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1、原子與原子核綜合檢測 (時間:90分鐘　滿分:100分) 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1～8小題只有一個選項正確,第9～12小題有多個選項正確,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯或不選的得 0分) 1.下列四幅圖涉及不同的物理知識,其中說法正確的是(　B　) A.圖(甲):用紫外線照射到金屬鋅板表面時會發(fā)生光電效應,當增大紫外線的照射強度時,從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大 B.圖(乙):盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 C.圖(丙):氫原子由較高能級躍遷到較低能級時,會吸收

2、一定頻率的光子 D.圖(丁):原有10個氡222,經(jīng)過一個半衰期的時間,一定還剩余5個 解析:根據(jù)光電效應方程Ek=hν-W0,光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān),故A錯誤.盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故B正確.氫原子由較高能級躍遷到較低能級時,能量減小,向外輻射光子,故C錯誤.半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,對少數(shù)的原子核不適用,故D錯誤. 2.在盧瑟福α粒子散射實驗中,金箔中的原子核可以看做靜止不動,下列各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡,其中正確的是(　C　) 解析:α粒子散射實驗中,入射的α粒子只有靠近金箔原子核時在其

3、斥力作用下發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),圖A,D中出現(xiàn)引力情況,這是不可能的,圖B中其中一個α粒子的徑跡不對,只有選項C正確. 3.放射性原子的原子核在發(fā)生α衰變時,蘊藏在核內(nèi)的能量會釋放出來,使產(chǎn)生的新核處于高能級,這時它要向低能級躍遷,輻射出γ光子,該光子在真空中的波長為λ,光速為c,普朗克常量為h,則(　B　) A.每個光子的能量為E=h B.每個光子的能量為E=h C.輻射過程中質(zhì)量虧損為Δm= D.輻射過程中不發(fā)生質(zhì)量虧損 解析:根據(jù)愛因斯坦光子說,每個光子的能量E=hν,其中ν為光子的頻率,而光速c=λν,故一個光子的能量E=h,故A錯誤,B正確;根據(jù)ΔE=Δmc2,那么輻射過程中質(zhì)

4、量虧損為Δm=,故C,D錯誤. 4.國家大科學工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應用提供先進的研究平臺.下列核反應中放出的粒子為中子的是(　B　) AN俘獲一個α粒子,產(chǎn)生O并放出一個粒子 BAl俘獲一個α粒子,產(chǎn)生P并放出一個粒子 CB俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生Be并放出一個粒子 DLi俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生He并放出一個粒子 解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,各選項核反應方程為NHeOH,A錯誤; AlHePn,B正確; BHBeHe,C錯誤; LiHHeHe,D錯誤. 5.如圖所示為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的

5、實驗示意圖,利用釙(Po)衰變放出的α粒子轟擊鈹Be),產(chǎn)生的粒子P能將石蠟中的質(zhì)子打出來.下列說法正確的是(　D　) A.α粒子是氦原子 B.粒子Q的穿透能力比粒子P的強 C.釙的α衰變方程為PoPbHe D.α粒子轟擊鈹?shù)暮朔磻匠虨镠eBeCn 解析:α粒子是氦原子核,選項A錯誤;粒子P是中子,粒子Q是質(zhì)子,由于質(zhì)子帶正電,當質(zhì)子射入物質(zhì)時,受到的庫侖力作用會阻礙質(zhì)子的運動,而中子不帶電,不受庫侖力作用,所以選項B錯誤;在釙衰變中,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知產(chǎn)生的是Pb,并非Pb,選項C錯誤HeBeCn是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程,選項D正確. 6.按照氫原子的玻爾模型,

6、氫原子的核外電子繞原子核做圓周運動,軌道半徑和對應的能量rn=n2r1,En=(n=1,2,3…),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,(r1=0.053 nm,E1=-13.6 eV).則產(chǎn)生的光子頻率(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(　C　) A.ν=1.5×1015 Hz B.ν=2.0×1015 Hz C.ν=2.5×1015 Hz D.ν=4.5×1015 Hz 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=-3.4 eV,故E2-E1=hν,解得ν=2.5×101

