高考物理总复习教科版试题第十二章 原子与原子核.docx
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高考物理总复习教科版试题第十二章原子与原子核
《原子与原子核》综合检测
（时间:
90分钟 满分:
100分）
一、选择题（本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1～7小题只有一个选项正确,第8～12小题有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分）
1.下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是（ B ）
A.图（甲）:
用紫外线照射到金属锌板表面时会发生光电效应,当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
B.图（乙）:
卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型
C.图（丙）:
氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,会吸收一定频率的光子
D.图（丁）:
原有10个氡222,经过一个半衰期的时间,一定还剩余5个
解析:
根据光电效应方程hν=
mv2+W,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故A错误.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,故B正确.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,能量减小,向外辐射光子,故C错误.半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少数的原子核不适用,故D错误.
2.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看做静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是（ C ）
解析:
α粒子散射实验中,入射的α粒子只有靠近金箔原子核时在其斥力作用下发生大角度偏转,图A,D中出现引力情况,这是不可能的,图B中其中一个α粒子的径迹不对,只有选项C正确.
3.放射性原子的原子核在发生α衰变时,蕴藏在核内的能量会释放出来,使产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,辐射出γ光子,该光子在真空中的波长为λ,光速为c,普朗克常量为h,则（ B ）
A.每个光子的能量为E=h
B.每个光子的能量为E=h
C.辐射过程中质量亏损为Δm=
D.辐射过程中不发生质量亏损
解析:
根据爱因斯坦光子说,每个光子的能量E=hν,其中ν为光子的频率,而光速c=λν,故一个光子的能量E=h
故A错误,B正确;根据ΔE=Δmc2,那么辐射过程中质量亏损为Δm=
故C,D错误.
4.已知氦原子的质量为MHeu,电子的质量为meu,质子的质量为mpu,中子的质量为mnu,u为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知:
1u对应于931.5MeV的能量,若取光速c=3×108m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为（ B ）
A.[2×（mp+mn）-MHe]×931.5MeV
B.[2×（mp+mn+me）-MHe]×931.5MeV
C.[2×（mp+mn+me）-MHe]×c2J
D.[2×（mp+mn）-MHe]×c2J
解析:
核反应方程为
H+
n
He,质量亏损Δm=2×（mp+mn）-（MHe-2me）=2×（mp+mn+me）-MHe,所以释放的能量为ΔE=Δm×931.5MeV=[2×（mp+mn+me）-MHe]×931.5MeV,选项B正确.
5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近（ D ）
A.1036kgB.1018kg
C.1013kgD.109kg
解析:
根据质能方程ΔE=Δmc2有,Δm=
=
kg=4.4×109kg,故D正确.
6.按照氢原子的玻尔模型,氢原子的核外电子绕原子核做圆周运动,轨道半径和对应的能量rn=n2r1,En=
电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,放出光子,（r1=0.053nm,E1=-13.6eV）.则产生的光子频率（普朗克常量h=6.63×10-34J·s,结果保留两位有效数字）（ C ）
A.ν=1.5×1015HzB.ν=2.0×1015Hz
C.ν=2.5×1015HzD.ν=4.5×1015Hz
解析:
电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,r2=4r1,E2=-3.4eV,故E2-E1=hν,解得ν=2.5×1015Hz.
7.下列说法中正确的是（ C ）
A.铀核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B.发生光电效应时,入射光越强,光子的能量就越大,光电子的最大初动能就越大
C.原子核内的中子转化成一个质子和一个电子,产生的电子发射到核外,就是β粒子,这就是β衰变的实质
D.用能量为11.0eV的光子照射时,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态
解析:
根据爱因斯坦质能方程可知,裂变时释放能量是因为发生了亏损质量,ΔE=Δmc2,故A错误;发生光电效应时,入射光的频率越高,光子的能量越大,由hν=
mv2+W知,逸出的光电子的最大初动能就越大,而与入射光的强度无关,故B错误;β衰变时,原子核中的一个中子,转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,故C正确;11.0eV的能量不等于基态与其他能级间的能级差,所以不能使基态的氢原子发生跃迁,故D错误.
