2010届高三物理原子和原子核单元检测(DOC)

1、15.2 原子和原子核1 关于天然放射现象，下列说法正确的是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.放射性物质放出的射线中，a粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C.当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生B衰变D. 放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出丫射线2.据报道：我国科学家研制世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”，用来解决人类的能源之需，代替煤、石油等不可再生资源.“人造太阳”的实验装置模拟太阳产生能量的方式.从海水中提取氘和氚，使其在上亿度的高温下产生聚变反应，反应方程式为：1H+ ,HT4He +0n +E.设氘（

2、2H）的质量为 mi,氚（；H）的质量为 m2,氦（：H e） 的质量为 m3,中子（0n）的质量为 m4, c 为光在真空中传播的速度.核反应放出的能量E 为2A.(叶m2)c2B.(m3m4)c2C.(mim2_m3_m4)c2D.(m3m4_m -m2)c3.放射性元素的原子核22286Rn原来静止在垂直于纸面向里的匀强磁场中的A 点处。后来由于发生了某种衰变，放出的射线粒子和新生成的原子核形成了如图2 1 所示的两个圆形径迹 1、2。下列说法中正确的是 A .该衰变可能是a衰变也可能是B衰变B .新生成的原子核的径迹可能是1，也可能是 2C. 射线粒子和新生成的原子核都是沿逆时针方向旋

3、转的D. 射线粒子和新生成的原子核在磁场中做圆周运动的周期相同15咒XXX1:A B24.一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 m“ 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；H+；nr1H+B.聚变反应中的质量亏损m= m什 m2-m1D.光子的波长ah(m1m2-m3)c5.在卢瑟福的a粒子散射实验中，某一一a粒子经过某一原子核 附近时的轨迹如图 152 2 所示.图中 P、Q 为轨迹上的 点，虚线是经过P、Q 两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域.不考虑其他原子核对a粒子的作用

4、，则关于该原子核的位置，正确的是A .一定在区域B .可能在区域C.可能在区域D .一定在区域6.原子核 A 发生a衰变后变为原子核，原子核 B 发生B衰变后变为原子核d Y，已知原152 2子核 A 和原子核 B 的中子数相同，则两个生成核X 和 Y 的中子数以及 a、b、c、d 的关系可能是7.氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发生三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波 长分别为 入和 尬且入七，则另一个波长可能是A . X 的中子数比 Y 少 1C.如果 a - d =2，贝 V b-c=3B . X 的中子数比 Y 少 3D .如果 a - d =2，贝 V b-c=1B. Xi2&

5、amp; 子与氢原子核(质子)构成的原子称为氢原子(hydrogen muon atom ),它在原子核物理的研究中有nE/eV重要作用。图 152 3 为氢原子的能级示意图。假乍101.24 _158 1定光子能量为 E 的一束光照射容器中大量处于 n= 2 能3 -281【1级的氢原子，卩氢原子吸收光子后，发出频率为Y、2 -632.4Y、Y、Y、Y、 和Y的光，且频率依次增大，则E 等于1-2529.6A.h( YY)B. h (Y+Y)152 3C. hYD. hY诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素12P衰变成14Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是 _32 3015是15P的同位素，

6、被广泛应用于生物示踪技术。321mg15P随时间衰变的关系如图152 4 所示，则32 _、4mg 的15P经_ 天的衰变后还剩 0.25mg。10. 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2H核碰撞减速，在石墨中与核碰撞减速。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？11.氢原子的能级的示意图如图 152 5 所示，现有每个电子的动能都为 Ee=12.89eV 的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区 域，使电子与氢原子发生迎头正碰.已知碰撞前一个

7、电子与一个氢原子的总动量为零.碰撞后，氢原子受到激发，跃迁到n=4 的能级.求碰撞后 1 个电子与 1 个受激氢原子的总动能.已知电子的质量 me与氢原子的质量 mH之比为 匹=5.445 10*.mH12.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2-3.41 一 -1159152 5中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2 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.(1)把氢核反应简化为4 个氢核(1H)聚变成氦核(：He),同时放出 2 个正电子(1e)19.约里奥 居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935 年的和 2 个中微子（Ve）