7、5 Hz. 7.關(guān)于近代物理學,下列說法正確的是(　B　) A.光電效應現(xiàn)象揭示了光具有波動性 B.一群氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)躍遷時,最多能輻射6種不同頻率的 光子 C.盧瑟福通過α粒子散射實驗證實原子核由質(zhì)子和中子組成 D.氡的半衰期為3.8天,若取4個氡原子核,經(jīng)過7.6天后一定剩下1個氡原子核 解析:光電效應現(xiàn)象揭示了光具有粒子性,故A錯誤;一群氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)躍遷時,最多能輻射=6,即6種不同頻率的光子,故B正確;盧瑟福通過α粒子散射實驗證實原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故C錯誤;半衰期只適用大量原子核,對極個別原子核不適用,故D錯誤. 8.下列說法中正確的是(　D　)

8、A.升高放射性物質(zhì)的溫度,可縮短其半衰期 B.一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應,是因為該束光的波長太短 C.某原子核經(jīng)過一次α衰變和三次β衰變后,核內(nèi)中子數(shù)減少4個 D.核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置 解析:半衰期的大小與溫度無關(guān),由原子核內(nèi)部因素決定,故A錯誤;一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應,是因為該束光的頻率太低,而波長太長,故B錯誤;某放射性元素經(jīng)過1次α衰變和3次β衰變共產(chǎn)生1個He 和3個e,所以質(zhì)量數(shù)減少4,核電荷數(shù)減小1,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得知,中子數(shù)減少3,故C錯誤;核反應堆是人工控制鏈式反應的裝置,故D正確. 9.氫原子能級如圖,當氫原子從

9、n=3躍遷到n=2的能級時,輻射光的波長為656 nm.以下判斷正確的是(　CD　) A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級時,輻射光的波長大于656 nm B.用波長為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級 C.一群處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線 D.用波長為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級 解析:由h=E2-E1及氫原子能級關(guān)系可知,從n=2躍遷到n=1時釋放光子波長為122 nm,故選項A錯誤;波長325 nm光子能量小于波長122 nm光子能量,不能使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級,選項B錯誤;一群處于

10、n=3能級的氫原子向低能級躍遷時最多有3種可能,因此最多產(chǎn)生3種譜線,選項C正確;從n=3躍遷到n=2時輻射光的波長λ=656 nm,所以,只有當入射光波長為656 nm時,才能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級,選項D正確. 10.用中子n)轟擊鈾核U)產(chǎn)生裂變反應,會產(chǎn)生鋇核Ba)和氪核Kr)并釋放出中子n),當達到某些條件時可發(fā)生鏈式反應.一個鈾核U)裂變時,釋放的能量約為200 MeV(1 eV=1.6×1 J).以下說法正確的是(　BCD　) AU的裂變方程為UBaKrn BU的裂變方程為UnBaKr+n CU發(fā)生鏈式反應的條件與鈾塊的體積有關(guān) D.一個U裂變時,質(zhì)量虧損約

11、為3.6×10-28 kg 解析:鈾核在裂變過程中需要中子的轟擊,產(chǎn)生鏈式反應,所以選項A錯誤,選項B正確.而鏈式反應在進行過程中,還需要鈾礦達到臨界體積才能維持鏈式反應持續(xù)不斷進行下去,所以選項C正確.根據(jù)釋放出來的核能,結(jié)合質(zhì)能方程ΔE=Δmc2可知,反應過程中,虧損質(zhì)量為Δm= kg=3.6×1 kg,選項D正確. 11.科學家使用核反應獲取氚,再利用氘和氚核反應獲得能量,核反應方程分別為X+YHeH+4.9 MeV和HHHe+X+17.6 MeV,下列表述正確的有(　AD　) A.X是中子 B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6 C.兩個核反應都沒有質(zhì)量虧損 D.氘和氚的核反應是核

