2023版高考物理一輪復習第13章原子結構原子核綜合過關規(guī)范限時檢測新人教版選修3-5

PAGEPAGE2第十三章綜合過關標準限時檢測總分值100分，考試時間60分鐘。一、選擇題(此題共8小題，每題6分，共計48分。1～4題為單項選擇，5～8題為多項選擇，全都選對的得6分，選對但不全的得3分，錯選或不選的得0分)1．(2022·江蘇揚州中學月考)以下說法不正確的選項是eq\x(導學號51343328)(C)A．物體吸收一定頻率的電磁波，可能輻射不同頻率的電磁波B．放射性元素的半衰期與原子所處的物理、化學狀態(tài)無關C．結合能越大，原子核中的核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定D．鈾裂變反響中，如果鈾塊體積不夠大，鏈式反響不能繼續(xù)[解析]當原子吸收能量后，從基態(tài)躍遷到n>2的激發(fā)態(tài)，由于不穩(wěn)定，從n>2的激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時，可能輻射不同頻率的電磁波，故A正確；放射性元素的半衰期與原子所處的物理、化學狀態(tài)無關，故B正確；比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故C錯誤；裂變反響中，必須到達臨界體積，鏈式反響才能繼續(xù)，故D正確。此題選擇不正確的，應選C。2．按照玻爾的理論，氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動的動能，當一個氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時，以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343329)(D)A．氫原子系統(tǒng)的電勢能增加，電子的動能增加B．氫原子系統(tǒng)的電勢能減小，電子的動能減小C．氫原子可能輻射6種不同波長的光D．氫原子可能輻射3種不同波長的光[解析]當一個氫原子從n＝4的能級向低能級躍遷時，可能發(fā)生4→3,3→2,2→1三種情況，切記不是大量氫原子，故C錯誤，D正確；當氫原子向低能級躍遷時，軌道半徑減小，根據(jù)公式keq\f(q2,r2)＝meq\f(v2,r)可得電子的動能增大，電勢能減小，故A、B錯誤。3．物理學家在微觀領域發(fā)現(xiàn)了“電子偶素〞這一現(xiàn)象。所謂“電子偶素〞就是由一個負電子和一個正電子繞它們連線的中點，做勻速圓周運動形成相對穩(wěn)定的系統(tǒng)。類比玻爾的原子量子化模型可知：兩電子做圓周運動的可能軌道半徑的取值是不連續(xù)的，所以“電子偶素〞系統(tǒng)對應的能量狀態(tài)(能級)也是不連續(xù)的。假設規(guī)定兩電子相距無限遠時該系統(tǒng)的勢能為零，那么該系統(tǒng)的最低能量值為E(E<0)，稱為“電子偶素〞的基態(tài)。處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)，可能由于吸收一個光子而到達更高的能級，甚至正、負電子別離導致系統(tǒng)瓦解，也可能由于正、負電子湮滅而轉化為光子?；鶓B(tài)對應的電子運動的軌道半徑為r，正、負電子的質量均為m，電荷量大小均為e，光在真空中傳播的速度為c，靜電力常量為k，普朗克常量為h，那么以下說法中正確的選項是eq\x(導學號51343330)(B)A．該“電子偶素〞系統(tǒng)可吸收任意頻率的光，使其到達能量值更高的激發(fā)態(tài)B．假設用光照射處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)，使其發(fā)生瓦解，那么光的波長可以是滿足λ≤－eq\f(hc,E)的任意值C．假設處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)的負電子和正電子湮滅，轉化為1個光子，光子頻率為eq\f(mc2,h)D．假設處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)的負電子和正電子湮滅，轉化為2個光子，光子頻率為eq\f(h,mc2)[解析]根據(jù)頻率條件，只有光子能量等于“電子偶素〞基態(tài)與高能級差值才可能使其到達能量值更高的激發(fā)態(tài)，故A錯誤；假設用光照射處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)，使其發(fā)生瓦解，光子能量大于或等于－E，那么光的波長可以是滿足λ≤－eq\f(hc,E)的任意值，故B正確；假設處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)的負電子和正電子湮滅，轉化為2個光子，光子頻率為eq\f(mc2,h)，故C、D錯誤。4．如下圖為氫原子的能級圖。當氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級時，輻射出光子a；當氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝1的能級時，輻射出光子b，那么以下判斷正確的選項是eq\x(導學號51343331)(A)A．假設光子a能使某金屬發(fā)生光電效應，那么光子b也一定能使該金屬發(fā)生光電效應B．