高三物理一轮复习 课时提升作业 三十三 第十二章 波粒二象性 原子结构 原子核 第3讲 放射性元素的衰变 核能.doc

课时提升作业 三十三波粒二象性原子结构原子核(45分钟100分)一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。16题为单选题,710题为多选题)1.下列能揭示原子具有核式结构的实验是()a.光电效应实验b.伦琴射线的发现c.粒子散射实验d.氢原子光谱的发现【解析】选c。本题考查物理学史及其相关知识。卢瑟福根据粒子散射实验结果提出了原子的核式结构学说,所以能揭示原子具有核式结构的实验是粒子散射实验,选项c正确。2.氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则()a.吸收光子的能量为h1+h2b.辐射光子的能量为h1+h2c.吸收光子的能量为h2-h1d.辐射光子的能量为h2-h1【解析】选d。根据题述可知能级k高于能级m,氢原子从能级k跃迁到能级m,辐射光子能量为h2- h1,选项d正确。3.已知氢原子的基态能量为e,激发态能量en=e1n2,其中n=2,3,用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速。能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()a.-4hc3e1b.-2hce1c.-4hce1d.-9hce1【解析】选c。第一激发态能量为e2=e122=e14,能使氢原子从第一激发态电离的光子最小能量为e=-e14,由e=hc得,能使氢原子从第一激发态电离的光子最大波长为=-4hce1,选项c正确。4.氦氖激光器能产生三种波长的激光,其中两种波长分别为1=0.6328m,2=3.39m,已知波长为1的激光是氖原子在能级间隔为e1=1.96ev的两个能级之间跃迁产生的。用e2表示产生波长为2的激光所对应的跃迁的能级间隔,则e2的近似值为()a.10.50 evb.0.98 evc. 0.53 evd. 0.36 ev【解析】选d。本题考查玻尔的原子跃迁理论。根据e=h=hc,可知当e1=1.96ev时,1=0.6328m,当2=3.39m时,可知e20.36ev。5.原子核经放射性衰变变为原子核,继而经放射性衰变变为原子核,再经放射性衰变变为原子核。放射性衰变、和依次为导学号42722576()a.衰变、衰变和衰变b.衰变、衰变和衰变c.衰变、衰变和衰变d.衰变、衰变和衰变【解析】选a。原子核经放射性衰变变为原子核,质量数减少4,电荷数减少2,说明为衰变; 经放射性衰变变为原子核,质子数增加1,质量数不变,说明为衰变;经放射性衰变变为原子核,质子数增加1,质量数不变,说明为衰变,所以选项a正确。6.(2017北辰区模拟)在光电效应实验中,小君同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示。则可判断出()导学号42722577a.甲光的频率大于乙光的频率b.甲光的照射功率大于乙光的照射功率c.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率d.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能【解析】选b。根据eu截=12mvm2=h-w,入射光的频率越高,对应的截止电压u截越大。甲光、乙光的截止电压相等,所以甲光、乙光的频率相等,故a错误;由图可知,甲的饱和电流大于乙的饱和电流,而光的频率相等,所以甲光的照射功率大于乙光的照射功率,故b正确;同一金属,截止频率是相同的,故c错误;丙光的截止电压大于甲光的截止电压,所以甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能,故d错误。7.能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程,表述正确的有()【解析】选a、c。衰变时释放出电子(-10e),衰变时释放出氦原子核(24he),可知选项b、d错误;选项a中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应;选项c中一个铀235原子核吸收一个中子,生成一个钡原子核和一个氪原子核并释放出三个中子是核裂变反应,选项a、c正确。8.(2017大同模拟)中子和质子结合成氘核时,质量亏损为m,相应的能量e=mc2=2.2mev是氘核的结合能,下列说法正确的是()a.用能量等于2.0 mev的光子照射静止的氘核时,氘核不能分解为一个中子和一个质子b.用能量等于2.2 mev的光子照射静止的氘核时,氘核可能分解为一个中子和一个质子,它们的动能之和为零c.用能量等于2.4 mev的光子照射静止的氘核时,氘核不可能分解为一个中子和一个质子d.用能量等于2.6 mev的光子照射静止的氘核时,氘核可能分解为一个中子和一个质子,它们的动能之和不为零【解析】选a、d。由题知,氘核的结合能是2.2 mev,将氘核分解为一个中子和一个质子时至少需要2.2 mev的能量,所以用能量等于2.0 mev的光子照射静止的氘核时,氘核不能分解为一个中子和一个质子,故a正确;动能是标量,而且根据能量守恒得知,总动能肯定大于零,所以氘核分解为中子和质子时,它们不可能都是静止的,动能之和肯定大于零,故b错误;2.4 mev大于氘核的结合能2.2 mev,所以用能量等于2.4 mev的光子照射静止的氘核时,氘核能分解为一个中子和一个质子,故c错误;由上述分析可知,用能量等于2.6 mev的光子照射静止的氘核时,氘核可能分解为一个中子和一个质子,它们的动能之和不为零,故d正确。