2012高考物理单元卷 第16章原子结构 原子核 章末综合检测

用心 爱心 专心1 1616 章末综合检测章末综合检测 一 选择题 本题共 8 小题 每小题 4 分 共 32 分 在每小题给出的四个选项中 有 的只有一个选项正确 有的有多个选项正确 全部选对的得 4 分 选对但不全的得 2 分 有错选的得 0 分 1 2009 年广东卷 科学家发现在月球上含有丰富的 He 氦 3 它是一种高效 清洁 3 2 安全的核聚变燃料 其参与的一种核聚变反应的方程式为 He He 2 H He 关于 He 3 23 21 14 23 2 聚变下列表述正确的是 A 聚变反应不会释放能量 B 聚变反应产生了新的原子核 C 聚变反应没有质量亏损 D 目前核电站都采用 He 聚变反应发电 3 2 解析 轻核聚变而生成质量较大 中等 的新核 故 B 正确 答案 B 2 2010 年宜昌模拟 如图 1 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 图 1 A 射线 B 射线 C 射线 D 三种射线都可以 解析 由图甲可知 射线和 射线都不能穿透钢板 射线的穿透力最强 可用来 检查金属内部的伤痕 答案为 C 答案 C 用心 爱心 专心2 图 2 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 2 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 88 D 粒子和反冲核的速度之比为 1 88 解析 粒子之间相互作用的过程中遵循动量守恒定律 由于原来的原子核是静止的 初动量为零 则末动量也为零 即 粒子和反冲核的动量大小相等 方向相反 所以 A 正确 由于释放的 粒子和反冲核 在垂直于磁场的平面内且在洛伦兹力作用下做匀速圆周 运动 所以由牛顿第二定律得 qvB m 得R v2 R mv qB 若原来放射性元素的核电荷数为Q 则对 粒子 R1 p1 B 2e 对反冲核 R2 p2 B Q 2 e 由于p1 p2 所以有 R1 R2 44 1 解得 Q 90 它们的速度大小与质量成反比 所以 B C 正确 D 错误 答案 ABC 4 2009 年全国卷 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 6328 m 2 3 39 m 已知波长为 1的激光是氖原子在能级间隔为 E1 1 96 eV 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 eV B 0 98 eV C 0 53 eV D 0 36 eV 解析 由跃迁公式得 E1 E2 联立可得 E2 E1 0 36 eV 选 hc 1 hc 2 1 2 项 D 对 用心 爱心 专心3 图 3 答案 D 5 用于火灾报警的离子烟雾传感器如图 3 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 解析 三种射线中 射线的电离本领最强 当有烟尘时 由于烟尘吸收空气中的离子 和 粒子 所以电流会减弱 故 B 正确 答案 B 6 2009 年上海卷 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mv h W 1 22m 频率 越高 初动能就越大 D 正确 答案 AD 7 裂变反应是目前核能利用中常见的反应 以原子核为燃料的反应堆中 当 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 U n Xe Sr 3X 235921 0139549438 235 0432 1 0087 138 9178 93 9154 反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量 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4 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 解析 据核反应过程中质量数和电荷数守恒可判断 X 是中 子 m 235 0432 1 0087 138 9178 93 9154 3 1 0087 u 0 1926 u 可见该反 应释放能量 释放的能量 E 0 1926 9 3 102 MeV 1 8 102 MeV 故 C 正确 答案 C 图 4 8 如图 4 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两个轧锟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 