2019-2020年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí) 原子物理試題 .doc

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2019-2020年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí) 原子物理試題 1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說(shuō)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，α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β哀變 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γ射線 2.氫原子的部分能級(jí)如圖所示。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知, 氫原子 A. 從高能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)了出的光的波長(zhǎng)比可見光的短 B. 從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光 C. 從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見光的高 D. 從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光為可見光 3．一個(gè)鈹原子核（Be）從最靠近核的K層電子軌道上俘獲一個(gè)電子后發(fā)生衰變，生成一個(gè)鋰核（），并放出一個(gè)不帶電的中微子νe（質(zhì)量不計(jì)），人們把這種衰變叫鈹核的EC衰變。核反應(yīng)方程為：Be。已知一個(gè)鈹原子質(zhì)量為m1，一個(gè)鋰原子質(zhì)量為m2，一個(gè)電子質(zhì)量為me，光速為c，則一個(gè)鈹原子核發(fā)生上述核反應(yīng)釋放的能量為 A．(m1—m2)c2 B．(m1＋me＋m2)c2 C．(m1＋me—m2)c2 D．(m2—m1—me)c2 4.下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是 A．粒子散射現(xiàn)象 B．天然放射現(xiàn)象 C．光電效應(yīng)現(xiàn)象 D．原子發(fā)光現(xiàn)象 5．二十世紀(jì)初，為了研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，物理學(xué)家做了大量的實(shí)驗(yàn)，揭示了原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了電子、中子和質(zhì)子，如圖所示是 A.盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置 B.盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實(shí)驗(yàn)裝置 C.湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子的實(shí)驗(yàn)裝置 D.查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)裝置 6.放射性元素衰變時(shí)放出三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是 A．a(chǎn)射線，b射線，g射線 B．g射線，b射線，a射線， C．g射線，a射線，b射線 D．b射線，a射線，g射線 7．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說(shuō)法正確的是 A．核反應(yīng)方程是H+nH+γ B．聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損1+m2-m1 C．輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c D．γ光子的波長(zhǎng) 8.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的（氦3）。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂掀鋮⑴c的一種核聚變反應(yīng)的方程式為。關(guān)于聚變下列表述正確的是 A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量 B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核 C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損 D.目前核電站都采用聚變反應(yīng)發(fā)電 9．已知π+介子、π－介子都是由一個(gè)夸克（夸克u或夸克d）和一個(gè)反夸克（反夸克或反夸克）組成的，它們的帶電量如下表所示，表中e為元電荷。 π+ π－ u d 帶電量 +e －e +e －e －e +e 下列說(shuō)法正確的是 A. π+由u和組成 B. π＋由d和組成 C. π－由u和組成 D. π－由d和組成 10.原子核聚變可望給人類未來(lái)提供豐富的潔凈能源。當(dāng)氖等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氖核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出能量。這幾種反應(yīng)的總效果可以表示為 ，由平衡條件可知 A. k=1, d=4 B. k=2, d=2 C. k=1, d=6 D. k=2, d=3 11．在下列4個(gè)核反應(yīng)方程中，x表示質(zhì)子的是 A. B. C. D. 12.下列說(shuō)法正確的是 A.是衰變方程 B.是核聚變反應(yīng)方程 C.是核裂變反應(yīng)方程 D.是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 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）中微子與水中的發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子（）和正電子（），即中微子+→+，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1 （C）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+2。