2011届高三物理一轮复习5 量子论初步和原子核跟踪训练 苏教版选修3

用心 爱心 专心1 20112011 届高三物理一轮复习教学案及跟踪训练届高三物理一轮复习教学案及跟踪训练 第一单元第一单元 量子论初步量子论初步 第第 1 1 课时课时 光电效应光电效应 光的波粒二象性光的波粒二象性 要点一 光电效应与光子说 1 某金属在一黄光照射下 正好有电子逸出 下述说法中 哪种是正确的 A 增大光强 而不改变光的频率 光电子的最大初动能将不变 B 用一束更大强度的红光代替黄光 仍能发生光电效应 C 用强度相同的紫光代替黄光 光电流强度将不变 D 用强度较弱的紫光代替黄光 有可能不发生光电效应 答案答案 A 要点二 光的波粒二象性 2 物理学家做了一个有趣的实验 在光屏处放上照相用的底片 若减弱光的强度 使光子只能一个一个地 通过狭缝 实验结果表明 如果曝光时间不太长 底片只能出现一些不规则的点子 如果曝光时间足够 长 底片上就会出现规则的干涉条纹 对这个实验结果有下列认识 其中正确的是 A 曝光时间不太长时 底片上只能出现一些不规则的点子 表现出光的波动性 B 单个光子通过双缝后的落点可以预测 C 只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 答案答案 D 题型 1 对光电效应规律的理解 例 1 关于光电效应 下列说法正确的是 A 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B 光电子的动能越大 光电子形成的电流强度就越大 C 用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大 D 对于任何一种金属都存在一个 最大波长 入射光的波长必须小于这个波长 才能产生光电 效 应 答案答案 D 题型 2 光电效应方程的应用 例 2 如图所示 一光电管的阴极用极限波长为 0的钠制成 用波长为 的紫外线照射阴极 光电管 阳极 A 和阴极 K 之间的电势差为 U 光电流的饱和值为 I 用心 爱心 专心2 1 求每秒由 K 极发射的电子数 2 求电子到达 A 极时的最大动能 普朗克常量为 h 电子的电荷量为 e 答案答案 1 eU hchc e I 0 2 题型 3 光子说 的应用 例 3 根据量子理论 光子的能量 E 和动量 p 之间的关系式为 E pc 其中 c 表示光速 由于光子有动量 照 到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强 这就是 光压 用 I 表示 1 一台二氧化碳气体激光器发出的激光 功率为 P0 射出光束的横截面积为 S 当它垂直照射到一物 体表面并被物体全部反射时 激光对物体表面的压力 F 2p N 其中 p 表示光子的动量 N 表示单位时 间内激光器射出的光子数 试用 P0和 S 表示该束激光对物体产生的光压 I 2 有人设想在宇宙探测中用光作为动力推动探测器加速 探测器上安装有面积极大 反射率极高的 薄膜 并让它正对太阳 已知太阳光照射薄膜对每 1 m2面积上的辐射功率为 1 35 kW 探测器和薄膜的 总质量为 M 100 kg 薄膜面积为 4 104 m2 求此时探测器的加速度大小 不考虑万有引力等其他的力 答案答案 1 I cS P02 2 3 6 10 3 m s2 题型 4 光电结合问题 例 4 波长为 0 17 m 的紫外线照射至金属筒上能使其发射光电子 光电子在磁感应强度为 B 的匀 强磁场中 做最大半径为 r 的匀速圆周运动时 已知 r B 5 6 10 6 T m 光电子质量 m 9 1 10 31 kg 电荷量 e 1 6 10 19 C 求 1 光电子的最大动能 2 金属筒的逸出功 答案答案 1 4 41 10 19 J 2 7 3 10 19 J 1 在演示光电效应的实验中 原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连 用弧光灯照射锌板时 静电计的 指针张开一个角度 如图所示 这时 用心 爱心 专心3 A 锌板带正电 指针带负电B 锌板带正电 指针带正电 C 锌板带负电 指针带正电D 锌板带负电 指针带负电 答案答案 B 2 2003 年全世界物理学家评选出 十大最美物理实验 排名第一的为 1961 年物理学家利用 托马斯 杨 的双缝干涉实验装置 进行的电子干涉 的实验 从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出 现了干涉条纹 如图所示 该实验说明 A 光具有波动性 B 光具有波粒二象性 C 微观粒子也具有波动性 D 微观粒子也是一种电磁波 答案答案 C 3 2009 2009 济宁模拟济宁模拟 人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律 请问谁提出 了何种学说很好地解释了上述规律 已知锌的逸出功为 3 34 eV 用某单色紫外线照射锌板时 逸出光 电子的最大速度为 106 m s 求该紫外线的波长 电子质量 me 9 11 10 31 kg 普朗克常量 h 6 64 10 34 J s 1 eV 1 60 10 19 J 答案答案 2 01 10 7 m 4 科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆板来加速星际飞船 神舟 五号载人飞船在轨道上运行期 间 成功实施了飞船上太阳帆板的展开试验 设该飞船所在地每秒每单位面积 m2 接收的光子数为 n 光子平均波长为 太阳帆板面积为 S 反射率为 100 光子动量 p h 设太阳光垂直射到太阳帆板 上 飞船的总质量为 m 求飞船加速度的表达式 若太阳帆板是黑色的 