2018_2019学年高中物理专题21原子核单元综合测试（含解析）.docx

课时21 原子核单元综合测试本卷分第卷（选择题）和第卷（非选择题）两部分。满分100分，时间90分钟。第卷（选择题共46分）一、选择题（共13小题，1-6为单选，每小题3分，7-13为多选，每小题4分，选不选得2分，选错不得分。共46分）1一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为92238U90234Th+24He。下列说法正确的是（）A衰变后钍核的动能等于粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【答案】B【解析】A根据Ek=p22m可知，衰变后钍核的动能小于粒子的动能，故A错误；B根据动量守恒定律可知，生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向，故B正确；C铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的时间，而放出一个粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，故 C错误；D由于该反应放出能量，由质能方程可知，衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故 D错误。2烟雾探测器使用了一种半衰期为432年的放射性元素镅95241Am来探测烟雾。当正常空气分子穿过探测器时,镅95241Am会释放出射线将它们电离,从而产生电流。烟尘一旦进入探测腔内,烟尘中的微粒会吸附部分射线,导致电流减小,从而触发警报。则下列说法正确的是（）A镅95241Am发出的是伦琴射线B镅95241Am发出的射线是因为镅原子发生能级跃迁C镅95241Am在发生火灾时，由于温度升高半衰期变短D0.2g 的镅95241Am经864年将衰变掉0.15g【答案】D【解析】镅95241Am会释放出射线将它们电离，从而产生电流，而三种射线中，射线能使空气电离，原子核自发放出的氦核，故A B错误；半衰期与外界因素无关，故C错误；95241Am的半衰期为432.6年，则经过865年是经过了两个半衰期，剩余的质量为122m0=140.2g=0.5g，将衰变掉0.15g，故D正确。所以D正确，ABC错误。3下列说法正确的是（）A根据天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构B一个氢原子从的能级跃迁到的能级，该氢原子吸收光子，能量增加C铀（）经过多次、衰变形成稳定的铅（）的过程中，有6个中子转变成质子D机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了射线较强的穿透能力【答案】C【解析】试题分析：根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构；一个氢原子从的能级跃迁到的能级，该氢原子放出光子，能量减小；铀（）经过多次、衰变形成稳定的铅（）的过程中，一共有8次衰变和6次衰变，所以有6个中子转变成质子；机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了X射线较强的穿透能力。选项C正确。4关于原子和原子核，下列说法中正确的是（）A甲图所示的氢原子光谱的分离特征可以用经典物理学解释B由乙图可知，36Li原子核中的平均核子质量比816O的要小C要产生丙图所示的链式反应，裂变物质必须具有一定的体积或质量D根据丁图可知，1g氡经过38天还剩下0.1g没发生衰变【答案】C【解析】A、经典物理学不能解释氢原子光谱的分离特征，故选项A错误；B、核子的平均质量，即该种元素的平均分子质量，是原子质量与核子数的比值，原子序数小的原子和原子序数大的原子的平均核子质量大于中等质量的核（铁的平均核子质量最小），所以36Li原子核中的平均核子质量比816O的要大，故选项B错误；C、要产生丙图所示的链式反应，裂变物质必须具有一定的体积或质量，故选项C正确；D、氡核其半衰期为3.8天，1g氡经过38天衰变剩下氡的质量为11024g，故选项D错误；5日本福岛核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日日本宣布福岛核电站核残渣首次被“触及”，其中部分残留的放射性物质半衰期可长达1570万年，下列有关说法正确的是（）A92238U衰变成82206Pb的核反应方程为92238U82206Pb+724He+4-10eB92238U的比结合能大于82206Pb的比结合能C天然放射现象中产生的射线的速度与光速相当，穿透能力很强D将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期【答案】D【解析】裂变反应要有多个中子参与，且在书写裂变反应方程时，两边的中子不能消掉，选项A错误；裂变反应要放出大量的能量，且生成的新物质更稳定，比结合能更大，则92238U的比结合能小于82206Pb的比结合能，选项B错误；天然放射现象中产生的射线的速度与光速相当，穿透能力很强，选项C错误；将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期，选项D正确.6现代科学的发展极大地促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是（）A卢瑟福粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构B轻核聚变反应方程有：12H+13H24He+01nC天然放射现象表明原子核内部有电子D氢原子从n3能级跃迁到n1能级和从n2能级跃迁到n1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长【答案】B【解析】A卢瑟福粒子散射实验提出原子核式结构，天然放射现象说明原子核内部具有复杂的结构，故A错误；B轻核聚变反应是较小的核反应生成较大的核的过程，再由质量数与电荷数守恒可知，B正确；C天然放射线中放出的粒子是原子核中的一个中子转变了一个质子和一个电子而来的，故C错误；D跃迁时辐射的能量等于两能级差，氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级和从n=2能跃迁到n=1能级，前者跃迁辐射光子的能量大，频率大，则波长比后者的短，故D错误。