解析 射线不能穿过 3 mm 厚的铝板 射线又很容易穿过 3 mm 厚的铝板 基本不 受铝板厚度的影响 而 射线刚好能穿透几毫米厚的铝板 因此厚度的微小变化会使穿过 铝板的 射线的强度发生较明显变化 即 射线对控制厚度起主要作用 若超过标准值 说明铝板太薄了 应该将两个轧辊间的距离调节得大些 故 B 正确 答案 B 二 实验题 本题包括 2 小题 共 10 分 9 2009 年福建卷 随着现代科学的发展 大量的科学发现促进了人们对原子 原子 核的认识 下列有关原子 原子核的叙述正确的是 填选项前的编号 卢瑟福 粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构 天然放射现象表明原子核内部有电子 轻核聚变反应方程有 H H He n 2 13 14 21 0 氢原子从n 3 能级跃迁到n 1 能级和从n 2 能级跃迁到n 1 能级 前者跃迁辐 射出的光子波长比后者的长 用心 爱心 专心5 解析 卢瑟福 粒子散射实验说明的是原子内部的结构而不是原子核内部的结构 故 错 天然放射现象说明原子核具有复杂的结构 而不是内部有电子 故 错 氢原子从 n 3 能级跃迁到n 1 能级放出的光子能量大于从n 2 能级跃迁到n 1 能级放出的光子 能量 故前者波长小于后者 即 错 由核反应规律可知 正确 答案 10 2010 年天津海滨新区重点学校联考 气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块 悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响 因此成为重要的实验器材 气垫导轨和光电门 数字 毫秒计配合使用能完成许多实验 现提供以下实验器材 名称 图象 编号如图 5 所示 图 5 利用以上实验器材还可以完成 验证动量守恒定律 的实验 为完成此实验 某同学 将实验原理设定为 m1v0 m1 m2 v 针对此原理 我们应选择的器材编号为 在我们所选的器材中 器材对应原理中的m1 填写器材编号 解析 题给原理是动量守恒 故应选择器材为 ABC 由题意知 B 对应原理中的m1 答案 ABC B 三 计算题 本题包括 7 小题 共 58 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 11 2010 年山东临沂 1934 年约里奥 居里夫妇用 粒子轰击静止的Al 发现了 2713 放射性磷P 和另一种粒子 并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖 3015 1 写出这个过程的核反应方程式 2 若该种粒子以初速度v0与一个静止的 12C 核发生碰撞 但没有发生核反应 该粒子 用心 爱心 专心6 碰后的速度大小为v1 运动方向与原运动方向相反 求碰撞后 12C 核的速度 解析 1 核反应方程式为 He Al P n 4 2271330151 0 2 设该种粒子的质量为m 则 12C 核的质量为 12m 由动量守恒定律可得 mv0 m v1 12mv2 解得 v2 v0 v1 12 则碰撞后该种粒子运动方向与原粒子运动方向相同 答案 1 He Al P n 4 2271330151 0 2 与原粒子运动方向相同 v0 v1 12 图 6 12 2008 年宁夏卷 某同学利用如图 6 所示的装置验证动量守恒定律 图中两摆摆长 相同 悬挂于同一高度 A B两摆球均很小 质量之比为 1 2 当两摆均处于自由静止状 态时 其侧面刚好接触 向右上方拉动B球使其摆线伸直并与竖直方向成 45 角 然后将 其由静止释放 结果观察到两摆球粘在一起摆动 且最大摆角为 30 若本实验允许的最 大误差为 4 此实验是否成功地验证了动量守恒定律 解析 设摆球A B的质量分别为mA mB 摆长为l B球的初始高度h1 碰撞前B球 的速度为vB 在不考虑摆线质量的情况下 根据题意及机械能守恒定律得 h1 l 1 cos45 mBv mBgh1 1 22B 设碰撞前 后两摆球的总动量的大小分别为p1 p2 有 p1 mBvB 联立 式得p1 mB 2gl 1 cos45 同理可得p2 mB mB 2gl 1 cos30 联立 式得 p2 p1 mB mB mB 1 cos30 1 cos45 代入已知条件得 2 1 03 p2 p1 由此可以推出 4 p2 p1 p1 所以 此实验在规定的范围内验证了动量守恒定律 用心 爱心 专心7 答案 是 图 7 13 2008 年全国卷 如图 7 所示 一质量为M的物块静止在桌面边缘 桌面离水平地 面的高度为h 