2019-2021北京重點(diǎn)區(qū)高三二模物理匯編：原子核章節(jié)

10/102019-2021北京重點(diǎn)區(qū)高三二模物理匯編原子核章節(jié)一、多選題1．（2021·北京海淀·二模）下列說(shuō)法中正確的是（）A．核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來(lái)自輕核聚變B．比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固C．β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流D．放射性元素衰變的快慢不僅與原子核內(nèi)部自身的因素有關(guān)，還跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)E．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，會(huì)釋放光子F．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，原子總能量增加二、單選題2．（2020·北京東城·二模）已知的半衰期為24天。經(jīng)過(guò)72天還剩下（）A．0.5g B．1g C．2g D．3.5g3．（2020·北京海淀·二模）下列說(shuō)法中正確的是（）A．天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)B．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變C．原子核分成單個(gè)核子的過(guò)程一定有質(zhì)量虧損，釋放出能量D．一群處于n=2能級(jí)的氫原子自發(fā)躍遷，可能發(fā)出3種不同頻率的光子4．（2019·北京西城·二模）人類(lèi)一直在追求能源的開(kāi)發(fā)和有效利用，太陽(yáng)能的利用非常廣泛，而太陽(yáng)的巨大能量來(lái)源于太陽(yáng)內(nèi)部所發(fā)生的核聚變反應(yīng)，該核反應(yīng)可能是A．B．C．D．5．（2021·北京朝陽(yáng)·二模）將中子、質(zhì)子緊緊束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定原子核的力是（）A．萬(wàn)有引力 B．庫(kù)侖力 C．核力 D．分子力6．（2021·北京海淀·二模）下列說(shuō)法中正確的是（）A．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)B．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，揭示了原子核是由質(zhì)子和中子組成的C．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短D．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，原子總能量減少7．（2021·北京朝陽(yáng)·二模）氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A．核力、萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力B．萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力、核力C．庫(kù)侖力、核力、萬(wàn)有引力D．核力、庫(kù)侖力、萬(wàn)有引力8．（2020·北京東城·二模）核反應(yīng)方程中的X表示A．中子 B．電子 C．α粒子 D．質(zhì)子9．（2019·北京海淀·二模）下列關(guān)于α粒子的說(shuō)法正確的是A．盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了原子核有結(jié)構(gòu)B．放射性元素的α衰變中，α粒子來(lái)自于原子核內(nèi)部C．α粒子由四個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)電子組成D．鈾238的原子核可直接通過(guò)放出α粒子成為鈾235的原子核三、解答題10．（2020·北京海淀·二模）太陽(yáng)中心的“核反應(yīng)區(qū)”不斷地發(fā)生著輕核聚變反應(yīng)，這是太陽(yáng)輻射出能量的源泉。已知太陽(yáng)向外輻射能量的總功率為P1，太陽(yáng)中心到火星中心的距離為L(zhǎng)，火星的半徑為r，且r遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L?；鹦谴髿鈱訉?duì)太陽(yáng)輻射的吸收和反射、太陽(yáng)輻射在傳播過(guò)程中的能量損失，以及其他天體和宇宙空間的輻射均可忽略不計(jì)。(1)太陽(yáng)中心的典型輕核聚變反應(yīng)是4個(gè)質(zhì)子（）聚變成1個(gè)氦原子核（）同時(shí)產(chǎn)生2個(gè)正電子（），寫(xiě)出該聚變反應(yīng)方程。(2)求在時(shí)間t內(nèi)，火星接收來(lái)自太陽(yáng)輻射的總能量E火。(3)自然界中的物體會(huì)不斷地向外輻射電磁波，同時(shí)也會(huì)吸收由其他物體輻射來(lái)的電磁波，當(dāng)輻射和吸收平衡時(shí)，物體的溫度保持不變。如果某物體能完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就稱(chēng)為黑體。已知單位時(shí)間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的能量I與黑體表面熱力學(xué)溫度T的4次方成正比，即I=σT4，其中σ為已知常量。