2020版高考物理人教版（山东专用）一轮复习练习：第十二章 《原子与原子核》综合检测 .doc

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1、原子与原子核综合检测(时间:90分钟满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第18小题只有一个选项正确,第912小题有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是(B)A.图(甲):用紫外线照射到金属锌板表面时会发生光电效应,当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大B.图(乙):卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型C.图(丙):氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,会吸收一定频率的光子D.图(丁):原有10个氡222,

2、经过一个半衰期的时间,一定还剩余5个解析:根据光电效应方程Ek=h-W0,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故A错误.卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,故B正确.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,能量减小,向外辐射光子,故C错误.半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少数的原子核不适用,故D错误.2.在卢瑟福粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看做静止不动,下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是(C)解析:粒子散射实验中,入射的粒子只有靠近金箔原子核时在其斥力作用下发生大角度偏转,图A,D中出现引力情况,这是不可能的,图B中其中一个粒子的

3、径迹不对,只有选项C正确.3.放射性原子的原子核在发生衰变时,蕴藏在核内的能量会释放出来,使产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,辐射出光子,该光子在真空中的波长为,光速为c,普朗克常量为h,则(B)A.每个光子的能量为E=hB.每个光子的能量为E=hC.辐射过程中质量亏损为m=D.辐射过程中不发生质量亏损解析:根据爱因斯坦光子说,每个光子的能量E=h,其中为光子的频率,而光速c=,故一个光子的能量E=h,故A错误,B正确;根据E=mc2,那么辐射过程中质量亏损为m=,故C,D错误.4.国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领

4、域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是(B)AN俘获一个粒子,产生O并放出一个粒子BAl俘获一个粒子,产生P并放出一个粒子CB俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子DLi俘获一个质子,产生He并放出一个粒子解析:根据质量数守恒、电荷数守恒,各选项核反应方程为NHeOH,A错误;AlHePn,B正确;BHBeHe,C错误;LiHHeHe,D错误.5.如图所示为查德威克发现中子的实验示意图,利用钋(Po)衰变放出的粒子轰击铍Be),产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来.下列说法正确的是(D)A.粒子是氦原子B.粒子Q的穿透能力比粒子P的强C.钋的衰变方程为PoPbHeD

5、.粒子轰击铍的核反应方程为HeBeCn解析:粒子是氦原子核,选项A错误;粒子P是中子,粒子Q是质子,由于质子带正电,当质子射入物质时,受到的库仑力作用会阻碍质子的运动,而中子不带电,不受库仑力作用,所以选项B错误;在钋衰变中,根据质量数和电荷数守恒知产生的是Pb,并非Pb,选项C错误HeBeCn是查德威克发现中子的核反应方程,选项D正确.6.按照氢原子的玻尔模型,氢原子的核外电子绕原子核做圆周运动,轨道半径和对应的能量rn=n2r1,En=(n=1,2,3),电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,放出光子,(r1=0.053 nm,E1=-13.6 eV).则产生的光子

6、频率(普朗克常量h=6.6310-34 Js,结果保留两位有效数字)(C)A.=1.51015 HzB.=2.01015 HzC.=2.51015 HzD.=4.51015 Hz解析:电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,r2=4r1,E2=-3.4 eV,故E2-E1=h,解得=2.51015 Hz.7.关于近代物理学,下列说法正确的是(B)A.光电效应现象揭示了光具有波动性B.一群氢原子从n=4的激发态跃迁时,最多能辐射6种不同频率的光子C.卢瑟福通过粒子散射实验证实原子核由质子和中子组成D.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经过7.6天后一定剩下1个氡原子核

7、解析:光电效应现象揭示了光具有粒子性,故A错误;一群氢原子从n=4的激发态跃迁时,最多能辐射=6,即6种不同频率的光子,故B正确;卢瑟福通过粒子散射实验证实原子的核式结构模型,故C错误;半衰期只适用大量原子核,对极个别原子核不适用,故D错误.8.下列说法中正确的是(D)A.升高放射性物质的温度,可缩短其半衰期B.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短C.某原子核经过一次衰变和三次衰变后,核内中子数减少4个D.核反应堆是人工控制链式反应的装置解析:半衰期的大小与温度无关,由原子核内部因素决定,故A错误;一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的频率太低,而波长

