高考物理大一輪復習《原子與原子核》綜合檢測

PAGE《原子與原子核》綜合檢測(時間:90分鐘滿分:100分)【測控導航】考點題號1.黑體輻射、三種射線82.α粒子散射實驗、鏈式反應(yīng)1,23.核反應(yīng)方程、半衰期3,10,114.光電效應(yīng)4,125.質(zhì)能方程的應(yīng)用56.氫原子躍遷、原子光譜、玻爾理論6,7,9,177.動量守恒定律、質(zhì)能方程16,18,198.實驗:概率波149.實驗:裂變、核反應(yīng)方程1310.實驗:光電效應(yīng)15一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分.在每小題給出的四個選項中,第1～7題只有一個選項正確,第8～12題有多項正確,全部選對得4分,選對但不全得2分,有選錯或不選的得0分)1.(2016·天津模擬)下列四幅圖涉及不同的物理知識,其中說法正確的是(C)A.圖(甲),盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子B.圖(乙),用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變,鏈式反應(yīng)會釋放出巨大的核能C.圖(丙),玻爾理論指出氫原子能級是分立的,所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的D.圖(丁),湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復雜結(jié)構(gòu)解析:圖(甲)盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果,得出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,選項A錯誤;圖(乙)用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變,鏈式反應(yīng)會釋放出巨大的核能,選項B錯誤;圖(丙)玻爾理論指出氫原子能級是分立的,所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的,選項C正確;圖(丁)湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子有復雜結(jié)構(gòu),選項D錯誤.2.在盧瑟福的α粒子散射實驗中,某一α粒子經(jīng)過某一原子核附近時的軌跡如圖所示.圖中P,Q為軌跡上的點,虛線是經(jīng)過P,Q兩點并與軌跡相切的直線,兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域.不考慮其他原子核對α粒子的作用,則關(guān)于該原子核的位置,正確的是(A)A.一定在①區(qū)域 B.一定在②區(qū)域C.可能在③區(qū)域 D.一定在④區(qū)域解析:盧瑟福通過α粒子散射并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,正電荷全部集中在原子核內(nèi),α粒子帶正電,同種電荷相互排斥,若在③④區(qū)域粒子軌跡將向上偏轉(zhuǎn),根據(jù)軌跡的彎曲方向知道排斥力向下,所以原子核一定在①區(qū)域,故選A.3.(2016·陜西實驗中學模擬)下列關(guān)于核反應(yīng)及衰變的表述正確的有(B)A.X+714N→817OB.12H+13HC.半衰期與原子所處的化學狀態(tài)有關(guān)D.β衰變中產(chǎn)生的β射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的解析:A項中X應(yīng)為

24He,A錯誤;半衰期與原子所處的化學狀態(tài)無關(guān),C錯誤;β衰變中產(chǎn)生的個質(zhì)子和一個電子,這個電子發(fā)射到核外,就是β粒子,D錯誤;所以選B.4.(2016·天津一中月考)已知某單色光的波長為λ,在真空中的光速為c,普朗克常量為h,則該單色光的能量子為(A)A.hcλ B.hλc C.hλ 解析:單色光的能量子為E=hν=hcλ5.太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時其質(zhì)量不斷減少.太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近(D)A.1036kg C.1013kg 解析:根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δm·c2有,Δm=ΔEc2=4×106.(2016·北京模擬)按照氫原子的玻爾模型,氫原子的核外電子繞原子核做勻速圓周運動,軌道半徑和對應(yīng)的能量rn=n2r1,En=E1n2,電子從半徑較大的軌道n=2的激發(fā)態(tài)向半徑較小的軌道基態(tài)躍遷時,放出光子,(r1A.ν=1.5×1015Hz B.ν=2.0×1015HzC.ν=2.5×1015Hz D.ν=4.5×1015Hz解析:電子從半徑較大的軌道n=2的激發(fā)態(tài)向半徑較小的軌道基態(tài)躍遷時,r2=4r1,E2=-3.4eV,故E2-E1=hν,解得ν=2.5×1015Hz.7.(2016·江西南昌十所重點中學二模)下列說法中正確的是(D)A.氫原子吸收一個光子躍遷到激發(fā)態(tài)后,在向低能級躍遷時放出光子的頻率一定等于入射光子的頻率B.90234Th(釷)核衰變?yōu)?/p>