①若將火星看成表面溫度相同的黑體，求輻射和吸收達(dá)到平衡時(shí)，其表面平均溫度T火的表達(dá)式；②太陽(yáng)輻射電磁波的能量來(lái)源于如圖甲所示的太陽(yáng)中心的“核反應(yīng)區(qū)”?！昂朔磻?yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波在向太陽(yáng)表面?zhèn)鞑サ倪^(guò)程中，會(huì)不斷被太陽(yáng)的其他部分吸收，然后再輻射出頻率更低的電磁波。為了研究“核反應(yīng)區(qū)”的溫度，某同學(xué)建立如下簡(jiǎn)化模型：如圖乙所示，將“核反應(yīng)區(qū)”到太陽(yáng)表面的區(qū)域視為由很多個(gè)“薄球殼層”組成，第1“薄球殼層”的外表面為太陽(yáng)表面；各“薄球殼層”的內(nèi)、外表面都同時(shí)分別向相鄰內(nèi)“薄球殼層”和外“薄球殼層”均勻輻射功率相等的電磁波（第1“薄球殼層”的外表面向太空輻射電磁波，最內(nèi)側(cè)的“薄球殼層”的內(nèi)表面向“核反應(yīng)區(qū)”輻射電磁波），如圖丙所示；“核反應(yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波的能量依次穿過(guò)各“薄球殼層”到達(dá)太陽(yáng)的表面，每個(gè)“薄球殼層”都視為黑體，且輻射和吸收電磁波的能量已達(dá)到平衡，所以各“薄球殼層”的溫度均勻且恒定。已知“核反應(yīng)區(qū)”的半徑與太陽(yáng)半徑之比約為R:R0=1:4，太陽(yáng)的表面溫度約為T(mén)0=6×103K，所構(gòu)想的薄球殼層數(shù)N=1.0×1012。據(jù)此模型，估算“核反應(yīng)區(qū)”的溫度T的值，并指出該模型的主要缺點(diǎn)。11．（2020·北京東城·二模）物理學(xué)中有一個(gè)非常有趣的現(xiàn)象：研究微觀世界的粒子物理、量子理論，與研究宇宙的理論竟然相互溝通，相互支撐。目前地球上消耗的能量，追根溯源，絕大部分還是來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部核聚變時(shí)釋放的核能。(1)已知太陽(yáng)向各個(gè)方向輻射能量的情況是相同的。如果太陽(yáng)光的傳播速度為c，到達(dá)地球需要的時(shí)間為t，在地球大氣層表面每秒鐘每平方米垂直接收到的太陽(yáng)輻射能量為E0。請(qǐng)你求出太陽(yáng)輻射的總功率P的表達(dá)式；(2)根據(jù)量子理論可知，光子既有能量也有動(dòng)量，光子的動(dòng)量，其中h為普朗克常量，λ為光的波長(zhǎng)。太陽(yáng)光照射到地球表面時(shí)，如同大量氣體分子頻繁碰撞器壁一樣，會(huì)產(chǎn)生持續(xù)均勻的“光壓力”。為了將問(wèn)題簡(jiǎn)化，我們假設(shè)太陽(yáng)光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到達(dá)地球的所有光子能量均為4×10-19J，每秒鐘照射到地球的光子數(shù)為4.5×1035。已知真空中光速，太陽(yáng)對(duì)地球的萬(wàn)有引力大小約為3.5×1022N。請(qǐng)你結(jié)合以上數(shù)據(jù)分析說(shuō)明，我們?cè)谘芯康厍驀@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，是否需要考慮太陽(yáng)“光壓力”對(duì)地球的影響；（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）(3)在長(zhǎng)期演化過(guò)程中，太陽(yáng)內(nèi)部的核反應(yīng)過(guò)程非常復(fù)雜，我們將其簡(jiǎn)化為氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹?。已知目前階段太陽(yáng)輻射的總功率，太陽(yáng)質(zhì)量（其中氫約占70%），氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ倪^(guò)程中質(zhì)量虧損約為1%。請(qǐng)你估算如果現(xiàn)有氫中的10%發(fā)生聚變大約需要多少年。（結(jié)果保留一位有效數(shù)字，1年按3×107s計(jì)算）12．（2021·北京海淀·二模）放射性同位素電池具有工作時(shí)間長(zhǎng)、可靠性高和體積小等優(yōu)點(diǎn)，是航天、深海、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要新型電源，也是我國(guó)近年重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目。某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種利用放射性元素β衰變的電池，該電池采用金屬空心球殼結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在金屬球殼內(nèi)部的球心位置放有一小塊與球殼絕緣的放射性物質(zhì)，放射性物質(zhì)與球殼之間是真空的。球心處的放射性物質(zhì)的原子核發(fā)生β衰變發(fā)射出電子，已知單位時(shí)間內(nèi)從放射性物質(zhì)射出的電子數(shù)為N，射出電子的最大動(dòng)能為Ekm。在0和Ekm之間的電子分布是均勻的，即任意相等的動(dòng)能能量區(qū)間ΔE內(nèi)的電子數(shù)相同。為了研究方便，假設(shè)所有射出的電子都是沿著球形結(jié)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)，忽略電子的重力及在球殼間的電子之間的相互作用。