飞船加速度又为 多少 答案答案 m nhS 2 m nhS 第 2 课时 玻尔原子理论 物质波 要点一 玻尔理论 能级 1 欲使处于基态的氢原子激发 下列措施可行的是 A 用 10 2 eV 的光子照射 B 用 11 eV 的光子照射 C 用 14 eV 的光子照射 D 用 11 eV 的电子碰撞 用心 爱心 专心4 答案答案 ACD 要点二 物质波 电子云 2 质子甲的速度是质子乙速度的 4 倍 甲质子的德布罗意波长是乙质子的 倍 同样速度的质子和 电子 德布罗意波长大 答案答案 4 1 电子 题型 1 能级跃迁的分析 例 1 如图所示为氢原子的 4 个能级 其中 E1为基态 若一群氢原子 A 处于激发态 E2 一群氢原子 B 处于激发态 E3 则下列说法正确的是 A 原子 A 可能辐射出 3 种频率的光子 B 原子 B 可能辐射出 3 种频率的光子 C 原子 A 能够吸收原子 B 发出的光子并跃迁到能级 E4 D 原子 B 能够吸收原子 A 发出的光子并跃迁到能级 E4 答案答案 B 题型 2 跃迁过程中能量的变化 例 2 如图所示为氢原子的能级示意图 一群氢原子处于 n 3 的激发态 在向较 低能级跃迁的过程中向外发出光子 用这些光照射逸出功为 2 49 eV 的金属钠 下列说法中正确的是 A 这群氢原子能发出 3 种频率不同的光 其中从 n 3 跃迁到 n 2 所发出的光波长最短 B 这群氢原子在发出 3 种频率不同的光的过程中 共同点都是原子要放出光子 电子绕核运动的动能 减小 原子势能增大 C 金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为 11 11 eV D 金属钠表面所发出的光电子的初动能最大值为 9 60 eV 答案答案 D 题型 3 情景建模 例 3 1951 年 物理学家发现了 电子偶数 所谓 电子偶数 就是由一个负电子和一个正电子绕 它们的质量中心旋转形成的相对稳定的系统 已知正 负电子的质量均为 me 普朗克常量为 h 静电力 常量为 k 用心 爱心 专心5 1 假设 电子偶数 中正 负电子绕它们质量中心做匀速圆周运动的轨道半径 r 运动速度 v 及 电子的质量满足玻尔的轨道量子化理论 2mevr n 2 h n 1 2 电子偶数 的能量为正负电子运 动的动能和系统的电势能之和 已知两正负电子相距为 L 时系统的电势能为 E k L e2 试求 n 1 时 电子偶数 的能量 2 电子偶数 由第一激发态跃迁到基态发出光子的波长为多大 答案答案 1 422 3 2 422 3 4 2 ekm ch h ekm e e 1 现有大量的氢原子处于 n 4 的激发态 当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光 关于这些光下列 说法正确的是 A 最容易表现出衍射现象的光是由 n 4 能级跃迁到 n 1 能级产生的 B 频率最小的光是由 n 2 能级跃迁到 n 1 能级产生的 C 这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光 D 用 n 2 能级跃迁到 n 1 能级辐射出的光照射逸出功为 6 34 eV 的金属铂能发生光电效应 答案答案 D 2 如图中画出了氢原子的 4 个能级 并注明了相应的能量 En 处在 n 4 的能级的一群氢原 子向低能级跃迁时 能够发出若干种不同频率的光波 已知金属钾的逸出功为2 22 eV 在 这些光波中 能够从金属钾的表面打出光电子的总共有 A 二种B 三种 C 四种D 五种 答案答案 C 3 氢原子处于基态时 原子能量 E1 13 6 eV 已知电子电荷量 e 1 6 10 19 C 电子质量 m 0 91 10 30 kg 氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为 r1 0 53 10 10 m 1 若要使处于 n 2 能级的氢原子电离 至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子 2 氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流 则氢原子处于 n 2 的激发态时 核外电子运动 的等效电流为多大 3 若已知钠的极限频率为 6 00 1014 Hz 今用一群处于 n 4 的激发态的氢原子发射的光谱照射钠 试 通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应 答案答案 1 8 21 1014 Hz 2 1 3 10 4 A 3 4 条 用心 爱心 专心6 4 2009 2009 泰安模拟泰安模拟 氢原子在基态时轨道半径 r1 0 53 10 10 m 能量 E1 13 6 eV 求氢原子处于基 态时 1 电子的动能 2 原子的电势能 3 用波长是多少的光照射可使其电离 答案答案 1 13 6 eV 2 27 2 eV 3 0 914 1 10 7 m 1 如图所示 使用强度相同的连续光谱中的红光到紫光按顺序照射光电管的阴极 电流表均有示数 在螺 线管外悬套一金属线圈 理论上在线圈中能产生感应电流的是 A 用紫光照射时B 用红光照射时 C 改变照射光颜色的过程中D 均没有感应电流 答案答案 C 2 已知能使某金属产生光电效应的极限频率为 0 则 A 当用频率为 2 0的单色光照射该金属时 一定能产生光电子 B 当用频率为 2 0的单色光照射该金属时 所产生的光电子的最大初动能为 h 0 C 当照射光的频率 大于 0时 若 增大 则逸出功增大 D 当照射光的频率 大于 0时 若 增大一倍 则光电子的最大初动能也增大一倍 答案答案 AB 3 A B 