已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.110-31㎏，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(guò)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。 正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的，因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒。 14．放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時(shí)，往往會(huì)同時(shí)伴隨＿＿＿＿＿輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2，經(jīng)過(guò)t＝T1T2時(shí)間后測(cè)得這兩種放射性元素的質(zhì)量相等，那么它們?cè)瓉?lái)的質(zhì)量之比mA：mB＝＿＿＿＿＿。 15．人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過(guò)程。請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題。⑴盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。請(qǐng)選擇其中的兩位，指出他們的主要成績(jī)。 ①___________________________________________________。 1 2 3 ②___________________________________________________。 在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對(duì)放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，如圖為三種射線在同一磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請(qǐng)從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途。_________，_______________________。 ⑵在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與H核碰撞減速，在石墨中與C核碰撞減速。上述碰撞可簡(jiǎn)化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？ 16.钚的放射性同位素靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)立即衰變?yōu)殁櫤?，并放出能量為的光子。已知：、和粒子的質(zhì)量分別為、和 （1）寫出衰變方程； （2）已知衰變放出的光子的動(dòng)量可忽略，球粒子的動(dòng)能。 17．一個(gè)靜止的鈾核（原子質(zhì)量為232.0372u）放出一個(gè)α粒子（原子質(zhì)量為4.0026u）后衰變成釷核（原子質(zhì)量為228.0287u）。（已知：原子質(zhì)量單位1u=1.6710—27kg，1u相當(dāng)于931MeV） （1）寫出核衰變反應(yīng)方程； （2）算出該核衰變反應(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(dòng)能，則釷核獲得的動(dòng)能有多大？ 18．太陽(yáng)現(xiàn)正處于主序星演化階段。它主要是由電子和、等原子核組成。維持太陽(yáng)輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，核反應(yīng)方程是釋放的核能，這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能。根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論，若由于聚變反應(yīng)而使太陽(yáng)中的核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10％，太陽(yáng)將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段。為了簡(jiǎn)化，假定目前太陽(yáng)全部由電子和核組成。 （1）為了研究太陽(yáng)演化進(jìn)程，需知道目前太陽(yáng)的質(zhì)量M。已知地球半徑R＝6.4106 m，地球質(zhì)量m＝6.01024 kg，日地中心的距離r＝1.51011 m，地球表面處的重力加速度 g＝10 m/s2 ，1年約為3.2107 秒，試估算目前太陽(yáng)的質(zhì)量M。 （2）已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.67261027 kg，質(zhì)量mα＝6.64581027 kg，電子質(zhì)量 me＝0.91030 kg，光速c＝3108 m/s。求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能。 （3）又知地球上與太陽(yáng)垂直的每平方米截面上，每秒通過(guò)的太陽(yáng)輻射能w＝1.35103 W/m2。試估算太陽(yáng)繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命。（估算結(jié)果只要求一位有效數(shù)字。） 參考答案及解析 1．【答案】D 【解析】由三種射線的特點(diǎn)和半衰期的含義不難判斷選項(xiàng)D正確。 2.【答案】AD 【解析】本題考查玻爾的原理理論. 從高能級(jí)向n=1的能級(jí)躍遷的過(guò)程中輻射出的最小光子能量為9.20ev,不在1.62eV到3.11eV之間,A正確.已知可見光子能量在1.62eV到3.11eV之間從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的能量3.40ev，B錯(cuò). 從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率只有能量大于3.11ev的光的頻率才比可見光高,C錯(cuò).從n=3到n=2的過(guò)程中釋放的光的能量等于1.89ev介于1.62到3.11之間,所以是可見光D對(duì)。 3．【答案】A 【解析】已知一個(gè)鈹原子質(zhì)量為m1，則鈹核的質(zhì)量為m1－4me。一個(gè)鋰原子質(zhì)量為m2，則鋰核的質(zhì)量為m1－3me。