高考物理一輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題61 原子與原子核（測(cè)）（含解析）1

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專(zhuān)題61 原子與原子核（測(cè)） 【滿(mǎn)分：110分時(shí)間：90分鐘】 一、選擇題(本大題共12小題，每小題5分，共60分。填入正確選項(xiàng)前的字母。選對(duì)1個(gè)給2分，選對(duì)2個(gè)給4分，選對(duì)3個(gè)給5分。每錯(cuò)1個(gè)扣3分，最低得分為0分。) 1．下列說(shuō)法正確的是。 A、粒子散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) B、根據(jù)波爾理論，氫原子輻射出一個(gè)光子后，氫原子電勢(shì)能減小，核外電子運(yùn)動(dòng)的加速度增大 C、一塊純凈的放射性元素的礦石經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期以后它的總質(zhì)量?jī)H剩下一半 D、經(jīng)過(guò)多次、衰變形成穩(wěn)定的的過(guò)程中，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子 E、質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別是、、，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)粒子，釋放的能量是 【答案】BDE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】本題考查的知識(shí)點(diǎn)較多，難度不大，需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)選修課本時(shí)要全面掌握，多看多記。2．某種金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系圖象如圖所示．則由圖象可知________。 A.任何頻率的入射光都能產(chǎn)生光電效應(yīng) B.該金屬的逸出功等于 C.入射光的頻率發(fā)生變化時(shí)，遏止電壓不變 D.若已知電子電量e，就可以求出普朗克常量h E.入射光的頻率為時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 【答案】BDE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握光電效應(yīng)方程，以及知道遏止電壓與最大初動(dòng)能之間的關(guān)系；根據(jù)光電效應(yīng)方程：和得出遏止電壓Uc與入射光頻率v的關(guān)系式，從而進(jìn)行判斷。 3．下列說(shuō)法正確的是________。 A、采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期 B、查德威克發(fā)現(xiàn)了中子 C、現(xiàn)在的很多手表指針上涂有一種新型發(fā)光材料，白天吸收光子外層電子躍遷到高能軌道，晚上向低能級(jí)躍遷放出光子，其發(fā)光的波長(zhǎng)一定跟吸收的光的波長(zhǎng)完全一致 D、質(zhì)子和中子結(jié)合成新原子核一定有質(zhì)量虧損，釋放出能量 E、分別用X射線(xiàn)和紫光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng)，則用X射線(xiàn)照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能較大 【答案】BDE 【解析】 元素的半衰期是由元素本身決定的與外部環(huán)境無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤； 1932年，查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，故B正確；由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)會(huì)放出光子，若發(fā)光材料白天吸收光子外層電子躍遷到的高能軌道，晚上向低能級(jí)躍遷放出光子，其發(fā)射光的能量可能與吸收的光的能量相等，也可能小于吸收的光的能量，波長(zhǎng)不一定跟吸收的光的波長(zhǎng)完全一致．故C錯(cuò)誤；質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核一定有質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程知，有能量放出，故D正確；分別用x射線(xiàn)和紫光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng)；由光電效應(yīng)方程：．則用頻率比較大的X射線(xiàn)照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能較大，故E正確。 【名師點(diǎn)睛】本題考查了近代物理中的基本知識(shí)，對(duì)于這部分基本知識(shí)要注意加強(qiáng)理解和應(yīng)用．該題中，一大群氫原子在吸收了光子的能量后，可能躍遷至的能級(jí)，所以釋放出的光子的種類(lèi)可能有多種，這是容易被忽略和犯錯(cuò)誤的地方。 4．下列說(shuō)法正確的是________。 A．光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動(dòng)量 B．原子核結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定 C．核泄漏事故污染物CS137能夠產(chǎn)生對(duì)人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為可以判斷x為電子 D．β射線(xiàn)在云室中穿過(guò)會(huì)留下清晰的直線(xiàn)徑跡，說(shuō)明β射線(xiàn)也有波動(dòng)性 E.一個(gè)氫原子處在n=4的能級(jí)，當(dāng)它躍遷到較低能級(jí)時(shí)，最多可發(fā)出3種頻率的光子 【答案】ACE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】該題考查原子物理學(xué)中的、包括物理學(xué)史在內(nèi)的多個(gè)記憶性的知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，這一類(lèi)的情況要多加積累。 5．如圖為氫原子的能級(jí)圖，已知可見(jiàn)光的光子的能量范圍為1．