高考物理大一轮复习《原子与原子核》综合检测

一岗双责落实还不到位。受事务性工作影响，对分管单位一岗双责常常落实在安排部署上、口头要求上，实际督导、检查的少，指导、推进、检查还不到位。原子与原子核综合检测(时间:90分钟满分:100分)【测控导航】考点题号1.黑体辐射、三种射线82.粒子散射实验、链式反应1,23.核反应方程、半衰期3,10,114.光电效应4,125.质能方程的应用56.氢原子跃迁、原子光谱、玻尔理论6,7,9,177.动量守恒定律、质能方程16,18,198.实验:概率波149.实验:裂变、核反应方程1310.实验:光电效应15一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第17题只有一个选项正确,第812题有多项正确,全部选对得4分,选对但不全得2分,有选错或不选的得0分)1.(2016天津模拟)下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是(C)A.图(甲),卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,发现了质子和中子B.图(乙),用中子轰击铀核使其发生聚变,链式反应会释放出巨大的核能C.图(丙),玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的D.图(丁),汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构解析:图(甲)卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,得出了原子的核式结构模型,选项A错误;图(乙)用中子轰击铀核使其发生裂变,链式反应会释放出巨大的核能,选项B错误;图(丙)玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的,选项C正确;图(丁)汤姆孙通过电子的发现揭示了原子有复杂结构,选项D错误.2. 在卢瑟福的粒子散射实验中,某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示.图中P,Q为轨迹上的点,虚线是经过P,Q两点并与轨迹相切的直线,两虚线和轨迹将平面分为四个区域.不考虑其他原子核对粒子的作用,则关于该原子核的位置,正确的是(A)A.一定在区域 B.一定在区域C.可能在区域 D.一定在区域解析:卢瑟福通过粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型,正电荷全部集中在原子核内,粒子带正电,同种电荷相互排斥,若在区域粒子轨迹将向上偏转,根据轨迹的弯曲方向知道排斥力向下,所以原子核一定在区域,故选A.3.(2016陕西实验中学模拟)下列关于核反应及衰变的表述正确的有(B)A.X+714N817O+11H中,X表示23HB.12H+13H24He+01n是轻核聚变C.半衰期与原子所处的化学状态有关D.衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的解析:A项中X应为24He,A错误;半衰期与原子所处的化学状态无关,C错误;衰变中产生的射线实际上是原子核内的中子转化成了一个质子和一个电子,这个电子发射到核外,就是粒子,D错误;所以选B.4.(2016天津一中月考)已知某单色光的波长为,在真空中的光速为c,普朗克常量为h,则该单色光的能量子为(A)A.hcB.hcC.h D.hc解析:单色光的能量子为E=h=hc.5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为41026 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近(D)A.1036 kg B.1018 kgC.1013 kg D.109 kg解析:根据质能方程E=mc2有,m=Ec2=41026(3108)2 kg=4102691016kg=4.4109 kg,故D正确.6.(2016北京模拟)按照氢原子的玻尔模型,氢原子的核外电子绕原子核做匀速圆周运动,轨道半径和对应的能量rn=n2r1,En=E1n2,电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,放出光子,(r1=0.053 nm,E1=-13.6 eV).则产生的光子频率(结果保留两位有效数字)(C)A.=1.51015 HzB.=2.01015 HzC.=2.51015 HzD.=4.51015 Hz解析:电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,r2=4r1,E2=-3.4 eV,故E2-E1=h,解得=2.51015 Hz.7.(2016江西南昌十所重点中学二模)下列说法中正确的是(D)A.氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后,在向低能级跃迁时放出光子的频率一定等于入射光子的频率B.90234Th(钍)核衰变为91234Pa(镤)核时,衰变前Th核质量等于衰变后Pa核与粒子的总质量C.粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子组成的D.分别用X射线和绿光照射同一金属表面都能发生光电效应,则用X射线照射时光电子的最大初动能较大解析:氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后,向较低能级跃迁时,有几种可能就会放出多少种光子,因此放出光子的频率可能等于入射光的频率,也可能小于入射光的频率,A错误;根据爱因斯坦的质能方程,会出现质量亏损,亏损的质量以能量的形式放出,B错误;粒子散射实验的结果证明了原子的核式结构模型,C错误;根据光电效应方程,X射线的能量大于绿光的能量,因此用X射线照射时光电子的最大初动能较大,D正确.8.(2016贵州遵义模拟)下列说法正确的是(AC)A.