2013屆高三總復(fù)習(xí)單元綜合測(cè)試卷：第16單元《原子結(jié)構(gòu)和原子核》

新課標(biāo)人教版2013屆高三物理總復(fù)習(xí)單元綜合測(cè)試卷第十六單元原子結(jié)構(gòu)和原子核本試卷分第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分試卷滿分為100分。考試時(shí)間為90分鐘。第卷(選擇題，共40分)一、選擇題(本大題包括10小題，每小題4分，共40分。)1.氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A.核力、萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力B.萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力、核力C.庫(kù)侖力、核力、萬(wàn)有引力 D.核力、庫(kù)侖力、萬(wàn)有引力解析：本題考查三種相互作用及庫(kù)侖定律、萬(wàn)有引力定律，意在考查考生知道三種相互作用和對(duì)兩定律的理解.在原子核大小范圍內(nèi)，有強(qiáng)相互作用存在即核力是最大的，由于質(zhì)子的質(zhì)量比較小，由萬(wàn)有引力定律和庫(kù)侖定律可知，庫(kù)侖力比萬(wàn)有引力大，所以選D.答案：D2.下列說法正確的是()A.7NH6CHe是衰變方程B.HHHe是核聚變反應(yīng)方程C.92U90ThHe是核裂變反應(yīng)方程D.HeAlPn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程解析：本題考查了核反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，意在考查考生對(duì)天然放射現(xiàn)象、重核裂變、輕核聚變、原子核的人工轉(zhuǎn)變等相關(guān)知識(shí)的記憶及分析判斷能力.選項(xiàng)A、D為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項(xiàng)B為輕核聚變，選項(xiàng)C為原子核的衰變，故選項(xiàng)BD正確.答案：BD3下面是一核反應(yīng)方程式：HHHeX，用c表示光速，則()A.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2B.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2C.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2D.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2解析：由荷電核數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒，和愛因斯坦質(zhì)能方程可以求解.答案：D4據(jù)媒體報(bào)道，叛逃英國(guó)的俄羅斯前特工利特維年科在倫教離奇身亡，英國(guó)警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級(jí)毒藥放射性元素釙(Po)，若該元素發(fā)生衰變，其半衰期是138天，衰變方程為PoXHe，則下列說法中正確的是()A.X原子核含有124個(gè)中子B.X原子核含有206個(gè)核子C.射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的D.100 g的Po經(jīng)276天，已衰變的質(zhì)量為75 g解析：X原子核中的核子數(shù)為2104206個(gè)，B正確.中子數(shù)為206(842)124個(gè)，A正確.射線是由于核反應(yīng)前后因質(zhì)量損虧釋放的能量以光子的形式放出，C錯(cuò).經(jīng)過兩個(gè)半衰期，剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D正確.答案：ABD5根據(jù)有關(guān)放射性方面的知識(shí)可知，下列說法正確的是()A.隨著氣溫的升高，氡的半衰期會(huì)變短B.許多元素能自發(fā)地放出射線，使人們開始認(rèn)識(shí)到原子是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的C.放射性元素發(fā)生衰變時(shí)所釋放的電子來源于核外電子D.氫核、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，當(dāng)氫核與中子結(jié)合為氘核時(shí)，放出的能量為(m1m2m3)c2解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與化學(xué)、物理性質(zhì)無關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò).衰變是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子被釋放出來，故C項(xiàng)錯(cuò).氫核和中子結(jié)合成氘核放出的能量為(m1m2m3)c2是正確的，故D項(xiàng)正確，放射性使人們認(rèn)識(shí)到原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，B錯(cuò).答案：D6關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是()A.放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時(shí)間就是半衰期B.放射性物質(zhì)放出的射線中，粒子動(dòng)能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng)C.當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時(shí)，將發(fā)生衰變D.放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射出射線解析：半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間，故A錯(cuò)；、三種射線中，粒子速度最小，其貫穿本領(lǐng)最小，故B錯(cuò)；衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生了電子，故C錯(cuò)；衰變后產(chǎn)生的新核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，釋放能量，輻射出射線，故D對(duì).答案：D7放射性同位素14C在考古中有重要應(yīng)用，測(cè)得該化石中14C殘存量，可推算出化石的年代.