是绕地球做匀速圆周运动的人造卫星 A 的质量等于 B 的质量 A 的轨道半径大于 B 的轨道半径 设 A B 的德布罗意波长分别为 A和 B 则下列判断正确的是 A A BB A B C A1 已知普朗克常量 h 电子质量 m 和电子电荷量 e 电子的初速度不计 则 显微镜工作时电子的加速电压应为 A 2 22 med hn B 3 1 32 22 en hmd C 2 22 2men hd D 2 22 2med hn 答案答案 D 10 利用金属晶格 大小约 10 10 m 作为障碍物观察电子的衍射图样 方法是让电子通过电场加速 然后 让电子束射到金属晶格上 从而得到电子的衍射图样 已知电子质量为 m 电荷量为 e 初速度为零 加 速电压为 U 普朗克常量为 h 则下述说法中正确的是 A 该实验说明了电子具有波动性 B 实验中电子束的德布罗意波的波长为 meU h 2 C 加速电压 U 越大 电子的衍射现象越明显 D 若用具有相同动能的质子替代电子 衍射现象将更加明显 答案答案 AB 11 2009 2009 鞍山质检 鞍山质检 德布罗意认为 任何一个运动着的物体 都有一种波与它对应 波长是 p h 式 中 p 是运动物体的动量 h 是普朗克常量 已知某种紫光的波长是 440 nm 若将电子加速 使它的德布 罗意波长是这种紫光波长的 10 4倍 求 1 电子的动量大小 2 试推导加速电压跟德布罗意波长的关系 并计算加速电压的大小 电子质量 m 9 1 10 31 kg 电 子电荷量 e 1 6 10 19 C 普朗克常量 h 6 6 10 34 J s 加速电压的计算结果取一位有效数字 答案答案 1 1 5 10 23 kg m s 2 U 2 2 2 em h 8 102 V 12 原子可以从原子间的碰撞中获得能量 从而发生能级跃迁 在碰撞中 动能损失最大的是完全非弹性 碰撞 一个具有 13 6 eV 动能 处于基态的氢原子与另一个静止的 也处于基态的氢原子发生对心 正碰 1 是否可以使基态氢原子发生能级跃迁 氢原子能级如下图所示 2 若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离 则氢原子的初动能至少为多少 答案答案 1 不能 2 27 2 eV 13 氢原子从 3 4 eV 的能级跃迁到 0 85 eV 的能级时 是发射还是吸收光子 这种 光子的波长是多少 计算结果取一位有效数字 图中光电管用金属材料铯制成 电路 中 定值电阻 R0 0 75 电源电动势 E 1 5 V 内阻 r 0 25 图中电路在 D 点交 叉 但不相连 R 为滑动变阻器 O 是滑动变阻器的中间触头 位于滑动变阻器的正中央 P 为滑动触头 从 用心 爱心 专心9 滑动变阻器的两端点 a b 可测得其总阻值为 14 当用上述氢原子两能级间跃迁而产生的光照射 图中的光电管 欲使电流计 G 中电流为零 滑动变阻器 aP 间阻值应为多大 已知普朗克常量 h 6 63 10 34 J s 金属铯的逸出功为 1 9 eV 答案答案 吸收 5 10 7 m 0 5 第二单元 原子核 第 3 课时 原子的核式结构 天然放射现象 要点一 原子的核式结构 1 在卢瑟福的 粒子散射实验中 有极少数 粒子发生大角度偏转 其原因是 A 原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上 B 正电荷在原子中是均匀分布的 C 原子中存在着带负电的电子 D 原子只能处于一系列不连续的能量状态中 答案答案 A 要点二 天然放射现象 2 如图所示 使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场 按图中标号判断 A 1 的穿透本领最强B 2 的速度最大 C 3 的电离本领最大D 1 是由原子放出的 2 3 不是 答案答案 BC 要点三 原子核的衰变 3 考古工作者在古人类居住过的岩洞中发现一块碳遗留样品 它所含的 14C 等于现有生命物质中等量碳 所含的 14C 的 1 8 求此样品的存放时间 已知14C 的半衰期为 5 568 年 答案答案 16 704 年 题型 1 粒子散射实验及其能量转化问题 例 1 卢瑟福和他的助手做 粒子轰击金箔实验 获得了重要发现 1 关于 粒子散射实验的结果 下列说法正确的是 A 证明了质子的存在 B 证明了原子核是由质子和中子组成的 C 证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里 D 说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动 2 在 粒子散射实验中 现有一个 粒子以 2 0 107 m s 的速度去轰击金箔 若金原子的核电荷数 为 79 求该 粒子与金原子核间的最近距离 已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为 p k r qq 21 粒子质量为 6 64 10 27kg 用心 爱心 专心10 答案答案 1 C 2 2 7 10 14 m 题型 2 衰变次数的计算 例 2 铀裂变的产物之一氪 90 Kr 90 60 是不稳定的 它经过一系列衰变最终成为稳定的锆 86 Zr 86 40 这些衰变是 A 1 次衰变 6 次 衰变B 4 次 衰变 C 2 次 衰变 D 2 次 衰变 2 次 衰变 答案答案 A 题型 3 放射性同位素的应用 例 3 放射性同位素在技术上有很多应用 不同的放射源可用于不同的目的 下表列出一些放射性同 位素的半衰期和可供利用的射线 对于以下几种用途 分别选取表中哪一种放射性元素作放射源 1 塑料公司生产聚乙烯薄膜 方法是让较厚的聚乙烯膜通过轧辊压薄 利用适当的放射线来测定通 