【十高考】高考物理试题分类解析专题原子物理

十年高考(2003—2012）物理试题分类解析专题28原子物理一．2012年高考题1（2012·福建理综）关于近代物理，下列说法正确的是________。（填选项前的字母）A．α射线是高速运动的氦原子B．.核聚变反应方程2H+3H→4He+1n，1n示质子11200C．.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D．.玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氦原子光谱的特征【答案】：D【解析】：α射线是高速运动的氦原子核，选项A错误；核聚变反应方程2H+3H→4He+1n，11201n表示中子，选项B错误；从金属表面逸出的光电子的最大初动能随照射光的频率的增大0而增大，但不是成正比，选项C错误；玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氦原子光谱的特征，选项D正确。2．（2012·上海物理）在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，其检测装置由放射源、探测器等构成，如图所示。该装置中探测器接收到的是（）（A）x射线（B）α射线（C）β射线（D）γ射线【答案】：【解析】：．在轧制钢板时需要动态地监测钢板厚度，该装置中探测器接收到的是γ射线，选项D正确。【考点定位】此题考查放射线的穿透能力。3.（2012·广东理综物理）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有32A.H+H→4He+1n是核聚变反应120B.3H+2H→4He+1n是β衰变1120C.235U+1n→144Ba+89Kr+31n是核裂变反应92056360D．235U+1n→140Xe+94Sr+21n是α衰变920543803【答案】：AC【解析】：3H+2H→4He+1n是核聚变反应，235U+1n→144Ba+89Kr+31n是核裂变反应，112092056360235U+1n→140Xe+94Sr+21n是核裂变反应，选项AC正确。92054380【考点定位】此题考查核反应方程的类型分析及其相关知识。4.(201·天津理综)下列说法正确的是A．采用物理和化学可以有效改变放射性元素的半衰期B．由波尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C．从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D．原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量解和知道。5．（2012·上海物理）某种元素具有多种同位素，反映这些同位素的质量数A与中子数N关系的是图（）【答案】：B【解析】：同位素的质量数A越大，中子数N越大，当质量数为1时，中子数为零，选项B正确。【考点定位】此题考查同位素的质量数A与中子数N关系。6.（2012·全国理综）235U经过m次α衰变和n次β衰变207Pb,则9282A.m=7，n=3，B.m=7n=4C.m=14，n=9D.m=14，n=186.【答案】：B【解析】：经过α衰变次数为(235-207)÷4=7，经过β衰变次数为4次，选项B正确。【考点定位】此题考查原子核衰变次数的计算。7．（2012·重庆理综）以下是物理学史上3个著名的核反应方程x+7Li→2y，y+14N→x+17O，y+9Be→z+12C。37846x、y和z是3种不同的粒子，其中z是A．α粒子．质子B．中子C．电子D7.【答案】：C【解析】：x是质子，y是α粒子，z是中子，选项C正确。【考点定位】考查核反应方程及其相关知识。8（2012·江苏物理）一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为_____________.该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为_____________.【答案】1n+1H→2HQ/2011【解析】一个中子与氢原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为1n+1H→2H。该011反应放出的能量为Q，由两个核子，则氘核的比结合能为Q/2。【考点定位】此题考查核反应、比结合能及其相关知识。9（6分）（2012·新课标理综）氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方234234程为：H+H→He+x，式中x是某种粒子。已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.0141u、1121123.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，粒子x是__________，该反应释放出的能量为_________（结果保留MeV3位有效数字）.答案：中子17.6解析：由核反应满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，粒子x是中子。由质能方程可得△E=△mc2=△m×931.5MeV/c2=17.6。MeV【考点定位】此题考查核反应方程、核能计算等。10．