為研究14C的衰變規(guī)律，將一個(gè)原來靜止的14C原子核放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，觀察到它所放射的粒子與反沖核的徑跡是兩個(gè)相外切的圓，圓的半徑之比Rr51，如圖1所示.那么14C的衰變方程式應(yīng)是下列給定的四個(gè)方程中的()圖1A.6C4BeHe B.6C5BeC.6C7Ne D.6C5BH答案：B8若原子的某內(nèi)層電子被電離形成空位，其他層的電子躍遷到該空位上時(shí)，會(huì)將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來，此電磁輻射就是原子的特征X射線，內(nèi)層空位的產(chǎn)生有多種機(jī)制，其中的一種稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，即原子中處于激發(fā)態(tài)的核躍遷回到基態(tài)時(shí)，將躍遷時(shí)釋放的能量交給某一內(nèi)層電子，使此內(nèi)層電子電離而形成空位(被電離的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子),214Po的原子核從某一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)，可將能量E01.416 MeV交給內(nèi)層電子(如K、L、M層電子，K、L、M標(biāo)記原子中最靠近核的三個(gè)電子層)使其電離，實(shí)驗(yàn)測(cè)得從214Po原子的K、L、M層電離出的電子的動(dòng)能分別為EK1.323 MeV，EL1.399 MeV，EM1.412 MeV，則可能發(fā)射的特征X射線的能量為()A.0.013 MeV B.0.017 MeVC.0.076 MeV D.0.093 MeV解析：由題分析可知，電離后產(chǎn)生的電子動(dòng)能在數(shù)值上與原子所處的激發(fā)態(tài)能級(jí)對(duì)應(yīng).即EK1.323 MeV，EL1.399 MeV，EM1.412 MeV.當(dāng)發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，釋放的X射線的能量可能值為ELEK0.076 MeV，EMEL0.013 MeV，EMEK0.089 MeV.選項(xiàng)中A、C正確.答案：AC9氫原子的能級(jí)如圖2所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.623.11 eV，下列說法錯(cuò)誤的是()圖2A.處于n3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B.大量氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C.大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)生6種不同頻率的光D.大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光解析：要使處于n3能級(jí)的氫原子電離，其光子的能量必須大于或等于1.51 eV，而紫外線光子的能量大于3.11 eV，故能使n3能級(jí)的氫原子電離；大量氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，放出的光子在紅外線區(qū)，故具有顯著的熱效應(yīng)；大量氫原子由n4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能放出6種不同頻率的光，其中有2種不同頻率的可見光，D選項(xiàng)錯(cuò)誤.答案：D10根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E的軌道，輻射出波長(zhǎng)為的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則E等于()A.Eh B.EhC.Eh D.Eh解析：根據(jù)玻爾理論，原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為E)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E)時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hEE，又光在真空中傳播時(shí)，聯(lián)立得EEh.答案：C第卷(非選擇題，共60分)二、填空題(每小題10分，共20分)11.歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5 MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.9 MeV的He.(1 MeV1.6×1013J)上述核反應(yīng)方程為_.質(zhì)量虧損為_kg.解析：HXHeHe或HLiHeHem3.1×1029 kg答案：見解析12.隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí)，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是_.(填選項(xiàng)前的編號(hào))盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子輕核聚變反應(yīng)方程有：HHHen氫原子從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)和從n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)，前者躍遷輻射出的光子波長(zhǎng)比后者的長(zhǎng)解析：本題考查原子的基本結(jié)構(gòu)和原子核的基本組成，核反應(yīng)方程式的寫法以及玻爾的氫原子能級(jí)量子化理論.選項(xiàng)錯(cuò)誤，盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了原子應(yīng)該具有核式結(jié)構(gòu).選項(xiàng)錯(cuò)誤，天然放射現(xiàn)象放射出的射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，是由原子核中的中子變成質(zhì)子后產(chǎn)生的.選項(xiàng)正確，寫核反應(yīng)方程時(shí)應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則.選項(xiàng)錯(cuò)誤，由氫原子能級(jí)方程hEmEn，而，則EmEn得，當(dāng)氫原子從n3能級(jí)躍遷到n1能級(jí)時(shí)，1，從n2能級(jí)躍遷到n1能級(jí)時(shí)，2，E3E1>E2E1，所以1<2.答案：三、計(jì)算題(每小題10分，共40分)13.在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出.