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关B.射线与射线一样都是电磁波,但射线的穿透本领远比射线弱C.玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征D.在原子核中,比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,故选项A正确;只有射线是电磁波,射线不是电磁波,射线的穿透本领远比射线弱,选项B错误;玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征,选项C正确;在原子核中,比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固,选项D错误.9.氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时,可发出三种不同波长的辐射光.已知其中的两个波长分别为1,2,且12,则另一个波长可能是(CD)A.1+2 B.1-2C.121+2 D.121-2解析:氢原子在能级间跃迁时,发出的光子的能量与能级差相等,如果这三个相邻能级分别为1,2,3,且能级差满足E3-E1E2-E1E3-E2,根据hc=E高-E低可得,可以产生的光子波长由小到大分别为hcE3-E1,hcE2-E1,hcE3-E2,这三种波长满足两种关系13=11+12和13=12-11,变形可知C,D是正确的.10.(2016山东烟台模拟)钍90234Th具有放射性,它能放出一个新的粒子而变为镤91234Pa,同时伴随有射线产生,其方程为90234Th91234Pa+X,钍的半衰期为24天.则下列说法正确的是(BC)A.X为质子B.X是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C.射线是镤核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的D.1 g钍90234Th经过120天后还剩0.2 g钍解析:根据电荷数和质量数守恒知钍核衰变过程中放出了一个电子,即X为电子,故A错误;衰变的实质:衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子同时产生的,故B正确;原子核衰变产生的射线是反应生成的镤核从高能级向低能级跃迁时辐射出来的,故C正确;钍的半衰期为24天,1 g钍90234Th经过120天后,发生5个半衰期,1 g钍经过120天后还剩0.031 25 g,故D错误.11.下列说法中正确的是(BCD)A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下1个氡原子核了B.核反应92235U+01n56141Ba+3692Kr+mX是若干核裂变反应中的一种,X是中子,m=3C.光是一种概率波D.光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性解析:半衰期是大量原子衰变的统计规律,对少数原子无意义,故选项A错误;由电荷数守恒及质量数守恒可知,X的电荷数为0,质量数为1,其中m=3,选项B正确;根据光的波粒二象性可知,光是一种概率波,选项C正确;光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性,选项D正确.12.(2016天津一中月考)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线,普朗克常量h=6.6310-34Js,由图可知(AD)A.该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为5.51014 HzC.该金属的逸出功为0.5 eVD.该图线的斜率表示普朗克常量解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0,Ek图像的横轴的截距大小等于截止频率,由图知该金属的截止频率为4.271014 Hz,故A正确,B错误;当Ek=h-W0=0时,逸出功为W0=hc=6.6310-34 Js4.271014 Hz=2.8310-19 J1.77 eV,故C错误;由Ek=h-W0,得该图线的斜率表示普朗克常量h,故D正确.二、非选择题(共52分)13.(6分)(2016江苏南通调研)核电站所需的能量是由铀核裂变提供的,裂变过程中利用(选填“石墨”或“镉棒”)吸收一定数量的中子,控制反应堆的反应速度.核反应堆产物发生衰变产生反电子中微子(符号e),又观察到反电子中微子(不带电,质量数为零)诱发的反应:e+pn+X,其中X代表 (选填“电子”或“正电子”).解析:核电站所需的能量是由铀核裂变提供的,裂变过程中利用镉棒吸收一定数量的中子,控制反应堆的反应速度.核反应堆产物发生衰变产生反电子中微子(符号e),又观察到反电子中微子(不带电,质量数为零)诱发的反应:e+pn+X,其中X代表正电子.答案:镉棒正电子评分标准:每空3分.14.(6分)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,可以先后得到如图(a),(b),(c)所示的图样,这里的图样(填“是”或“不是”)光子之间相互作用引起的,实验表明光波是一种(填“概率波”或“物质波”).解析:用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,能出现图示现象,说明不是光子之间的相互作用引起的,该实验现象说明光波是一种概率波.答案:不是概率波评分标准:每空3分.15. (6分)如图所示是使用光电管的原理图,当频率为的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过.(1)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,则光电子的最大初动能为(已知电子电荷量为e).