光子a的波長小于光子b的波長C．b光比a光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．光子a的能量大于光子b的能量[解析]n＝4能級和n＝2能級的能級差小于n＝3能級和n＝1能級的能級差，根據(jù)Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，那么光子a的頻率小于光子b的頻率，故D錯誤。假設光子α能使某金屬發(fā)生光電效應，因為光子b的頻率大于光子a的頻率，那么光子b也一定能使該金屬發(fā)生光電效應，故A正確。光子a的頻率小于光子b的頻率，所以光子a的波長大于光子b的波長，所以a光更容易發(fā)生衍射，故B、C錯誤。5．(2022·重慶一中期中)以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343332)(ACD)A．盧瑟福通過實驗發(fā)現(xiàn)了質子的核反響方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB．鈾核裂變的核反響是eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC．質子、中子、α粒子的質量分別為m1、m2、m3，那么，質子和中子結合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3D．鈾(eq\o\al(235,92)U)經過屢次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，有6個中子轉變成質子E．一個處于n＝5能級的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中能夠輻射10種不同頻率的電磁波[解析]盧瑟福通過α粒子轟擊氮核再得到質子，該核反響方程的電荷數(shù)、質量數(shù)都守恒，故A正確；鈾核裂變的核反響是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，兩邊中子不能約掉，故B錯誤；質子和中子結合成一個α粒子的質量虧損為Δm＝2m1＋2m2－m3，由質能方程ΔE＝Δmc2可求得釋放的核能，故C正確；根據(jù)質量數(shù)和電荷數(shù)守恒知：238－206＝4×8，發(fā)生8次α衰變；92＝82＋2×8－6，發(fā)生6次β衰變，β衰變的實質為中子轉化為質子同時釋放電子，所以有6個中子轉變成質子，故D正確；一個處于n＝5能級的氫原子，自發(fā)向低能級躍遷的過程中最多能夠輻射4種不同頻率的電磁波，故E錯誤。6．(2022·黑龍江實驗中學月考)如圖為玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有eq\x(導學號51343333)(AD)A．電子軌道半徑減小，動能要增大B．氫原子躍遷時，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線C．由n＝4能級躍遷到n＝1能級時發(fā)出光子的頻率最小D．金屬鉀的逸出功為2.21eV，能使金屬鉀發(fā)生光電效應的光譜線有4條[解析]當原子從第4能級向低能級躍遷時，原子的能量減小，電子軌道半徑減小，電子的動能增大，電勢能減小，故A正確；能級間躍遷輻射或吸收的光子能量必須等于兩能級間的能級差，氫原子躍遷時，可發(fā)出不連續(xù)的光譜線，故B錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射的光子能量最大，發(fā)出光子的頻率最大，故C錯誤；第4能級的氫原子向低能級躍遷可以放出6條光譜線，其放出的光子能量分別為E1＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV，E2＝－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV，E3＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，E4＝－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV，E5＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV，E6＝－3.40eV－(－13.6eV)＝10.20eV，故大于2.21eV的光譜線有4條，故D正確。7．(2022·江西贛州厚德外國語學校期中)以下有關原子結構和原子核的認識，其中正確的選項是eq\x(導學號51343334)(ABE)A．β射線是高速運動的電子流B．氫原子輻射光子后，向低能級躍遷C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D.eq\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi經過10天后還剩下50克E．