原子與原子核綜合檢測(cè)(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第18小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確,第912小題有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)的得4分,選對(duì)但不全的得2分,有選錯(cuò)或不選的得0分)1.下列四幅圖涉及不同的物理知識(shí),其中說(shuō)法正確的是(B)A.圖(甲):用紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí),從鋅板表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能也隨之增大B.圖(乙):盧瑟福通過(guò)分析粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C.圖(丙):氫原子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí),會(huì)吸收一定頻率的光子D.圖(丁):原有10個(gè)氡222,經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期的時(shí)間,一定還剩余5個(gè)解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-W0,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),故A錯(cuò)誤.盧瑟福通過(guò)分析粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故B正確.氫原子由較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí),能量減小,向外輻射光子,故C錯(cuò)誤.半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)大量的原子核適用,對(duì)少數(shù)的原子核不適用,故D錯(cuò)誤.2.在盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)中,金箔中的原子核可以看做靜止不動(dòng),下列各圖畫(huà)出的是其中兩個(gè)粒子經(jīng)歷金箔散射過(guò)程的徑跡,其中正確的是(C)解析:粒子散射實(shí)驗(yàn)中,入射的粒子只有靠近金箔原子核時(shí)在其斥力作用下發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),圖A,D中出現(xiàn)引力情況,這是不可能的,圖B中其中一個(gè)粒子的徑跡不對(duì),只有選項(xiàng)C正確.3.放射性原子的原子核在發(fā)生衰變時(shí),蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量會(huì)釋放出來(lái),使產(chǎn)生的新核處于高能級(jí),這時(shí)它要向低能級(jí)躍遷,輻射出光子,該光子在真空中的波長(zhǎng)為,光速為c,普朗克常量為h,則(B)A.每個(gè)光子的能量為E=hB.每個(gè)光子的能量為E=hC.輻射過(guò)程中質(zhì)量虧損為m=D.輻射過(guò)程中不發(fā)生質(zhì)量虧損解析:根據(jù)愛(ài)因斯坦光子說(shuō),每個(gè)光子的能量E=h,其中為光子的頻率,而光速c=,故一個(gè)光子的能量E=h,故A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)E=mc2,那么輻射過(guò)程中質(zhì)量虧損為m=,故C,D錯(cuò)誤.4.國(guó)家大科學(xué)工程中國(guó)散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái).下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(B)AN俘獲一個(gè)粒子,產(chǎn)生O并放出一個(gè)粒子BAl俘獲一個(gè)粒子,產(chǎn)生P并放出一個(gè)粒子CB俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生Be并放出一個(gè)粒子DLi俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生He并放出一個(gè)粒子解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,各選項(xiàng)核反應(yīng)方程為NHeOH,A錯(cuò)誤;AlHePn,B正確;BHBeHe,C錯(cuò)誤;LiHHeHe,D錯(cuò)誤.5.如圖所示為查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)示意圖,利用釙(Po)衰變放出的粒子轟擊鈹Be),產(chǎn)生的粒子P能將石蠟中的質(zhì)子打出來(lái).下列說(shuō)法正確的是(D)A.粒子是氦原子B.粒子Q的穿透能力比粒子P的強(qiáng)C.釙的衰變方程為PoPbHeD.粒子轟擊鈹?shù)暮朔磻?yīng)方程為HeBeCn解析:粒子是氦原子核,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;粒子P是中子,粒子Q是質(zhì)子,由于質(zhì)子帶正電,當(dāng)質(zhì)子射入物質(zhì)時(shí),受到的庫(kù)侖力作用會(huì)阻礙質(zhì)子的運(yùn)動(dòng),而中子不帶電,不受庫(kù)侖力作用,所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在釙衰變中,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知產(chǎn)生的是Pb,并非Pb,選項(xiàng)C錯(cuò)誤HeBeCn是查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程,選項(xiàng)D正確.6.按照氫原子的玻爾模型,氫原子的核外電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑和對(duì)應(yīng)的能量rn=n2r1,En=(n=1,2,3),電子從半徑較大的軌道n=2的激發(fā)態(tài)向半徑較小的軌道基態(tài)躍遷時(shí),放出光子,(r1=0.053 nm,E1=-13.6 eV).