2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十二章原子與原子核綜合檢測含解析魯科版

PAGE11-原子與原子核綜合檢測(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共12小題,每題4分,共48分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第1~7題只有一個(gè)選項(xiàng)正確,第8~12題有多項(xiàng)正確,全部選對得4分,選對但不全得2分,有選錯(cuò)或不選的得0分)1.人們對“光的本性”的相識(shí),經(jīng)驗(yàn)了漫長的發(fā)展過程.下列符合物理學(xué)史實(shí)的是(C)A.牛頓提出光是一種高速粒子流,并能說明一切光的現(xiàn)象B.惠更斯認(rèn)為光是機(jī)械波,并能說明一切光的現(xiàn)象C.為了說明光電效應(yīng),愛因斯坦提出了光子說D.為了說明光的本性,麥克斯韋提出了光的波粒二象性解析:牛頓認(rèn)為光是一種粒子流,他的觀點(diǎn)支持了光的微粒說,能說明光的直線傳播與反射現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;惠更斯認(rèn)為光是一種機(jī)械波,并能說明光的反射、折射和衍射,但不能說明光的直線傳播和光電效應(yīng)等現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤;為了說明光電效應(yīng),愛因斯坦提出光子說,認(rèn)為光的放射、傳播和汲取不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份就是一個(gè)光子,故C正確;麥克斯韋認(rèn)為光是一種電磁波,康普頓效應(yīng)證明光具有波粒二象性,故D錯(cuò)誤.2.下列說法正確的是(D)A.中子與質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)汲取能量B.盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)證明白原子核是由質(zhì)子和中子組成的C.入射光照耀到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng),若僅減弱該光的強(qiáng)度,則可能不發(fā)生光電效應(yīng)D.依據(jù)玻爾理論,氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道,原子的能量削減,電子的動(dòng)能增加解析:中子與質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)放出能量,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;盧瑟福的α粒子散射試驗(yàn)證明白原子具有核式結(jié)構(gòu),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;入射光照耀到某金屬表面發(fā)生光電效應(yīng),若僅減弱該光的強(qiáng)度,依據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件,仍可發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;依據(jù)玻爾理論,氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道,原子的能量削減,電子的動(dòng)能增加,選項(xiàng)D正確.3.下列說法正確的是(D)A.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性,康普頓效應(yīng)揭示了光的波動(dòng)性B.玻爾原子理論提出了定態(tài)和躍遷的概念,能說明任何原子的光譜現(xiàn)象CTh(釷核)經(jīng)過6次α衰變和2次β衰變后變成Pb(鉛核)D.一群處在n=4能級(jí)的氫原子,最多可能向外輻射6種不同頻率的光子解析:光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都揭示了光的粒子性,故A錯(cuò)誤;玻爾利用定態(tài)概念和能級(jí)躍遷的規(guī)律,很好地說明白氫原子光譜的試驗(yàn)規(guī)律,但是無法說明其他原子的光譜現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤;釷核質(zhì)量數(shù)為232,鉛核質(zhì)量數(shù)為208,則α衰變次數(shù)為x=次=6次,β衰變次數(shù)y=12+82-90=4次,故C錯(cuò)誤;大量氫原子從n=4能級(jí)向低能級(jí)躍遷,最多產(chǎn)生=6種不同頻率的光子,故D正確.4.1933年至1934年間,約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔時(shí),發(fā)生的核反應(yīng)方程為AlHePn,反應(yīng)生成物P像自然放射性元素一樣衰變,放出正電子e,且伴隨產(chǎn)生中微子ν,核反應(yīng)方程為PSieν.則下列說法正確的是(B)A.當(dāng)溫度、壓強(qiáng)等條件改變時(shí),放射性元素P的半衰期隨之改變B.中微子的質(zhì)量數(shù)A=0,電荷數(shù)Z=0C.正電子產(chǎn)生的緣由可能是核外電子轉(zhuǎn)變成的D.兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子,則質(zhì)子與中子的質(zhì)量之和肯定等于α粒子的質(zhì)量解析:元素的半衰期與元素所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,中微子的質(zhì)量數(shù)A=0,電荷數(shù)Z=0,選項(xiàng)B正確;核反應(yīng)中釋放出的正電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子和正電子時(shí)釋放出來的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子,釋放出能量,肯定有質(zhì)量虧損,兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子質(zhì)量之和肯定大于α粒子的質(zhì)量,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.5.