91C.α粒子散射實驗的結(jié)果證明原子核是由質(zhì)子和中子組成的D.分別用X射線和綠光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng),則用X射線照射時光電子的最大初動能較大解析:氫原子吸收一個光子躍遷到激發(fā)態(tài)后,向較低能級躍遷時,有幾種可能就會放出多少種光子,因此放出光子的頻率可能等于入射光的頻率,也可能小于入射光的頻率,A錯誤;根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,會出現(xiàn)質(zhì)量虧損,虧損的質(zhì)量以能量的形式放出,B錯誤;α粒子散射實驗的結(jié)果證明了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,C錯誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程,X射線的能量大于綠光的能量,因此用X射線照射時光電子的最大初動能較大,D正確.8.(2016·貴州遵義模擬)下列說法正確的是(AC)A.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)B.β射線與γ射線一樣都是電磁波,但β射線的穿透本領(lǐng)遠比γ射線弱C.玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域,其理論能夠解釋氫原子光譜的特征D.在原子核中,比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固解析:黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān),故選項A正確;只有γ射線是電磁波,β射線不是電磁波,β射線的穿透本領(lǐng)遠比γ射線弱,選項B錯誤;玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域,其理論能夠解釋氫原子光譜的特征,選項C正確;在原子核中,比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固,選項D錯誤.9.氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時,可發(fā)出三種不同波長的輻射光.已知其中的兩個波長分別為λ1,λ2,且λ1>λ2,則另一個波長可能是(CD)A.λ1+λ2 B.λ1-λ2C.λ1λ2λ解析:氫原子在能級間躍遷時,發(fā)出的光子的能量與能級差相等,如果這三個相鄰能級分別為1,2,3,且能級差滿足E3-E1>E2-E1>E3-E2,根據(jù)hcλ=E高-E低可得,可以產(chǎn)生的光子波長由小到大分別為hcE3-E1,hcE2-E1,hcE310.(2016·山東煙臺模擬)釷

90234Th具有放射性,它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓h

91234Pa,同時伴隨有γ射線產(chǎn)生,其方程為

A.X為質(zhì)子B.X是釷核中的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子時產(chǎn)生的C.γ射線是鏷核從高能級向低能級躍遷時輻射出來的D.1g釷

90234Th經(jīng)過120天后還剩解析:根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知釷核衰變過程中放出了一個電子,即X為電子,故A錯誤;β衰變的實質(zhì):β衰變時釋放的電子是由核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子同時產(chǎn)生的,故B正確;原子核衰變產(chǎn)生的γ射線是反應(yīng)生成的鏷核從高能級向低能級躍遷時輻射出來的,故C正確;釷的半衰期為24天,1g釷

90234Th經(jīng)過120天后,發(fā)生5個半衰期,1g釷經(jīng)過120天后還剩0.03111.下列說法中正確的是(BCD)A.氡的半衰期為3.8天,若取4個氡原子核,經(jīng)7.6天后就一定剩下1個氡原子核了B.核反應(yīng)