題述核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm＝[(m1－4me)＋me]－(m1－3me)＝m1—m2，故題述核反應(yīng)釋放的能量為ΔE＝Δmc2＝(m1—m2)c2，A正確。 4. 【答案】B 【解析】α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，并沒有涉及到核內(nèi)部的變化，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部發(fā)生變化自發(fā)的放射出α粒子或電子，從而發(fā)生α衰變或β衰變，故B項(xiàng)正確；光電效應(yīng)是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出，沒有涉及到原子核的變化，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；原子發(fā)光是原子躍遷形成的也沒有涉及到原子核的變化，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。 5.【答案】A 【解析】題目中所給裝置是盧瑟福研究粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置，故選項(xiàng)A正確。 6.【答案】B 【解析】解析：由于三種射線的能量不同，所以貫穿能力最強(qiáng)的是g射線，b射線次之，a射線最弱，故正確答案選B。 7.【答案】B 【解析】核反應(yīng)方程是H+nH+；輻射出的光子的能量E=(1+m2-m3)c2；光子的波長(zhǎng)。 8.【答案】B 【解析】聚變反應(yīng)時(shí)將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過(guò)程會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出大量的能量。但目前核電站都采用采用鈾核的裂變反應(yīng)。因此B正確。 9．【答案】AD 【解析】u帶+e電量，帶+e電量，（+e）+（+e）=＋e，而π+帶+e電量，帶電量守恒，所以A選項(xiàng)正確，同理，D選項(xiàng)正確。 10.【答案】B 【解析】由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，分別有，，解得k=2，d=2。正確選項(xiàng)為B。 11.【答案】C 【解析】由核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可得各個(gè)選項(xiàng)中的x分別為正電子、α粒子、質(zhì)子、中子。 12.【答案】BD 【解析】A選項(xiàng)中在質(zhì)子的轟擊下發(fā)生的核反應(yīng)，屬于人工轉(zhuǎn)變，A錯(cuò)；C選項(xiàng)是α衰變，不是裂變，C錯(cuò)。 13.【答案】C.（1）A； (2)，遵循動(dòng)量守恒。 【解析】（1）發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分都是0，A項(xiàng)正確。 （2）產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱悖?，故一個(gè)光子的能量為，帶入數(shù)據(jù)得=J。 正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的，因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒。 14．【答案】γ，2T2 : 2T1 【解析】放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時(shí)，往往以γ光子的形式釋放能量，即伴隨γ輻射；根據(jù)半衰期的定義，經(jīng)過(guò)t＝T1T2時(shí)間后剩下的放射性元素的質(zhì)量相同，則 = ，故mA：mB＝2T2 : 2T1 15．【答案】（1）盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜；查德威克發(fā)現(xiàn)了中子 （2）重水減速效果更好 【解析】(1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜；查德威克發(fā)現(xiàn)了中子（或其他成就）。 (2)設(shè)中子質(zhì)量為Mn靶核質(zhì)量為M，由動(dòng)量守恒定律Mnv0=Mnv1+Mv2 解得：在重水中靶核質(zhì)量：MH=2Mn，；在石墨中靶核質(zhì)量：Mc=12M 與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好。 16.【解析】 （1）衰變方程為 或合起來(lái)有 （2）上述衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損為 放出的能量為 這能來(lái)那個(gè)是軸核的動(dòng)能、粒子的動(dòng)能和光子的能量之和 由④⑤⑥式得 設(shè)衰變后的軸核和粒子的速度分別為和，則由動(dòng)量守恒有 又由動(dòng)能的定義知 由⑧⑨式得 由⑦⑩式得 代入題給數(shù)據(jù)得 17.【解析】 （1） （2）質(zhì)量虧損 △m=0.0059u △E=△mc2=0.0059931MeV=5.49MeV （3）系統(tǒng)動(dòng)量守恒，釷核和α粒子的動(dòng)量大小相等，即 所以釷核獲得的動(dòng)能 18.【解析】 （1）要估算太陽(yáng)的質(zhì)量M，研究繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的任一顆行星的公轉(zhuǎn)均可，現(xiàn)取地球?yàn)檠芯繉?duì)象。設(shè)T為地球繞日心運(yùn)動(dòng)的周期，則由萬(wàn)有引力定律和牛頓定律可知 地球表面處的重力加速度 得 以題給數(shù)值代入，得 M＝21030 kg （2）根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式，該核反應(yīng)每發(fā)生一次釋放的核能為 △E＝（4mp＋2me－mα）c2 代入數(shù)值，得 △E＝4.210-12 J （3）根據(jù)題給假設(shè)，在太陽(yáng)繼續(xù)保持在主序星階段的時(shí)間內(nèi)，發(fā)生題中所述的核聚變反應(yīng)的次數(shù)為 因此，太陽(yáng)總共輻射出的能量為 E＝N△E 設(shè)太陽(yáng)輻射是各向同性的，則每秒內(nèi)太陽(yáng)向外放出的輻射能為 ε＝4πr2w 所以太陽(yáng)繼續(xù)保持在主星序的時(shí)間為 由以上各式解得 以題給數(shù)據(jù)代入，并以年為單位，可得t＝11010年＝1百億年