过轧辊后的薄膜厚度是否均匀 2 医生用放射性方法治疗肿瘤 3 放射源和控制器间相隔很小一段距离 若它们之间烟尘浓度比达某一设定的临界值 探测器探测 到的射线强度将比正常情况下小得多 从而可通过自动控制装置 触发电铃 可发生火灾警报 预防火 灾 4 用放射性同位素作示踪原子 用来诊断人体内的器官是否正常 方法是给被检查者注射或口服附 有放射性同位素的元素的某些物质 当这些物质的一部分到达要检查的器官时 可根据放射性同位素 的射线情况分析器官正常与否 答案答案 1 镅 241 或锶 90 2 钴 60 3 钋 210 4 锝 99 题型 4 情景建模 例 4 原来静止的铀U 238 96 和钍 234 同时在同一匀强磁场中 由于衰变而开始做匀速圆周运动 铀 238 用心 爱心 专心11 发生了一次 衰变 钍 234 发生了一次 衰变 1 试画出铀 238 发生一次 衰变时所产生的新核及 粒子在磁场中运动轨迹的示意图 2 试画出钍 234 发生一次 衰变时所产生的新核及 粒子在磁场中的运动轨迹的示意图 答案答案 1 铀 238 发生衰变时 由于放出 粒子而产生了新核 根据动量守恒定律 它们的总动量为 零 即 m1v1 m2v2 0 因为它们都带正电 衰变后的速度正好相反 所以 受到的洛伦兹力方向也相反 因而决定了它们做圆周运动的轨迹圆是外切的 它们做匀速圆周运动的向心 力由洛伦兹力提供 即 mv v Bq R 2 所以 R Bq mv 又因为 m1v1 m2v2 所以 1 2 2 1 q q R R 由于 q1 2 q2 92 2 90 因而 1 45 2 1 R R 如右图所示 其中轨道a 为 粒子的径迹 轨道半径为R1 轨道b 为新核的径迹 其轨道半径为R2 R1 R2 2 同理 钍 234 发生一次 衰变放出的 粒子与产生的新核的动量大小相等 方 向相反 即总动量为零 可是 粒子带负电 新核带正电 它们衰变后的速度方向相反 但受的洛伦兹力方向相同 所以 它们的两个轨迹圆是内切的 且 粒子的轨道半径大于新核的轨道半 径 它们的轨迹示意图如右图所示 其中 c 为 粒子的径迹 d 为新核的径迹 1 2009 2009 阜阳模拟阜阳模拟 2006 年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器 通过 48 20Ca 钙 48 轰击 249 98Cf 锎 249 发生核反应 成功合成了第 118 号元素 这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序 数最大的元素 实验表明 该元素的原子核先放出 3 个相同的粒子 x 再连续经过 3 次 衰变后 变成 质量数为 282 的第 112 号元素的原子核 则上述过程中的粒子 x 是 A 中子B 质子C 电子D 粒子 答案答案 A 2 近年来科学家在超重元素的探测方面取得了重大进展 科学家们在观察某两个重离子结合成超重元素 的反应时 发现所生成的超重元素的核 A ZX 经过 6 次 衰变后成为 253 100Fm 由此可以判定该超重元素的 原子序数和质量数依次是 A 124 259B 124 265C 112 265D 112 277 答案答案 D 3 238 92U 放射性衰变有多种可能途径 其中一种途径是先变成 210 83Bi 而 210 83Bi 可 用心 爱心 专心12 以经一次 衰变变成 210 aX X 代表某种元素 也可以经一次 衰变变成 b 81Ti 210 aX 和 b 81Ti 最后都变 成 206 82Pb 衰变路径如图所示 则图中的 A a 84 b 206 B 是 衰变 放出电子 电子是由中子转变成质子时产生的 C 是 衰变 放出电子 电子是由中子转变成质子时产生的 D 238 92U 经过 10 次 衰变 8 次 衰变可变成 206 82Pb 答案答案 AB 4 正电子 PET 发射计算机断层显像 它的基本原理是 将放射性同位素 15O 注入人体 参与人体的代 谢过程 15O 在人体内衰变放出正电子 与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子 被探测器探测到 经计算机处理后产生清晰的图象 根据 PET 原理 回答下列问题 1 写出 15O 的衰变和正负电子湮灭的方程式 2 将放射性同位素 15O 注入人体 15O 的主要用途是 A 利用它的射线B 作为示踪原子 C 参与人体的代谢过程D 有氧呼吸 3 设电子质量为 m 电荷量为 q 光速为 c 普朗克常量为 h 则探测到的正负电子湮灭后生成的光子 的波长 4 PET 中所选的放射性同位素的半衰期应 填 长 或 短 或 长短均 可 答案答案 1 2 B 3 mc h 4 短 第 4 课时 核反应 核能 要点一 核反应 1 一个 235 92U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应 其裂变方程为 235 92U 1 0n X 94 38Sr 1 0 2n 则 下列叙述正确的是 A X 原子核中含有 86 个中子 B X 原子核中含有 141 个核子 C 因为裂变时释放能量 根据 E mc2 所以裂变后的总质量数增加 D 因为裂变时释放能量 出现质量亏损 所以生成物的总质量数减少 答案答案 A 要点二 核力 核能 2 雷蒙德 戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 e 而获得了 2002 年度诺贝尔物理学奖 他探测中 微子所用的探测器的主体是一个贮满 615 t 四氯乙烯 C2Cl4 溶液的巨桶 中微子可以将一个氯核 转变为一个氩核和一个电子 其核反应方程式为 e 37 17Cl 37 18Ar 0 1 e 已知 37 17Cl 