一质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后 以水平速度v0 2 射出 重力 加速度为g 求 1 此过程中系统损失的机械能 2 此后物块落地点离桌面边缘的水平距离 解析 1 设子弹穿过物块后物块的速度为v 由动量守恒得mv0 m Mv v0 2 解得v v0 m 2M 系统的机械能损失为 E mv m 2 Mv2 1 22 0 1 2 v0 2 1 2 由 式得 E 3 mv 1 8 m M2 0 2 设物块下落到地面所需时间为t 落地点距桌面边缘的水平距离为s 则 h gt2 1 2 s vt 由 式得s mv0 M h 2g 答案 1 3 mv 2 1 8 m M2 0 mv0 M h 2g 14 已知氢原子基态的电子轨道半径r1 0 53 10 10 m 基态的能级值为E1 13 6 eV 1 求电子在n 1 的轨道上运动形成的等效电流 2 有一群氢原子处于量子数n 3 的激发态 画出能级图 在图上用箭头标明这些氢 原子能发出哪几条光谱线 3 计算这几条光谱线中最长的波长 解析 1 电子绕核运动具有周期性 设运转周期为T 由牛顿第二定律和库仑定律有 k m 2r1 e2 r2 1 2 T 用心 爱心 专心8 又轨道上任一处 每一周期通过该处的电荷量为e 由电流的定义式得所求等效电流 I e T 联立 式得 I e2 2 r1 k mr1 A 1 6 10 19 2 2 3 14 0 53 10 10 9 109 9 1 10 31 0 53 10 10 1 05 10 3 A 图 8 2 由于这群氢原子的自发跃迁辐射 会得到三条光谱线 如右图 8 所示 3 三条光谱线中波长最长的光子能量最小 发生跃迁的两个能级的能量差最小 根据 氢原子能级的分布规律可知 氢原子一定是从n 3 的能级跃迁到n 2 的能级 设波长为 由h E3 E2 得 c hc E3 E2 m 6 63 10 34 3 108 1 51 3 4 1 6 10 19 6 58 10 7m 答案 1 1 05 10 3A 2 如图 8 所示 3 6 58 10 7m 15 2006 年 我国自行设计并研制的 人造太阳 托卡马克实验装置运行获得重 大进展 这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列 该反应所进行的聚变过 程是 H H He n 反应原料氘 H 富存于海水中 而氚 H 是放射性元素 自然界 2 13 14 21 02 13 1 中不存在 但可以通过中子轰击锂核 Li 的人工核转变得到 则 6 3 1 请把下列用中子轰击锂核 Li 产生一个氚核 H 和一个新核的人工核转变方程填 6 33 1 写完整 Li H 6 33 1 2 在 1 中 每生产 1 g 的氚同时有多少个 Li 核实现了核转变 阿伏加德罗常数 6 3 NA取 6 0 1023mol 1 3 一个氘核和一个氚核发生核聚变时 平均每个核子释放的能量为 5 6 10 13 J 求该核聚变过程中的质量亏损 用心 爱心 专心9 解析 1 Li n He H 31 04 23 1 2 因为 1 g 氚为 mol 根据核反应方程 实现核转变的 Li 也为 mol 所以有 1 36 3 1 3 2 0 1023个 Li 实现了核转变 3 根据爱因斯坦质能方程 E mc2 核聚变反应中有 5 个核子参加了反应 所以质量亏损为 m 3 1 10 29 kg 答案 1 n He 2 2 0 1023个 3 3 1 10 29kg 1 04 2 16 1930 年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强 它甚至能穿透几厘米厚的铅板 1932 年 英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子 结果打出 一些氢核和氮核 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 若 未知射线均与静止的氢核和氮核正碰 测出被打出的氢核最大速度为vH 3 3 107m s 被 打出的氮核的最大速度vN 4 5 106m s 假定正碰时无机械能损失 设未知射线中粒子质 量为m 初速为v 质子的质量为m 1 推导被打出的氢核和氮核的速度表达式 2 根据上述数据 推算出未知射线中粒子的质量m与质子的质量m 之比 已知氮 核质量为氢核质量的 14 倍 结果保留三位有效数字 解析 1 碰撞过程满足动量守恒且机械能守恒 与氢核碰撞时有 mv mv1 mHvH mv2 mv mHv 解之得vH v 同理可得vN v 1 2 1 22 1 1 22 H 2m m mH 2m m mN