我國科幻電影《流浪地球》講解并描述的是由于太陽即將毀滅,人類帶著地球一起逃離太陽系,找尋人類新家園的故事.該片劇情的背景是由于太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng),釋放大量能量,導(dǎo)致太陽質(zhì)量虧損.若太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J,則一年內(nèi)太陽質(zhì)量虧損的數(shù)量級(jí)是(C)A.1015kgC.1017kg解析:若太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J,一年內(nèi)釋放能量E=365×24×3600×3.8×1026J≈1.2×1034J,由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2可知,太陽一年內(nèi)虧損的質(zhì)量Δm≈=1.3×1017kg6.氫原子能級(jí)圖如圖所示,用大量處于n=2能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)時(shí),放射出的光照耀光電管陰極K,測得光電管電流的遏止電壓為7.6V.已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,電子電荷量e=-1.6×10-19CA.電子從陰極K表面逸出的最大初動(dòng)能為2.6eVB.陰極K材料的逸出功為7.6eVC.陰極K材料的極限頻率為6.27×1014HzD.氫原子從n=4躍遷到n=2能級(jí),放射出的光照耀該光電管陰極K時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)解析:光電管電流的遏止電壓為7.6V,依據(jù)mv2=eU0,可知電子從陰極K表面逸出的最大初動(dòng)能為7.6eV,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;大量處于n=2能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)時(shí),輻射光子的能量ΔE=(-3.4eV)-(-13.6eV)=10.2eV,則陰極K材料的逸出功W=ΔE-mv2=10.2eV-7.6eV=2.6eV,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;陰極K材料的極限頻率為ν0==Hz=6.27×1014Hz,選項(xiàng)C正確;氫原子從n=4躍遷到n=2能級(jí),輻射光子的能量為(-0.85eV)-(-3.4eV)=2.55eV,小于金屬的逸出功,則放射出的光照耀該光電管陰極K時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.7.下列說法正確的是(D)A.陰極射線和β射線的本質(zhì)都是電子流,在原子內(nèi)的來源是相同的B.太陽輻射的能量主要來源于太陽中的裂變反應(yīng)C.用頻率大于某金屬極限頻率的單色光照耀該金屬,若增大入射光的頻率,則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子肯定增多D.放射性元素的半衰期,與該元素所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān)解析:β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流,是發(fā)生β衰變時(shí)產(chǎn)生的,陰極射線也是電子流,是核外電子被電離產(chǎn)生的,故A錯(cuò)誤;太陽輻射的能量主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變,故B錯(cuò)誤;單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目還與光的強(qiáng)度有關(guān),故C錯(cuò)誤;放射性元素的半衰期,是由放射性元素本身確定的,與該元素所處的物理化學(xué)狀態(tài)無關(guān),故D正確.8.以下說法中正確的是(ACD)A.圖(甲)是α粒子散射試驗(yàn)示意圖,當(dāng)顯微鏡在A,B,C,D中的A位置時(shí)熒光屏上接收到的α粒子數(shù)最多B.圖(乙)是氫原子的能級(jí)示意圖,氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)會(huì)汲取肯定頻率的光子C.圖(丙)是光電效應(yīng)試驗(yàn)示意圖,當(dāng)光照耀鋅板時(shí)驗(yàn)電器的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),則此時(shí)驗(yàn)電器的金屬桿帶的是正電荷D.圖(丁)是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,該試驗(yàn)現(xiàn)象說明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性解析:在α粒子散射試驗(yàn)中,絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后,基本上仍沿原來的方向前進(jìn),故A正確;圖(乙)是氫原子的能級(jí)示意圖,氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)會(huì)釋放出肯定頻率的光子,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)光照耀鋅板時(shí),有電子在鋅板逸出,故鋅板帶正電,則驗(yàn)電器的金屬桿帶的也是正電,故C正確;圖(丁)是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,該試驗(yàn)現(xiàn)象說明實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性,選項(xiàng)D正確.9.如圖為氫原子的能級(jí)示意圖,鋅的逸出功是3.34eV,那么對氫原子在能量躍遷過程中放射或汲取光子的特征相識(shí)正確的是(BC)A.用氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)放射的光照耀鋅板肯定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)B.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能放出3種不同頻率的光C.