原子核(教师版).doc

1关于粒子的散射实验，下述不正确的是()A粒子发生大角度散射的主要原因是原子中有正电荷B粒子发生大角度散射的主要原因是原子中原子核的作用C只有少数粒子发生大角度散射的原因是原子的全部正电荷和几乎全部质量集中在一个很小的核上D相同条件下，换用原子序数越小的物质做实验，沿同一偏转角散射的粒子就越少解析：原子显电中性，而电子带负电，所以原子中一定存在带正电的物质，但是汤姆孙的原子模型就不能解释粒子的散射现象，所以粒子大角度散射的主要原因不能直接说是原子中正电荷的作用，而是正电荷集中在原子核中的原因，所以A选项错误，而B选项正确；只有少数粒子发生大角度散射的结果证明原子存在一个集中所有正电荷和几乎所有质量的很小的原子核，即C选项正确；使粒子发生大角度散射的原因是受到原子核的库仑斥力，所以为使散射实验现象更明显，应采用原子序数大的金箔，若改用原子序数小的物质做实验，粒子受到原子核的库仑斥力小， 发生大角度散射的粒子少，所以D选项正确，所以题中选不正确的答案为A选项。答案：A2放射性同位素钴60能放出较强的射线，其强度容易控制，这使得射线得到广泛应用。下列选项中，属于射线的应用的是()A医学上制成刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B机器运转时常产生很多静电，用射线照射机器可将电荷导入大地C铝加工厂将接收到的射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进行自动控制D用射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期解析：射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；射线的穿透能力很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误。答案：A、D3一质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经t时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v。在此过程中()A地面对他的冲量为mvmgt，地面对他做的功为mv2B地面对他的冲量为mvmgt，地面对他做的功为零C地面对他的冲量为mv，地面对他做的功为mv2D地面对他的冲量为mvmgt，地面对他做的功为零解析：运动员受到两个作用力：地面对他向上的作用力F和重力mg，根据动量定理有(Fmg)tmv，所以地面对他的冲量为Ftmvmgt，地面对他的作用力，因脚的位移为零，故做功为零，正确答案为B。答案：B42009年高考上海单科卷光电效应的实验结论是：对于某种金属()A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大解析：根据光电效应规律可知A正确，B、C错误。根据光电效应方程mvhW，频率越高，初动能就越大，D正确。答案：A、D52010年高考四川理综卷用波长为2.0107 m的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.71019 J。由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字)()A5.51014 HzB7.91014 HzC9.81014 Hz D1.21015 Hz解析：由爱因斯坦的光电方程hEkmW，而金属的逸出功Wh0，由以上两式得，钨的极限频率为：07.91014 Hz，B项正确。答案：B6一炮艇在湖面上匀速行驶，突然从船头和船尾同时向前和向后各发射一发炮弹，设两炮弹的质量相同，相对于地的速率相同，牵引力、阻力均不变，则船的动量和速度的变化情况是()A动量不变，速度增大 B动量变小，速度不变C动量增大，速度增大 D动量增大，速度减小解析：整个过程动量守恒，由于两发炮弹的总动量为零，因而船的动量不变。又因为船发射炮弹后质量减小，因此船的速度增大。答案：A7为估算池中睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强，小明在雨天将一圆柱形水杯置于露台，测得1小时内杯中水位上升了45 mm。查询得知，当时雨滴竖直下落速度约为12 m/s，据此估算该压强约为(设雨滴撞击睡莲叶后无反弹，不计雨滴重力，雨水的密度为1103 kg/m3)()A0.15 Pa B0.54 PaC1.5 Pa D5.4 Pa 解析：由题中1小时内水位上升45 mm，可知每一秒钟水位上升的高度：h m，在t秒内雨水对睡莲叶面的冲量：ItmvV体v(S底h)v，可得雨滴对睡莲叶面的压强：phv0.15 Pa，故A正确。答案：A8. 2010年高考江苏单科卷研究光电效应的电路如图Z1所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是()图Z1解析：虽然入射光强度不同，但光的频率相同，所以截止电压相同；又因当入射光强时，单位时间逸出的光电子多，饱和光电流大，所以选C。答案：C92009年高考天津理综卷下列说法正确的是()A.7NHCHe是衰变方程B.HHHe是核聚变反应方程C.UThHe是核裂变反应方程D.HeAlPn是原子核的人工转变方程解析：核反应类型分四种，核反应的方程特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现或粒子。聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等原子核。裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等原子核。人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核，由此可知B、D两选项正确。答案：B、D10.氢原子能级的示意图如图Z2所示，大量氢原子从n4的能级向n2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n3的能级向n2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()图Z2A氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出射线B氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时会辐射出紫外线C在水中传播时，a光较b光的速度小D氢原子在n2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离解析：射线是从原子核内部放出的，A错误；紫外线的光子能量比可见光的光子能量大，从n4的能级向n3的能级跃迁时放出的光子能量小于可见光的光子能量，B错误；因a光频率大于b光频率，在水中传播时的折射率nanb，由波速v，故vavb，C正确；只有入射光的光子能量h|E2|时，才可使n2能级上的氢原子电离，D错误。答案：C第卷(非选择题共60分)二、填空题。(共4小题，每小题5分，共20分。把答案直接填写在题中横线上，不要求写出演算过程。)11(5分)2010年高考江苏单科卷钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是_。答案：减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)12(5分)激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光。红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲。现有一红宝石激光器，发射功率为P1.01010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间为t1.01011 s，波长为793.4 nm，则每列光脉冲的长度l是_m，其中含有的能量子数N是_。解析：每列光脉冲的长度lct31081.01011 m3103 m。由光速公式c，能量子公式h及能量关系PtN得N个4.01017个。答案：31034.01017个13(5分)氢原子光谱谱线波长遵循公式R，R为里德伯常量，赖曼系是从高能级向基态跃迁时产生的，巴耳末系是从高能级向第二能级跃迁时产生的，帕邢系是从高能级向第三能级跃迁时产生的，则各线系的第一条谱线的波长之比为_。解析：赖曼系的第一条谱线RR巴耳末系的第一条谱线RR帕邢系的第一条谱线RR故波长之比1 2 3 35 189 540。答案：35 189 54014. (5分)在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。(1)中微子与水中的H发生核反应，产生中子(n)和正电子(e)，即中微子Hne，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_。(填写选项前的字母)A0和0 B0和1C1和0 D1和1(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子()，即ee2。已知正电子和电子的质量都为9.11031 kg，反应中产生的每个光子的能量约为_ J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_。解析：(1)由质量数守恒和电荷数守恒，可判断中微子的质量数和电荷数均为零。(2)正负电子相遇转变为一对光子，由能量守恒和质能方程得2mec22E故Emec29.11031321016 J8.21014 J相遇前总动量为零，相遇后总动量也为零，故不可能转变为一个光子。答案：(1)A(2)8.21014总动量为零三、计算题(共6小题，共40分。解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。)15(6分)如图Z3所示，一轻质弹簧两端各连一质量为m的滑块A和B，两滑块都置于光滑的水平面上。今有质量为m/4的子弹以水平速度v0射入A中不再穿出，试分析弹簧在什么状态下滑块B具有最大动能，其值是多少？图Z3解析：子弹与A碰撞时，因碰撞时间极短，且A用弹簧与B相连，故可认为此时刻B未参与此过程，则子弹与A组成的系统动量守恒。设碰撞子弹与A的共同速度为vA，则有(m/4)v0(mm/4)vA解得vAv0/5。此后，弹簧被压缩，B被加速，显然当弹簧再次恢复原长时，弹簧的弹性势能为零，B有最大速度vBm，即有最大动能EkBm。在此过程并以速度vA运动的滑块A与静止滑块B发生弹性碰撞，应用弹性正碰的结论，立刻得到：vBmv0。EkBmm2mv答案：当弹簧第一次恢复原长时mv16. (6分)如图Z4所示，一辆质量为M的平板小车在光滑水平面上以速度v做直线运动，今在车的前端轻轻地放上一质量为m的物体，物体放在小车上时相对于地面的速度为零，设物体与车之间的动摩擦因数为，为使物体不致从车上滑跌下去，车的长度最短为多少？ 