（2012·上海物理）60Co发生一次β衰变后变为Ni核，其衰变方程为______________；27在该衰变过程中还发出频率为ν、ν的两个光子，其总能量为_____________________。1211（2012·海南物理）一静止的238U核经α衰变成为234Th核，释放出的总动能为4.27MeV。9290问此衰变后234Th核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)？90m4=m234Th式中E=4.27MeV，是α粒子和234Th核的总动能。k901m联立解得：mv2=E。2ThThm+mkTh1代入数据得，衰变后234Th核的动能为mv2=0.07。MeV902ThTh【考点定位】此题考查动量守恒定律、衰变及其相关知识。二．2011年高考题1．（2011·上海物理）卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是答案：D解析：卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正对原子核的粒子被反弹，越靠近原子核的偏转角越大，所以正确反映实验结果的示意图是D。2.（2011·浙江理综）关于天然放射现象，下列说法正确的是A.α射线是由氦原子核衰变产生B.β射线是由原子核外电子电离产生C.γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.通过化学反应不能改变物质的放射性3.（2011·重庆理综）核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。.碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线。下列说法正确的是A.碘131释放的射线由氦核组成B.铯137衰变时辐射出的光子能量小于可见光光子能量C.与铯137相比，碘131衰变更慢。D.与铯133和铯137含有相同的质子数答案：.D解析：碘131释放的射线由电子组成，选项A错误；铯137衰变时辐射出的光子能量大于可见光光子能量，选项B错误；与铯137相比，碘131衰变更快，选项C错误；与铯133和铯137含有相同的质子数，互为同位素，选项D正确。4．（2011·上海物理）天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知(A)②来自于原子核外的电子(B)①的电离作用最强，是一种电磁波(C)③的电离作用较强，是一种电磁波(D)③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子5．（2011·上海物理）在存放放射性元素时，若把放射性元素①置于大量水中；②密封于铅盒中；③与轻核元素结合成化合物．则(A)措施①可减缓放射性元素衰变(B)措施②可减缓放射性元素衰变(C)措施③可减缓放射性元素衰变(D)上述措施均无法减缓放射性元素衰变答案：D解析：放射性元素衰变是原子核内发生的反应，任何物理化学方法均无法减缓放射性元素衰变，选项D正确。6（2011山东理综卷）碘131核不稳定，会发生β衰变，其半衰变期为8天。碘131核的衰变方程：131I→________（衰变后的元素用X表示）。53经过________天有75%的碘131核发生了衰变。答案：(1)①131I→131X+0e②165354-1解析：根据核反应遵循的规律，可得碘131核的衰变方程：131I→131X+0e。有75%的碘1315354-1核发生了衰变，说明经过了两个半衰期，即经过16天有75%的碘131核发生了衰变。7（2011江苏物理）有些核反应过程是吸收能量的。例如在X14N17O1H中，核反781应吸收的能量Q[(mm)(mm)]c2，在该核反应中，X表示什么粒子？X粒子以0HXN动能E轰击静止的14N，若E=Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由。K7K8（4分）（2011·海南物理卷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.X→137Ba+1nB.X→131Xe+0eC.X→137Ba+0eD.X→131Xe+1p1560254-1356-14541【答案】BC解析：78由质量数和核电荷数守恒可以得出能反映82131I衰变过程的是方程B，131I原子核中的中子数是131-53=78；能反映137Cs衰变过程的是方程C，137Cs原子核中的中子数是137-55=82.9（2011天津理综卷）回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。（1）当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作为示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。若碳11的半衰期τ为20min，经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几？（结果取2位有效数字）（2）回旋加速器的原理如图，D和D是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压12一定、频率为f的交流电源上。