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),發(fā)出的光照耀鋅板,鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為8.75eVD.用能量為10.3eV的光子照耀,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)解析:氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)出的光子的最小能量為10.2eV,照耀鋅板肯定能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,故A錯(cuò)誤;一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),依據(jù)=3可知,能放出3種不同頻率的光,故B正確;氫原子從n=3能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)出的光子的能量為E=-1.51eV+13.6eV=12.09eV,因鋅的逸出功是3.34eV,鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為mv2=12.09eV-3.34eV=8.75eV,故C正確;用能量為10.3eV的光子照耀,因10.3eV不等于任何兩個(gè)能級(jí)的能級(jí)差,則不能被氫原子汲取,不能躍遷,故D錯(cuò)誤.10.在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,一個(gè)靜止的放射性原子核X)發(fā)生了一次α衰變.放射出的α粒子He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R.以m,q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量,生成的新核用Y表示.下面說法正確的是(ABC)A.新核Y在磁場中圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為RY=RB.α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,且電流大小為I=C.若衰變過程中釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能,則衰變過程中的質(zhì)量虧損為Δm=D.發(fā)生衰變后產(chǎn)生的α粒子與新核Y在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡正確的是圖(丙)解析:由于衰變過程動(dòng)量守恒,所以α粒子與新核Y的動(dòng)量大小相等,方向相反,由圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式R=可知,=,選項(xiàng)A正確;圓周運(yùn)動(dòng)周期T=,環(huán)形電流I==,選項(xiàng)B正確;對α粒子,由qvB=m可得v=①,由質(zhì)量關(guān)系可知,衰變后新核Y的質(zhì)量為M=m②,由衰變過程動(dòng)量守恒可得Mv'-mv=0可知v'=v③,系統(tǒng)增加的能量為ΔE=Mv'2+mv2④,由質(zhì)能方程得ΔE=Δmc2⑤,聯(lián)立①②③④⑤可得Δm=,選項(xiàng)C正確;由動(dòng)量守恒可知,衰變后α粒子與新核Y運(yùn)動(dòng)方向相反,所以,軌跡圓應(yīng)外切,由圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式R=可知,α粒子半徑大,由左手定則可知兩粒子圓周運(yùn)動(dòng)方向相同,(丁)圖正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.11.a,b是兩種單色光,其光子能量分別為εa,εb.若=k,則(BC)A.a,b光子動(dòng)量之比=B.a,b兩種單色光的波長之比=C.若a,b都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),則光電子最大初動(dòng)能之差Eka-Ekb=εb(k-1)D.若a,b是由處在同一激發(fā)態(tài)的原子躍遷到a態(tài)和b態(tài)時(shí)產(chǎn)生的,則a,b兩態(tài)能級(jí)之差Ea-Eb=εb(k-1)解析:依據(jù)德布羅意波的波長λ=,以及光子能量公式ε=h可得p=,故==k,A錯(cuò)誤;==,B正確;依據(jù)電子最大初動(dòng)能Ek=hν-W0可知Ek=ε-W0,故可得Eka-Ekb=εa-εb=(k-1)εb,C正確;依據(jù)公式ε=hν=E初-E末,又由同一激發(fā)態(tài)原子躍遷所以E初相同,且都由高能級(jí)往低能級(jí)躍遷,所以Ea-Eb=-εa-(-εb)=(1-k)εb,D錯(cuò)誤.12.圖1所示為氫原子能級(jí)圖,大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)能輻射出多種不同頻率的光,其中用從n=4能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光照耀圖2所示光電管的陰極K時(shí),電路中有光電流產(chǎn)生,則(BC)A.若將滑片右移,電路中光電流肯定增大B.若將電源反接,電路中可能有光電流產(chǎn)生C.若陰極K的逸出功為1.05eV,則逸出的光電子最大初動(dòng)能為2.4×10-19JD.大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光中只有4種光子能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)解析:將滑片右移,光電管兩端的電壓增大,但之前光電流是否達(dá)到飽和并不清晰,因此光電管兩端的電壓增大,光電流不肯定增大,A錯(cuò)誤;將電源極性反接,所加電壓阻礙光電子向陽極運(yùn)動(dòng),但若eU<mv2,仍會(huì)有肯定數(shù)量的光電子到達(dá)陽極而形成光電流,B正確;若陰極K的逸出功為1.05eV,由光電效應(yīng)方程知,逸出的光電子最大初動(dòng)能mv2=hν-W=-0.85eV-(-3.40eV)-1.05eV=1.5eV=2.4×10-19J,C正確;由于陰極K的逸出功未知,能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)的光子種數(shù)無法確定,D錯(cuò)誤.二、非選擇題(共52分)13.