高考物理备考之百所名校组合卷系列专题14_原子结构和原子核.doc

高考物理备考之百所名校组合卷系列
专题14 原子结构和原子核

【试题1】如图1甲是α、β、γ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．α射线　　　　　　 B．β射线
C．γ射线 D．三种射线都可以
【解析】由图甲可知α射线和β射线都不能穿透钢板，γ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
【试题出处】2011·苏州模拟
【试题2】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、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―→2H＋He.关于He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
【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
【试题出处】2011·河北衡水中学模拟
【试题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α粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得α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．α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．α粒子和反冲核的速度之比为1∶88

图2

【试题出处】2011·郑州一中模拟
【试题4】氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为λ1＝0.6328 μm，λ2＝3.39 μm.已知波长为λ1的激光是氖原子在能级间隔为ΔE1＝1.96 eV的两个能级之间跃迁产生的．用ΔE2表示产生波长为λ2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则ΔE2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ΔE1＝，ΔE2＝，联立可得ΔE2＝.ΔE1＝0.36 eV，选项D对．
【答案】D
【试题出处】2011·重庆一中模拟
【试题5】用于火灾报警的离子烟雾传感器如图3所示，在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ，a、b端接电源，Ⅳ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
(　　)

图3
A．镅241发出的是α粒子，有烟雾时电流增强
B．镅241发出的是α粒子，有烟雾时电流减弱
C．镅241发出的是β粒子，有烟雾时电流增强
D．镅241发出的是β粒子，有烟雾时电流减弱
【解析】三种射线中α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α粒子，所以电流会减弱．故B正确．
【答案】B
【试题出处】2011·扬州一中模拟
【试题6】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＝hν－W，频率ν越高，初动能就越大，D正确．
【答案】AD
【试题出处】2011·辽宁质量检测
【试题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
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
(　　)
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．Δm＝(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ΔE＝0.1926×9.3×102 MeV＝1.8×102 MeV.故C正确．
【答案】C
【试题出处】2011·北京海淀区模拟
【试题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α、β、γ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
(　　)

图4
A．α射线；大 B．β射线；大
C．γ射线；小 D．γ射线；大
【解析】α射线不能穿过3 mm厚的铝板，γ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β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β射线的强度发生较明显变化．即β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
【试题出处】2011·天津一中模拟
【试题9】在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能EK与入射光的频率ν的关系如图8所示，由实验图象可求出
(　　)
A．该金属的逸出功
B．该金属的极限频率
C．单位时间内逸出的光电子数
D．普朗克常量

图8
【解析】根据爱因斯坦光电效应方程EK＝hr－W，任何一种金属的逸出功W一定，说明EK随r的变化而变化，且是线性关系(与y＝ax＋b类似)，直线的斜率等于普朗克常量，直线与横轴的截距QA表示EK＝0时的频率r0，即为金属的极限频率，还可由波速公式C＝r0λ0.求该金属发生光电效应照射光的极限波长．EK＝hν－W，EK＝0时，有hν0－W＝0，r0＝，又由波速公式，得C＝r0λ0，λ0＝.
【答案】ABD
【试题出处】2011·哈尔滨模拟
【试题10】氢原子能级的示意图如图9所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则
(　　)

图9
A．氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线
B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线
C．在水中传播时，a光较b光的速度小
D．氢原子在n＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离
【解析】由题意a光光子能量大于b光光子能量，a光频率大于b光频率，由v水＝，可知C正确．γ射线是原子核衰变而产生的，A错．E43<E32，而紫外线光子的能量大于可见光，故B错．能量大于或等于3.40 eV的光才能使氢原子在n＝2的能级时发生电离，故D错．
【答案】C
【试题出处】2011·承德一中模拟
【试题11】雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)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吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，信息中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe＋Cl―→Ar＋e.已知Cl核的质量为36.95658 u，Ar核的质量为36.95691 u，e的质量为0.00055 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上信息，可以判断
(　　)
A．中微子不带电
B．中微子就是中子
C.Cl和Ar是同位素
D．参与上述反应的中微子的最小能量约为0.82 MeV

【试题出处】2011·宁夏调研试题
【试题12】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
①针对此原理，我们应选择的器材编号为：__________；
②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】①题给原理是动量守恒，故应选择器材为ABC.
②由题意知B对应原理中的m1.
【答案】①ABC　②B
【试题出处】2011·德州一中模拟
【试题13】1934年约里奥—居里夫妇用α粒子轰击静止的Al，发现了放射性磷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．
(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
(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＝
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
(2)　与原粒子运动方向相同
【试题出处】2011·洛阳一中模拟
【试题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＝m2r1①
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＝②
联立①②式得
I＝
＝× A
＝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λ，由h＝E3－E2，得
λ＝
＝m
＝6.58×10－7m
【答案】(1)1.05×10－3A　(2)如图8所示　(3)6.58×10－7m
【试题出处】2011·无锡一中模拟
【试题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：
(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写完整；
Li＋________→________＋H.
(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．
【解析】(1)Li＋n→He＋H
(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2.0×1023个Li实现了核转变．
(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2.
核聚变反应中有5个核子参加了反应，所以质量亏损为Δm＝3.1×10－29 kg.
【答案】(1)n；He　(2)2.0×1023个　(3)3.1×10－29kg
【试题出处】2011·桂林中学模拟
【试题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.
(2)由上面可得＝，代入数据得＝＝1.05.
【答案】(1)vH＝v　vN＝v　(2)＝1.05
【试题出处】2011·黄冈中学模拟
【试题17】 (1)原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁．如图9所示为氢原子的能级图．现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，被激发的氢原子能自发地发出3种不同频率的色光，则照射氢原子的单色光的光子能量为多少eV？用这种光照射逸出功为4.54 eV的金属表面时，逸出的光电子的最大初动能是多少eV?

图9
(2)静止的Li核俘获一个速度v1＝7.7×104 m/s的中子而发生核反应，生成两个新核．已知生成物中He的速度v2＝2.0×104 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同．
①写出上述反应方程．
②求另一生成物的速度．

【试题出处】2011·长沙一中模拟
【试题18】假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是2.0136 u，中子的质量是1.0087 u，氦核同位素的质量是3.0150 u.
(1)聚变的核反应方程式是__________，在聚变核反应中释放出的能量为__________MeV(保留两位有效数字)．
(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为H＋He―→Li，已知各核子比结合能分别为EH＝1.112 MeV、EHe＝7.075 MeV、ELi＝5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能．

【试题出处】2011·威海一中模拟
【试题19】为了捍卫我国的领海主权，随着我国综合国力的不断增强，相信在不远的将来，我国会拥有自己的航空母舰，假设航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n
(1)在括号内填出n前的系数；
(2)用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？
(3)假设核反应堆的功率P＝6.0×105 kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10－11 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少kg铀235？(铀235的摩尔质量M＝0.235 kg/mol，一个月约为t＝2.6×106 s，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1，计算结果保留两位有效数字)
【解析】(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知系数为3.
(2)ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2
(3)一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，同时E＝NAΔE，所以Pt＝NAΔE，解得m＝＝22 kg.
【答案】(1)3　(2)(m1－m2－m3－2m)c2　(3)22 kg
【试题出处】2011·模拟
【试题20】已知氘核(H)质量为2.0136 u，中子(n)质量为1.0087 u，氦核(He)质量为3.0150 u,1 u相当于931.5 MeV.
(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0.35 MeV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)的速度大小之比是多少？