8、,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=3.8XlUs,每秒钟银河系产生的能量约为1XIUJ（即 P=1X107j/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.（可能用到数据：银河系质量约为 M=3X101kg,原子质量单位 1u=1.66X107kg, 1u 相当 于 1.5X10 j 的能量，电子质量 me=0.0005u,氦核质量 m0=4.0026u，氢核质量 mp=1.0078u, 中微子 Ve质量为零）单元检测一、选择

9、题（本题包括10 小题每小题 4 分，共 40 分每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的多个选项正确，全部选对的得4 分，选对但不全的得 2 分，有选错的得 0 分）1 .下列说法正确的是A. 用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B. 在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D. 电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的2. 2006 年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过（钙 48）轰击（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

10、的原子核先放出3 个相同的粒子 x,再连续经过 3 次a衰变后，变成质量为 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.a粒子变掉氡的质量，以及2益Rn衰变成2；8Po的过程放出的粒子是A. 0. 25g,a粒子B. 0. 75g,a粒子C. 0. 25g,B粒子D. 0. 75g,B粒子4. 氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时A.氢原子的能量减小，电子的动能增加B.氢原子的能量增加，电子的动能增加C.氢原子的能量减小，电子的动能减小D.氢原子的能量增

11、加，电子的动能减小2345.一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是1H+1卄2He+n，此反应过程产生的质量亏损为.已知阿伏伽德罗常数为NA,真空中的光速为 全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为A.NA：mc2B.NAmc2C.2NAmc226.如图 151 为氢原子能级的示意图，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。3. 一个氡核286Rn衰变成284Po并放出一个粒子,其半衰期为 3.c.若 1mol 氘和 1mol 氚完D. 5NAffi-nEJeV00 -4 cP3-1.512-3.41 -13.615 1关于这些光下列说法正确

12、的是A.最容易表现出衍射现象的光是由n=4 能级跃到 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6.34eV的金属铂能发生光电 效应7激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理用二次曝光照相所获得的 散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度V与二次曝光时间间隔 At 的乘积等于双缝间距实验中可测得二次曝光时间间隔At、双缝到屏之距离丨以及相邻两条亮纹间距 AX 若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是LX丨U

13、xktA. VB. VC.VD. V =丨也tAxitZAt沁x&用不同频率的紫外光分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能 Ek随入射光频率v变化的 Ek-v图象.已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是 3.34eV ,若将二者的 Ek- v 图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，则图象15 2中正确的是10 . 1961 年德国学者约恩孙发表了一篇论文，介绍了他用电子束做的一系列衍射和干涉实 验其中他做的双缝干涉实验，与托马斯杨用可见光做的双缝干涉实验所得到的图样基本相同，这是对德布罗意的物质波理论的又一次实验验证根据德布罗意理论，电子也 具有波

14、粒二象性，其德布罗意波长二h，其中h为普朗克常量，p 为电子的动量.约恩P孙实验时用 50kV 电压加速电子束，然后垂直射到间距为毫米级的双缝上，在与双缝距离 约为 35cm1529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15 3可以判断， n 和 E 的可能值为A.An=1,13.22 eVvEv13.32 eVB.An=2,13.22 eVvEv13.32 eVC.An=1,12.75 eVvEv13.

15、06 eVD.n=2,12.72 eVvEv13.06 eVE/eV0.280.380.540.851.503.4013.60153A0C.D.的光屏上得到了干涉条纹，但条纹间距很小.下列四组方法中，哪些方法一定能使条纹间距变大？A. 降低加速电子的电压，同时加大双缝间的距离B. 降低加速电子的电压，同时减小双缝间的距离C. 加大双缝间的距离，同时使光屏靠近双缝D. 减小双缝间的距离，同时使光屏远离双缝、实验题：本题共 2 小题.共 17 分.把答案填写在题中的横线上或按题目要求作答11. 一置于铅盒中的放射源发射的：、和 射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀 强电场