(6分)雷蒙德·戴維斯因探討來自太陽的電子中微子(νe)而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),他探測電子中微子所用的探測器的主體是一個(gè)貯滿615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶,電子中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核,其核反應(yīng)方程為νeClAre,已知Cl核的質(zhì)量為36.95658uAr核的質(zhì)量為36.95691ue的質(zhì)量為0.00055u,1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5MeV.依據(jù)以上數(shù)據(jù),求參加上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量.解析:核反應(yīng)過程增加的質(zhì)量Δm=(36.95691+0.00055-36.95658)u=0.00088u(2分)依據(jù)質(zhì)能方程可知,核反應(yīng)過程應(yīng)汲取能量,即電子中微子的最小能量ΔE=Δm×931.5MeV(2分)=0.00088×931.5MeV≈0.82MeV(2分)答案:0.82MeV14.(6分)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1,激發(fā)態(tài)能量En=,其中n=2,3,….用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速.用光子能量為E的一束單色光照耀處于基態(tài)的一群氫原子,這群氫原子汲取光子后能發(fā)出6種不同頻率的光子.求:(1)基態(tài)能量E1的肯定值;(2)發(fā)出的光子頻率最大值.解析:(1)光子能量為E的單色光照耀一群基態(tài)氫原子能發(fā)出6種不同頻率的光子,依據(jù)=6可知,n=4,即能發(fā)出6種不同頻率的光子的氫原子肯定處于n=4能級(jí),則E=E4-E1=-E1(2分)解得|E1|=E.(2分)(2)氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)放出的光子能量最大,頻率最大,則有hν=E4-E1,解得ν=.(2分)答案:(1)E(2)15.(6分)2024年1月,中國散裂中子源加速器打靶束流功率超過50kW,技術(shù)水平達(dá)到世界前列,散裂中子源是由加速器供應(yīng)高能質(zhì)子轟擊重金屬靶而產(chǎn)生中子的裝置,一能量為109eV的質(zhì)子打到汞、鎢等重核后,導(dǎo)致重核不穩(wěn)定而放出20~30個(gè)中子,大大提高了中子的產(chǎn)生效率.一個(gè)高能質(zhì)子的動(dòng)量為p0,打到質(zhì)量為M、原來靜止的鎢核內(nèi),形成瞬時(shí)的復(fù)合核,然后再散裂出若干中子,已知質(zhì)子質(zhì)量為m,普朗克常量為h.(1)求復(fù)合核的速度v;(2)設(shè)復(fù)合核釋放的某個(gè)中子的動(dòng)量為p,求此中子的物質(zhì)波波長λ.解析:(1)質(zhì)子打到鎢核上的過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒,以質(zhì)子的初速度方向?yàn)檎较?由動(dòng)量守恒定律得p0=(m+M)v,(2分)解得v=.(2分)(2)由德布羅意關(guān)系式可知,波長λ=.(2分)答案:(1)(2)16.(10分)用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核Li),發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子.生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反,氚核與α粒子的速度之比為7∶8,中子的質(zhì)量為m,質(zhì)子的質(zhì)量可近似看成m,光速為c.(1)寫出核反應(yīng)方程;(2)求氚核和α粒子的速度大小;(3)若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動(dòng)能,求出質(zhì)量虧損.解析:(1)依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,有nLiHHe.(2分)(2)由動(dòng)量守恒定律得mnv=-mHv1+mHev2.(2分)由題意得v1∶v2=7∶8,解得v1=,v2=.(2分)(3)氚核和α粒子的動(dòng)能之和為Ek=·3m+·4m=mv2.(2分)釋放的核能為ΔE=Ek-Ekn=mv2-mv2=mv2.(1分)由愛因斯坦質(zhì)能方程得,質(zhì)量虧損為Δm==.(1分)答案:(1nLiHHe(2)(3)17.(12分)1909年~1911年,英籍物理學(xué)家盧瑟福與其合作者做了用α粒子轟擊固定金箔的試驗(yàn),發(fā)覺絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進(jìn),少數(shù)α粒子卻發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),并且還有極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角度超過了90°,有的甚至被彈回,偏轉(zhuǎn)角幾乎達(dá)到180°,這就是α粒子散射試驗(yàn).為了說明這個(gè)結(jié)果,盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說:在原子的中心有一個(gè)很小的核,叫做原子核,原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上,帶負(fù)電的電子在核外空間圍著核旋轉(zhuǎn).設(shè)某一次試驗(yàn),有一初速度為v0的α粒子正對著金箔中某一金原子核Q運(yùn)動(dòng),結(jié)果被反向彈回.已知在點(diǎn)電荷Q的電場中,α粒子在距離Q為r的點(diǎn)的電勢能W=,k=9.0×109N·m2/C2,金的原子序數(shù)為79,α粒子質(zhì)量mα=6.64×10-27kg,α粒子初速度v0=1.6×107m/s,電子電荷量e=1.6×10(1)若該α粒子距離這個(gè)金核r1時(shí),其速度為v1,加速度為a1,則在距離這個(gè)金核r2時(shí),其速度v2,加速度a2各為多少?(金核近似認(rèn)為始終靜止)(2)請估算出金原子核的直徑d.解析:(1)由牛頓其次定