核的质量为 36 956 用心 爱心 专心13 58 u 37 18Ar 核的质量为 36 956 91 u 0 1 e 的质量为 0 000 55 u 1 u 质量对应的能量为 931 5 MeV 根 据以上数据 可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 A 0 82 MeVB 0 31 MeVC 1 33 MeVD 0 51 MeV 答案答案 A 要点三 裂变与聚变 3 如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数 Z 的关系图象 下列说法中正确的是 A 若 D 和 E 能结合成 F 结合过程一定要释放能量 B 若 D 和 E 能结合成 F 结合过程一定要吸收能量 C 若 A 能分裂成 B 和 C 分裂过程一定要释放能量 D 若 A 能分裂成 B 和 C 分裂过程一定要吸收能量 答案答案 AC 题型 1 核反应方程的书写及核反应的种类 例 1 有下列 4 个核反应方程 1 a b c d 四种粒子依次是 2 上述核反应依次属于 A 衰变 人工转变 人工转变 聚变B 裂变 裂变 聚变 聚变 C 衰变 衰变 聚变 聚变D 衰变 裂变 人工转变 聚变 答案答案 1 B 2 D 题型 2 核能的计算 例 2 静止在匀强磁场中的 239 94 Pu 核 沿与磁场垂直的方向射出一个 粒子后 变成铀的一种同位素核 同 时释放出能量为 0 09 MeV 的光子 239 94 Pu 的质量为 238 999 655 u 铀核质量为 234 993 47 u 粒子质量为 4 001 509 u 1 u 1 660 566 10 27 kg 若不计光子的动量 求 1 铀核与 粒子回转半径之比 RU R 2 粒子的动能为多少 答案答案 1 1 46 2 4 195 MeV 题型 3 科技物理 例 3 天文学家测得银河系中氦的含量约为 25 有关研究表明 宇宙中氦生成的途径有两条 一是在 宇宙诞生后二分钟左右生成的 二是在宇宙演化到恒星诞生后 由恒星内部的氢核聚变反应生 成的 用心 爱心 专心14 1 把氢核聚变反应简化为 4 个氢核 1 1H 聚变成氦核 4 2He 同时放出 2 个正电子 0 1e 和 2 个 中微子 e 请写出该氢核聚变反应的方程 并计算一次反应释放的能量 2 研究表明 银河系的年龄约为 t 3 8 1017 s 每秒钟银河系产生的能量约为 1 1037 J 即 P 1 1037 J s 现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应 试估算银河系中氦的含量 最后结果保 留一位有效数字 3 根据你的估算结果 对银河系中氦的主要生成途径作出判断 可能用到的数据 银河系质量约为 M 3 1041 kg 原子质量单位 1 u 1 66 10 27 kg 1 u 相当于 1 5 10 10 J 的能量 电子质量 m 0 000 5 u 氦核质量 m 4 002 6 u 氢核质量 mp 1 007 8 u 中微 子 e质量为零 答案答案 1 41 1H 4 2He 2 0 1e 2 e 4 14 10 12 J 2 2 3 银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 1 在下列四个核反应方程中 x 表示 4 2He 且属于聚变的反应是 A 235 92U 1 0n 95 38Sr 138 54Xe 3x B 2 1H 3 1H x 1 0n C 30 15P 30 14Si x D 24 12Mg x 27 13Al 1 1H 答案答案 B 2 2009 2009 安庆模拟安庆模拟 据媒体报道 叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡 英国警方调 查认为毒杀利特维年科的是超级毒药 放射性元素钋 210 84Po 若该元素发生 衰变 其半衰期是 138 天 衰变方程为 210 84Po X 4 2He 则下列说法中正确的是 A X 原子核含有 124 个中子 B X 原子核含有 206 个核子 C 射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的 D 100 g 的 210 84Po 经 276 天 已衰变的质量为 75 g 答案答案 ABD 3 235 92U 受中子轰击时会发生裂变 产生 139 56Ba 和 94 36Kr 同时放出能量 已知每个铀核裂变释放的平均能量 为 200 MeV 1 写出核反应方程 2 现在要建设发电功率为 5 105 kW 的核电站 用 235 92U 作为核燃料 假设核裂变释放的能量一半转 化为电能 那么该核电站一天消耗 235 92U 多少千克 阿伏加德罗常数取 6 0 1023 mol 1 答案答案 1 235 92U 1 0n 139 56Ba 94 36Kr 1 0 3n 200 MeV 2 1 06 kg 用心 爱心 专心15 4 关于 原子核的组成 的研究 物理学的发展过程经历了如下几个重要的阶段 1919 年 卢瑟福用 粒子轰击氮核从而发现了质子 1920 年 卢瑟福预言 原子核内可能还有质量与质子相近的中性粒子存在 1930 年 约里奥 居里夫妇用钋 Po 放出的 粒子轰击铍 Be 产生了一种贯穿能力极强的射 线 研究发现这种射线是一种中性粒子流 1932 年 查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子 打出了 一些氢核 质子 和氮核 测量出被打出的氢核和氮核的速度 并由此推算出这种粒子的质量而发现 了中子 查德威克认为 氢核 氮核的热运动速度远小于未知粒子的速度而可以忽略不计 