2023版高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十二章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)和原子核單元質(zhì)量檢測(cè)（含解析）粵教版

PAGEPAGE1第十二章波粒二象性原子結(jié)構(gòu)和原子核一、選擇題〔1～9題為單項(xiàng)選擇題，10～14題為多項(xiàng)選擇題〕1．以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕 A．盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn) B．β衰變中產(chǎn)生的β射線是原子核外電子掙脫原子核束縛后形成的 C．某放射性元素的4個(gè)原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后一定還剩下2個(gè)沒(méi)有發(fā)生衰變 D．利用γ射線可以消除靜電 解析盧瑟福做了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，所以盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型很好地解釋了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，選項(xiàng)A正確；β衰變中產(chǎn)生的β射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的高速電子流，所以β射線來(lái)自原子核內(nèi)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原子核的半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對(duì)大量的原子核才適用，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；γ射線是高頻電磁波，其電離本領(lǐng)很弱，不可以用來(lái)消除靜電，α粒子的電離本領(lǐng)較強(qiáng)，可以用來(lái)消除靜電，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案A2．放射性元素發(fā)生β衰變放出一個(gè)電子，這個(gè)電子是〔〕 A．核外電子向內(nèi)層軌道躍遷時(shí)放出來(lái)的 B．核內(nèi)有一個(gè)質(zhì)子分裂時(shí)放出的 C．核內(nèi)有電子受激發(fā)后由核內(nèi)射出來(lái)的 D．核內(nèi)中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)放出來(lái)的 解析eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e，核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，質(zhì)子留在核內(nèi)，而電子放射出來(lái)，選項(xiàng)D正確。 答案D3．玻爾的原子模型在解釋原子的以下問(wèn)題時(shí)，和盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)觀點(diǎn)不同的是〔〕 A．電子繞核運(yùn)動(dòng)的向心力，就是電子與核之間的靜電引力 B．電子只能在一些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng) C．電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)能量不同 D．電子在不同軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電引力不同 解析盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的內(nèi)容是原子有一個(gè)很小的核，集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量，核外電子繞核旋轉(zhuǎn)，由此得出向心力和能量等與半徑關(guān)系的描述。而玻爾的原子模型提出核外電子只能在某些不連續(xù)的軌道上運(yùn)動(dòng)，即軌道量子化，而在可能的軌道上的運(yùn)動(dòng)仍遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律。選項(xiàng)B正確。 答案B4．氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為ν1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為ν2，普朗克常量為h，假設(shè)氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，那么〔〕 A．吸收光子的能量為hν1＋hν2 B．輻射光子的能量為hν1＋hν2 C．吸收光子的能量為hν2－h(huán)ν1 D．輻射光子的能量為hν2－h(huán)ν1 解析氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光，說(shuō)明能級(jí)m高于能級(jí)n，而從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光，說(shuō)明能級(jí)k也比能級(jí)n高，而紫光的頻率ν2大于紅光的頻率ν1，所以hν2＞hν1，因此能級(jí)k比能級(jí)m高，所以假設(shè)氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，應(yīng)輻射光子，且光子能量應(yīng)為hν2－h(huán)ν1。應(yīng)選項(xiàng)D正確。 答案D5．假設(shè)元素甲的半衰期為4天，元素乙的半衰期為5天，經(jīng)過(guò)20天后兩種放射性元素的質(zhì)量恰好相等，那么在這20天前這兩種元素的質(zhì)量比m甲∶m乙等于〔〕 A．5∶4 B．4∶5 C．1∶2 解析20天是元素甲的5個(gè)半衰期，是元素乙的4個(gè)半衰期，由題意有 m甲〔eq\f(1,2)〕5＝m乙〔eq\f(1,2)〕4，m甲∶m乙＝2∶1 選項(xiàng)D正確。 