元電荷為e，a和b為接線柱。（1）求a、b之間的最大電勢(shì)差Um，以及將a、b短接時(shí)回路中的電流I短。（2）圖示裝置可看作直流電源，在a、b間接上負(fù)載時(shí)，兩極上的電壓為U，通過(guò)負(fù)載的電流為I，在圖2中畫(huà)出I與U關(guān)系的圖線。并由圖像分析該電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。13．（2021·北京海淀·二模）放射性同位素電池具有工作時(shí)間長(zhǎng)、可靠性高和體積小等優(yōu)點(diǎn)，是航天、深海、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要新型電源，也是我國(guó)近年重點(diǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目。某同學(xué)設(shè)計(jì)了一種利用放射性元素β衰變的電池，該電池采用金屬空心球殼結(jié)構(gòu)，如圖1所示，在金屬球殼內(nèi)部的球心位置放有一小塊與球殼絕緣的放射性物質(zhì)，放射性物質(zhì)與球殼之間是真空的。球心處的放射性物質(zhì)的原子核發(fā)生β衰變發(fā)射出電子，已知單位時(shí)間內(nèi)從放射性物質(zhì)射出的電子數(shù)為N，射出電子的最小動(dòng)能為E1，最大動(dòng)能為E2。在E1和E2之間，任意相等的動(dòng)能能量區(qū)間ΔE內(nèi)的電子數(shù)相同。為了研究方便，假設(shè)所有射出的電子都是沿著球形結(jié)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)，忽略電子的重力及在球殼間的電子之間的相互作用。元電荷為e，a和b為接線柱。（1）原子核是由質(zhì)子和中子等核子組成的，說(shuō)明β衰變的電子是如何產(chǎn)生的。（2）求a、b之間的最大電勢(shì)差Um，以及將a、b短接時(shí)回路中的電流I短。（3）在a、b間接上負(fù)載時(shí)，兩極上的電壓為U，通過(guò)負(fù)載的電流為I。論證電流大小I隨電壓U變化的關(guān)系，并在圖2中畫(huà)出I與U關(guān)系的圖線。（4）若電源的電流保持恒定且與負(fù)載電阻無(wú)關(guān)，則可稱(chēng)之為恒流源。請(qǐng)分析負(fù)載電阻滿足什么條件時(shí)該電源可視為恒流源。（注意：解題過(guò)程中需要用到、但題目沒(méi)有給出的物理量，要在解題中做必要的說(shuō)明）

參考答案1．BF【詳解】A.核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來(lái)自重核裂變，故A錯(cuò)誤；B.比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，故B正確；C.β射線為原子核中不穩(wěn)定的中子變成質(zhì)子后放出的高速電子流，故C錯(cuò)誤；D.放射性元素衰變的快慢僅與原子核內(nèi)部自身的因素有關(guān)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤；EF.氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，原子吸收光子，總能量增加，電子動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，故E錯(cuò)誤，F(xiàn)正確。故選BF。2．A【詳解】的半衰期為24天，72天為3個(gè)半衰期，由代入數(shù)據(jù)解得故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。3．B【詳解】A.天然放射現(xiàn)象中的射線來(lái)自于原子核，天然放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，A錯(cuò)誤；B.太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變，B正確；C.原子核分成單個(gè)核子的過(guò)程需要外界提供能量，故它需要吸收能量，而不是釋放能量，吸收的這個(gè)能量就叫原子核的結(jié)合能，C錯(cuò)誤；D.根據(jù)知，一群處于n=2能級(jí)的氫原子，自發(fā)躍遷時(shí)只能發(fā)出1種頻率的光子，而一群處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，才會(huì)發(fā)出3種不同頻率的光子，D錯(cuò)誤。故選B。4．A【詳解】A反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，是太陽(yáng)內(nèi)部的熱核反應(yīng)，選項(xiàng)A正確；B反應(yīng)是α衰變方程，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C反應(yīng)是重核裂變反應(yīng)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D反應(yīng)是β衰變方程，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．5．C【詳解】將中子、質(zhì)子緊緊束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定原子核的力是核力。故選C。6．A【詳解】A．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)A正確；B．