8.下列说法中正确的是（ CD ）
A.玻尔通过对氢原子光谱的研究建立了原子的核式结构模型
B.核力存在于原子核内任意两个核子之间
C.天然放射现象的发现使人类认识到原子核具有复杂的结构
D.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
解析:
卢瑟福通过α粒子散射实验建立了原子核式结构模型,玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征,故A错误;核力与万有引力、库仑力的性质不同,核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内,只存在于相邻的核子之间,核力是原子核能稳定存在的原因,故B错误;天然放射现象的发现使人类认识到原子核具有复杂的结构,故C正确;根据黑体辐射实验的规律可知,黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,故D正确.
9.氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是（ CD ）
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656nm
B.用波长为325nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级
C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线
D.用波长为633nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
解析:
由h
=E2-E1及氢原子能级关系可知,从n=2跃迁到n=1时释放光子波长为122nm,故选项A错误;波长325nm光子能量小于波长122nm光子能量,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B错误;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能,因此最多产生3种谱线,选项C正确;从n=3跃迁到n=2时辐射光的波长λ=656nm,所以,只有当入射光波长为656nm时,才能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级,选项D正确.
10.如图（甲）所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图（乙）为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是（ ACD ）
A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同
B.两个光电管的Uc
ν图像的斜率可能不同
C.光电子的最大初动能不同
D.因为光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,饱和电流也可能相同
解析:
根据光电效应方程有,Ek=hν-W,根据能量守恒定律得,eUc=Ek,联立得,eUc=hν-W,即Uc=
-
入射光的频率相同,逸出功W不同,则遏止电压Uc也不同,A正确.Uc
ν图像的斜率k=
=常数,所以两个光电管的Uc
ν图像的斜率一定相同,故B错误.根据光电效应方程Ek=hν-W知,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故C正确.虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,而饱和电流也可能相同,故D正确.
11.下列说法正确的是（ AD ）
A.核反应方程
H
He
He+X中的X是质子
B.光电效应中,光电子的最大初动能与照射光的频率成正比
C.放射性元素氡的半衰期是3.8天,有4个氡核经7.6天后只剩1个
D.一群处于n=4能级的氢原子,在向低能级跃迁的过程中可以产生6种不同频率的光
解析:
根据电荷数守恒、质量数守恒知,X为质子,故A正确.根据光电效应方程Ek=hν-W知,光电子的最大初动能与照射光的频率不是正比关系,故B错误.半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少量的原子核不适用,故C错误.一群处于n=4能级的氢原子,在向低能级跃迁的过程中可以产生6种不同频率的光,故D正确.
12.下列说法中正确的是（ AC ）
A.钍的半衰期为24天.1g钍
Th经过120天后还剩0.03125g钍
B.一单色光照到某金属表面时,有光电子从金属表面逸出,只延长入射光照射时间,光电子的最大初动能将增加
C.放射性同位素
Th经α,β衰变会生成
Rn,其中经过了3次α衰变和2次β衰变
D.一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生6种不同频率的光子
解析:
钍的半衰期为24天,1g钍
Th经过120天后,发生5个半衰期,1g钍经过120天后还剩m=m0（
）5=0.03125g,故A正确.光电效应中,依据光电效应方程Ek=hν-W0可知,光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定,与入射光照射时间长短无关,故B错误.钍
Th衰变成氡
Rn,可知质量数少12,电荷数少4,因为经过一次α衰变,电荷数少2,质量数少4,经过一次β衰变,电荷数多1,质量数不变,可知经过3次α衰变,2次β衰变,故C正确.一个处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生3种不同频率的光子,故D错误.
二、非选择题（共52分）
13.（6分）1946年,我国物理学家何泽慧发现铀核的四裂变,铀235核俘获中子后裂变成三个质量较大的核和一个质量较轻的核,径迹如图所示,在铀核裂变过程中,产生新核的核子平均质量 （选填“大于”“等于”或“小于”）铀核的核子平均质量,若释放的核能为ΔE,则此反应中发生质量亏损Δm为 （真空中的光速为c）.
解析:
这是一个核裂变过程,有质量亏损,释放能量,反应后新核的核子平均质量小于反应前铀核的核子平均质量;根据质能方程可知,此反应中发生的质量亏损Δm=
.
答案:
小于（3分）
（3分）
14.（6分）用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,可以先后得到如图（a）,（b）,（c）所示的图样,这里的图样 （填“是”或“不是”）光子之间相互作用引起的,实验表明光波是一种
（填“概率波”或“物质波”）.
解析:
用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,能出现图示现象,说明不是光子之间的相互作用引起的,该实验现象说明光波是一种概率波.