7下列说法中正确的是（）A1896年，法国的玛丽居里首先发现了天然放射线B查德威克通过实验验证了原子核内有中子C人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的D氢有三种同位素（氕（11H）、氘（12H）、氚（13H）化学性质不同【答案】BC【解析】A贝克勒尔首先发现了天然放射现象，故A错误；B查德威克通过实验验证了原子核内有中子，选项B正确；C人类认识原子核的复杂结构并进行研究是从发现天然放射现象开始的，选项C正确；D同位素最外层电子排布相同，化学性质几乎完全相同，故D错误。8在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是（）A密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子D居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素【答案】AD【解析】密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值，故A正确；卢瑟福通过对粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构模型，发现了原子中存在原子核，故B错误；卢瑟福在粒子散射实验的基础上，并提出了原子的核式结构模式，故C错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素，故D正确。9614C是高层大气中的612C原子核在太阳射来的高能粒子流作用下产生的，614C容易发生衰变变成714N，它可以用来判定古生物体的年代，被考古学家称为“碳钟”，下列说法中正确的有_A614C的半衰期与古生物体是否死亡时间有关B高能粒子流的能量主要来自太阳内部的轻核聚变C614C发生衰变变成714N时放出能量，总质量减少D614C发生衰变是614C原子失去最外层电子造成的【答案】BC【解析】放射性元素的半衰期与原子所处的状态无关，某种元素确定，其半衰期也确定，A错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变，故B正确；614C发生衰变变成714N放出能量，由爱因斯坦的质能方程可知，能量增加质量减少，C正确；衰变是由于原子核内部中子变成一个质子和一个电子，故D错误10如图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，一个静止的镭核发生衰变，生成氡核则氡核和粒子在磁场中的运动径迹分别为（）A氡核为B氡核为C粒子为D粒子为【答案】BD【解析】静止的镭核发生衰变，氡核带正电，粒子带正电，根据左手定则可知，衰变后产生的径迹是两个外切的圆，粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，半径r=mvBq，mv就是动量，由动量守恒可知氡核的动量和放出的粒子的动量等大反向，而氡核的电荷量大于粒子的电荷量，所以衰变后产生的两个外切圆，大的是粒子，小的是氡核，故BD正确，AC错误。11物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是（）A玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律B卢瑟福用粒子轰击714N获得新核817O，发现了质子C1g92239U经过三个半衰期，92239U原子核数目变为原来的八分之一D贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核【答案】ABC【解析】A波尔理论能成功解释氢原子光谱，故A正确；B卢瑟福用粒子轰击714N获得新核817O，发现了质子，故B正确；C1g92239U经过三个半衰期后，质量还剩18g，所以原子核数目变为原来的八分之一。故C正确；D卢瑟福通过粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型，发现了原子中存在原子核,故D错误。12下列说法正确的是（）A原子核发生衰变时要遵守电荷守恒，但是质量不守恒B射线、射线、射线都是高速运动的带电粒子流C氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关【答案】AC【解析】试题分析：原子核发生衰变时要遵守电荷守恒，质量数守恒，但是质量不守恒，选项A正确；射线是氦核，射线是高速电子流，射线是不带电的光子，选项B错误；根据波尔理论，氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，选项C正确；发生光电效应时光电子的动能只与入射光的频率有关，而与入射光的强度无关，选项D错误；故选AC.13太阳内部不断进行着各种核聚变反应，其中一种为12H+13H24He+01n，氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氯核的质量为m3，中子的质量为m4，核反应中发射一种光子，该光子照射到逸出功为W0的金属上打出的最大初动能的光电子速度为v，已知光电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，则（）A聚变反应释放的核能为（m1+m2m3m4）cB光子来源于原子核外电子的能级跃迁C光电子的德布罗意波长为hmvD光子的频率为mv2+2W02h【答案】CD【解析】A项：由爱因斯坦质能方程可知，聚变反应释放的核能为（m1+m2m3m4）c2，故A错误；B项：光子来源于聚变反应释放的能量，故B错误；C项：由公式=hp=hmv，故C正确；D项：由爱爱因斯坦光电效应方程可知，Ek=h-W0，即12mv2=h-W0解得：=mv2+2W02h，故D正确。