位于D圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之1间被电场加速，D、D置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。若质子束从回旋加12速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、f的关系式（忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速）（3）试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差△r是增大、减小还是不变？【解析】（1）核反应方程为14N1H11C4He①7162设碳11原有质量为m，经过t=2.0h剩余的质量为m，根据半衰期定义有01rt1201m12120r1.6%②m220（2）设质子质量为m，电荷量为q，质子离开加速器时速度大小为v，由牛顿第二定律知v2qvBm③R质子运动的回旋周期为2R2mT④vqB由回旋加速器工作原理可知，交流电源的频率与质子回旋频率相同，由周期T与频率f的关系得1f⑤T设在t时间内离开加速器的质子数为N，则质子束从回旋加速器输出时的平均功率1Nmv22P⑥tNq输出时质子的等效电流I⑦tP由上述各式得I⑧BR2f若以单个质子为研究对象解答过程正确的同样得分。（3）方法一q2B22qU(r2r2)2mk1k4mU整理得r⑩kqB2(rr)k1k4mU因U、q、m、B均为定值，令C,由上式得qB2Crkrrkk1相邻轨道半径r、r之差k1k2rrrk1k2k1同理Crk1rrk1k2因为rr，比较r、r得k2kkk1r<r1○1k1k说明随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差△r减小。方法二：设k(kN*)为同一盒中质子运动轨道半径的序数，相邻的轨道半径分别为r、k大小为(2k1)2qUv○14km同理，质子第(k1)次进入D时，速度大小为2(2k1)2qUvk1m综合上述各式得r2k1kr2k1k1整理得r22k1kr22k1k1r2r22k1kr22k1k12r2rk1k(2k1)(rr)kk1同理，对于相邻轨道半径r、r，rrr，整理后有k1k2k1k2k12r2rk1k1(2k1)(rr)k1k2【点评】此题以医学影像诊断设备PET/CT切入，综合考查相关知识，难度较大。三．2010年高考题1．（2010上海物理）卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的基础是A．α粒子的散射实验．对阴极射线的研究BC．天然放射性现象的发现．质子的发现D【解析】卢瑟福提出了原子的核式结构模型建立的基础是α粒子的散射实验，选项A正确；汤姆孙发现电子的基础是对阴极射线的研究，选项B错误；贝克勒尔发现天然放射性现象，说明原子核具有复杂的结构，选项C错误；卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现质子，选项D错误。【答案】A【点评】此题考查物理学史上的重要实验及其对应的重大发现。2.(2010四川理综)下列说法正确的是．Aα粒子大角度散射表明α粒子很难进入原子内部B．氢原子跃迁发出的光从空气射入水时可能发生全反射C．裂变反应有质量亏损，质量数不守恒D．γ射线是一种波长很短的电磁波【解析】：α粒子大角度散射表明α粒子在穿过金箔时受到了很大的库仑斥力，说明原子中有一个带正电的核，选项A错误；任何光从空气射入水时都不可能发生全反射，选项B错误；裂变反应有质量亏损，但质量数守恒，选项D错误；γ射线是一种波长很短频率很高的电磁波，选项D正确。【答案】D【点评】此题综合考查α粒子大角度散射实验、全反射、裂变反应、γ射线的本质等。3．（2010天津理综）下列关于原子和原子核的说法正确的是．Aβ衰变现象说明电子是原子核的组成部分B.玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短CD.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固【解析】：β衰变释放的电子是原子核内的中子转化为质子和电子，原子核内没有电子，选项A错误；玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化，选项B正确；放射性元素的半衰期是原子核本身属性，与所处的物理化学状态无关，选项C错误；比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，选项D错误。【答案】B【点评】此题考查波尔理论、β衰变、半衰期和比结合能等知识点。4．（2010全国理综1）原子核238U经放射性衰变①变为原子核234Th，继而经放射性衰变9290②变为原子核234Pa，再经放射性衰变③变为原子核234U。放射性衰变①、②和③依次为9192A．α衰变、β衰变和β衰变．βB衰变、α衰变和β衰变C．β衰变、β衰变和α衰变．αD衰变、β衰变和α衰变【解析】原子核238U经放射性衰变①变为原子核234Th，质量数减少4，电荷数减少2，9290说明①为α衰变；234Th经放射性衰变②变为原子核234Pa，质子数增加1，质量数不变，9091说明②为β衰变；234Pa经放射性衰变③变为原子核234U,质子数增加1，质量数不变，说9192明③为β衰变，所以选项A正确。【答案】A【点评】考查原子核的衰变规律。