答案:
不是（3分） 概率波（3分）
15.（6分）如图（甲）所示光电管的原理图,当频率为ν的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过.
（1）当变阻器的滑片P向 （填“左”或“右”）滑动时,通过电流表的电流将会减小.
（2）由（乙）图I
U图像可知光电子的最大初动能为 .
（3）如果不改变入射光的频率,而减小入射光的强度,则光电子的最大初动能 （填“增加”“减小”或“不变”）.
解析:
（1）由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压,当变阻器的滑动端P向右移动时,反向电压增大,光电子到达右端的速度减小,则通过电流表的电流变小.
（2）当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,根据动能定理得,eU=
m
则光电子的最大初动能为2eV.
（3）根据光电效应方程Ek=hν-W,知入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变.
答案:
（1）右（2分）
（2）2eV（2分） （3）不变（2分）
16.（10分）氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6eV,当处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51eV,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,求:
（1）当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光子的波长是多少?
（2）若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射原子?
（3）若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子?
其中最长波长是多少?
解析:
（1）根据能级之间能量差公式:
ΔE=En-Em得
ΔE13=E3-E1=-1.51eV-（-13.6eV）=12.09eV（2分）
光子的能量与波长之间的关系
ΔE=
（1分）
所以从n=3激发态跃迁到n=1基态时发射光的波长
λ=
=
m=1.03×10-7m.（1分）
（2）要使处于基态的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第1能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量ε=hν=0-E1,（2分）
解得,
ν=
=
Hz=3.3×1015Hz.（1分）
（3）当大量氢原子处于n=3能级时,可释放出的光子频率种类为N=
=3（种）（1分）
据玻尔理论在这3种频率光子中,当氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光子波长最长.
依据En=
E1,
知E2=
×（-13.6）eV=-3.4eV,
因此
=E3-E2（1分）
λ′=
=
m=6.58×10-7m.（1分）
答案:
（1）1.03×10-7m
（2）3.3×1015Hz
（3）3种 6.58×10-7m
17.（10分）一个原来静止的锂核
Li）俘获一个速度为7.7×104m/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1.0×103m/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mD=2.014102u,氚核质量为mT=3.016050u,氦核的质量mHe=4.002603u,中子质量mn=1.008665u,1u=1.6606×10-27kg）
解析:
（1）核反应方程为
Li
n
H
He.（2分）
（2）由动量守恒定律得,
mnv0=-mTv1+mαv2.（2分）
解得v2=
.（1分）
代入数据得,v2=2×104m/s,方向与中子的运动方向相同.（1分）
（3）质量亏损为Δm=mD+mT-mα-mn,（2分）
代入解得,Δm=3.136×10-29kg.（1分）
根据爱因斯坦质能方程得,核反应释放出的能量
ΔE=Δmc2=2.82×10-12J.（1分）
答案:
（1
Li
n
H
He
（2）2×104m/s,方向与中子的运动方向相同
（3）2.82×10-12J
18.（14分）已知氘核
H）质量为2.0141u,中子
n）质量为1.0087u,氦核
He）质量为3.0160u,1u相当于931.5MeV.
（1）写出两个氘核聚变成
He的核反应方程;
（2）计算上述核反应中释放的核能（保留三位有效数字）.
（3）若两个氘核以相同的动能0.35MeV做对心碰撞即可发生上述反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应后生成的氦核
He）和中子
n）的动能各是多少?
解析:
（1）由质量数守恒和电荷数守恒,写出核反应方程为
H
H
He
n.（4分）
（2）反应过程中质量减少了
Δm=2×2.0141u-1.0087u-3.0160u=0.0035u.（2分）
反应过程中释放的核能
ΔE=0.0035×931.5MeV=3.26MeV.（2分）
（3）设
n和
He的动量分别为p1和p2,由动量守恒定律得,
0=p1+p2（2分）
由此得p1和p2大小相等;由动能和动量关系
E=
及
He核和
n质量关系得,
中子的动能E1是
He核动能E2的3倍,
即E1∶E2=3∶1（2分）
由能量守恒定律得,E1+E2=ΔE+2×0.35,
由以上可以算出E2=0.99MeV,E1=2.97MeV.（2分）
答案:
（1
H
H
He
n
（2）3.26MeV （3）0.99MeV 2.97MeV
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