五年20162020高考物理真题专题点拨专题13原子结构和原子核含解析

1专题13原子结构和原子核【2020年】1.（2020·新课标Ⅰ）下列核反应方程中，X1，X2，X3，X4代表α粒子的有（）A.2211101H+Hn+X→B.2311102H+Hn+X→C.23511448992056363U+nBa+Kr+3X→D.1630314n+LiH+X→【答案】BD【解析】α粒子为氦原子核42He，根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，A选项中的X1为32He，B选项中的X2为42He，C选项中的X3为中子10n，D选项中的X4为42He。故选BD。2.（2020·新课标Ⅱ）氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式241112106H2He2H+2n+43.15MeV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1kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107J，1MeV=1.6×10–13J，则M约为（）A.40kgB.100kgC.400kgD.1000kg【答案】C【解析】氘核21H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式241112106H2He2H+2n+43.15MeV则平均每个氘核聚变释放的能量为43.15=MeV66E1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，可以放出的总能量为0EN由Qmq可得，要释放的相同的热量，需要燃烧标准煤燃烧的质量0400kgEQmqq3.（2020·新课标Ⅲ）1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人2工放射性同位素X，反应方程为：42712130He+AlX+n→。X会衰变成原子核Y，衰变方程为XY+e０１→，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1C.X的电荷数比2713Al的电荷数多2D.X的质量数与2713Al的质量数相等【答案】AC【解析】设X和Y的质子数分别为1n和2n，质量数分别为1m和2m，则反应方程为1142712130He+AlX+nmn，121201XY+mmnne根据反应方程质子数和质量数守恒，解得12+13=n，121nn14+27=1m，120mm解得115n，214n，130m，230m即X的质量数与Y的质量数相等，3015X电荷数比2713Al的电荷数多2，3015X电荷数比2713Al的质量数多3，AC正确，BD错误。故选AC。4.（2020·浙江卷）太阳辐射的总功率约为26410W´，其辐射的能量来自于聚变反应。在聚变反应中，一个质量为21876.1MeV/c（c为真空中的光速）的氘核（21H）和一个质量为22809.5MeV/c的氚核（31H）结合为一个质量为23728.4MeV/c的氦核（42He），并放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV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2939.6MeV/cC.太阳每秒因为辐射损失的质量约为94.410kgD.太阳每秒因为辐射损失的质量约为217.6MeV/c【答案】BC【解析】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，A错误；根据能量关系可知21876.12809.53728.417.6nmc，解得32939.6MeV/nmc，B正确；太阳每秒放出的能量26410JEPt，损失的质量269216410kg4.410kg910Emc，C正确；因为2626453919410410J=eV2.510eV=2.510MeV1.610E，则太阳每秒因为辐射损失的质量为39222.510MeV/cEmc，D错误。故选BC。5.（2020·山东卷）氚核31H发生β衰变成为氦核32He。假设含氚材料中31H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2104s时间内形成的平均电流为5.010-8A。已知电子电荷量为1.610-19C，在这段时间内发生β衰变的氚核31H的个数为（）A.145.010B.161.010C.162.010D.181.010【答案】B【解析】根据qneItt，可得产生的电子数为8416195.0103.210101.610Itne个，因在β衰变中，一个氚核产生一个电子，可知氚核的个数为1.0×1016个。故选B。【2019年】1．（2019·新课标全国Ⅰ卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为4A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故1.51(13.60)eV12.09eVE。故本题选A。2．（2019·新课标全国Ⅱ卷）太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为1401214HHe+2e+2v，已知11H和42He的质量分别为P1.0078um和4.0026um，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV【答案】C【解析】由2EmC知242peEmmmc，2Emc=61916931101.610J91027311.710kg0.910kg，忽略电子质量，则：241.00784.0026MeV26Euuc，故C选项符合题意；3．（2019·天津卷）如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是5【答案】C【解析】由光电效应的方程kEhvW，动能定理keUE，两式联立可得hvWUee，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率bcavvv，则可知三种光的折射率的关系为bcannn，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。4．（2019·天津卷）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是A．核聚变比核裂变更为安全、清洁B．任何两个原子核都可以发生聚变C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加【答案】AD【解析】核聚变的最终产物时氦气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更6加清洁和安全，A正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小于反应后的比结合能，故D正确。5．（2019·江苏卷）100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni核也打出了质子：460621228291He+NiCu+HX；该反应中的X是（选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是（选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。【答案】中子核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X应为：10n即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；6．（2019·江苏卷）在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J．求每个脉冲中的光子数目．（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s，光速c=3×108m/s．计算结果保留一位有效数字）【答案】光子能量hc，光子数目n=E，代入数据得n=5×1016【解析】每个光子的能量为0cEhvh，每个激光脉冲的能量为E，所以每个脉冲中的光子个数为：0ENE，联立且代入数据解得：16510N个。7．（2019·浙江选考）处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照射某金属表面时有光电子逸出，b光照射该金属表面时没有光电子逸出，则A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C．a光和b光的频率之比可能是20/27D．a光子的动量大于b光子的【答案】BD【解析】根据题意可知a光频率低于b光频率，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，b光的折射率较小，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光的折射角较大，所以b光侧移量小，即a光的侧移量大于b光的，A错误；频率越大，波长越小，通过同一单缝衍射装置时，中央亮条纹宽度越小，B正确；a光的频率大，故频率之比不可能为2027，7C错误；频率越大，波长越小，即ab，根据hp可知abpp，D正确。8．（2019·浙江选考）一个铍原子核（74Be）俘获一个核外电子（通常是最靠近原子核的K壳层的电子）后发生衰变，生成一个锂核（73Li），并放出一个不带电的质量接近零的中微子νe，人们把这种衰变称为“K俘获”。静止的铍核发生零“K俘获”，其核反应方程为707413eBeeLiv已知铍原子的质量为MBe=7.016929u，锂原子的质量为MLi=7.016004u，1u相当于9.31×102MeV。下列说法正确的是A．中微子的质量数和电荷数均为零B．锂核（73Li）获得的动能约为0.86MeVC．中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量D．中微子与锂核（73Li）的能量之和等于反应前电子的能量【答案】AC【解析】反应方程为7074-13eBe+eLi+v，根据质量数和电荷数守恒可知中微子的质量数和电荷数均为零，A正确；根据质能方程，质量减少27.0169297.0160049.3110MeV0.86MeVemum，为释放的核能，不是锂核获得的动能，B错误；衰变过程中内力远大于外力，故反应前后动量守恒，故中微子与锂核（73Li）的动量之和等于反应前电子的动量，C正确；由于反应过程中存在质量亏损，所以中微子与锂核（73Li）的能量之和小于反应前电子的能量，D错误。【2018年】1.（2018年全国Ⅲ卷）1934年，约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝核，产生了第一个人工放射性核素X：。X的原子序数和质量数分别为A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31【答案】B【解析】根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2+13=15，质量数为4+27-1=30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，B正确。84.（2018年全国II卷）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J。已知普朗克常量为6.63×10-34J·s，真空中的光速为3.00×108m·s-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz【答案】B【解析】知道光电效应方程；知道逸出功并结合两个公式求解。由光电效应方程式得：得：刚好发生光电效应的临界频率为则代入数据可得：，故B正确。1.（2018年北京卷）在核反应方程中，X表示的是A.质子B.中子C.电子D.α粒子【答案】A【解析】设X为：，根据核反应的质量数守恒：，则：电荷数守恒：，则，即X为：为质子，故A正确，BCD错误。18.（2018年江苏卷）已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的