5（2010福建理综）14C测年法是利用14C衰变规律对古生物进行年代测定的方法。若以横坐标t表示时间，纵坐标m表示任意时刻14C的质量，m为t＝0时14C的质量。下面四幅图中0能正确反映14C衰变规律的是。（填选项前的字母）【解析】：根据放射性元素的衰变规律，衰变规律图象是一向下凹的曲线，能正确反映14C衰变规律的是图C。【答案】C【点评】考查反映衰变规律的m—t图象。6.（2010上海物理）某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为A．11.4天．7.6天B．5.天C7．3.8天D【解析】有7/8的原子核发生了衰变，即剩余1/8，根据放射性元素的衰变规律，经过3个半衰期剩余1/8，所以半衰期T=11.4/3天=3.8天，选项D正确。【答案】D【点评】考查原子核半衰期的计算。7（2010广东理综）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有A.238U→234Th+4He是α衰变92902B.14N+4He→17O+1H是β衰变7281C.2H+3H→4He+1n是轻核聚变1120D.82Se→82Kr+4He+20e是重核裂变343621【解析】：核反应238U→234Th+4He发出了α粒子，是α衰变，选项A正确；14N+4He9290272→17O+1H是α粒子轰击氮核产生质子的反应，属于原子核的人工转变，选项B错误；2H+3H8111→4He+1n是氘氚聚合成氦核的聚变反应，选项C正确；82Se→82Kr+4He+20e是82Se释2034362134放出氦核和电子的衰变反应，选项D错误。【答案】AC【点评】此题考查对核衰变和核反应的类型判断，要根据各种核反应的特征进行判断。8．（2010北京理综）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4×1026J，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.1018kgC.1013kgD.109kgE41026【解析】：根据爱因斯坦的质能方程，太阳每秒钟减少的质量△m==kg=4.4c291016×109kg，选项D正确。【答案】D【点评】凡是释放能量的核反应，其核反应后的总质量必然小于反应前的总质量。四．2009年高考题1.（2009·安徽理综）原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。这几种反应的总效果可以表示为62Hk4Hed1H21n43.15MeV1210由平衡条件可知A.k=1,d=4B.k=2,d=2C.k=1,d=6D.k=2,d=32（2009·北京理综）下列现象中，与原子核内部变化有关的是A．粒子散射现象．天然放射现象BC．光电效应现象．原子发光现象D答案：B解析：天然放射现象与原子核内部变化有关，选项B正确。3（2009广东物理）科学家发现在月球上含有丰富的3He（氦3）。它是一种高效、清洁、2安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为3He3He21H4He。关2212于3He聚变下列表述正确的是2A．聚变反应不会释放能量聚变反应B.产生了新的原子核C．聚变反应没有质量亏损目前核D.电站都采用3He聚变反应发电2（42009·海南物理）钚的放射性同位素239Pu静止时衰变为铀核激发态235U和粒子，9492而铀核激发态235U立即衰变为铀核235U，并放出能量为0.097MeV的光子。已知：9292239Pu、235U和粒子的质量分别为m239.0521u、m235.0439u和9492Puum4.0026u1u931.5MeV/c2（1）写出衰变方程；（2）已知衰变放出的光子的动量可忽略，求粒子的动能。解析：（1）衰变方程为239Pu235U*9492235U*235U9292或合起来有239Pu235U9492（2）上述衰变过程的质量亏损为mmmmPuU放出的能量为Ec2m这能来那个是轴核235U的动能E、粒子的动能E和y光子的能量E之和92UayEEEEUy五．2008年高考题1（2008·北京理综）一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m、m、m,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法123正确的是（）A.核反应方程是1H+1n→3H+γ101B.聚变反应中的质量亏损mm+m-m123C.辐射出的γ光子的能量E=(m-m-m)c312hD.γ光子的波长(mmm)c2123【点评】综合考查核反应、核能计算、光子能量等。2（2008·海南物理）某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中12C的含量推断出6了该生物死亡的年代．已知此骸骨中14C的含量为活着的生物体中14C的1/4，14C的666半衰期为5730年．该生物死亡时距今约年．答案：11460解析：此骸骨中14C的含量为活着的生物体中14C的1/4，经过了两个半衰期，66该生物死亡时距今约2×5730年=11460年．六．2007年高考题1．（2007·四川理综）关于天然放射现象，下列说法正确的是．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期A．