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但不能證明原子核是由質(zhì)子和中子組成的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．放射性元素的半衰期由自身性質(zhì)決定，與外界環(huán)境無(wú)關(guān)，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電場(chǎng)力對(duì)電子做負(fù)功，電子的動(dòng)能變小，電勢(shì)能變大（動(dòng)能轉(zhuǎn)為電勢(shì)能）；由于發(fā)生躍遷時(shí)要吸收光子，故原子的總能量增加，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A。7．D【詳解】核力是強(qiáng)相互作用力，氦原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子是靠核力結(jié)合在一起的．可見(jiàn)核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力；微觀粒子的質(zhì)量非常小，萬(wàn)有引力小于庫(kù)侖力．故D選項(xiàng)正確．8．A【詳解】核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒．X的質(zhì)量數(shù)為9+4-12=1，X的電荷數(shù)為4+2-6=0．所以為中子．A選項(xiàng)正確．9．B【詳解】盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，所以A錯(cuò)誤；放射性元素是原子核的衰變，三種射線均來(lái)自原子核內(nèi)部，所以B正確；α粒子由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成，C錯(cuò)誤；鈾238的原子核直接通過(guò)放出α粒子成為鈾235的原子核，不符合質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，所以D錯(cuò)誤．10．(1)→+2；(2)；(3)①；②T=1.2×107K，缺點(diǎn)見(jiàn)解析【詳解】(1)太陽(yáng)核反應(yīng)區(qū)發(fā)生的典型的輕核聚變反應(yīng)方程式為→+2(2)在以太陽(yáng)為中心，L為半徑的球面上，單位面積接收到的太陽(yáng)輻射的功率為火星接收到的來(lái)自太陽(yáng)的電磁輻射功率所以時(shí)間t火星接收到來(lái)自太陽(yáng)輻射的總能量E火=P火t=(3)①火星吸收太陽(yáng)的電磁能量與自身輻射電磁能量達(dá)到平衡時(shí)有P火=I?4πr2設(shè)火星的平均溫度為T(mén)火，根據(jù)題意有I=σT火4聯(lián)立以上兩式，解得T火=②太陽(yáng)表面單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的總能量為P1，根據(jù)題意，當(dāng)輻射和吸收電磁波的能量達(dá)到平衡時(shí)，對(duì)于第一層有P2=2P1對(duì)于第二層有2P2=P3+P1所以P3=3P1對(duì)于第三層有2P3=P4+P2所以P4=4P1由此可推知PN=NP1；P核=（N+1）P1則在太陽(yáng)表面在太陽(yáng)核反應(yīng)區(qū)聯(lián)立以上兩式得帶入數(shù)據(jù)，解得T=1.2×107K主要缺點(diǎn)：從得到的表達(dá)式可以看出，太陽(yáng)核反應(yīng)區(qū)的溫度依賴于薄層的層數(shù)N，只有當(dāng)層數(shù)N取特定的值（比如題目中給的值）才和太陽(yáng)實(shí)際溫度符合（比如題目中給的T）；大量薄層之間可能會(huì)有少量物質(zhì)交換，這個(gè)模型就不再是嚴(yán)格意義上的“黑體”。11．(1)；(2)不需要；(3)【詳解】(1)日地間距離距太陽(yáng)中心為r的球面面積太陽(yáng)輻射的總功率(2)每個(gè)光子能量每個(gè)光子動(dòng)量光照射到地球表面被吸收時(shí)，由動(dòng)量定理有代入數(shù)據(jù)可得，太陽(yáng)光照射到地球表面產(chǎn)生的光壓力F光=6×108N光壓力與萬(wàn)有引力之比由此可知，光壓力遠(yuǎn)小于太陽(yáng)對(duì)地球的萬(wàn)有引力，我們?cè)谘芯康厍驀@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)時(shí)，不需要考慮太陽(yáng)“光壓力”對(duì)地球的影響。(3)根據(jù)可知，每秒中太陽(yáng)因核聚變虧損的質(zhì)量現(xiàn)有氫中的10％發(fā)生聚變反應(yīng)而虧損的質(zhì)量為需要的時(shí)間12．（1）Um=，I短=Ne；（2），，【詳解】（1）由動(dòng)能定理可得短路時(shí)所有逸出電子都到達(dá)b殼，故短路電流（2）此時(shí)電流，如答圖所示由圖像的截距和斜率也可能得出電源的電動(dòng)勢(shì)，電源內(nèi)阻。13．（1）β衰變的實(shí)質(zhì)是1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子；（2），；（3）見(jiàn)解析；（4）0<R≤【詳解】（1）β衰變的實(shí)質(zhì)是1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子?；?qū)懗龊朔磻?yīng)方程（2）根據(jù)動(dòng)能定理有－eUm=0－E2解得a、b之間的最大電勢(shì)差將a、b短接時(shí)所有逸出電子都能由球心處的放射源到達(dá)球殼，故短路電流（3）①在0<eU≤E1時(shí)，即0<U≤時(shí)，所有的電子都