12、聚變反應 解析:由HHHe+X+17.6 MeV,根據(jù)反應前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,因此X是中子,故選項A正確;再由X+YHeH+4.9 MeV,根據(jù)反應前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,Y的質(zhì)量數(shù)為6,電荷數(shù)為3,即其質(zhì)子數(shù)為3,中子數(shù)也為3,故選項B錯誤;由于兩個反應中都釋放了能量,因此根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知,兩個反應中都存在質(zhì)量虧損,故選項C錯誤;根據(jù)核聚變反應的定義可知,氘和氚的核反應是核聚變反應,故選項D正確. 12.一個靜止的放射性原子核處于勻強磁場中,由于發(fā)生了衰變而在磁場中形成如圖所示的兩個圓形徑跡,兩圓半徑之比為1∶16,下列判斷正確的是(　BC

13、　) A.該原子核發(fā)生了α衰變 B.反沖原子核在小圓上逆時針運動 C.原來靜止的核,其原子序數(shù)為15 D.放射的粒子與反沖核運動周期相同 解析:衰變后產(chǎn)生的新核——即反沖核及放射的帶電粒子在勻強磁場中均做勻速圓周運動,軌道半徑r=,因反沖核與放射的粒子動量守恒,而反沖核電荷量較大,所以其半徑較小,并且反沖核帶正電荷,由左手定則可以判定反沖核在小圓上做逆時針運動,選項B正確;在大圓上運動的放射粒子在衰變處由動量守恒可知其向上運動;且順時針旋轉(zhuǎn),由左手定則可以判定一定帶負電荷.因此,這個衰變?yōu)棣滤プ?放出的粒子為電子,衰變方程為ABe,選項A錯誤;由兩圓的半徑之比為1∶16可知,B核

14、的核電荷數(shù)為16.原來的放射性原子核的核電荷數(shù)為15,其原子序數(shù)為15.即A為P(磷)核,B為S(硫)核,選項C正確;由周期公式T=可知,因電子的比荷比反沖核的比荷大,則反沖核在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期較大,選項D錯誤. 二、非選擇題(共52分) 13.(6分)1946年,我國物理學家何澤慧發(fā)現(xiàn)鈾核的四裂變,鈾235核俘獲中子后裂變成三個質(zhì)量較大的核和一個質(zhì)量較輕的核,徑跡如圖所示,在鈾核裂變過程中,產(chǎn)生新核的核子平均質(zhì)量　　　　(選填“大于”“等于”或“小于”)鈾核的核子平均質(zhì)量,若釋放的核能為ΔE,則此反應中發(fā)生質(zhì)量虧損Δm為　　　　(真空中的光速為c).? 解析:這是一個

15、核裂變過程,有質(zhì)量虧損,釋放能量,反應后新核的核子平均質(zhì)量小于反應前鈾核的核子平均質(zhì)量;根據(jù)質(zhì)能方程可知,此反應中發(fā)生的質(zhì)量虧損 Δm=. 答案:小于　 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　　　　(選填“是”或“不是”)光子之間相互作用引起的,實驗表明光波是一種　　　　(選填“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)題圖所示現(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

16、分標準:每空3分. 15.(6分)如圖(甲)所示光電管的原理圖,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)當變阻器的滑片P向　　　　(選填“左”或“右”)滑動時,通過電流表的電流將會減小.? (2)由(乙)圖I-U圖像可知光電子的最大初動能為　　　　.? (3)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率,而減小入射光的強度,則光電子的最大初動能　　　　(選填“增加”“減小”或“不變”).? 解析:(1)由題圖(甲)可知光電管兩端所加的電壓為反向電壓,當變阻器的滑片P向右移動時,反向電壓增大,光電子到達右端的數(shù)目減少,則通過電流表的電流變小. (2)當電流表電流剛減小到零時,電

17、壓表的讀數(shù)為U,根據(jù)動能定理得,eU=m,則光電子的最大初動能為2 eV. (3)根據(jù)光電效應方程Ek=hν-W0,知入射光的頻率不變,則光電子的最大初動能不變. 答案:(1)右　(2)2 eV　(3)不變 評分標準:每空2分. 16.(10分)氫原子處于基態(tài)時,原子的能量為E1=-13.6 eV,當處于n=3的激發(fā)態(tài)時,能量為E3=-1.51 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,求: (1)當氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)時,向外輻射的光子的波長是多少? (2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射原子? (3)若有大量的氫原子處于n=