92235U+01nC.光是一種概率波D.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性解析:半衰期是大量原子衰變的統(tǒng)計規(guī)律,對少數(shù)原子無意義,故選項A錯誤;由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知,X的電荷數(shù)為0,質(zhì)量數(shù)為1,其中m=3,選項B正確;根據(jù)光的波粒二象性可知,光是一種概率波,選項C正確;光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性,選項D正確.12.(2016·天津一中月考)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,由圖可知(AD)A.該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB.該金屬的截止頻率為5.5×1014HzC.該金屬的逸出功為0.5eVD.該圖線的斜率表示普朗克常量解析:根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,Ekν圖像的橫軸的截距大小等于截止頻率,由圖知該金屬的截止頻率為4.27×1014Hz,故A正確,B錯誤;當Ek=hν-W0=0時,逸出功為W0=hνc=6.63×10-34J·s×4.27×1014Hz=2.83×10-19J≈1.77eV,故C錯誤;由Ek=hν-W0,得該圖線的斜率表示普朗克常量h,故D正確.二、非選擇題(共52分)13.(6分)(2016·江蘇南通調(diào)研)核電站所需的能量是由鈾核裂變提供的,裂變過程中利用(選填“石墨”或“鎘棒”)吸收一定數(shù)量的中子,控制反應(yīng)堆的反應(yīng)速度.核反應(yīng)堆產(chǎn)物發(fā)生β衰變產(chǎn)生反電子中微子(符號νe),又觀察到反電子中微子(不帶電,質(zhì)量數(shù)為零)誘發(fā)的反應(yīng):νe+p→n+X,其中X代表(選填“電子”或“正電子”解析:核電站所需的能量是由鈾核裂變提供的,裂變過程中利用鎘棒吸收一定數(shù)量的中子,控制反應(yīng)堆的反應(yīng)速度.核反應(yīng)堆產(chǎn)物發(fā)生β衰變產(chǎn)生反電子中微子(符號νe),又觀察到反電子中微子(不帶電,質(zhì)量數(shù)為零)誘發(fā)的反應(yīng):νe+p答案:鎘棒正電子評分標準:每空3分.14.(6分)用極微弱的紅光做雙縫干涉實驗,隨著曝光時間的延長,可以先后得到如圖(a),(b),(c)所示的圖樣,這里的圖樣(填“是”或“不是”)光子之間相互作用引起的,實驗表明光波是一種(填“概率波”或“物質(zhì)波”).

解析:用極微弱的紅光做雙縫干涉實驗,隨著曝光時間的延長,能出現(xiàn)圖示現(xiàn)象,說明不是光子之間的相互作用引起的,該實驗現(xiàn)象說明光波是一種概率波.答案:不是概率波評分標準:每空3分.15.(6分)如圖所示是使用光電管的原理圖,當頻率為ν的可見光照射到陰極K上時,電流表中有電流通過.(1)當電流表電流剛減小到零時,電壓表的讀數(shù)為U,則光電子的最大初動能為(已知電子電荷量為e).

(2)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率而增加入射光的強度,則光電子的最大初動能將(填“增加”“減小”或“不變”).

解析:(1)因為反向電壓為U時,電流表讀數(shù)為零,則光電子的最大初動能Ek=eU.(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知光電子的最大初動能和入射光的頻率有關(guān),與光照強度無關(guān),故如果不改變?nèi)肷涔獾念l率而增加入射光的強度,則光電子的最大初動能不變.答案:(1)eU(2)不變評分標準:每空3分.16.(8分)(2016·江蘇南通調(diào)研)一靜止的钚核發(fā)生衰變后放出一個α粒子變成鈾核.已知钚核質(zhì)量為m1,α粒子質(zhì)量為m2,鈾核質(zhì)量為m3,光在真空中的傳播速度為c.(1)如果放出的粒子的速度大小為v,求鈾核的速度大小v′.(2)求此衰變過程中釋放的總能量.解析:(1)根據(jù)動量守恒定律0=m2v-m3v′(2分)解得v′=m2(2)質(zhì)量虧損Δm=m1-m2-m3(2分)釋放的總能量ΔE=Δmc2(1分)解得ΔE=(m1-m2-m3)c2.(2分)答案:(1)m2(2)(m1-m2-m3)c217.(8分)(2016·廣東湛江模擬)如圖所示,原子從n>2的某一能級躍遷到n=2的能級,輻射出能量為2.55eV的光子.問至少要給基態(tài)的氫原子提供多少電子伏的能量,才能使它輻射上述能量的光子?請在圖中畫出獲得該能量后的氫原子可能的躍遷圖.解析:(1)氫原子從n>2的某一能級躍遷到n=2的能級,滿足hν=En-E2=2.55eV(2分)En=hν+E2=-0.85eV,所以n=4(2分)基態(tài)氫原子要躍遷到n=4的能級,應(yīng)提供的能量為ΔE=E4-E1=12.75eV(2分)躍遷圖如圖(2分)答案:12.75eV圖見解析18.(8分)一個靜止的鈾核

