子在匀强磁场中的运动 动量守恒定律 爱因斯坦质能方 程 能量守恒定律 名师点睛 1 无论哪种核反应方程 都必须遵循质量数 电荷数守恒 2 衰变的生成物是两种带电荷量不同的 带电粒子 反应前后系统动量守恒 因此反应 后的两产物向相反方向运动 在匀强磁场中 受洛伦兹力作用将各自做匀速圆周运动 且两轨 迹圆相外切 应用洛伦兹力计算公式和向心力公式即可求解运动周期 根据电流强度的定义式 可求解电流大小 3 核反应中释放的核能应利用爱因斯坦质能方程求解 在结合动量守恒定律与能量守恒定 律即可解得质量亏损 1 2017 山西省晋城市高三二模 下列对原子核及其性质的描述正确的是 A 若使放射性物体的温度升高 其半衰期将减小 B 原子核发生一次衰变 该原子核外层就失去一个电子 C 比结合能越大 原子核越稳定 D 粒子散射实验说明原子核具有复杂结构 答案 C 解析 半衰期与外界环境无关 选项 A 错误 原子核发生一次衰变 生成的新核盒内增加 一个质子 减少一个中子 选项 B 错误 比结合能越大 原子核越稳定 选项 C 正确 放射 性现象的发现说明原子核具有复杂结构 选项 D 错误 故选 C 2 2017 日照市高三下学期二模 下列说法正确的是 A 氡的半衰期是 3 8 天 所以 10 个氡原子核经过 3 8 天一定还剩 5 个 B 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 C 核子凭借核力结合在一起构成原子核 D 温度越高 放射性元素衰变越快 答案 C 3 2017 广东省惠州市 4 月模拟 氢原子从能级 A 跃迁到能级 B 吸收频率 1的光子 从能级 A 跃迁到能级 C 释放频率 2的光子 若 2 1则当它从能级 C 跃迁到能级 B 将 A 吸收频率为 2 1的光子 B 吸收频率为 2 1的光子 C 放出频率为2 1的光子D 放出频率为 2 1 的光子 答案 A 解析 从能级 A 跃迁到能级 B 吸收频率 1的光子 AB 的能极差为 h1 且能级 B 的能量 高于能级 A 的能量 从能级 A 跃迁到能级 C 释放频率 2的光子 AC 的能极差为 h2 且能级 A 的能量高于能级 C 的能量 所以 C 的能级低于 B 的能级 两者的能级差为 h1 h2 所以从能 级 C 跃迁到能级 B 时 吸收光子 有 h3 h1 h2 所以3 1 2 故 A 正确 名师点睛 解决本题的关键知道能级差与光子频率的关系 Em En h 以及知道高能级向低能 级跃迁 释放光子 从低能级向高能级跃迁 吸收光子 4 2017 河南省南阳 信阳等六市高三第二次联考 下列说法正确的是 A 在光电效应中 光电子的最大初动能与入射光频率成正比 B 如果一个氢原子处于 n 3 的能级 它自发跃迁时最多能发出 3 种不同频率的光 C 放射性元素发生一次 衰变 原子序数增加 1 D 核电站是利用轻核的聚变发电的 答案 C 5 2017 安徽省江淮十校第三次联考 关于质量亏损和原子核的结合能以下说法正确的是 A 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子释放的能量 B 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合 能 C 核子结合成原子核时会出现质量亏损 亏损的质量转化为释放的能量 D 原子核的平均结合能越大 则原子核中核子的平均质量就越小 在核子结合成原子核时平 均每个核子的质量亏损就越小 答案 B 解析 根据结合能的定义可知 分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能 所 以从理论上来说 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 故 A 错误 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 该过程中要释放能量 所以衰变产物的结合能之和一 定大于原来重核的结合能 故 B 正确 核子结合成原子核时会出现质量亏损 质量亏损以能 量的形式释放出来 选项 C 错误 原子核的平均结合能越大 则原子核中核子的平均质量 原子核的质量除以核子数 就越小 平均每个核子的质量亏损就越多 D 错误 故选 B 点睛 本题考查了结合能的知识 知道当核子结合成原子核时有质量亏损 要释放一定能量 原子核的平均结合能越大 表示原子核的核子结合得越牢固 6 2017 四川省凉山州高三第三次诊断 关于原子核反应 下列描述正确的是 A 温度升高 放射性元素衰变的半衰期减小 B 放射性物质发生衰变所释放的电子来源于核外电子 238 92 C 经过 6 次衰变 4 次 衰变后变成 232 90 208 82 D 用中子轰击铀核 产生几个中等质量原子核的现象属于核聚变 答案 C 解析 A 放射性元素的半衰期不随温度 状态及化学变化而改变 是由原子核内部本身决 定的 A 错误 B 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 B 错误 C 发生 衰变是放出 42He 发生 衰变是放出电子0 1e 设发生了 x 次 衰变和 y 次 衰变 则根据质量数和电荷数守恒有 解得 故 4 208 232 衰变过程中共有 6 次 衰变和 4 次 衰变 C 正确 D 用中子轰击铀核 产生几个中等质 量原子核的现象属于核裂变 D 错误 故选 C 7 2017 郑州市第三次质量预测 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 下列说法符合历史事实的是 A 普朗克通过对光电效应实验的研究 确定了光的粒子性 B 汤姆孙通过阴极射线在电 磁场中偏转的实验 发现了原子内部存在电子 C 贝克勒尔通过对天然放射现象的研究 发现了原子中存在原子核 D 卢瑟福通过 a 粒子轰击氮核的实验 证实了在原子核内部存在中子 答案 B 8 2017 广东省揭阳市高三二模 下列说法中正确的是 A 粒子散射实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据 B 根据玻尔理论 氢原子辐射出一个光子后 氢原子的电势能增大 C 在光电效应的实验中 入射光的强度增大 光电子的最大初动能也增大 D 的半衰期是 5 天 12 g经过 15 天衰变后剩余的质量为 1 5 g 210 83 210 83 答案 AD 名师点睛 粒子散射实验提出卢瑟福建立原子核式结构模型 根据牛顿第二定律 由库仑 力提供向心力可知 辐射出一个光子后氢原子的电势能与核外电子的运动速度的变化 光电子 的最大初动能 根据半衰期的定义 即可求解 9 2017 山西省太原市高三二模 如图是氢原子的能级示意图 当氢原子从 n 4 的能级跃 迁到 n 3 的能级时 辐射出光子 a 从 n 3 的能级跃迁到 n 2 的能级时 辐射出光子 b 以下 判断正确的是 A 在真空中光子 a 的波长大于光子 b 的波长 B 光子 b 可使氢原子从基态跃迁到激发态 C 光子 a 可能使处于 n 4 能级的氢原子电离 D 大量处于 n 3 能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射 2 种不同谱线 答案 A 解析 氢原子从 n 4 的能级跃迁到 n 3 的能级的能极差小于从 n 3 的能级跃迁到 n 2 的能 级时的能极差 根据 Em En h 知 光子 a 的能量