要使鏈式反響發(fā)生，裂變物質的體積應大于它的臨界體積[解析]β射線是高速運動的電子流，而γ射線是高速運動的光子流，故A正確；氫原子輻射光子后，要從高能級向低能級躍遷，故B正確；太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變，故C錯誤；設原來eq\o\al(210,83)Bi的質量為m0，衰變后剩余質量為m，那么有m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,T)＝25g，故D錯誤；鈾核裂變過程中能夠發(fā)生鏈式反響的條件之一是它的體積不能小于其臨界體積，故E正確。8．(2022·東北三省三校聯(lián)考)eq\o\al(238,92)U是一種放射性元素，能夠自發(fā)地進行一系列放射性衰變，如下圖，可以判斷以下說法正確的選項是eq\x(導學號51343335)(ABD)A．圖中a是84，b是206B.eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比結合能大C．Y是β衰變，放出電子，電子是由中子轉變成質子時產生的D．Y和Z是同一種衰變E．從X衰變中放出的射線電離能力最強[解析]eq\o\al(210,a)Po→eq\o\al(206,82)Pb，質量數(shù)少4，知發(fā)生了一次α衰變，那么電荷數(shù)少2，所以a＝84，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)TI，發(fā)生了一次α衰變，那么b＝206，故A正確；比結合能小的原子核結合成或分解成比結合能大的原子核時會出現(xiàn)質量虧損，根據(jù)愛因斯坦質能方程得知一定釋放核能，因此核反響放出能量，那么eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比結合能大，選項B正確，Y和Z是同一種衰變，選項C錯誤，D正確；eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,84)Po發(fā)生了β衰變，放出的β射線電離能力不是最強的，選項E錯誤。二、非選擇題(共4小題，共52分。計算題解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不得分。)9．(6分)氫原子第n能級的能量En＝eq\f(E1,n2)，其中E1為基態(tài)能量。當氫原子由第4能級躍遷到第2能級時，發(fā)出光子的頻率為ν1；假設氫原子由第2能級躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的頻率為ν2，那么eq\f(ν1,ν2)＝eq\f(1,4)。eq\x(導學號51343336)[解析]當氫原子由第4能級躍遷到第2能級時，發(fā)出光子的能量E＝eq\f(E1,16)－eq\f(E1,4)＝－eq\f(3E1,16)；氫原子由第2能級躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的能量E′＝eq\f(E1,4)－E1＝－eq\f(3E1,4)；光子能量為hν，那么eq\f(ν1,ν2)＝eq\f(1,4)。10．(8分)恒星向外輻射的能量來自于其內部發(fā)生的各種熱核反響，當溫度到達108K時，可以發(fā)生“氦燃燒〞。eq\x(導學號51343337)(1)完成“氦燃燒〞的核反響方程：eq\o\al(4,2)He＋__eq\o\al(4,2)He__→eq\o\al(8,4)Be＋γ。(2)eq\o\al(8,4)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s。一定質量的eq\o\al(8,4)Be，經7.8×10－16s后剩下的eq\o\al(8,4)Be占開始時的eq\f(1,8)。[解析](1)由質量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得答案為eq\o\al(4,2)He或α。(2)由題意可知此過程經過了3個半衰期，故剩余的eq\o\al(8,4)Be的質量m＝m0(eq\f(1,2))3＝eq\f(1,8)m0，故應填eq\f(1,8)或12.5%。11．(18分)氫原子在基態(tài)時的軌道半徑為r1＝0.53×10－10m，能級值E1＝－13.6eV，求賴曼系(高能級躍遷至基態(tài))中能量最大的光子和能量最小光子的波長各是多少？eq\x(導學號51343338)[答案]λmax＝121.9nmλmin＝91.4nm[解析]由電離狀態(tài)躍遷到基態(tài)，光子的能量最大，有：Emax＝eq\f(hc,λmin)λmin＝eq\f(hc,Emax)λmin＝eq\f(6.63×10－34×3×108,13.6×1.6×10－19)m＝0.914×10－7m＝91.4nm由n＝2態(tài)躍遷到基態(tài)，光子的能量最大，有：Emin＝eq\f(hc,λmax)λmax＝eq\f(hc,Emin)λmax＝eq\f(6.63×10－34×3×108,10.2×1.6×10－19)m＝1.219×10－7m＝121.9m。12．(20分)兩個氘核以相等的動能Ek＝0.5MeV相向運動并發(fā)生正碰，產生一個中子和一個氦核。氘核的質量mD＝2.0136u，氦核的質量mHe＝3.0150u，中子的質量mn＝1.0087u，阿伏伽德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1。(1u對應的能量為931.56MeV)eq\x(導學號51343339)(1)寫出核反響方程。(2)求該過程釋放的核能。(3)求中子和氦核的動能。(4