1、高考物理总复习教科版试题第十二章 原子与原子核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17小题只有一个选项正确,第812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
2、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h=mv2+W,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
3、出现引力情况,这是不可能的,图B中其中一个粒子的径迹不对,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.已知氦原子的质量为MHeu,电子的质量为meu,质子的
4、质量为mpu,中子的质量为mnu,u为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知:1 u对应于931.5 MeV的能量,若取光速c=3108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为(B)A.2(mp+mn)-MHe931.5 MeVB.2(mp+mn+me)-MHe931.5 MeVC.2(mp+mn+me)-MHec2 JD.2(mp+mn)-MHec2 J解析:核反应方程为H+nHe,质量亏损m=2(mp+mn)-(MHe-2me)= 2(mp+mn+me)-MHe,所以释放的能量为E=m931.5 MeV=2(mp+ mn+me)-MHe931.5 MeV,选项B
5、正确.5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为41026 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近(D)A.1036 kg B.1018 kgC.1013 kg D.109 kg解析:根据质能方程E=mc2有,m= kg=4.4109 kg,故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=,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=6.6310-34 Js,结果保
6、留两位有效数字)(C)A.=1.51015 Hz B.=2.01015 HzC.=2.51015 Hz D.=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.下列说法中正确的是(C)A.铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大C.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子,产生的电子发射到核外,就是粒子,这就是衰变的实质D.用能量为11.0 eV的光子照射时,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态解析
7、:根据爱因斯坦质能方程可知,裂变时释放能量是因为发生了亏损质量,E=mc2,故A错误;发生光电效应时,入射光的频率越高,光子的能量越大,由h=mv2+W知,逸出的光电子的最大初动能就越大,而与入射光的强度无关,故B错误;衰变时,原子核中的一个中子,转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故C正确;11.0 eV的能量不等于基态与其他能级间的能级差,所以不能使基态的氢原子发生跃迁,故D错误.8.下列说法中正确的是(CD)A.玻尔通过对氢原子光谱的研究建立了原子的核式结构模型B.核力存在于原子核内任意两个核子之间C.天然放射现象的发现使人类认识到原子核具有复杂的结构D.黑体辐射电磁波的强度按波长的
8、分布只与黑体的温度有关解析:卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型,玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征,故A错误;核力与万有引力、库仑力的性质不同,核力是短程力,作用范围在1.510-15 m之内,只存在于相邻的核子之间,核力是原子核能稳定存在的原因,故B错误;天然放射现象的发现使人类认识到原子核具有复杂的结构,故C正确;根据黑体辐射实验的规律可知,黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,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
9、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能级上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=656 nm,所以,只有当入射光波
10、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.如图(甲)所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图(乙)为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是(ACD)A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B.两个光电管的Uc图像的斜率可能不同C.光电子的最大初动能不同D.因为光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,饱和电流也可能相同解析:根据光电效应方程有,Ek=h-W,根据能量守恒定律得,eUc=Ek,联立得,eUc=h
11、-W,即Uc=-,入射光的频率相同,逸出功W不同,则遏止电压Uc也不同,A正确.Uc图像的斜率k=常数,所以两个光电管的Uc图像的斜率一定相同,故B错误.根据光电效应方程Ek=h-W知,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故C正确.虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,而饱和电流也可能相同,故D正确.11.下列说法正确的是(AD)A.核反应方程HHeHe+X中的X是质子B.光电效应中,光电子的最大初动能与照射光的频率成正比C.放射性元素氡的半衰期是3.8天,有4个氡核经7.6天后只剩1个D.一群处于n=4能级的氢原子,在向低能级跃迁的过程中可以
12、产生6种不同频率的光解析:根据电荷数守恒、质量数守恒知,X为质子,故A正确.根据光电效应方程Ek=h-W知,光电子的最大初动能与照射光的频率不是正比关系,故B错误.半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少量的原子核不适用,故C错误.一群处于n=4能级的氢原子,在向低能级跃迁的过程中可以产生6种不同频率的光,故D正确.12.下列说法中正确的是(AC)A.钍的半衰期为24天.1 g钍Th经过120天后还剩0.031 25 g 钍B.一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,只延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将增加C.放射性同位素Th经,衰变会生成Rn,其中经过了3次衰变和2次衰变
13、D.一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生6种不同频率的光子解析:钍的半衰期为24天,1 g钍Th经过120天后,发生5个半衰期,1 g钍经过120天后还剩m=m0()5=0.031 25 g,故A正确.光电效应中,依据光电效应方程Ek=h-W0可知,光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定,与入射光照射时间长短无关,故B错误.钍Th衰变成氡Rn,可知质量数少12,电荷数少4,因为经过一次衰变,电荷数少2,质量数少4,经过一次衰变,电荷数多1,质量数不变,可知经过3次衰变,2次衰变,故C正确.一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生3种不同频率的光子,故D 错
14、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(3分)(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
15、)所示的图样,这里的图样(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(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,能出现图示现象,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(3分)概率波(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 (填“左”或“右”)滑动时,通过电流表的电流将会减小.(2)由(乙)图IU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 (填“增加
16、”“减小”或“不变”).解析:(1)由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压,当变阻器的滑动端P向右移动时,反向电压增大,光电子到达右端的速度减小,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=h-W,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分)(2)2 eV(2分)(3)不变(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
17、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:E=En-Em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基态时发射光的波长= 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
18、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.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1.010
19、3 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时,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mHe= 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
20、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
21、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HH Hen.(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