被碰出的氢 核 氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的 其中速率最大的应该是弹性正碰 的结果 实验中测得氢核的最大速度为 vH 3 3 107 m s 氮核的最大速度为 vN 4 5 106 m s 已知 mN 14mH 请你根据查德威克的研究 经过推理计算 证明卢瑟福的 预言 是正确的 答案答案 查德威克认为氢核 氮核与未知粒子之间的碰撞是弹性正碰 设未知 N 粒子质量为 m 速度为 v0 氢核的质量为 mH 最大速度为 vH 并认为氢核在打出前为静止的 那么根据动量守恒和能量守恒可 知 mv0 mv mHvH 2 0 2 1 vm 2 HH 2 2 1 2 1 vvmm 其中 v 是碰撞后未知粒子的速度 由此可得 vH 0 H 2 v mm m 同样可求出未知射线与氮原子碰撞后 打出的氮核的速度 vN 0 H 2 v mm m 查德威克在实验中测得氢核的最大速度为 vH 3 3 107 m s 氮核的最大速度为 vN 4 5 106 m s 因为 mN 14mH 由方程 可得 H H H N N H 14 mm mm mm mm v v 将速度的最大值代入方程 可得 H H 6 7 14 105 4 103 3 mm mm 可得 m 1 05mH 由此可见 该中性粒子的质量与质子相近 卢瑟福的 预言 是正确的 1 根据 粒子散射实验 卢瑟福提出了原子的核式结构模型 图中虚线表示原子核所形 成的电场的等势线 实线表示一个 粒子的运动轨迹 在 粒子从 a 运动到 b 再运动 到 c 的过程中 下列说法中正确的是 A 动能先增大 后减小B 电势能先减小 后增大 C 电场力先做负功 后做正功 总功等于零D 加速度先变小 后变大 答案答案 C 2 2009 2009 宜昌模拟宜昌模拟 如图甲是 三种射线穿透能力的示意图 图乙是工业上利用射线的穿 用心 爱心 专心16 透性来检查金属内部的伤痕的示意图 请问图乙中的检查是利用了哪种射线 A 射线B 射线C 射线D 三种射线都可以 答案答案 C 3 静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核 当它放出一个 粒子后 其速度方向与 磁场方向垂直 测得 粒子和反冲核轨道半径之比为 44 1 如图所示 图中直径没 有按比例画 则 A 粒子和反冲核的动量大小相等方向相反B 原来放射性元素的原子核电荷数是 90 C 反冲核的核电荷数是 88D 粒子和反冲核的速度之比为 1 88 答案答案 ABC 4 一原子质量单位为 u 且已知 1 u 931 5 MeV c 为真空中的光速 当质量分别为 m1 m2的两种原子核 结合成质量为 M 的新原子核时 释放出的能量是 A M m1 m2 c2 JB m1 m2 M 931 5 J C m1 m2 M c2 JD m1 m2 M 931 5 MeV 答案答案 C 5 新中国成立后 为了打破西方霸权主义的核威胁 巩固我们来之不易的独立自主 无数科技工作者以全 世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中 终于在 1964 年 1967 年分别成 功爆炸我国第一颗原子弹 atom bomb 和第一颗氢弹 hydrogen bomb 下列核反应方程可表示两 弹的爆炸原理的是 A HOHeN 1 1 17 8 4 2 14 7 B n10XeSrnU 1 0 136 54 90 38 1 0 235 92 C HeThU 4 2 234 90 238 92 D nHeHH 1 0 4 2 3 1 2 1 答案答案 BD 6 如图所示 R 是一种放射性物质 虚线框内是匀强磁场 B LL 是一厚纸板 MN 是 荧光屏 实验时 发现在荧光屏 O P 两处有亮斑 则下列关于磁场方向 到达 O 点 的射线 到达 P 点的射线的判断与实验相符的是 用心 爱心 专心17 答案答案 C 7 有下列 5 个核反应方程 对以上核反应分类 列成下表 则分类正确的是 答案答案 B 8 用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示 在网罩 内有电极 和 a b 端接 电源 是一小块放射性同位素镅 241 它能放射出一种很容易使气体电离的粒 子 平时 镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离 在 a b 间形成较强的电流 发生火灾时 烟雾进入网罩内 烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子 导致电流发生变化 电路 检测到这种变化从而发生警报 下列有关这种报警器的说法正确的是 A 镅 241 发出的是 粒子 有烟雾时电流增强 B 镅 241 发出的是 粒子 有烟雾时电流减弱 C 镅 241 发出的是 粒子 有烟雾时电流增强 D 镅 241 发出的是 粒子 有烟雾时电流减弱 答案答案 B 9 裂变反应是目前核能利用中常见的反应 以原子核U 235 92 为燃料的反应堆中 当U 235 92 俘获一个慢中子后 发生的裂变反应可以有多种方式 其中一种可表示为 反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量 以原子质量单位 u 为单位 取 1 u 的质量对应的能 量为9 3 102 MeV 此裂变反应中 用心 爱心 专心18 A 释放出的能量是 30 102 MeV X 是中子 B 释放出的能量是 30 MeV X 是质子 C 释放出的能量是 1 8 102 MeV X 是中子 D 释放出的能量是 1 8 102 MeV X 是质子 答案答案 