9.如图所示为氢原子的能级,已知可见光的光子能量范围为1.623.11 ev,那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是导学号42722578()a.用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象b.用能量为11.0 ev的自由电子轰击,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态c.处于n=2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线d.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离【解析】选b、d。氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2 ev,照射金属锌板一定能产生光电效应现象,故a错误;用能量为11.0 ev的电子轰击,基态的氢原子吸收的能量可以等于10.2 ev,可以使处于基态的氢原子跃迁到n=2能级,故b正确;紫外线光子的最小能量为3.11 ev,处于n=2能级的氢原子的电离能为3.4ev,故紫外线不能被n=2能级的氢原子吸收,故c错误;紫外线光子的最小能量为3.11 ev,处于n=3能级的氢原子的电离能为1.51ev,故处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离,故d正确。10.已知能使某种金属发生光电效应的光子的最小频率为0。一群氢原子处于量子数n=4的激发态,这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态,并向外辐射多种频率的光,且氢原子从量子数n=3的激发态跃迁到量子数n=2的能量状态时向外辐射频率为0的光子。下列说法正确的是导学号42722579()a.这些氢原子向外辐射的光子频率有6种b.当照射光的频率大于0时,若增大,则逸出功增大c.当用频率为20的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为h0d.当照射光的频率大于0时,若光强增大一倍,则光电子的最大初动能也增大一倍【解析】选a、c。根据c42=6知,这些氢原子向外辐射的光子频率有6种,故a正确。金属的逸出功与入射光的频率无关,由金属本身性质决定,故b错误。某种金属发生光电效应的光子的最小频率为0,则逸出功为h0,根据光电效应方程得,用频率为20的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能ekm=h20-h0=h0,故c正确。光电子的最大初动能与光强无关,故d错误。二、计算题(本题共2小题,共40分。需写出规范的解题步骤)11.(20分)钚的放射性同位素94239pu静止时衰变为铀核激发态92235u*、粒子,而铀核激发态92235u*立即衰变为铀核92235u,并放出能量为0.097mev的光子。已知:94239pu、92235u和粒子的质量分别为mpu=239.0521u、mu=235.0439u和m=4.0026u,1u=931.5mev/c2。导学号42722580(1)写出衰变方程。(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求粒子的动能。【解析】(1)衰变方程为(2)上述衰变过程的质量亏损为m=mpu-mu-m 放出的能量为e=mc2 e是铀核92235u的动能eu、粒子的动能e和光子的能量e之和,e=eu+e+e 可得eu+e=(mpu-mu-m)c2-e 设衰变后的铀核和粒子的速度分别为vu和v,则由动量守恒有muvu=mv又由动能的定义知eu=12muvu2,e=12mv2 由式得eue=mmu 由式得e=mumu+m(mpu-mu-m)c2-e代入题给数据得e=5.034mev答案:(1)94239pu92235u+(2)5.034mev12.(20分)回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展。导学号42722581(1)当今医学影像诊断设备pet/ct堪称“现代医学高科技之冠”,它在医疗诊断中,常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得,同时还产生另一粒子,试写出核反应方程。若碳11的半衰期为20min,经2.0h剩余碳11的质量占原来的百分之几?(结果取2位有效数字)(2)回旋加速器的原理如图,d1和d2是两个中空的半径为r的半圆金属盒,它们接在电压一定、频率为f的交流电源上,位于d1圆心处的质子源a能不断产生质子(初速度可以忽略,重力不计),它们在两盒之间被电场加速,d1、d2置于与盒面垂直的磁感应强度为b的匀强磁场中,若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为p,求输出时质子束的等效电流i与p、b、r、f的关系式(忽略质子在电场中的运动时间,其最大速度远小于光速)。【解析】(1)核反应方程为714n+11h611c+24he设碳11原有质量为m0,经过t1=2.0h剩余的质量为m,根据半衰期定义有mm0=(12)t1=(12)120201.6%(2)设质子的质量为m,电荷量为q,