18、3的激發(fā)態(tài),則在躍遷過程中可能釋放出幾種頻率的光子?其中最長波長是多少? 解析:(1)根據(jù)能級之間能量差公式: ΔE=Em-En得 ΔE13=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV (2分) 光子的能量與波長之間的關(guān)系ΔE= (1分) 所以從n=3激發(fā)態(tài)躍遷到n=1基態(tài)時輻射的光的波長 λ== m=1.03×10-7 m. (1分) (2)要使處于基態(tài)的氫原子電離,照射光光子的能量應能使電子從第1能級躍遷到無限遠處,最小頻率的電磁波的光子能量ε=hν=0-E1,

19、 (2分) 解得,ν== Hz=3.3×1015 Hz. (1分) (3)當大量氫原子處于n=3能級時,可釋放出的光子頻率種類為N==3(種) (1分) 據(jù)玻爾理論在這3種頻率光子中,當氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷時輻射的光子波長最長. 依據(jù)En=E1, 知E2=×(-13.6)eV=-3.4 eV, 因此=E3-E2

20、 (1分) λ′== m =6.58×10-7 m. (1分) 答案:(1)1.03×10-7 m　(2)3.3×1015 Hz　 (3)3種　6.58×10-7 m 17.(10分)一個原來靜止的鋰核Li)俘獲一個速度為 7.7×104 m/s的中子后,生成一個氚核和一個氦核,已知氚核的速度大小為 1.0×103 m/s,方向與中子的運動方向相反. (1)試寫出核反應方程; (2)求出氦核的速度; (

21、3)若讓一個氘核和一個氚核發(fā)生聚變,可產(chǎn)生一個氦核,同時放出一個中子,求這個核反應釋放出的能量.(已知氘核質(zhì)量mD=2.014 102 u,氚核質(zhì)量為mT=3.016 050 u,氦核的質(zhì)量mα=4.002 603 u,中子質(zhì)量mn=1.008 665 u,1 u=1.660 6×10-27 kg) 解析:(1)核反應方程為 LinHHe. (2分) (2)由動量守恒定律得, mnv0=-mTv1+mαv2. (2分) 解得v2=.

22、 (1分) 代入數(shù)據(jù)得v2=2×104 m/s,方向與中子的運動方向相同.(1分) (3)質(zhì)量虧損為Δm=mD+mT-mα-mn, (2分) 代入解得,Δm=3.136×10-29 kg. (1分) 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得,核反應釋放出的能量 ΔE=Δmc2=2.82×10-12 J. (1分) 答案:(1LinHHe (2)2×104 m/s,方向與中子的運動方向相同 (3)2.82×10-1

23、2 J 18.(14分)已知氘核H)質(zhì)量為2.014 1 u,中子n)質(zhì)量為1.008 7 u,氦核He)質(zhì)量為3.016 0 u,1 u相當于931.5 MeV. (1)寫出兩個氘核聚變成He的核反應方程; (2)計算上述核反應中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字). (3)若兩個氘核以相同的動能0.35 MeV做對心碰撞即可發(fā)生上述反應,且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機械能,則反應后生成的氦核He)和中子n)的動能各是多少? 解析:(1)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,寫出核反應方程為HHHen. (4分) (2)反應過

24、程中質(zhì)量減少了 Δm=2×2.014 1 u-1.008 7 u-3.016 0 u=0.003 5 u. (2分) 反應過程中釋放的核能 ΔE=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV. (2分) (3)設(shè)n和He的動量分別為p1和p2,由動量守恒定律得, 0=p1+p2 (2分) 由此得p1和p2大小相等;由動能和動量關(guān)系 E=及He核和n質(zhì)量關(guān)系得, 中子的動能E1是He核動能E2的3倍, 即E1∶E2=3∶1 (2分) 由能量守恒定律得,E1+E2=ΔE+2×0.35, 由以上可以算出 E2=0.99 MeV,E1=2.97 MeV. (2分) 答案:(1HHHen (2)3.26 MeV　(3)0.99 MeV　2.97 MeV 10