則產(chǎn)生的光子頻率(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(C)A.=1.5×1015 HzB.=2.0×1015 HzC.=2.5×1015 HzD.=4.5×1015 Hz解析:電子從半徑較大的軌道n=2的激發(fā)態(tài)向半徑較小的軌道基態(tài)躍遷時(shí),r2=4r1,E2=-3.4 eV,故E2-E1=h,解得=2.5×1015 Hz.7.關(guān)于近代物理學(xué),下列說(shuō)法正確的是(B)A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有波動(dòng)性B.一群氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí),最多能輻射6種不同頻率的光子C.盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)原子核由質(zhì)子和中子組成D.氡的半衰期為3.8天,若取4個(gè)氡原子核,經(jīng)過(guò)7.6天后一定剩下1個(gè)氡原子核解析:光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有粒子性,故A錯(cuò)誤;一群氫原子從n=4的激發(fā)態(tài)躍遷時(shí),最多能輻射=6,即6種不同頻率的光子,故B正確;盧瑟福通過(guò)粒子散射實(shí)驗(yàn)證實(shí)原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故C錯(cuò)誤;半衰期只適用大量原子核,對(duì)極個(gè)別原子核不適用,故D錯(cuò)誤.8.下列說(shuō)法中正確的是(D)A.升高放射性物質(zhì)的溫度,可縮短其半衰期B.一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng),是因?yàn)樵撌獾牟ㄩL(zhǎng)太短C.某原子核經(jīng)過(guò)一次衰變和三次衰變后,核內(nèi)中子數(shù)減少4個(gè)D.核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置解析:半衰期的大小與溫度無(wú)關(guān),由原子核內(nèi)部因素決定,故A錯(cuò)誤;一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng),是因?yàn)樵撌獾念l率太低,而波長(zhǎng)太長(zhǎng),故B錯(cuò)誤;某放射性元素經(jīng)過(guò)1次衰變和3次衰變共產(chǎn)生1個(gè)He和3個(gè)e,所以質(zhì)量數(shù)減少4,核電荷數(shù)減小1,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得知,中子數(shù)減少3,故C錯(cuò)誤;核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置,故D正確.9.氫原子能級(jí)如圖,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656 nm.以下判斷正確的是(CD)A.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656 nmB.用波長(zhǎng)為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí)C.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線D.用波長(zhǎng)為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)解析:由h=E2-E1及氫原子能級(jí)關(guān)系可知,從n=2躍遷到n=1時(shí)釋放光子波長(zhǎng)為122 nm,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;波長(zhǎng)325 nm光子能量小于波長(zhǎng)122 nm光子能量,不能使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;一群處于n=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多有3種可能,因此最多產(chǎn)生3種譜線,選項(xiàng)C正確;從n=3躍遷到n=2時(shí)輻射光的波長(zhǎng)=656 nm,所以,只有當(dāng)入射光波長(zhǎng)為656 nm時(shí),才能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí),選項(xiàng)D正確.10.用中子n)轟擊鈾核U)產(chǎn)生裂變反應(yīng),會(huì)產(chǎn)生鋇核Ba)和氪核Kr)并釋放出中子n),當(dāng)達(dá)到某些條件時(shí)可發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng).一個(gè)鈾核U)裂變時(shí),釋放的能量約為200 MeV(1 eV=1.6×1 J).以下說(shuō)法正確的是(BCD)AU的裂變方程為UBaKrnBU的裂變方程為UnBaKr+nCU發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件與鈾塊的體積有關(guān)D.一個(gè)U裂變時(shí),質(zhì)量虧損約為3.6×10-28 kg解析:鈾核在裂變過(guò)程中需要中子的轟擊,產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確.而鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在進(jìn)行過(guò)程中,還需要鈾礦達(dá)到臨界體積才能維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)不斷進(jìn)行下去,所以選項(xiàng)C正確.根據(jù)釋放出來(lái)的核能,結(jié)合質(zhì)能方程E=mc2可知,反應(yīng)過(guò)程中,虧損質(zhì)量為m= kg=3.6×1 kg,選項(xiàng)D正確.11.