C 10 如图所示 是利用放射线自动控制铝板厚度的装置 假如放射源能放射出 三种射线 而根据设计 该生产线压制的是 3 mm 厚的铝板 那么这三 种射线中的哪种射线对控制厚度起主要作用 当探测接收器单位时间内接收 到的放射性粒子的个数超过标准值时 将会通过自动装置将 M N 两个轧辊间的距离调大还是调小 A 射线 大B 射线 大C 射线 小D 射线 大 答案答案 B 11 在可控核反应堆中需要给快中子减速 轻水 重水和石墨等常用作减速剂 中子在重水中可与H 2 1 核 碰撞减速 在石墨中与C 12 6 核碰撞减速 上述碰撞可简化为弹性碰撞模型 某反应堆中快中子与静止 的靶核发生对心正碰 通过计算说明 仅从一次碰撞考虑 用重水和石墨作减速剂 哪种减速效果更好 答案答案 重水减速效果更好 12 一个原来静止的锂核 Li 6 3 俘获一个速度为 7 7 104 m s 的中子后 生成一个氚核和一个氦核 已 知氚核的速度大小为 1 0 103 m s 方向与中子的运动方向相反 1 试写出核反应方程 2 求出氦核的速度 3 若让一个氘核和一个氚核发生聚变时 可产生一个氦核同时放出一个中子 求这个核反应释放出 的能量 已知氘核质量为 mD 2 014 102 u 氚核质量为 mT 3 016 050 u 氦核的质量 mHe 4 002 603 u 中子质量 mn 1 008 665 u 1 u 1 660 6 10 27 kg 答案答案 1 HeHnLi 4 2 3 1 1 0 6 3 2 2 104 m s 3 2 82 10 12 J 13 利用核反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电 这就是核电站 核电站消耗的 燃料 很少 但功率却很大 目前 核能发电技术已经成熟 我国已具备了发展核电的基本条件 1 核反应堆中的 燃料 是U 235 92 完成下面的核反应方程式 2 一座 100 万千瓦的核电站 每年需要多少吨浓缩铀 已知铀核的质量为 235 043 9 u 中子的 质量为 1 008 7 u 锶 Sr 核的质量为 89 907 7 u 氙 Xe 核的质量为 135 907 2 u 1 u 1 66 10 27 kg 浓缩铀中铀 235 的含量占 2 3 同样功率 100 万千瓦 的火力发电站 每年要消耗多少吨标准煤 已知标准煤的热值为 2 93 104 kJ kg 4 为了防止铀核裂变的产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染 需采取哪些措施 举 两种 答案答案 1 136 38 2 27 t 3 1 1 106 t 用心 爱心 专心19 4 核反应堆外面需要修建很厚的水泥保护层 用来屏蔽射线 对放射性废料 要装入特制的容器 埋 入地层深处进行处理 知识整合 演练高考 题型 1 氢原子能级跃迁 例 1 2007 2007 全国全国 19 19 用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的 氢原子 观测到了一定数目的光谱线 调高电子的能量再次进行观测 发现光 谱线的数目比原来增加了 5 条 用 n 表示两次观测中最高激发态的量子数 n 之差 E 表示调高后电子的能量 根据氢原子的能级图 如图 可以判断 n 和 E 的可能值为 A n 1 13 22 eV E 13 32 eVB n 2 13 22 eV E 13 32 eV C n 1 12 75 eV E 13 06 eVD n 2 12 75 eV E 13 06 eV 答案答案 AD 题型 2 半衰期应用 例 2 2008 2008 上海上海 2B 2B 放射性元素的原子核在 衰变或 衰变生成新原子核时 往往会同时伴随 着 辐射 已知 A B 两种放射性元素的半衰期分别为 T1和 T2 t T1 T2时间后测得这两种放 射性元素的质量相等 那么它们原来的质量之比 mA mB 答案答案 12 2 TT 题型 3 核反应方程 例 3 2008 2008 全国全国 18 18 三个原子核 X Y Z X 核放出一个正电子后变为 Y 核 Y 核与质子发生核 反应后生成 Z 核并放出一个氦核 4 2He 则下面说法正确的是 A X 核比 Z 核多一个质子B X 核比 Z 核少一个中子 C X 核的质量数比 Z 核质量数大 3D X 核与 Z 核的总电荷是 Y 核电荷的 2 倍 答案答案 CD 题型 4 核能计算 例 4 2008 2008 北京北京 14 14 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核 同时辐射一个 光子 已知质 子 中子 氘核的质量分别为 m1 m2 m3 普朗克常量为 h 真空中的光速为 c 下列说法正确的 是 A 核反应方程是 HnH 3 1 1 0 1 1 B 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3 C 辐射出的 光子的能量 E m3 m1 m2 c D 光子的波长 2 321 cmmm h 用心 爱心 专心20 答案答案 B 1 2008 2008 广东广东 6 6 有关氢原子光谱的说法正确的是 A 氢原子的发射光谱是连续谱 B 氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光 C 氢原子光谱说明氢原子能级是分立的 D 氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关 答案答案 BC 2 2008 2008 四川四川 15 15 下列说法正确的是 A 射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B 