62～3．11 eV，鋅板的電子逸出功為3．34 eV，那么對(duì)氫原子在能級(jí)躍遷的過(guò)程中輻射或吸收光子的特征認(rèn)識(shí)正確的是________。 A．用氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射的光照射鋅板，一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 B．用能量為11．0 eV的自由電子轟擊，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) C．處于n＝2能級(jí)的氫原子能吸收任意頻率的紫外線(xiàn) D．處于n＝3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線(xiàn)，并且使氫原子電離 E．用波長(zhǎng)為60 nm的倫琴射線(xiàn)照射，可使處于基態(tài)的氫原子電離出自由電子 【答案】BDE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道什么是電離，以及能級(jí)的躍遷滿(mǎn)足，注意吸收光子是向高能級(jí)躍遷，釋放光子是向低能級(jí)躍遷，同時(shí)掌握吸收或釋放能量要正好等于能級(jí)之差。 6．下列的若干敘述中，正確的是________。 A．黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布只與黑體的溫度有關(guān) B．對(duì)于同種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能與照射光的頻率成線(xiàn)性關(guān)系 C．一塊純凈的放射性元素礦石，經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期以后，它的總質(zhì)量?jī)H剩下一半 D．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，原子的能量也減小了 E．將核子束縛在原子核內(nèi)的核力，是不同于萬(wàn)有引力和電磁力的另一種相互作用 【答案】ABE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】考查黑體輻射的規(guī)律，掌握物理史實(shí)，知道衰變產(chǎn)生新核，理解光電效應(yīng)方程，本題考查的知識(shí)點(diǎn)較多，難度不大，需要我們?cè)趯W(xué)習(xí)選修課本時(shí)要全面掌握，多看多記。 7．已知能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的光子的最小頻率為ν0。一群氫原子處于量子數(shù)n＝4的激發(fā)態(tài)，這些氫原子能夠自發(fā)地躍遷到較低的能量狀態(tài)，并向外輻射多種頻率的光，且氫原子從量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到量子數(shù)n＝2的能量狀態(tài)時(shí)向外輻射頻率為ν0的光子。下列說(shuō)法正確的是________。 A．這些氫原子向外輻射的光子頻率有6種 B．當(dāng)照射光的頻率ν 大于ν0 時(shí)，若ν 增大，則逸出功增大 C．當(dāng)用頻率為2ν0 的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0 D．當(dāng)照射光的頻率ν 大于ν0 時(shí)，若光強(qiáng)增大一倍，則光電子的最大初動(dòng)能也增大一倍 E．這些氫原子向外輻射的所有頻率的光子中，只有一種不能使這種金屬發(fā)生光電效應(yīng) 【答案】ACE 【解析】 根據(jù)=6知，這些氫原子向外輻射的光子頻率有6種，故A正確．金屬的逸出功與入射光的頻率無(wú)關(guān)，由金屬本身性質(zhì)決定，故B錯(cuò)誤．某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的光子的最小頻率為ν0．則逸出功為hv0，根據(jù)光電效應(yīng)方程得，用頻率為2ν0的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ekm=h?2v0-hv0=hv0，故C正確．光電子的最大初動(dòng)能與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤．從量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到量子數(shù)n=2的能量狀態(tài)時(shí)向外輻射頻率為ν0的光子，可知只有n=4到n=3輻射的光子頻率小于v0，即只有一種不能使這種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故E正確．故選ACE. 【名師點(diǎn)睛】解答此題，根據(jù)數(shù)學(xué)組合知識(shí)得出輻射光子頻率的種類(lèi)；金屬逸出功與入射光的頻率無(wú)關(guān)，根據(jù)光電效應(yīng)得出光電子的最大初動(dòng)能，結(jié)合能級(jí)躍遷時(shí)光子能量的大小關(guān)系判斷發(fā)生光電效應(yīng)的光子種數(shù)。 8．下列說(shuō)法中正確的是________。 A．有10個(gè)半衰期為T(mén)的某種原子，在T時(shí)間后一定還剩余5個(gè) B．（釷）核衰變?yōu)椋ㄧh）核時(shí)，衰變前Th核靜止質(zhì)量大于衰變后Pa核與粒子靜止的總質(zhì)量 C．衰變中產(chǎn)生的射線(xiàn)實(shí)際上來(lái)源于原子核 D．分別用少量的紫光和較高強(qiáng)度綠光照射同一金屬表面都能發(fā)生光電效應(yīng)，則用強(qiáng)綠光照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能較大 E．根據(jù)玻爾理論可知，氫原子輻射出一個(gè)光子后，氫原子的電勢(shì)能減小，核外電子的運(yùn)動(dòng)動(dòng)能增大 【答案】BCE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】該題考查到的選修的內(nèi)容考查的知識(shí)點(diǎn)很廣但不深，把課標(biāo)上要求識(shí)記和理解的知識(shí)點(diǎn)記牢．本題的關(guān)鍵理解半衰期的含義以及影響半衰期的因素，注意其是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，基礎(chǔ)問(wèn)題. 9．下列說(shuō)法正確的是　　　　。 A.