2019-2021北京重點區(qū)高三二模物理匯編：原子核章節(jié)

10/102019-2021北京重點區(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）下列說法中正確的是（）A．核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自輕核聚變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，會釋放光子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，電子的動能減小，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）下列說法中正確的是（）A．天然放射現(xiàn)象說明原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)B．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變C．原子核分成單個核子的過程一定有質(zhì)量虧損，釋放出能量D．一群處于n=2能級的氫原子自發(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）人類一直在追求能源的開發(fā)和有效利用，太陽能的利用非常廣泛，而太陽的巨大能量來源于太陽內(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·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．萬有引力 B．庫侖力 C．核力 D．分子力6．（2021·北京海淀·二模）下列說法中正確的是（）A．太陽輻射的能量主要來自太陽內(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，原子總能量減少7．（2021·北京朝陽·二模）氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力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粒子的說法正確的是A．盧瑟福的α粒子散射實驗說明了原子核有結(jié)構(gòu)B．放射性元素的α衰變中，α粒子來自于原子核內(nèi)部C．α粒子由四個質(zhì)子和兩個電子組成D．鈾238的原子核可直接通過放出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)，這是太陽輻射出能量的源泉。已知太陽向外輻射能量的總功率為P1，太陽中心到火星中心的距離為L，火星的半徑為r，且r遠遠小于L。火星大氣層對太陽輻射的吸收和反射、太陽輻射在傳播過程中的能量損失，以及其他天體和宇宙空間的輻射均可忽略不計。(1)太陽中心的典型輕核聚變反應(yīng)是4個質(zhì)子（）聚變成1個氦原子核（）同時產(chǎn)生2個正電子（），寫出該聚變反應(yīng)方程。(2)求在時間t內(nèi)，火星接收來自太陽輻射的總能量E火。(3)自然界中的物體會不斷地向外輻射電磁波，同時也會吸收由其他物體輻射來的電磁波，當(dāng)輻射和吸收平衡時，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的電磁波而不發(fā)生反射，這種物體就稱為黑體。已知單位時間內(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，求輻射和吸收達到平衡時，其表面平均溫度T火的表達式；②太陽輻射電磁波的能量來源于如圖甲所示的太陽中心的“核反應(yīng)區(qū)”。“核反應(yīng)區(qū)”產(chǎn)生的電磁波在向太陽表面?zhèn)鞑サ倪^程中，會不斷被太陽的其他部分吸收，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)建立如下簡化模型：如圖乙所示，將“核反應(yīng)區(qū)”到太陽表面的區(qū)域視為由很多個“薄球殼層”組成，第1“薄球殼層”的外表面為太陽表面；各“薄球殼層”的內(nèi)、外表面都同時分別向相鄰內(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各“薄球殼層”到達太陽的表面，每個“薄球殼層”都視為黑體，且輻射和吸收電磁波的能量已達到平衡，所以各“薄球殼層”的溫度均勻且恒定。已知“核反應(yīng)區(qū)”的半徑與太陽半徑之比約為R:R0=1:4，太陽的表面溫度約為T0=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。11．（2020·北京東城·二模）物理學(xué)中有一個非常有趣的現(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，絕大部分還是來自太陽內(nèi)部核聚變時釋放的核能。(1)已知太陽向各個方向輻射能量的情況是相同的。如果太陽光的傳播速度為c，到達地球需要的時間為t，在地球大氣層表面每秒鐘每平方米垂直接收到的太陽輻射能量為E0。請你求出太陽輻射的總功率P的表達式；(2)根據(jù)量子理論可知，光子既有能量也有動量，光子的動量，其中h為普朗克常量，λ為光的波長。太陽光照射到地球表面時，如同大量氣體分子頻繁碰撞器壁一樣，會產(chǎn)生持續(xù)均勻的“光壓力”。為了將問題簡化，我們假設(shè)太陽光垂直照射到地球上且全部被地球吸收，到達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，太陽對地球的萬有引力大小約為3.5×1022N。請你結(jié)合以上數(shù)據(jù)分析說明，我們在研究地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時，是否需要考慮太陽“光壓力”對地球的影響；（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）(3)在長期演化過程中，太陽內(nèi)部的核反應(yīng)過程非常復(fù)雜，我們將其簡化為氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹ぁＲ阎壳半A段太陽輻射的總功率，太陽質(zhì)量（其中氫約占70%），氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹さ倪^程中質(zhì)量虧損約為1%。請你估算如果現(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計算）12．（2021·北京海淀·二模）放射性同位素電池具有工作時間長、可靠性高和體積小等優(yōu)點，是航天、深海、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要新型電源，也是我國近年重點科研攻關(guān)項目。某同學(xué)設(shè)計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)徑向運動，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之間的最大電勢差Um，以及將a、b短接時回路中的電流I短。（2）圖示裝置可看作直流電源，在a、b間接上負載時，兩極上的電壓為U，通過負載的電流為I，在圖2中畫出I與U關(guān)系的圖線。并由圖像分析該電源電動勢和內(nèi)阻。13．（2021·北京海淀·二模）放射性同位素電池具有工作時間長、可靠性高和體積小等優(yōu)點，是航天、深海、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要新型電源，也是我國近年重點科研攻關(guān)項目。某同學(xué)設(shè)計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，射出電子的最小動能為E1，最大動能為E2。在E1和E2之間，任意相等的動能能量區(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)徑向運動，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之間的最大電勢差Um，以及將a、b短接時回路中的電流I短。（3）在a、b間接上負載時，兩極上的電壓為U，通過負載的電流為I。論證電流大小I隨電壓U變化的關(guān)系，并在圖2中畫出I與U關(guān)系的圖線。（4）若電源的電流保持恒定且與負載電阻無關(guān)，則可稱之為恒流源。請分析負載電阻滿足什么條件時該電源可視為恒流源。（注意：解題過程中需要用到、但題目沒有給出的物理量，要在解題中做必要的說明）