中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在.(1)中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即中微子Hne可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是_.(填寫選項(xiàng)前的字母)A.0和0 B.0和1C.1和0 D.1和1(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子()，即ee2已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×1031kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_ J.正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是_.(3)試通過分析比較，具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)的大小.解析：(1)根據(jù)方程的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，判斷出質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)均為零.(2)利用質(zhì)能方程可得出每個(gè)光子的能量，正電子與電子相遇遵循動(dòng)量守恒不可能只轉(zhuǎn)化為一個(gè)光子.答案：(1)A(2)8.2×1014遵循動(dòng)量守恒(3)粒子的動(dòng)量p，物質(zhì)波的波長(zhǎng)由mn>me，知pn>pe，則n<e14從靜止的鐳核Ra中射出的粒子垂直進(jìn)入正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，在電磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，已知E3.72×104N/C，B2.0×103T.(1)寫出核反應(yīng)式.(2)放出粒子后，反沖核速度多大？(3)若靜止的鐳核放出粒子是在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中進(jìn)行的，而且衰變后它們的速度均垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，求粒子與反沖核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比，并定性地畫出粒子和反沖核運(yùn)動(dòng)的完整軌跡.解析：(1)核反應(yīng)方程為RaRnHe(2)粒子在電、磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力平衡qvBqE，所以v根據(jù)動(dòng)量守恒可得反沖核的速度為vvm/s3.4×105 m/s(3)軌跡如圖3所示圖2圓半徑R由于p、B相同，可知R則有答案：(1)RaRnHe(2)3.4×105 m/s(3)43115.U受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變，產(chǎn)生Ba和Kr，同時(shí)放出能量.已知每個(gè)鈾核裂變釋放的平均能量為200 Mev.(1)寫出核反應(yīng)方程.(2)現(xiàn)在要建設(shè)發(fā)電功率為5×105 kW的核電站，用U作為核燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量一半轉(zhuǎn)化為電能，那么該核電站一天消耗U多少千克？(阿伏加德羅常數(shù)取6.0×1023 mol1)解析：(1)核反應(yīng)方程UnBaKr3n200 MeV(2)電站一天發(fā)出的電能E1Pt設(shè)每天消耗U為m kg，核裂變釋放的能量為E2×6.0×1023×200×104×1.6×1019由能量轉(zhuǎn)化得E1E2由式得m1.06 kg答案：(1)UnBaKr3n200 MeV(2)1.06 kg16. 1996年清華大學(xué)和香港大學(xué)的學(xué)生合作研制了太陽(yáng)能汽車，該車是以太陽(yáng)能電池將所接受的太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能而提供給電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)的.已知車上太陽(yáng)能電池接收太陽(yáng)光能的板面面積為8 m2，正對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)生120 V的電壓，并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供10 A的電流，電動(dòng)機(jī)的直流電阻為4，而太陽(yáng)光照射到地面處時(shí)單位面積上的輻射功率為103W/m2.(1)太陽(yáng)光的能量實(shí)際上是由質(zhì)子所參與的一系列反應(yīng)所產(chǎn)生的，即在太陽(yáng)內(nèi)部持續(xù)不斷地進(jìn)行著熱核反應(yīng)，4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)?個(gè)氦核，寫出核反應(yīng)方程.(2)該車的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化太陽(yáng)光能的效率1是多少.(3)若質(zhì)子、氦核、正電子的靜止質(zhì)量分別為mp1.6726×1027kg、m6.6425×1027kg、me0.0009×1027 kg，則m1 kg的質(zhì)子發(fā)生上述熱核反應(yīng)所釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)該車的有用功，能夠維持該車行駛的時(shí)間是多少？(4)已知太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為多少千克？若太陽(yáng)質(zhì)量減少萬(wàn)分之三，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽(yáng)能存在多少年？解析：(1)4HHe2e(2)115%(3)E(4mPm2me)c24.15×1012J而(UII2R)tt1.30×1011s(4)太陽(yáng)每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽(yáng)每秒減少的質(zhì)量為m0.4×1010kg太陽(yáng)的質(zhì)量為2×1030kg，太陽(yáng)還能存在的時(shí)間為ts1.5×1017s5×109年答案：(1)4HHe2e(2)15%(3)1.30×1011s(4)0.4×1010kg5×109年