16、。进入电场后，射线变为 a、b 两束，射线 a 沿原 来方向行进，射线 b 发生了偏转，如图 154 所示，则 图中的射线 a 为 射线，射线 b 为_ 射线。12 .现有毛玻璃屏 A、双缝 B、白光光源 C 单缝 D 和透红光的滤光片 E 等光学元件，要把它们放在图15 5 所示的光具座上组装成双缝干涉装置,用以测量红光的波长.(1) 将白光光源 C 放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为 C、_ 、A.(2) 本实验的步骤有：1取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；2按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的

17、中心位于遮光筒的轴线上；3用米尺测量双缝到屏的距离；4用测量头(其读数方法同螺旋测微器)测量数条亮纹间的距离.在操作步骤时还应注意 _ 和_ .(3)将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1 条亮纹，此时手轮上的示数如图 15 6 所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6 条亮纹中心对齐，记下此时图15 7 中手轮上的示数 _ mm,求得相邻亮纹的间距 x为_ mm .(4)已知双缝间距 d 为 2.0X10-4m，测得双缝到屏的距离I 为 0.700m，由计算式入=_，求得所测红光波长为 _nm .三、计算题：本题共 4 小题，共 63 分解答应写出必要的文字说明

18、、方程式和重要的演算步 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.13. ( 10 分)过量的电磁辐射对人体是有害的按照规定，工作场所受到的电磁辐射强度(单 位时间垂直单位面积的电磁辐射能量)不得超过某一临界值W。，已知某一种电磁波源的铅盒放射源铝箔154照相底片遮光筒电磁辐射功率为 P,假设电磁波源的电磁辐射在各个方向上是均匀的，求符合规定的安全区域到电磁波源的距离至少为多少？14. （17 分）（1 ）氢原子第 n 能级的能量为En=丘；，其中 Ei是基态能量。而 n = 1, 2,。n33若一氢原子发射能量为巳的光子后处于比基态能量高出巳的激发态，则氢原

19、子164发射光子前后分别处于第几能级？（2）速度为 v 的高速a粒子（：He）与同方向运动的氖核（20Ne）发生弹性正碰,碰后a粒子恰好静止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）15.（ 18 分）如图 158 所示，在 xOy 平面上，一个以原点 0 为圆心，半径为 4R 的圆形磁场 区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面向里，在坐标（-2R, 0）处静止着一个具有放射性的原子核 一氮（13N）,某时刻该核发生衰变，放 出一个正电子和一个反冲核，已知正电子从A 处射出时速度方向垂直于 x 轴，且后来通过了 y 轴，而反冲核刚好不离开 磁场区域。不计重力影响和粒子间的相互作用。（1）试写

20、出衰变方程；（2 ）求正电子最后过 y 轴时的坐标。15316.（ 18 分）两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核（氦的同位素）.已知氘核质量 m=2.0136u，氦核质量 m）He=3.015u，中子质量 mn=1.0087u .（1）写出聚变方程并算出释放的核能（已知 1u= 931.5MeV ）.（2）若反应前两氘核的动能均为Ek0=0.35MeV ,它们正面对撞发生核聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大15 2 原子和原子核1.D2.C3.C 提示：在匀强磁场中原子核发生a衰变后，a粒子和新核的径迹成“ 8”字形。4.B5.A 提示：a粒子运动时，

21、受到原子核排斥力的作用，而做曲线运动物体的轨迹一定是在合外力方向和速度方向之间.将各区域内任何一点分别与P、Q 两点相连并延长(即a粒子受到原子核的力的方向)，可发现在、区域的点，其轨迹不在力的方向和速度 的方向之间；在区域的点的轨迹都在力方向和速度方向之间，因此A 选项正确.6.AC 提示：原子核发生一次a衰变其质子数和中子数都减少 2,发生一次B衰变其质子数增加 1 而中子数减少 1,故 A、C 两选项正确.7.CD 提示：根据氢原子能级图特点分析两种可能。& C10.解：设中子质量为 Mn,靶核质量为 M由动量守恒定律： MnV0= MnV 什 MV2121212由能量守恒定律：