用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，減弱光的強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能不變 B．不僅光子具有波粒二像性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二像性 C．如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的德布羅意波長(zhǎng)相等，則它們的動(dòng)能也相等 D．在光的干涉中，暗條紋的地方是光子不會(huì)到達(dá)的地方 E．是核裂變反應(yīng) 【答案】ABE 【解析】 用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，減弱光的強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能不變，因?yàn)楣怆娮拥淖畲蟪鮿?dòng)能只與光的頻率有關(guān)，A正確；不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性，B正確；如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的德布羅意波相等，則它們的動(dòng)量也相等，但動(dòng)能不相等，C錯(cuò)誤；在光的干涉中，暗條紋的地方是光子到達(dá)概率小的地方，不是光子不會(huì)到達(dá)的地方，D錯(cuò)誤；原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程，稱(chēng)為核反應(yīng)，而質(zhì)量大的原子核被中子轟擊分裂成質(zhì)量更小的原子核稱(chēng)為核裂變，故是核裂變反應(yīng)，E正確．故選：ABE。 【名師點(diǎn)睛】本題考查光電效應(yīng)方程，德布羅意波，光的干涉和核反應(yīng)等基礎(chǔ)內(nèi)容，涉及知識(shí)點(diǎn)較多，要深刻理解每一個(gè)概念才不會(huì)出錯(cuò)；德布羅意波長(zhǎng)為，p是動(dòng)量，h是普朗克常量，判斷電子和中子的動(dòng)能是否相等；波粒二象性說(shuō)明一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有這個(gè)性質(zhì)；從干的干涉條紋中能知道暗條紋指的是光子到達(dá)概率小的地方；根據(jù)衰變、核裂變、核聚變的區(qū)別，判斷E中什么反應(yīng)． 10．天然放射物質(zhì)的放射線(xiàn)包含三種成份，下面的說(shuō)法中正確的是________。 A．一張厚的黑紙可以擋住α射線(xiàn)，但不能擋住β射線(xiàn)和γ射線(xiàn) B．某原子核在放出γ粒子后會(huì)變成另一種元素的原子核 C．三種射線(xiàn)中對(duì)氣體電離作用最強(qiáng)的是α射線(xiàn) D．β粒子是電子，但不是原來(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子 E、β粒子是電子，它就是原來(lái)繞核旋轉(zhuǎn)的核外電子 【答案】ACD 【解析】 【名師點(diǎn)睛】本題考查了有關(guān)衰變中三種射線(xiàn)的性質(zhì)，關(guān)鍵是了解α、β、γ三種射線(xiàn)的性質(zhì)以及產(chǎn)生過(guò)程；對(duì)于類(lèi)似基礎(chǔ)知識(shí)，注意加強(qiáng)記憶，平時(shí)注意積累。 11．下列說(shuō)法正確的是________。 A．盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子內(nèi)部有一個(gè)體積很小的原子核 B．鈾核（）衰變?yōu)殂U核（）的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)6次衰變和8次衰變 C．按照愛(ài)因斯坦的理論，在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek D．玻爾的原子理論第一次將量子觀(guān)念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了所有原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 E．鈾核（）衰變成離子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能 【答案】ACE 【解析】 盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了原子內(nèi)部有一個(gè)體積很小的原子核，選項(xiàng)A正確；由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知鈾核（）衰變?yōu)殂U核（）的過(guò)程中，238=206+84，要經(jīng)過(guò)8次α衰變，92=82+82-61，6次β衰變，B錯(cuò)誤；按照愛(ài)因斯坦的理論，在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hv，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動(dòng)能Ek，選項(xiàng)C正確；玻爾的原子理論第一次將量子觀(guān)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(shí)驗(yàn)規(guī)律，但是不能解釋其它原子發(fā)光問(wèn)題，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；鈾核（）衰變成α粒子和另一原子核，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程知，有質(zhì)量虧損，釋放能量，則衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于鈾核的結(jié)合能．故E正確；故選ACE. 【名師點(diǎn)睛】本題考查了衰變的實(shí)質(zhì)、粒子散射實(shí)驗(yàn)、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程等基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，關(guān)鍵要熟悉教材，牢記這些基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)。 12．下列說(shuō)法正確的是________。 A.如果用紫光照射某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),改用綠光照射這種金屬不一定發(fā)生光電效應(yīng) B.