故应选CD。第卷（非选择题共54分）2、 填空题（共3小题，共25分。把答案直接填在横线上）14（6分）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应在，当温度达到103K时，可以发生“氦燃烧”完成“氦燃烧”的核反应议程：24He+ _48Be+48Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.610-16s一定质量的48Be经7.810-16s后所剩48Be占开始时的_【答案】24He18【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒，知未知粒子的电荷数为2，质量数为4，为24He经7.810-16s，知经历了3个半衰期，所剩48Be占开始时的（12）3=18.解决本题的关键掌握半衰期的定义，以及知道在核反应中电荷数守恒、质量数守恒15（10分）（1）物理学家通过对实验的深入观察和研究,获得正确的科学认知,推动物理学的发展.下列说法符合事实的是_.AJ.J.汤姆孙发现了电子,并提出了原子的核式结构模型B结合能越大的原子核,核子结合得越牢固,原子核越稳定C黑体辐射与材料的种类及表面状况无关D动量相等的质子和电子,它们的德布罗意波波长也相等（2） 1919年,卢瑟福发现了质子.现在科学家用质子轰击锂核Li,生成了2个粒子,这个核反应方程为_,若用m1表示质子质量,m2表示锂核质量,m3表示粒子质量,则此反应中释放的能量E=_.（3）氢原子的能级图如图所示,原子从能级n=3向n=2跃迁所放出的光子正好使某种金属材料发生光电效应.求:该金属的逸出功.原子从能级n=2向n=1跃迁所放出的光子照射该金属,产生的光电子的最大初动能.【答案】CD11H+37Li224Hem1+m2-2m3c2【解析】（1）A. J.J.汤姆孙发现了电子， 1911年由卢瑟福通过对粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构模型，A错误.B、核结合能是原子核反应过程中由于质量亏损而产生的能量，核结合能E=mc2，比结核能是原子核的结合能与该原子核所含有的核子数之比，比结合能越大，核越稳定，故B错误.C、黑体是理想化模型，黑体辐射，只与波长和温度有关，故C正确.D、根据公式=hp可知动量相等的质子和电子,它们的德布罗意波波长也相等，故D正确.故选：C、D.（2）用质子轰击锂核37Li生成了2个粒子的核反应方程：11H+37Li224He，此反应中的质量亏损m=m1+m2-2m3，释放的能量E=mc2=m1+m2-2m3c2（3） .原子从能级n=3向n=2跃迁所放出的光子的能量为（3.40-1.51）eV=1.89ev，当光子能量等于逸出功时，恰好发生光电效应，所以逸出功W0=1.89ev.原子从能级n=2向n=1跃迁所放出的光子能量h=-3.4eV+13.6eV=10.2ev，根据爱因斯坦光电效应方程：h=Ekm+W0，光电子的最大初动能Ekm=h-W0=10.2eV-1.89eV=8.31ev.答案为：（1） CD （2）11H+37Li224He（3）m1+m2-2m3c2；逸出功W0=1.89ev；光电子的最大初动能Ekm=8.31ev（1）解决本题B选项的关键知道原子核的稳定与比结合能有关，不是与结合能有关.（2）对近代物理学史的考查，要多看书、多积累.16（9分）核动力航母利用可控核裂变释放核能获得动力。核反应23592U+10n14156Ba+9236Kr+yX是若干核反应的一种,其中X为待求粒子,y为X的个数,则X是_（选填“质子”、“中子”、“电子”），y=_.若反应过程中释放的核能为E，光在真空中的传播速度为c，则核反应的质量亏损表达式为m=_.【答案】中子3Ec2【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒得，yX的总电荷数为0，总质量数为3，知X为中子，y等于3。根据爱因斯坦质能方程E=mc2，则m=Ec2。三、论述计算题（共3小题，共29分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）17（9分）处于静止状态的某原子核X，发生衰变后变成质量为mY的原子核Y，被释放的粒子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,测得其圆周运动的半径为R，设粒子质量为m，质子的电荷量为e，试求:（1）衰变后粒子的速率v和动能Ek;（2）衰变后Y核的速率vY和动能EkY;（3）衰变前X核的质量mX。【答案】（1）v=2BeRmEk=2B2e2R2m（2）vY=2BeRmYEkY=2B2e2R2mY（3）mX=m+mY+2B2e2R2c2（1m+1my）【解析】（1）粒子在匀强磁场中做圆周运动所需的向心力由洛伦兹力提供,即Bqv=mv2R粒子的电荷量q=2e所以粒子的速率v=2BeRm动能Ek=12mv2=2B2e2R2m（2）由动量守恒mv-mYvY=0,所以vy=2BeRmyEky=12myvy2=2B2e2R2my（3）由质能方程E=mc2，而E=Ek+EkY所以m=2B2e2R2c2（1m+1mY）衰变前X核的质量mX=m+mY+m=m+mY+2B2e2R2c2（1m+1mY）18（10分）如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场的磁感应强度B=0.500T，MN是磁场的左边界。在磁场中的A点有一静止镭核（88226Ra），A距MN的距离OA=1.00m.D为放置在MN边缘的粒子接收器，OD=1.00m.88226Ra发生放射性衰变，放出某种粒子x后变为一氡（86222Rn），接收器D接收到了沿垂直于MN方向射来的粒子x，已知衰变过程释放的能量全部转化为两新核的动能。（1）写出上述过程中的衰变方程（衰变方程必须写出x的具体符号）.（2）求该镭核在衰变为氡核和x粒子时释放的能量.（保留三位有效数字,电子电荷量e=1.6010-19C，1u可近似取1.6610-19kg,