(2)如果不改变入射光的频率而增加入射光的强度,则光电子的最大初动能将(填“增加”“减小”或“不变”).解析:(1)因为反向电压为U时,电流表读数为零,则光电子的最大初动能Ek=eU.(2)根据光电效应方程Ek=h-W0可知光电子的最大初动能和入射光的频率有关,与光照强度无关,故如果不改变入射光的频率而增加入射光的强度,则光电子的最大初动能不变.答案:(1)eU(2)不变评分标准:每空3分.16.(8分)(2016江苏南通调研)一静止的钚核发生衰变后放出一个粒子变成铀核.已知钚核质量为m1,粒子质量为m2,铀核质量为m3,光在真空中的传播速度为c.(1)如果放出的粒子的速度大小为v,求铀核的速度大小v.(2)求此衰变过程中释放的总能量.解析:(1)根据动量守恒定律0=m2v-m3v(2分)解得v=m2m3v.(1分)(2)质量亏损m=m1-m2-m3(2分)释放的总能量E=mc2(1分)解得E=(m1-m2-m3)c2.(2分)答案:(1)m2m3 v(2)(m1-m2-m3)c217. (8分)(2016广东湛江模拟)如图所示,原子从n2的某一能级跃迁到n=2的能级,辐射出能量为2.55 eV的光子.问至少要给基态的氢原子提供多少电子伏的能量,才能使它辐射上述能量的光子?请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的跃迁图.解析:(1)氢原子从n2的某一能级跃迁到n=2的能级,满足h=En-E2=2.55 eV(2分)En=h+E2=-0.85 eV,所以n=4(2分)基态氢原子要跃迁到n=4的能级,应提供的能量为E=E4-E1=12.75 eV(2分)跃迁图如图(2分)答案:12.75 eV图见解析18.(8分)一个静止的铀核92232U(原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核90228Th(原子质量为228.028 7 u ).(已知原子质量单位1u=1.6710-27 kg,1u相当于931.5 MeV)(1)写出衰变方程;(2)算出该衰变反应中释放出的核能;(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能,则钍核获得的动能有多大?解析:(1)衰变方程为92232U90228Th+24He.(2分)(2)E=mc2=(232.037 2-228.028 7-4.002 6)931.5 MeV5.50 MeV;(2分)(3)根据动量守恒定律m钍v钍=mv,则Ek钍Ek=12m钍v钍212mv2=m(m钍v钍)2m钍(mv)2=mm钍=4228=157(2分)故Ek钍=E58=5.50MeV580.09 MeV.(2分)答案:(1)92232U90228Th+24He(2)5.50 MeV(3)0.09 MeV19.(14分)(2016云南玉溪一中月考)太阳中含有大量的氘核,氘核不断发生核反应释放大量的核能,以光和热的形式向外辐射.已知氘核质量为2.013 6 u,氦核质量为3.015 0 u,中子质量为1.008 7 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,则:(1)完成核反应方程:12H+12H+01n.(2)求核反应中释放的核能.(3)在两氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞,并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.解析:(1)核反应方程为12H+12H23He+01n(2分)(2)E=(22.013 6-3.015 0-1.008 7)931.5 MeV=3.26 MeV.(2分)(3)两核发生碰撞时0=Mv1-mv2(2分)由能量守恒可得E+2Ek=12Mv12+12mv22(2分)由以上两式解得EHe=12Mv12=0.99 MeV(1分)E中=12mv22=2.97 MeV.(1分)答案:(1)23He(2)3.26 MeV(3)2.97 MeV0.99 MeV【备用题组】1.(2016海南文昌中学期末)下面是原子物理领域著名科学家及他们的主要贡献,在贡献后面的横线上填入对应科学家前面的字母代号.A.爱因斯坦B.卢瑟福C.玻尔 D.普朗克E.查德威克(1)通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型的科学家是;(2)第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律的科学家是;(3)通过核反应方程49Be+24He612C+01n发现了中子的科学家是;(4)首先提出“能量子”的概念,他被称为“量子之父”的科学家是.解析:(1)通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型的科学家是卢瑟福;(2)第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律的科学家是玻尔;(3)通过核反应方程49Be+24He612C+01n发现了中子的科学家是查德威克;(4)首先提出“能量子”的概念,他被称为“量子之父”的科学家是普朗克.答案:(1)B(2)C(3)E(4)D2.(2016江苏清江中学模拟)太阳能量来源于太阳内部氢核的聚变,设每次聚变反应可以看做是4个氢核(11H)结合成1个氦核(24He),同时释放出正电子(10e).已知氢核的质量为mp,氦核的质量为m,正电子的质量为me,真空中光速为c.计算每次核反应中的质量亏损及氦核的比结合能.解析:由题意可知,质量亏损为m=4mp-m-2me;由E=mc2可知氦核的比结合能为E0=(4mp-m-2me)c24.答案:4mp-m-2me(4mp-m-2me)c243.已知某金属表面接收波长为和2的单色光照射时,释放出光电子的最大初动能分别为30 eV和10 eV,求能使此种金属表面发生光电效应的入射光的极限波长为多少?(h=6.6310-34 Js,c=3108 m/s)解析:若此种金