答案D6．圖1為X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖，E為燈絲電源。要使射線管發(fā)出X射線，須在K、A兩電極間加上幾萬(wàn)伏的直流高壓〔〕圖1 A．高壓電源正極應(yīng)接在P點(diǎn)，X射線從K極發(fā)出 B．高壓電源正極應(yīng)接在P點(diǎn)，X射線從A極發(fā)出 C．高壓電源正極應(yīng)接在Q點(diǎn)，X射線從K極發(fā)出 D．高壓電源正極應(yīng)接在Q點(diǎn)，X射線從A極發(fā)出 解析K受熱放出電子，電子通過(guò)電場(chǎng)加速，高速撞擊A，使A原子的內(nèi)層電子受激發(fā)發(fā)出X射線，加速電場(chǎng)方向應(yīng)由A到K，故Q接高壓電源正極。 答案D7．一個(gè)靜止的放射性同位素的原子核eq\o\al(30,15)P衰變?yōu)閑q\o\al(30,14)Si，另一個(gè)靜止的天然放射性元素的原子核eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(234,91)Pa，在同一磁場(chǎng)中，得到衰變后粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡1、2、3、4，如圖2所示，那么這四條徑跡依次是〔〕圖2 A．電子，eq\o\al(234,91)Pa，eq\o\al(30,14)Si、正電子 B.eq\o\al(234,91)Pa，電子，正電子，eq\o\al(30,14)Si C.eq\o\al(30,14)Si，正電子，電子，eq\o\al(234,91)Pa D．正電子，eq\o\al(30,14)Si，eq\o\al(234,91)Pa，電子 解析衰變前后動(dòng)量守恒，由運(yùn)動(dòng)半徑r＝eq\f(mv,qB)知，1、4為反沖核，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向知2是電子，3是正電子。選項(xiàng)B正確。 答案B8．如圖3所示，為氫原子的能級(jí)圖，處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，假設(shè)從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)，輻射的光子恰能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，那么其他躍遷中能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的有〔〕圖3 A．5種 B．4種 C．3種 D．2種 解析根據(jù)玻爾理論和光電效應(yīng)規(guī)律，光子能量與躍遷的能級(jí)差有關(guān)，能級(jí)差越大，輻射光子的能量越高，光電效應(yīng)越容易發(fā)生。氫原子在如下圖的各能級(jí)間躍遷時(shí)能產(chǎn)生6種不同能量的光子，除由n＝4能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子不能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)外，其余4種均可。選項(xiàng)B正確。 答案B9．氫原子核外電子由離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道時(shí)〔〕 A．要吸收光子，電子的動(dòng)能、電勢(shì)能都減小 B．要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小 C．要放出光子，電子的動(dòng)能、電勢(shì)能都減小 D．要放出光子，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小 解析根據(jù)Ek＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，而eq\f(ke2,req\o\al(2,n))＝eq\f(mveq\o\al(2,n),rn)，有Ek＝eq\f(ke2,2rn)，當(dāng)rn減小時(shí)，Ek增加，而氫原子的能量〔包括動(dòng)能和電勢(shì)能〕En＝eq\f(E1,n2)＝－eq\f(13.6,n2)eV，所以當(dāng)rn減小時(shí)，氫原子的能量要減少，原子能量中動(dòng)能增加，總能量減少，所以電勢(shì)能必然減少。選項(xiàng)D正確。 答案D10．〔2022·廣東梅州一模〕關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是〔〕 A．假設(shè)使某放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變短 B．β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的 C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng) D．鈾核〔eq\o\al(238,92)U〕衰變?yōu)殂U核〔eq\o\al(206,82)Pb〕的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)8次α衰變和6次β衰變 解析半衰期是放射性元素有半數(shù)發(fā)生衰變的時(shí)間，由原子核的種類決定，與溫度等外界因素?zé)o關(guān)，故A錯(cuò)誤；β衰變的實(shí)質(zhì)是原子核中的中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子和電子，即電子來(lái)源于原子核，故B錯(cuò)誤；在α、β、γ這三種射線中，γ射線是波長(zhǎng)很短的電磁波，其穿透能力最強(qiáng)，α射線是He原子核，帶正電，故其電離能力最強(qiáng)，故C正確；鈾核〔eq\o\al(238,92)U〕衰變?yōu)殂U核〔eq\o\al(206,82)Pb〕的過(guò)程的方程為：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(206,82)Pb＋8eq\o\al(4,2)He＋6eq\o\al(0,-1)e，即每次α衰變放出一個(gè)α粒子，每次β衰變放出一個(gè)電子，故D正確。 答案CD11．以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕 A．發(fā)現(xiàn)中子的核反響方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n B．20個(gè)eq\o\al(238,92)U的原子核經(jīng)過(guò)兩個(gè)半衰期后剩下5個(gè)eq\o\al(238,92)U C.eq\o\al(235,92)U在中子轟擊下生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,54)Xe的過(guò)程中，原子核中的平均核子質(zhì)量變小 D．原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定輻射出一定頻率的光子 解析發(fā)現(xiàn)中子的核反響方程是eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，A正確；原子核的半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對(duì)大量的原子核才適用，所以B錯(cuò)誤；eq\o\al(235,92)U在中子轟擊下生成eq\o\al(94,38)Sr和eq\o\al(140,54)Xe的過(guò)程中，原子核中的平均核子質(zhì)量變小，所以該反響過(guò)程會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量虧損，從而放出核能，C正確；原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，可能輻射出一定頻率的光子，也可能會(huì)吸收一定頻率的光子，所以D錯(cuò)誤。 答案AC12．以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是〔〕 A．一個(gè)氫原子從n＝3的能級(jí)發(fā)生躍遷，可能只輻射一種頻率的光子 B．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的聚變反響 C．比結(jié)合能越小，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定 D．放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短 解析一個(gè)氫原子從n＝3的能級(jí)發(fā)生躍遷，可能輻射一種或者兩種頻率的光子，選項(xiàng)A正確；太陽(yáng)輻射的能量是氫核聚變產(chǎn)生的能量，選項(xiàng)B正確；比結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；半衰期由原子核內(nèi)部因素決定，與元素的化學(xué)狀態(tài)、溫度、壓強(qiáng)等因素?zé)o關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案AB13．氘核、氚核、中子、氦核的質(zhì)量分別是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核結(jié)合生成氦核，那么以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是〔〕 A．核反響方程式為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n B．這是一個(gè)裂變反響 C．核反響過(guò)程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3 D．核反響過(guò)程中釋放的核能ΔE＝〔m1＋m2－m3－m4〕c2 解析由氘核和氚核的結(jié)合以及電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒可知選項(xiàng)A正確；該核反響為聚變反響，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；核反響過(guò)程中的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3－m4，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知核反響過(guò)程中釋放的核能ΔE＝Δmc2，可知選項(xiàng)D正確。 答案AD14．如圖4所示，為汞原子的能級(jí)圖，一個(gè)自由電子的總能量為9eV，和處于基態(tài)的汞原子碰撞后〔不計(jì)汞原子能量的變化〕，該電子剩余能量可能為〔碰撞時(shí)系統(tǒng)無(wú)能量損失〕〔〕圖4 A．0.2eV B．1.4eV C．2.3eV D．5.5eV 解析由能級(jí)圖知E2－E1＝4.9eV，E3－E1＝6.7eV，E4－E1＝8.8eV。電子碰撞激發(fā)汞原子躍遷，電子剩余能量可能為〔9－4.9〕eV＝4.1eV，〔9－6.7〕eV＝2.3eV，〔9－8.8〕eV＝0.2eV。選項(xiàng)A、C正確。 答案AC二、非選擇題15．如圖5所示，靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的eq\o\al(6,3)Li核俘獲一個(gè)速度為v0＝7.7×104m/s的中子而發(fā)生核反響eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He。假設(shè)eq\o\al(4,2)He的速度v2＝2.0×104m/s，其方向與反響前中子速度方向相同，求：圖5 〔1〕eq\o\al(3,1)H的速度是多大； 〔2〕在圖中畫(huà)出兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡并求出軌道半徑之比； 〔3〕當(dāng)粒子eq\o\al(4,2)He旋轉(zhuǎn)3圈時(shí)，粒子eq\o\al(3,1)H旋轉(zhuǎn)幾圈。 解析〔1〕中子撞擊鋰核生成氚核和氦核過(guò)程中動(dòng)量守恒，有m0v0＝m1v1＋m2v2 式中m0，m1，m2分別為中子、氚核、氦核的質(zhì)量，v1為氚核速度， 代入數(shù)據(jù)得v1＝1.0×103m/s，方向與v0相反〔即與v 〔2〕氚核、氦核在磁場(chǎng)中