科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚,再利用氘和氚核反應(yīng)獲得能量,核反應(yīng)方程分別為X+YHeH+4.9 MeV和HHHe+X+17.6 MeV,下列表述正確的有(AD)A.X是中子B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6C.兩個(gè)核反應(yīng)都沒(méi)有質(zhì)量虧損D.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)解析:由HHHe+X+17.6 MeV,根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為1,電荷數(shù)為0,因此X是中子,故選項(xiàng)A正確;再由X+YHeH+4.9 MeV,根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可知,Y的質(zhì)量數(shù)為6,電荷數(shù)為3,即其質(zhì)子數(shù)為3,中子數(shù)也為3,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由于兩個(gè)反應(yīng)中都釋放了能量,因此根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知,兩個(gè)反應(yīng)中都存在質(zhì)量虧損,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;根據(jù)核聚變反應(yīng)的定義可知,氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng),故選項(xiàng)D正確.12.一個(gè)靜止的放射性原子核處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,由于發(fā)生了衰變而在磁場(chǎng)中形成如圖所示的兩個(gè)圓形徑跡,兩圓半徑之比為116,下列判斷正確的是(BC)A.該原子核發(fā)生了衰變B.反沖原子核在小圓上逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)C.原來(lái)靜止的核,其原子序數(shù)為15D.放射的粒子與反沖核運(yùn)動(dòng)周期相同解析:衰變后產(chǎn)生的新核即反沖核及放射的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑r=,因反沖核與放射的粒子動(dòng)量守恒,而反沖核電荷量較大,所以其半徑較小,并且反沖核帶正電荷,由左手定則可以判定反沖核在小圓上做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)B正確;在大圓上運(yùn)動(dòng)的放射粒子在衰變處由動(dòng)量守恒可知其向上運(yùn)動(dòng);且順時(shí)針旋轉(zhuǎn),由左手定則可以判定一定帶負(fù)電荷.因此,這個(gè)衰變?yōu)樗プ?放出的粒子為電子,衰變方程為ABe,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由兩圓的半徑之比為116可知,B核的核電荷數(shù)為16.原來(lái)的放射性原子核的核電荷數(shù)為15,其原子序數(shù)為15.即A為P(磷)核,B為S(硫)核,選項(xiàng)C正確;由周期公式T=可知,因電子的比荷比反沖核的比荷大,則反沖核在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期較大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.二、非選擇題(共52分)13.(6分)1946年,我國(guó)物理學(xué)家何澤慧發(fā)現(xiàn)鈾核的四裂變,鈾235核俘獲中子后裂變成三個(gè)質(zhì)量較大的核和一個(gè)質(zhì)量較輕的核,徑跡如圖所示,在鈾核裂變過(guò)程中,產(chǎn)生新核的核子平均質(zhì)量(選填“大于”“等于”或“小于”)鈾核的核子平均質(zhì)量,若釋放的核能為E,則此反應(yīng)中發(fā)生質(zhì)量虧損m為(真空中的光速為c). 解析:這是一個(gè)核裂變過(guò)程,有質(zhì)量虧損,釋放能量,反應(yīng)后新核的核子平均質(zhì)量小于反應(yīng)前鈾核的核子平均質(zhì)量;根據(jù)質(zhì)能方程可知,此反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損 m=.答案:小于評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):每空3分.14.(6分)用極微弱的紅光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),隨著曝光時(shí)間的延長(zhǎng),可以先后得到如圖(a),(b),(c)所示的圖樣,這里的圖樣(選填“是”或“不是”)光子之間相互作用引起的,實(shí)驗(yàn)表明光波是一種(選填“概率波”或“物質(zhì)波”). 解析:用極微弱的紅光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),隨著曝光時(shí)間的延長(zhǎng),能出現(xiàn)題圖所示現(xiàn)象,說(shuō)明不是光子之間的相互作用引起的,該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明光波是一種概率波.答案:不是概率波評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):每空3分.15.(6分)如圖(甲)所示光電管的原理圖,當(dāng)頻率為的可見(jiàn)光照射到陰極K上時(shí),電流表中有電流通過(guò).(1)當(dāng)變阻器的滑片P向(選填“左”或“右”)滑動(dòng)時(shí),通過(guò)電流表的電流將會(huì)減小. (2)由(乙)圖I-U圖像可知光電子的最大初動(dòng)能為. (3)如果不改變?nèi)肷涔獾念l率,而減小入射光的強(qiáng)度,則光電子的最大初動(dòng)能(選填“增加”“減小”或“不變”). 解析:(1)由題圖(甲)可知光電管兩端所加的電壓為反向電壓,當(dāng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí),反向電壓增大,光電子到達(dá)右端的數(shù)目減少,則通過(guò)電流表的電流變小.