图Z4解析：设车的最短长度为L，物体滑到车的末端时，恰好与车保持相对静止，即跟车有共同速度v，车和物体组成的系统动量守恒，故有：Mv(Mm)v。由动能关系得：mgLMv2(Mm)v2解得L。答案：17(7分)一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定范围是0.01%，我们确定该电子位置时，有多大的不确定范围？(电子质量为9.11031 kg)解析：由不确定性关系xp得：电子位置的不确定范围x m2.90103 m。)答案：x2.90103 m18(7分)研究光电效应规律的实验装置如图Z5所示，光电管的阴极材料为金属钾，其逸出功为W02.25 eV，现用光子能量为10.75 eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好为零。求：图Z5(1)电压表的示数是多少？(2)若照射光的强度不变，紫外线的频率增大一倍，阴极K每秒内逸出的光电子数如何变化？到达阳极的光电子动能为多大？(3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多大？解析：(1)由光电效应方程EkhW0得光电子最大初动能Ek8.50 eV光电管两端加有反向电压，光电子由K向A减速运动。由动能定理eUEkAEk因EkA0，则U8.50 V。(2)设光的强度为nh，光强不变，频率增大一倍，则每秒入射的光子数n减为原来的一半，阴极K每秒内逸出的光电子数也减为原来的一半，由光电效应方程得光电子的最大初动能EkhW02hW019.25 eV电子由阴极向阳极做减速运动。由动能定理eUEkAEk，得EkA10.75 eV(3)若将电源的正负极对调，光电管上加有正向电压，光电子从阴极向阳极做加速运动，由动能定理eUEkAEk，得EkA17.00 eV。答案：(1)8.50 V(2)减半10.75 eV(3)17.00 eV19(7分)一个容器中有2g氢气，假设所有氢原子均处于第5能级，在向低能级跃迁时，求：(1)一共能辐射几种光子？(2)若阿伏加德罗常数用NA表示，当所有氢原子都跃迁到基态时，辐射的光子总数为多少？解析：(1)辐射的光子种类N种10种；(2)2 g氢气共含有2NA个氢原子如图所示，处于第5能级时，有4种跃迁方式，每种跃迁方式各放出2NANA个光子；处于第4能级的原子数为NA，有3种跃迁方式，各放出NANA个光子；处于第3能级的原子数为NANANA，有两种跃迁方式，各放出NANA个光子；处于第2能级的原子数为NANANANA，只有一种跃迁方式，放出NA个光子；放出的光子总数为N总4NA3NA2NANANA。答案：(1)10种(2)NA20(7分)2009年12月28日，山东海阳核电站一期工程举行开工仪式。工程规划建设两台125万千瓦的AP1 000三代核电机组。如果铀235在中子的轰击下裂变为Sr和Xe，质量mu235.043 9 u，mn1.008 7 u，mSr89.907 7 u，mXe135.907 2 u。(1)写出裂变方程：(2)求出一个铀核裂变放出的能量；(3)若铀矿石的浓度为3%，一期工程建成后，一年将消耗多少吨铀矿石？解析：(2)裂变过程的质量亏损mmUmnmSrmXe10mn0.150 7 u，释放的能量Emc20.150 7931 MeV140.3 MeV。(3)核电站一年的发电量EPt2125107365246060 J7.8841016 J，由ENENAE，得m4.57107 g45.7 t。答案：(1)UnSrXe10n(2)140.3 MeV(3)45.7 t 1(2013天津卷)下列说法正确的是A原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律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：C2(2013重庆卷)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：则a+b可能是 A B C D答案:D3【2013上海高考】当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时(A)锌板带负电(B)有正离子从锌板逸出(C)有电子从锌板逸出(D)锌板会吸附空气中的正离子答案：C4【2013上海高考】在一个原子核衰变为一个原子核的过程中，发生衰变的次数为(A)6次(B)10次(C)22次(D)32次答案：A5【2013广东高考】.轴核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应是下列说法正确的有A.上述裂变反应中伴随着中子放出B .铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案：AC6【2013上海高考】某半导体激光器发射波长为1.510-6m，功率为5.010-3W的连续激光。已知可见光波长的数量级为10-7m，普朗克常量h6.6310-34Js，该激光器发出的(A)是紫外线(B)是红外线(C)光子能量约为1.310-18J(D)光子数约为每秒3.81016个答案：BD7【2013江苏高考】. 选修3-5(12 分)(1)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等,则它们的_也相等.