射线比 射线更容易使气体电离 C 太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 D 核反应堆产生的能量来自轻核聚变 答案答案 A 3 2008 2008 广东广东 2 2 铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应 nXHeAI 1 0 4 2 27 13 下列判断正确的 是 A n 1 0 是质子B n 1 0 是中子 C X 是 28 14Si 的同位素 D X 是 31 15P 的同位素 答案答案 BD 4 2008 2008 上海上海 6 6 在下列四个核反应方程中 x 表示质子的是 答案答案 C 5 2008 2008 天津天津 15 15 一个氡核 222 86Rn 衰变成钋核 218 84Po 并放出一个粒子 其半衰期为 3 8 天 1 g 氡经 过 7 6 天衰变掉氡的质量 以及 222 86Rn 衰变成 218 84Po 的过程放出的粒子是 A 0 25 g 粒子B 0 75 g 粒子 C 0 25 g 粒子D 0 75 g 粒子 答案答案 B 6 2008 2008 全国全国 20 20 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 2 MeV 是氘核的结合能 下列说法正确的是 A 用能量小于 2 2 MeV 的光子照射静止氘核时 氘核不能分解为一个质子和一个中子 B 用能量等于 2 2 MeV 的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之 和为零 C 用能量大于 2 2 MeV 的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之 和为零 D 用能量大于 2 2 MeV 的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之 和不为零 答案答案 AD 用心 爱心 专心21 7 2008 2008 重庆重庆 14 14 放射性同位素钍 232 经 衰变会生成氡 其衰变方程为 232 90Th 220 86Rn x y 其中 A x 1 y 3B x 2 y 3C x 3 y 1D x 3 y 2 答案答案 D 章末检测 一 选择题 共一 选择题 共 8 8 小题小题 每小题每小题 6 6 分分 共共 4848 分 分 1 2009 2009 宁波质检宁波质检 氢原子从 n 3 的激发态向低能级状态跃迁可能放出的光子中 只有一种光子不能 使金属 A 产生光电效应 则下列说法正确的是 A 不能使金属 A 产生光电效应的光子一定是从 n 3 激发态直接跃迁到基态放出的 B 不能使金属 A 产生光电效应的光子一定是从 n 3 激发态直接跃迁到 n 2 激发态时放出的 C 从 n 4 激发态跃迁到 n 3 激发态 所放出的光子一定不能使金属 A 产生光电效应 D 从 n 4 激发态跃迁到基态 所放出的光子一定不能使金属 A 产生光电效应 答案答案 BC 2 某核反应方程为XHeHH 4 2 3 1 2 1 已知H 2 1 的质量为2 013 6 u H 3 1 的质量为3 018 0 u 4 2He 的质量为 4 002 6 u X 的质量为 1 008 7 u 则下列说法中正确的是 A X 是质子 该反应释放能量B X 是中子 该反应释放能量 C X 是质子 该反应吸收能量D X 是中子 该反应吸收能量 答案答案 B 3 目前 在居室装修中经常用到花岗岩 大理石等装饰材料 这些岩石都不同程度地含有放射性元素 比 如 有些含有铀 钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡 而氡会发生放射性衰变 放射出 射线 这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病 根据有关放射性知识可知 下列 说法正确的是 A 氡的半衰期为 3 8 天 若取 4 个氡原子核 经 7 6 天后就一定剩下一个原子核了 B 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的 C 射线一般伴随着 或 射线产生 在这三种射线中 射线的穿透能力最强 电离能力最弱 D 发生 衰变时 生成核与原来的核相比 中子数减少了 4 个 答案答案 BC 4 中子和质子结合成氘核 同时放出 光子 核反应方程是1 1H 1 0n 2 1H 以下说法中错误的 是 A 反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量 B 反应前后质量数不变 因而质量不变 C 由核子组成原子核一定向外释放能量 D 光子所具有的能量为 mc2 m 为反应中的质量亏损 c 为光速 答案答案 B 5 在下列四个方程中 X1 X2 X3和 X4各代表某种粒子 用心 爱心 专心22 235 92U 1 0n 141 56Ba 92 36Kr 3X1 30 15P 30 14Si X2 238 92U 234 90Th X3 234 90Th 234 91Pa X4 以下判断中错误的是 A X1是中子 B X2是质子 C X3是 粒子 D X4是电子 答案答案 B 6 下列说法中正确的是 A 放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B 光导纤维内芯的折射率比外套小 光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C 当放射性元素的原子外层电子具有较高能量时 将发