參考答案1．BF【詳解】A.核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量來自重核裂變，故A錯誤；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)和外部條件無關(guān)，故D錯誤；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，原子吸收光子，總能量增加，電子動能減小，電勢能增大，故E錯誤，F(xiàn)正確。故選BF。2．A【詳解】的半衰期為24天，72天為3個半衰期，由代入數(shù)據(jù)解得故A正確，BCD錯誤。故選A。3．B【詳解】A.天然放射現(xiàn)象中的射線來自于原子核，天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，A錯誤；B.太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變，B正確；C.原子核分成單個核子的過程需要外界提供能量，故它需要吸收能量，而不是釋放能量，吸收的這個能量就叫原子核的結(jié)合能，C錯誤；D.根據(jù)知，一群處于n=2能級的氫原子，自發(fā)躍遷時只能發(fā)出1種頻率的光子，而一群處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷時，才會發(fā)出3種不同頻率的光子，D錯誤。故選B。4．A【詳解】A反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，是太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)，選項A正確；B反應(yīng)是α衰變方程，選項B錯誤；C反應(yīng)是重核裂變反應(yīng)，選項C錯誤；D反應(yīng)是β衰變方程，選項D錯誤．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．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，選項A正確；B．天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核有復(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B錯誤；C．放射性元素的半衰期由自身性質(zhì)決定，與外界環(huán)境無關(guān)，選項C錯誤；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，電場力對電子做負功，電子的動能變小，電勢能變大（動能轉(zhuǎn)為電勢能）；由于發(fā)生躍遷時要吸收光子，故原子的總能量增加，選項D錯誤。故選A。7．D【詳解】核力是強相互作用力，氦原子核內(nèi)的2個質(zhì)子是靠核力結(jié)合在一起的．可見核力遠大于庫侖力；微觀粒子的質(zhì)量非常小，萬有引力小于庫侖力．故D選項正確．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選項正確．9．B【詳解】盧瑟福的α粒子散射實驗說明了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，所以A錯誤；放射性元素是原子核的衰變，三種射線均來自原子核內(nèi)部，所以B正確；α粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子組成，C錯誤；鈾238的原子核直接通過放出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錯誤．10．(1)→+2；(2)；(3)①；②T=1.2×107K，缺點見解析【詳解】(1)太陽核反應(yīng)區(qū)發(fā)生的典型的輕核聚變反應(yīng)方程式為→+2(2)在以太陽為中心，L為半徑的球面上，單位面積接收到的太陽輻射的功率為火星接收到的來自太陽的電磁輻射功率所以時間t火星接收到來自太陽輻射的總能量E火=P火t=(3)①火星吸收太陽的電磁能量與自身輻射電磁能量達到平衡時有P火=I?4πr2設(shè)火星的平均溫度為T火，根據(jù)題意有I=σT火4聯(lián)立以上兩式，解得T火=②太陽表面單位時間內(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到平衡時，對于第一層有P2=2P1對于第二層有2P2=P3+P1所以P3=3P1對于第三層有2P3=P4+P2所以P4=4P1由此可推知PN=NP1；P核=（N+1）P1則在太陽表面在太陽核反應(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：從得到的表達式可以看出，太陽核反應(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）才和太陽實際溫度符合（比如題目中給的T）；大量薄層之間可能會有少量物質(zhì)交換，這個模型就不再是嚴格意義上的“黑體”。11．(1)；(2)不需要；(3)【詳解】(1)日地間距離距太陽中心為r的球面面積太陽輻射的總功率(2)每個光子能量每個光子動量光照射到地球表面被吸收時，由動量定理有代入數(shù)據(jù)可得，太陽光照射到地球表面產(chǎn)生的光壓力F光=6×108N光壓力與萬有引力之比由此可知，光壓力遠小于太陽對地球的萬有引力，我們在研究地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)時，不需要考慮太陽“光壓力”對地球的影響。(3)根據(jù)可知，每秒中太陽因核聚變虧損的質(zhì)量現(xiàn)有氫中的10％發(fā)生聚變反應(yīng)而虧損的質(zhì)量為需要的時間12．（1）Um=，I短=Ne；（2），，【詳解】（1）由動能定理可得短路時所有逸出電子都到達b殼，故短路電流（2）此時電流，如答圖所示由圖像的截距和斜率也可能得出電源的電動勢，電源內(nèi)阻。13．（1）β衰變的實質(zhì)是1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子；（2），；（3）見解析；（4）0<R≤【詳解】（1）β衰變的實質(zhì)是1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子。或?qū)懗龊朔磻?yīng)方程（2）根據(jù)動能定理有－eUm=0－E2解得a、b之間的最大電勢差將a、b短接時所有逸出電子都能由球心處的放射源到達球殼，故短路電流（3）①在0<eU≤E1時，即0<U≤時，所有的電子都