22、Mnv0Mnv-i -mv222 2与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好。解得：Mn-MV1 _MnMV0在重水中靶核质量:参考答案9 .正电子；t=56 天(5458 天都算对)1 -提示：结合图象和半衰期公式 Zg(訐计算。MH= 2MnMnMHVo1-_3Vo在石墨中靶核质量:Mc= 12Mn11MnMcVoVo氢原子受激跃迁吸收的能量为0.85 ( 13.59) =12.74eV根据能量守恒定律，得碰后一个电子和一个受激氢原子的总动能E；=(12.90 -12.74)eV =0.16eV.14012.解：(1)氢核聚变核反应方程为41H2He+21e+2Ve211.解：由Ek

23、拧m可知，p 大小一定时,Ek*丄，则碰撞前氢原子的动能为meEemH碰前，一个电子和一个氢原子的总动能Ek=Ee理Ee：12.90eVmH核反应中的质量亏损m =4mp- mia- 2me由质能方程得.汨；：mc2代入数据得.:4.14X10J2J(2)氢核聚变反应生成的氦核总质量(3)由估算结果可知，k=2%远小于 25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.单元检测1.B2.A3.B4.A 提示：氢原子中的核外电子从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子释放出光子，电场力做正功，电子电势能减少，减少的电势能转化为电子的动能和光子的能量, 同时系统的总能量减小.25.

24、B 提示：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出的能量为mc, 1mol 的氘核和 1mol 的氚核结合成 1mol 的氦核释放能量为NA=mc2.6.D7.B 提示：由双缝干涉条纹间距公式得注二丄，根据题给信息，有 d=vAtd则-x =-，解得v =l, B 选项正确.Mt心& A 提示：在发生光电效应的情况下，根据爱因斯坦光电效应方程，有Ek=hv-W，显然，在 Ekv 图象中，光电子的最大初动能H 随入射光的频率v变化是一条倾斜的直线，其中普朗克常数h 表示图象的斜率， W 表示图线在纵轴上的截距，由题给条件知，锌的逸出功大于钨的逸出功，故选项A 正确。9.AD 提示：氢原

25、子从量子数为 n 的能级向各低能级跃迁时发出光谱线的数目为C：，根据题意可知，存在 n=1, n=2 两种可能。Ptm一E39ma二6.1X10 kg氦的含量6.1X10393X1041:2%hv =W Ek，则210.BD 提示：根据动能定理可知eUmv2，则德布罗意波长；由2 2mp V2meU双缝干涉条纹公式 x二丄知，要增大 %，在保持 l 不变的情况下，可降低加速电压，d同时减小双缝间距离； 在保持入不变的情况下，可减小双缝间的距离， 同时使光屏远离双2缝，B、D 两选项正确.11.,-提示：根据- 粒子的电性及在电场中的受力判断。12.( 1) E、D、B; (2)单缝和双缝间距

26、5cm10cm，使单缝与双缝相互平行；d2(3)13.870,2.310; (4): x,6.6X102.提示：(1)滤光片 E 是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取点光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像是毛玻璃屏所以排列顺序为：C、E、D、B、A.(2 )在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝 间距离大约为 5cm10cm;要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线 上.(3)螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度,读数为 13.870mm，图 2 读数为 2.320mm ,所以相邻条纹间距13.870 -2.320Ax=2.310mm.5(4) 由条纹间距公式展=丄入得：，=空dI代入数值得：/=6.6X10?m=6.7X1Ghmm .13.( 10 分)解：设符合规定的安全区域到电磁波源的至少距离为R,贝 U4二R2W)=P(17 分)解：(1)设氢原子发射光子前后分别位于第E1E114.l 与第 m 能级，依题意有:I2m2162-E -7 E1m4解得：m = 2, I = 4(2)设碰撞前后氖核速度分别为E1V。 、 VNe， 由动量守恒与机械能守恒定律得: