2020版高考物理一轮复习（练习·新人教版）第十二章+原子与原子核综合检测 9页

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1～8小题只有一个选项正确,第9～12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α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,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=hν-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α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α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α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是(　C　)‎ 解析:α粒子散射实验中,入射的α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α粒子的径迹不对,只有选项C正确.‎ ‎3.放射性原子的原子核在发生α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γ光子,该光子在真空中的波长为λ,光速为c,普朗克常量为h,则(　B　)‎ A.每个光子的能量为E=h B.每个光子的能量为E=h C.辐射过程中质量亏损为Δm=‎ 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=hν,其中ν为光子的频率,而光速c=λν,故一个光子的能量E=h,故A错误,B正确;根据ΔE=Δmc2,那么辐射过程中质量亏损为Δm=,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α粒子,产生O并放出一个粒子 BAl俘获一个α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α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.α粒子是氦原子 B.粒子Q的穿透能力比粒子P的强 C.钋的α衰变方程为PoPbHe D.α粒子轰击铍的核反应方程为HeBeCn 解析:α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).则产生的光子频率(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,结果保留两位有效数字)(　C　)‎ A.ν=1.5×1015 Hz B.ν=2.0×1015 Hz C.ν=2.5×1015 Hz D.ν=4.5×1015 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=hν,解得ν=2.5×1015 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α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 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α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α衰变和三次β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,而波长太长,故B错误;某放射性元素经过1次α衰变和3次β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 nm B.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=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λ=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 MeV(1 eV=1.6×1 J).以下说法正确的是(　BCD　)‎ AU的裂变方程为UBaKrn BU的裂变方程为UnBaKr+n CU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3.6×10-28 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ΔE=Δmc2可知,反应过程中,亏损质量为Δm= kg=3.6×1 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HHHe+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6‎ C.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1∶16,下列判断正确的是(　BC　)‎ A.该原子核发生了α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15‎ D.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,这个衰变为β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1∶16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ΔE,则此反应中发生质量亏损Δm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 Δm=.‎ 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ν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,则光电子的最大初动能为2 eV.‎ ‎(3)根据光电效应方程Ek=hν-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=6.63×10-34 J·s,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)根据能级之间能量差公式:‎ ΔE=Em-En得 ΔE13=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ΔE= (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 λ== m=1.03×10-7 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ε=hν=0-E1,‎ ‎ (2分)‎ 解得,ν== Hz=3.3×1015 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.‎ 依据En=E1,‎ 知E2=×(-13.6)eV=-3.4 eV,‎ 因此=E3-E2 (1分)‎ λ′== m ‎=6.58×10-7 m. (1分)‎ 答案:(1)1.03×10-7 m　(2)3.3×1015 Hz　‎ ‎(3)3种　6.58×10-7 m ‎17.(10分)一个原来静止的锂核Li)俘获一个速度为 7.7×104 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 ‎1.0×103 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=3.016 050 u,氦核的质量mα=4.002 603 u,中子质量mn=1.008 665 u,1 u=1.660 6×10-27 kg)‎ 解析:(1)核反应方程为 LinHHe. (2分)‎ ‎(2)由动量守恒定律得,‎ mnv0=-mTv1+mαv2. (2分)‎ 解得v2=. (1分)‎ 代入数据得v2=2×104 m/s,方向与中子的运动方向相同.(1分)‎ ‎(3)质量亏损为Δm=mD+mT-mα-mn, (2分)‎ 代入解得,Δm=3.136×10-29 kg. (1分)‎ 根据爱因斯坦质能方程得,核反应释放出的能量 ΔE=Δmc2=2.82×10-12 J. (1分)‎ 答案:(1LinHHe ‎(2)2×104 m/s,方向与中子的运动方向相同 ‎(3)2.82×10-12 J ‎18.(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 Δm=2×2.014 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 ΔE=0.003 5×931.5 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E1∶E2=3∶1 (2分)‎ 由能量守恒定律得,E1+E2=ΔE+2×0.35,‎ 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 MeV　2.97 MeV