(2)當(dāng)電流表電流剛減小到零時(shí),電壓表的讀數(shù)為U,根據(jù)動(dòng)能定理得,eU=m,則光電子的最大初動(dòng)能為2 eV.(3)根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=h-W0,知入射光的頻率不變,則光電子的最大初動(dòng)能不變.答案:(1)右(2)2 eV(3)不變?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn):每空2分.16.(10分)氫原子處于基態(tài)時(shí),原子的能量為E1=-13.6 eV,當(dāng)處于n=3的激發(fā)態(tài)時(shí),能量為E3=-1.51 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,求:(1)當(dāng)氫原子從n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到n=1的基態(tài)時(shí),向外輻射的光子的波長(zhǎng)是多少?(2)若要使處于基態(tài)的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射原子?(3)若有大量的氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),則在躍遷過(guò)程中可能釋放出幾種頻率的光子?其中最長(zhǎng)波長(zhǎng)是多少?解析:(1)根據(jù)能級(jí)之間能量差公式:E=Em-En得E13=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV (2分)光子的能量與波長(zhǎng)之間的關(guān)系E= (1分)所以從n=3激發(fā)態(tài)躍遷到n=1基態(tài)時(shí)輻射的光的波長(zhǎng)= m=1.03×10-7 m. (1分)(2)要使處于基態(tài)的氫原子電離,照射光光子的能量應(yīng)能使電子從第1能級(jí)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處,最小頻率的電磁波的光子能量=h=0-E1, (2分)解得,= Hz=3.3×1015 Hz. (1分)(3)當(dāng)大量氫原子處于n=3能級(jí)時(shí),可釋放出的光子頻率種類(lèi)為N=3(種) (1分)據(jù)玻爾理論在這3種頻率光子中,當(dāng)氫原子從n=3能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng).依據(jù)En=E1,知E2=×(-13.6)eV=-3.4 eV,因此=E3-E2 (1分)= m=6.58×10-7 m. (1分)答案:(1)1.03×10-7 m(2)3.3×1015 Hz(3)3種6.58×10-7 m17.(10分)一個(gè)原來(lái)靜止的鋰核Li)俘獲一個(gè)速度為 7.7×104 m/s的中子后,生成一個(gè)氚核和一個(gè)氦核,已知氚核的速度大小為1.0×103 m/s,方向與中子的運(yùn)動(dòng)方向相反.(1)試寫(xiě)出核反應(yīng)方程;(2)求出氦核的速度;(3)若讓一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變,可產(chǎn)生一個(gè)氦核,同時(shí)放出一個(gè)中子,求這個(gè)核反應(yīng)釋放出的能量.(已知氘核質(zhì)量mD=2.014 102 u,氚核質(zhì)量為mT=3.016 050 u,氦核的質(zhì)量m=4.002 603 u,中子質(zhì)量mn=1.008 665 u,1 u=1.660 6×10-27 kg)解析:(1)核反應(yīng)方程為L(zhǎng)inHHe. (2分)(2)由動(dòng)量守恒定律得,mnv0=-mTv1+mv2. (2分)解得v2=. (1分)代入數(shù)據(jù)得v2=2×104 m/s,方向與中子的運(yùn)動(dòng)方向相同.(1分)(3)質(zhì)量虧損為m=mD+mT-m-mn, (2分)代入解得,m=3.136×10-29 kg. (1分)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得,核反應(yīng)釋放出的能量E=mc2=2.82×10-12 J. (1分)答案:(1LinHHe(2)2×104 m/s,方向與中子的運(yùn)動(dòng)方向相同(3)2.82×10-12 J18.(14分)已知氘核H)質(zhì)量為2.014 1 u,中子n)質(zhì)量為1.008 7 u,氦核He)質(zhì)量為3.016 0 u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV.(1)寫(xiě)出兩個(gè)氘核聚變成He的核反應(yīng)方程;(2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字).(3)若兩個(gè)氘核以相同的動(dòng)能0.35 MeV做對(duì)心碰撞即可發(fā)生上述反應(yīng),且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,則反應(yīng)后生成的氦核He)和中子n)的動(dòng)能各是多少?解析:(1)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,寫(xiě)出核反應(yīng)方程為HHHen. (4分)(2)反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量減少了m=2×2.014 1 u-1.008 7 u-3.016 0 u=0.003 5 u. (2分)反應(yīng)過(guò)程中釋放的核能E=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV. (2分)(3)設(shè)n和He的動(dòng)量分別為p1和p2,由動(dòng)量守恒定律得,0=p1+p2 (2分)由此得p1和p2大小相等;由動(dòng)能和動(dòng)量關(guān)系E=及He核和n質(zhì)量關(guān)系得,中子的動(dòng)能E1是He核動(dòng)能E2的3倍,即E1E2=31 (2分)由能量守恒定律得,E1+E2=E+2×0.35,由以上可以算出E2=0.99 MeV,E1=2.97 MeV. (2分)答案:(1HHHen(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV2.97 MeV10