92232U(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核

90228Th(原子質(zhì)量為228.0287u).(已知原子質(zhì)量單位1u=1.67931.5MeV)(1)寫出衰變方程;(2)算出該衰變反應(yīng)中釋放出的核能;(3)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動能,則釷核獲得的動能有多大?解析:(1)衰變方程為

92232U→90(2)ΔE=Δmc2=(232.0372-228.0287-4.0026)×931.5MeV≈5.50MeV;(2分)(3)根據(jù)動量守恒定律m釷v釷=mαvα,則Ek釷Ekα=12m釷v故Ek釷=ΔE58=5答案:(1)92232U→90(2)5.50MeV(3)0.09MeV19.(14分)(2016·云南玉溪一中月考)太陽中含有大量的氘核,氘核不斷發(fā)生核反應(yīng)釋放大量的核能,以光和熱的形式向外輻射.已知氘核質(zhì)量為2.0136u,氦核質(zhì)量為3.0150u,中子質(zhì)量為1.0087u,1u相當于931.5MeV的能量,則:(1)完成核反應(yīng)方程:12H+12H→(2)求核反應(yīng)中釋放的核能.(3)在兩氘核以相等的動能0.35MeV進行對心碰撞,并且核能全部轉(zhuǎn)化為機械能的情況下,求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動能.解析:(1)核反應(yīng)方程為

12H+12H(2)ΔE=(2×2.0136-3.0150-1.0087)×931.5MeV=3.26MeV.(2分)(3)兩核發(fā)生碰撞時0=Mv1-mv2(2分)由能量守恒可得ΔE+2Ek=12Mv12+1由以上兩式解得EHe=12MvE中=12mv答案:(1)2【備用題組】1.(2016·海南文昌中學期末)下面是原子物理領(lǐng)域著名科學家及他們的主要貢獻,在貢獻后面的橫線上填入對應(yīng)科學家前面的字母代號.A.愛因斯坦 B.盧瑟福C.玻爾 D.普朗克E.查德威克(1)通過α粒子散射實驗建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型的科學家是;

(2)第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域,提出了定態(tài)和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律的科學家是;

(3)通過核反應(yīng)方程

49Be+24He→612C(4)首先提出“能量子”的概念,他被稱為“量子之父”的科學家是.

解析:(1)通過α粒子散射實驗建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型的科學家是盧瑟福;(2)第一次將量子觀念引入原子領(lǐng)域,提出了定態(tài)和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律的科學家是玻爾;(3)通過核反應(yīng)方程

49Be+24He威克;(4)首先提出“能量子”的概念,他被稱為“量子之父”的科學家是普朗克.答案:(1)B(2)C(3)E(4)D2.(2016·江蘇清江中學模擬)太陽能量來源于太陽內(nèi)部氫核的聚變,設(shè)每次聚變反應(yīng)可以看做是4個氫核(11H)結(jié)合成1個氦核(24He),同時釋放出正電子(10e).已知氫核的質(zhì)量為m解析:由題意可知,質(zhì)量虧損為Δm=4mp-mα-2me;由E=Δmc2可知氦核的比結(jié)合能為E0=(4答案:4mp-mα-2me(3.已知某金屬表面接收波長為λ和2λ的單色光照射時,釋放出光電子的最大初動能分別為30