2025年高三物理高考原子核专题模拟试题

2025年高三物理高考原子核专题模拟试题一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（）A.绝大多数α粒子发生大角度偏转，说明原子内部存在带正电的原子核B.少数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，说明原子内部存在较大空隙C.该实验直接证明了原子核由质子和中子组成D.实验中α粒子的偏转是由于受到原子核的库仑引力作用2.根据玻尔氢原子理论，下列说法正确的是（）A.氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射光子的能量与能级差无关B.氢原子处于n=3能级时的能量为E3=-13.6/3²eV=-1.51eVC.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时，辐射光子的波长为λ=hc/(E2-E1)，其中h为普朗克常量，c为光速D.氢原子吸收光子后，电子的轨道半径减小，动能增大3.2025年我国“烛龙一号”核电池研制成功，其能量来源于${}{6}^{14}\text{C}$的衰变。已知${}{6}^{14}\text{C}$的半衰期为5730年，下列说法正确的是（）A.${}{6}^{14}\text{C}$衰变的核反应方程为${}{6}^{14}\text{C}\to{}{7}^{14}\text{N}+{}{-1}^{0}\text{e}$，属于α衰变B.10个${}{6}^{14}\text{C}$原子核经过5730年后，一定剩余5个C.升高温度会加快${}{6}^{14}\text{C}$的衰变速率D.${}{6}^{14}\text{C}$的比结合能小于${}{7}^{14}\text{N}$的比结合能4.关于核反应方程，下列说法正确的是（）A.${}{92}^{235}\text{U}+{}{0}^{1}\text{n}\to{}{56}^{144}\text{Ba}+{}{36}^{89}\text{Kr}+3{}{0}^{1}\text{n}$是核聚变反应B.${}{1}^{2}\text{H}+{}{1}^{3}\text{H}\to{}{2}^{4}\text{He}+{}{0}^{1}\text{n}$中，X为质子，该反应释放能量C.${}{90}^{232}\text{Th}\to{}{91}^{232}\text{Pa}+{}{-1}^{0}\text{e}$的衰变过程中，电荷数和质量数均守恒D.${}{88}^{226}\text{Ra}\to{}{86}^{222}\text{Rn}+{}_{2}^{4}\text{He}$中，Ra核的质量等于Rn核与α粒子的质量之和5.中国“人造太阳”EAST装置实现1亿摄氏度等离子体运行，其内部发生的核反应方程为${}{1}^{2}\text{H}+{}{1}^{3}\text{H}\to{}_{2}^{4}\text{He}+\text{X}$。下列说法正确的是（）A.X为质子，该反应需要克服原子核间的库仑斥力B.${}{2}^{4}\text{He}$的比结合能小于${}{1}^{2}\text{H}$和${}_{1}^{3}\text{H}$的比结合能之和C.反应释放的能量来源于原子核的质量亏损，即$\DeltaE=\Deltam{c}^{2}$D.反应中产生的γ光子是由氢原子能级跃迁产生的6.某放射性元素${}{Z}^{A}\text{X}$发生β衰变，衰变方程为${}{Z}^{A}\text{X}\to{}{Z+1}^{A}\text{Y}+{}{-1}^{0}\text{e}+\nu$（ν为中微子）。已知X的半衰期为T，下列说法正确的是（）A.β衰变的实质是原子核内的中子转化为质子和电子B.中微子ν的电荷数为-1，质量数为0C.若有2gX，经过2T时间后，剩余X的质量为1gD.Y核的比结合能小于X核的比结合能7.关于比结合能，下列说法正确的是（）A.比结合能越大，原子核越不稳定B.轻核聚变和重核裂变都能释放能量，是因为生成物的比结合能大于反应物C.${}{2}^{4}\text{He}$的比结合能小于${}{92}^{235}\text{U}$的比结合能D.原子核的结合能等于核子结合成原子核时释放的能量，即$\DeltaE=\Deltam{c}^{2}$8.静止的${}{92}^{238}\text{U}$发生α衰变，生成钍核${}{90}^{234}\text{Th}$和α粒子。若α粒子的动能为${E}_{\alpha}$，忽略γ光子的能量，则下列说法正确的是（）A.核反应方程为${}{92}^{238}\text{U}\to{}{90}^{234}\text{Th}+{}{2}^{4}\text{He}$B.钍核的动能为${E}{\text{Th}}=\frac{234}{4}{E}{\alpha}$C.衰变过程中质量亏损为$\Deltam=\frac{{E}{\alpha}+{E}{\text{Th}}}{{c}^{2}}$D.若在匀强磁场中，α粒子和钍核的运动轨迹半径之比为${r}{\alpha}:{r}_{\text{Th}}=4:234$9.2025年全球首座商用钍基熔盐堆开工建设，其中${}{90}^{232}\text{Th}$转化为易裂变核${}{92}^{233}\text{U}$的过程涉及多次衰变。已知${}{90}^{232}\text{Th}\to{}{91}^{232}\text{Pa}+{}{-1}^{0}\text{e}$，${}{91}^{232}\text{Pa}\to{}{92}^{232}\text{U}+{}{-1}^{0}\text{e}$，下列说法正确的是（）A.${}{90}^{232}\text{Th}$和${}{92}^{232}\text{U}$互为同位素B.${}{91}^{232}\text{Pa}$的衰变过程中释放能量，核子平均质量减小C.加压可以缩短${}{90}^{232}\text{Th}$的半衰期D.${}{92}^{232}\text{U}$的中子数比${}{90}^{232}\text{Th}$少2个10.用如图所示的静电除尘装置模拟α粒子散射实验，金属线B接高压电源负极，金属圆筒A接正极。已知筒内距离轴线r处的电场强度$E=\frac{2k\lambda}{r}$（k为静电力常量，λ为B的线电荷密度），下列说法正确的是（）A.带负电的尘埃在电场中向A极运动，电势能增大B.若尘埃电荷量为q，从B附近运动到A极的过程中，电场力做功$W=qU$（U为A、B间电压）C.若尘埃在筒内做匀速圆周运动，其向心力由电场力提供，轨道半径r越大，线速度v越大D.该装置中，B极附近的电场强度大于A极附近，因此尘埃更容易在A极附近被电离二、多选题（本题共5小题，每小题5分，共25分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分）11.关于原子结构和原子核，下列说法正确的是（）A.卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型B.氢原子光谱的巴耳末系对应电子从n>2的能级跃迁到n=2的能级C.β衰变中释放的电子来源于原子核外的内层电子D.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关12.2025年我国“人造太阳”EAST实现1亿摄氏度1000秒运行，其核反应方程为${}{1}^{2}\text{H}+{}{1}^{3}\text{H}\to{}{2}^{4}\text{He}+{}{0}^{1}\text{n}+\gamma$。下列说法正确的是（）A.该反应为核聚变，需要高温高压条件克服库仑斥力B.反应中释放的能量等于${}{2}^{4}\text{He}$和${}{0}^{1}\text{n}$的动能之和C.γ光子的能量来源于原子核的质量亏损D.${}{1}^{2}\text{H}$和${}{1}^{3}\text{H}$的比结合能之和小于${}_{2}^{4}\text{He}$的比结合能13.静止的${}{94}^{239}\text{Pu}$衰变为${}{92}^{235}\text{U}$和α粒子，释放能量并产生γ光子。已知${}{94}^{239}\text{Pu}$、${}{92}^{235}\text{U}$和α粒子的质量分别为${m}{\text{Pu}}$、${m}{\text{U}}$、${m}_{\alpha}$，光速为c，下列说法正确的是（）A.衰变方程为${}{94}^{239}\text{Pu}\to{}{92}^{235}\text{U}+{}{2}^{4}\text{He}+\gamma$B.衰变过程中动量守恒，${m}{\alpha}{v}{\alpha}={m}{\text{U}}{v}{\text{U}}$C.释放的核能为$\DeltaE=({m}{\text{Pu}}-{m}{\text{U}}-{m}{\alpha}){c}^{2}$D.α粒子和${}{92}^{235}\text{U}$的动能之比为${E}{\alpha}:{E}_{\text{U}}=235:4$14.关于放射性同位素的应用，下列说法正确的是（）A.利用${}{53}^{131}\text{I}$治疗甲状腺疾病，是因为其衰变释放的β射线能破坏病变细胞B.考古中通过测定${}{6}^{14}\text{C}$的含量来推断文物年代，利用了其半衰期稳定的特点C.核电池利用放射性同位素衰变释放的能量转化为电能，如${}{94}^{239}\text{Pu}$的衰变D.烟雾报警器中${}{95}^{241}\text{Am}$释放的α射线使空气电离，烟雾进入后电流增大触发报警15.某放射性元素X的衰变过程为$X\toY\toZ$，其中Y为不稳定的中间产物，半衰期为${T}{Y}$，Z为稳定核。已知t=0时，X、Y、Z的原子核数分别为${N}{X0}$、0、0，下列说法正确的是（）A.若X的半衰期极长，经过时间t后，Y的原子核数${N}{Y}\approx{N}{X0}(1-{e}^{-\lambdat})$（λ为Y的衰变常数）B.Y的衰变常数$\lambda=\frac{\ln2}{{T}{Y}}$C.经过时间${T}{Y}$，Y的原子核数达到最大值D.最终Z的原子核数等于${N}_{X0}$三、非选择题（本题共5小题，共60分）16.（10分）氢原子能级图如图所示，已知氢原子基态能量${E}_{1}=-13.6\text{eV}$，普朗克常量$h=6.63\times{10}^{-34}\text{J}\cdot\text{s}$，光速$c=3\times{10}^{8}\text{m/s}$。（1）求氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时，辐射光子的频率和波长；（2）若用能量为2.5eV的光子照射处于n=2能级的氢原子，能否使其跃迁到n=3能级？说明理由。17.（12分）静止的${}{88}^{226}\text{Ra}$发生α衰变，生成氡核${}{86}^{222}\text{Rn}$和α粒子，释放的能量全部转化为氡核和α粒子的动能。已知${}{88}^{226}\text{Ra}$、${}{86}^{222}\text{Rn}$和α粒子的质量分别为${m}{\text{Ra}}=226.0254\text{u}$，${m}{\text{Rn}}=222.0175\text{u}$，${m}_{\alpha}=4.0026\text{u}$，1u相当于931.5MeV的能量。（1）写出核反应方程；（2）求α粒子的动能（结果保留两位有效数字）。18.（12分）在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的铀核${}{92}^{238}\text{U}$发生α衰变，α粒子和钍核${}{90}^{234}\text{Th}$均在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。已知α粒子的轨道半径为rα，电荷量为qα=2e，质量为mα=4u。（1）求钍核的轨道半径rTh；（2）若α粒子的动能为Eα，求衰变过程中的质量亏损Δm。19.（14分）2025年“嫦娥六号”携带核电池登月，其核电池采用${}{94}^{239}\text{Pu}$衰变供电，衰变方程为${}{94}^{239}\text{Pu}\to{}{92}^{235}\text{U}+{}{2}^{4}\text{He}+\gamma$。已知${}_{94}^{239}\text{Pu}$的半衰期为87.7年，核电池初始功率为P0=10W，假设衰变释放的能量全部转化为电能，且每次衰变释放的能量为E0=5.5MeV。（1）求核电池初始时每秒衰变的${}_{94}^{239}\te