8、太长,故B错误;某放射性元素经过1次衰变和3次衰变共产生1个He和3个e,所以质量数减少4,核电荷数减小1,根据质量数守恒和电荷数守恒得知,中子数减少3,故C错误;核反应堆是人工控制链式反应的装置,故D正确.9.氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(CD)A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级解析:由h=

9、E2-E1及氢原子能级关系可知,从n=2跃迁到n=1时释放光子波长为122 nm,故选项A错误;波长325 nm光子能量小于波长122 nm光子能量,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B错误;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能,因此最多产生3种谱线,选项C正确;从n=3跃迁到n=2时辐射光的波长=656 nm,所以,只有当入射光波长为656 nm时,才能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级,选项D正确.10.用中子n)轰击铀核U)产生裂变反应,会产生钡核Ba)和氪核Kr)并释放出中子n),当达到某些条件时可发生链式反应.一个铀核U)裂变时,释放的能量约为200 Me

10、V(1 eV=1.61 J).以下说法正确的是(BCD)AU的裂变方程为UBaKrnBU的裂变方程为UnBaKr+nCU发生链式反应的条件与铀块的体积有关D.一个U裂变时,质量亏损约为3.610-28 kg解析:铀核在裂变过程中需要中子的轰击,产生链式反应,所以选项A错误,选项B正确.而链式反应在进行过程中,还需要铀矿达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去,所以选项C正确.根据释放出来的核能,结合质能方程E=mc2可知,反应过程中,亏损质量为m= kg=3.61 kg,选项D正确.11.科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚核反应获得能量,核反应方程分别为X+YHeH+4.9 MeV和HH

11、He+X+17.6 MeV,下列表述正确的有(AD)A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应解析:由HHHe+X+17.6 MeV,根据反应前后质量数、电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,因此X是中子,故选项A正确;再由X+YHeH+4.9 MeV,根据反应前后质量数、电荷数守恒可知,Y的质量数为6,电荷数为3,即其质子数为3,中子数也为3,故选项B错误;由于两个反应中都释放了能量,因此根据爱因斯坦质能方程可知,两个反应中都存在质量亏损,故选项C错误;根据核聚变反应的定义可知,氘和氚的核反应是核聚变反应,故选项D正确.12.一

12、个静止的放射性原子核处于匀强磁场中,由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹,两圆半径之比为116,下列判断正确的是(BC)A.该原子核发生了衰变B.反冲原子核在小圆上逆时针运动C.原来静止的核,其原子序数为15D.放射的粒子与反冲核运动周期相同解析:衰变后产生的新核即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动,轨道半径r=,因反冲核与放射的粒子动量守恒,而反冲核电荷量较大,所以其半径较小,并且反冲核带正电荷,由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动,选项B正确;在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动;且顺时针旋转,由左手定则可以判定一定带负电荷.因此,这

13、个衰变为衰变,放出的粒子为电子,衰变方程为ABe,选项A错误;由两圆的半径之比为116可知,B核的核电荷数为16.原来的放射性原子核的核电荷数为15,其原子序数为15.即A为P(磷)核,B为S(硫)核,选项C正确;由周期公式T=可知,因电子的比荷比反冲核的比荷大,则反冲核在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期较大,选项D错误.二、非选择题(共52分)13.(6分)1946年,我国物理学家何泽慧发现铀核的四裂变,铀235核俘获中子后裂变成三个质量较大的核和一个质量较轻的核,径迹如图所示,在铀核裂变过程中,产生新核的核子平均质量(选填“大于”“等于”或“小于”)铀核的核子平均质量,若释放的核能为E,则此

14、反应中发生质量亏损m为(真空中的光速为c).解析:这是一个核裂变过程,有质量亏损,释放能量,反应后新核的核子平均质量小于反应前铀核的核子平均质量;根据质能方程可知,此反应中发生的质量亏损 m=.答案:小于评分标准:每空3分.14.(6分)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,可以先后得到如图(a),(b),(c)所示的图样,这里的图样(选填“是”或“不是”)光子之间相互作用引起的,实验表明光波是一种(选填“概率波”或“物质波”).解析:用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,能出现题图所示现象,说明不是光子之间的相互作用引起的,该实验现象说明光波是一种概率波.答案:不是概

15、率波评分标准:每空3分.15.(6分)如图(甲)所示光电管的原理图,当频率为的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过.(1)当变阻器的滑片P向(选填“左”或“右”)滑动时,通过电流表的电流将会减小.(2)由(乙)图I-U图像可知光电子的最大初动能为.(3)如果不改变入射光的频率,而减小入射光的强度,则光电子的最大初动能(选填“增加”“减小”或“不变”).解析:(1)由题图(甲)可知光电管两端所加的电压为反向电压,当变阻器的滑片P向右移动时,反向电压增大,光电子到达右端的数目减少,则通过电流表的电流变小.(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,根据动能定理得,eU=m,则光电子的最

16、大初动能为2 eV.(3)根据光电效应方程Ek=h-W0,知入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变.答案:(1)右(2)2 eV(3)不变评分标准:每空2分.16.(10分)氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,当处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51 eV,普朗克常量h=6.6310-34 Js,求:(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光子的波长是多少?(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射原子?(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子?其中最长波长是多少?解析:(1)根据能级

17、之间能量差公式:E=Em-En得E13=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV (2分)光子的能量与波长之间的关系E= (1分)所以从n=3激发态跃迁到n=1基态时辐射的光的波长= m=1.0310-7 m. (1分)(2)要使处于基态的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第1能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量=h=0-E1, (2分)解得,= Hz=3.31015 Hz. (1分)(3)当大量氢原子处于n=3能级时,可释放出的光子频率种类为N=3(种) (1分)据玻尔理论在这3种频率光子中,当氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光子波长最长

18、.依据En=E1,知E2=(-13.6)eV=-3.4 eV,因此=E3-E2 (1分)= m=6.5810-7 m. (1分)答案:(1)1.0310-7 m(2)3.31015 Hz(3)3种6.5810-7 m17.(10分)一个原来静止的锂核Li)俘获一个速度为 7.7104 m/s的中子后,生成一个氚核和一个氦核,已知氚核的速度大小为1.0103 m/s,方向与中子的运动方向相反.(1)试写出核反应方程;(2)求出氦核的速度;(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变,可产生一个氦核,同时放出一个中子,求这个核反应释放出的能量.(已知氘核质量mD=2.014 102 u,氚核质量为mT=3

19、.016 050 u,氦核的质量m=4.002 603 u,中子质量mn=1.008 665 u,1 u=1.660 610-27 kg)解析:(1)核反应方程为LinHHe. (2分)(2)由动量守恒定律得,mnv0=-mTv1+mv2. (2分)解得v2=. (1分)代入数据得v2=2104 m/s,方向与中子的运动方向相同.(1分)(3)质量亏损为m=mD+mT-m-mn, (2分)代入解得,m=3.13610-29 kg. (1分)根据爱因斯坦质能方程得,核反应释放出的能量E=mc2=2.8210-12 J. (1分)答案:(1LinHHe(2)2104 m/s,方向与中子的运动方向相

20、同(3)2.8210-12 J18.(14分)已知氘核H)质量为2.014 1 u,中子n)质量为1.008 7 u,氦核He)质量为3.016 0 u,1 u相当于931.5 MeV.(1)写出两个氘核聚变成He的核反应方程;(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字).(3)若两个氘核以相同的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应后生成的氦核He)和中子n)的动能各是多少?解析:(1)由质量数守恒和电荷数守恒,写出核反应方程为HHHen. (4分)(2)反应过程中质量减少了m=22.014 1 u-1.008 7 u-3.016 0 u=0.003 5 u. (2分)反应过程中释放的核能E=0.003 5931.5 MeV=3.26 MeV. (2分)(3)设n和He的动量分别为p1和p2,由动量守恒定律得,0=p1+p2 (2分)由此得p1和p2大小相等;由动能和动量关系E=及He核和n质量关系得,中子的动能E1是He核动能E2的3倍,即E1E2=31 (2分)由能量守恒定律得,E1+E2=E+20.35,由以上可以算出E2=0.99 MeV,E1=2.97 MeV. (2分)答案:(1HHHen(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV2.97 MeV