放射性物质放出的射线中，Bα粒子动能很大．因此贯穿物质的本领很强．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生Cβ哀变D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出γ射线七．2006年高考题A1（2006·全国理综1）某原子核ZX吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子。由此可知A.A=7，Z＝3B.A=7，Z＝4C.A=8，Z＝3D.A=8，Z＝4答案：A解析：根据核反应遵循的规律，A=7，Z＝3，选项A正确。2352（2006·天津理综）一个92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为235194192U＋0n→X＋38Sr＋20n，则下列叙述正确的是A原子核中含有X86个中子B原子核中含有X141个核子C因为裂变时释放能量，根据E＝2mc2，所以裂变后的总质量数增加D因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少3．（2006全国理综2）现有三个核反应①24Na24H0e11121②235U1n141Ba92Kr31n92056360③2H3H4He1n1120下列说法正确的是A．①是裂变②是β衰变③聚变B．①是聚变②是裂变③是β衰变C．①是β衰变②是裂变③聚变D．①是β衰变②是聚变③是裂变答案：C解析：①是β衰变②是裂变③聚变，选项C正确。4．（2006·四川理综）某核反应方程为2H+3H→4He+X。已知2H的质量为2.0136u，3H11211的质量为3.0180u，4He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u。则下列说法中正确的是2A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量答案：B解析：根据核反应遵循规律，X是中子，该反应是聚变反应，释放能量，选项B正确。八．2005年高考题1.（2005·北京理综）为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中不正确的是A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE＝Δmc2可计算核反应的能量C.一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能答案：D解析：.E=mc2中的E是质量为m的物体对应的能量，不是发生核反应中释放的核能，说法中不正确的是D。2．（2005·江苏物理）下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是(A)9Be4He12CX14N4He(B)17OX426728(C)204Hg1n202Pt21HX239U(D)239NpX8007819293答案A解析：根据核反应遵循规律可知9Be4He12CX中“X”表示中子，选项A426正确。九．2004年高考题1（2004全国理综1）本题中用大写字母代表原子核。E经α衰变成为F，再经β衰变成为G，再经α衰变成为H。上述系列衰变可记为下式：EFGH另一系列衰变如下：PQRS已知P是F的同位素，则A．Q是G的同位素，R是H的同位素B．R是E的同位素，S是F的同位素C．R是G的同位素，S是H的同位素D．Q是E的同位素，R是F的同位素答案：B解析：根据P是F的同位素，Q是G的同位素，R是E的同位素，S是F的同位素，选项B正确。2（2004·广东物理）中子n、质子p、氘核D的质量分别为m、m、m，现用光子能量为EnpD的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为γ+D→p+n。若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是：11A.[(mmm)c2E][(B.mmm)c2E]2Dpn2Dnp11C.[(mmm)c2E][(D.mmm)c2E]2Dpn2Dnp1答案：C解析：由能量守恒定律，E+mc2=2E+mc2+mc2，解得E=[(mmm)c2E]，Dknpk2Dpn选项C正确。3．（2004·江苏物理）下列说法正确的是A．α射线与γ射线都是电磁波B．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流C．用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期D．原子核经过衰变生成新核，则新核的质量总等于原核的质量十．2003年高考题1（2003·广东物理）下列说法中正确的是A.质子与中子的质量不等，但质量数相等B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D.除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力2（2003天津理综）下面列出的是一些核反应方程30P→30Si+X15149Be+2H→10B+Y4154He+4He→7Li+Z223其中A.是质子，XY是中子，Z是正电子B.是正电子，XY是质子，Z是中子C.是中子，XY是正电子，Z是质子D.是正电子，XY是中子，Z是质子