(A)速度(B)动能(C)动量(D)总能量(2)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+ )的能级图如题12C-1 图所示. 电子处在n =3 轨道上比处在n =5 轨道上离氦核的距离_(选填“近”或“远”). 当大量He+处在n =4 的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有_条. (3)如题12C-2 图所示,进行太空行走的宇航员A 和B 的质量分别为80 kg和100 kg,他们携手远离空间站,相对空间站的速度为0. 1 m/ s. A 将B 向空间站方向轻推后,A 的速度变为0. 2 m/ s,求此时B 的速度大小和方向.7. (1)C (2)近 6 (3)根据动量守恒(mA +mB )v0 =mA vA +mB vB解得vB =0. 02 m/ s,离开空间站方向8【2013上海高考】放射性元素衰变为，此衰变过程的核反应方程是；用此衰变过程中发出的射线轰击，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是。8答案9. （2013全国新课标I） 1物理选修3-5 (15分)(1)(6分)一质子束入射到能止靶核上，产生如下核反应: P+X+n式中P代表质子，n代表中子，x代表核反应产生的新核.由反应式可知，新核X的质子数为 ，中子数为 。答案：14 13解析：根据核反应过程电荷数守恒和质量数守恒，新核X的质子数为1+13-0=14，质量数为1+27-1=27，所以中子数=27-14=13。(2)(9分) 在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块A和B，两者相距为d。现给A一初速度，使A与B发生弹性正碰，碰撞时间极短:当两木块都停止运动后，相距仍然为d.已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为. B的质量为A的2倍，重力加速度大小为g.求A的初速度的大小。解析：设在发生碰撞的瞬间，木块A的速度大小为v；在碰撞后的瞬间，A和B的速度分别为v1和v2。在碰撞过程中，由能量和动量守恒定律，得 式中，以碰撞前木块A的速度方向为正。由式得 设碰撞后A和B运动的距离分别为d1和d2,由动能定理得 按题意有 d= d1+d2设A的初速度大小为v0，由动能定理有 联立至式，得10（2013山东理综）. （8分）（物理选修3-5）（1）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氦燃烧”。完成“氦燃烧”的核反应方程：。是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.610-16s。一定质量的，经7.810-16s后所剩下的占开始时的 。（2）如图所示，光滑水平轨道上放置长木板A（上表面粗糙）和滑块C，滑块B置于A的左端，三者质量分别为、。开始时C静止，A、B一起以的速度匀速向右运动，A与C发生碰撞（时间极短）后C向右运动，经过一段时间，A、B再次达到共同速度一起向右运动，且恰好不再与C碰撞。求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小。10（1）或；或12.5% （2）解：因碰撞时间极短，A与C碰撞过程动量守恒，设碰后瞬间A的速度为vA，C的速度为vC，以向右为正方向，由动量守恒定律得 A与B在摩擦力作用下达到共同速度，设共同速度为vAB，由动量守恒定律得 A与B达到共同速度后恰好不再与C碰撞，应满足 联立式，代入数据得 11(2013北京高考).以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子只能短时间内能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为v的普通光源照射阴极k，没有发生光电效应，换同样频率为v的强激光照射阴极k，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极k接电源正极，阳极A接电源负极，在kA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的（其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量）A.U=- B U=- C.U=2hv-W D. U=-答案：B解析：1、频率为的普通光源照射阴极不能发生光电效应，说明一个光子的能量，其能量不足以使电子跃迁到无限远，即产生光电子；2、用同样频率为的强激光照射阴极则发生了光电效应，说明电子吸收了多个（至少两个）频率为的光子，设其吸收了个（为大于等于2的正整数量子化）频率为的光子，则由爱因斯坦的光电效应方程可知光电子的最大初动能3、加上反向电压，当反向电压增大至光电流消失，说明光电子到达正极前其动能变为零，而后反向加速，由动能定理得4、联立上述两式可得5、考虑到为大于等于2的正整数，题目中符合要求的选项只有。考查了【力电综合】中的光电效应原理，光电效应方程，动能定理，光的粒子性与量子化，电场力做功，光子能量12(2013全国卷大纲版)放射性元素（Rn）经衰变变成钋（Po），半衰期约为3.8天；但勘测表明，经过漫长的地质年代后，