由玻爾理論可知,氫原子的核外電子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí),要釋放一定頻率的光子,同時(shí)電子的動(dòng)能減小,電勢(shì)能增大 C.α粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn),這是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)之一 D.原子核的比結(jié)合能大小可反映原子核的穩(wěn)定程度,該值隨質(zhì)量數(shù)的增加而增大 E.放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的,與外界的物理?xiàng)l件和所處的化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān) 【答案】ACE 【解析】 【名師點(diǎn)睛】本題考查光電效應(yīng)、α粒子散射實(shí)驗(yàn)、能級(jí)的躍遷、衰變、半衰期等基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，比較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵熟悉教材，牢記這些基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，并強(qiáng)化訓(xùn)練； 二、非選擇題（本大題共4小題，第13、14題每題10分；第15、16題每題15分；共50分） 13．（10分）氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷．它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一．其衰變方程是Rn→4Po+He ．已知Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過(guò)天，16g的Rn衰變后還剩1g． 【答案】He，15.2 【解析】 根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，知未知粒子的電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為4，該粒子為He， 根據(jù)m=知，m=1g，m0=16g，則衰變的次數(shù)為4，則衰變的天數(shù)n=3.84=15.2天． 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒確定衰敗的產(chǎn)物．經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期有半數(shù)發(fā)生衰變，根據(jù)m=確定衰變的次數(shù)，從而確定經(jīng)歷的天數(shù)． 14．（10分）某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α或β衰變。原來(lái)靜止的氡核（Rn）發(fā)生一次α衰變生成新核釙（Po）。取氡核的質(zhì)量mRn＝222．0176 u，釙核的質(zhì)量mPo＝218．0090 u，α粒子的質(zhì)量mα＝4．0026 u，已知1u相當(dāng)于931．5MeV。 （1）寫(xiě)出衰變的核反應(yīng)方程 （2）該衰變反應(yīng)中釋放出的核能（保留兩位有效數(shù)字） 【答案】（1）（2）5．6 MeV 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道衰變的過(guò)程中電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，以及掌握能量守恒定律、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程。 15．（15分）用速度大小為 v 的中子轟擊靜止的鋰核，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和粒子，生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與粒子的速度之比為 7∶8，中子的質(zhì)量為 m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看作 m，光速為c （i）寫(xiě)出核反應(yīng)方程； （ii）求氚核和a 粒子的速度大?。? （iii）若核反應(yīng)過(guò)程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和氚核的動(dòng)能，求出質(zhì)量虧損． 【答案】（i） （ii）， （iii） 【解析】 （i）根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒，則有核反應(yīng)方程為： （ii）由動(dòng)量守恒定律得： 由題意得： 解得：，。 （iii）氚核和α粒子的動(dòng)能之和為： 釋放的核能為 由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得，質(zhì)量虧損為。 【名師點(diǎn)睛】核反應(yīng)中遵守兩大基本規(guī)律：能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律．注意動(dòng)量守恒定律的矢量性，要明確是如何轉(zhuǎn)化的。 16．（15分）用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核（），發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和粒子。生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與粒子的速率之比為7:8，質(zhì)子和中子的質(zhì)量均為m，光速為c （1）寫(xiě)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(guò)程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和氚核的動(dòng)能，求出質(zhì)量虧損。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】 【名師點(diǎn)睛】核反應(yīng)中遵守兩大基本規(guī)律：能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律．注意動(dòng)量守恒定律的矢量性，要明確是如何轉(zhuǎn)化的．