2020年人教版(山东专用)高考物理练习：《原子与原子核》综合检测

1、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 18 小题只有一个选项正确，第 912 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a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

2、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 个聯电番 祥密 紫蚪 眉 解析：根据光电效应方程 Ek=hv -W0,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a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a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a粒子经历金箔散射过程的径迹，其

3、中正 确的是（C ） 解析：a粒子散射实验中，入射的a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a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a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，辐射出丫光子, 该光子在真空中的波长为 入，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 D.辐射过程中不发生质量亏损C.辐射过程中质量亏损为 解析：根据爱因斯坦光子说，每个光子的能量 E=hv ,其中v为光子的

4、频率,而光速 c 二二入v ,故一个光子的能量 E=h,故 A 错误,B 正确；根据 E=A mC,那么辐射过程中质量亏损为 m 赳故 C,D 错误. 4. 国家大科学工程一一中国散裂中子源（CSNS于 2017年 8月 28日首 次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供 先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是（B ） 疋 N 俘获一个a粒子,产生口 O 并放出一个粒子 BJAI 俘获一个a粒子,产生口 P 并放出一个粒子 山 B 俘获一个质子，产生口 Be 并放出一个粒子 Dli 俘获一个质子，产生 UHe 并放出一个粒子 解析：根据质量数守恒、 电荷数守恒，各

5、选项核反应方程为 罚尼 H 星込 H,A 错误； Al He P n,B 正确； 珞IHB円 H e,C 错误； hi丄 HHe,D 错误. 5. 如图所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋（IPO）衰变放 出的a粒子轰击彼匚 Be）,产生的粒子 P 能将石蜡中的质子打出来.下 列说法正确的是（D ） A. a 粒子是氦原子 B. 粒子 Q 的穿透能力比粒子 P 的强 C. 钋的a衰变方程为口 P 厂 Pb He D. a粒子轰击铍的核反应方程为 斶 H 护 B 號丹 n 解析：a粒子是氦原子核，选项 A 错误；粒子 P 是中子，粒子 Q 是质子, 由于质子带正电，当质子射入物质时，受到的

6、库仑力作用会阻碍质子 的运动,而中子不带电，不受库仑力作用，所以选项 B 错误；在钋衰变 HA Becn n 是查德威克发现中子的核反应方程，选项 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=n2ri,E”=L(n=1,2,3)，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,(r 1=0.053 nm,E1=-13.6 eV).则产生的光子频率(普朗克常量 h=6.63 X1034 J s,结果保留两位有效数字)(C ) 15 15 A. v =1.5 X 10 Hz B. v =2.0 X 10 H

7、z C. v =2.5 X 1015 Hz D. v =4.5 X 1015 Hz 中,根据质量数和电荷数守恒知产生的是 rzira r Pb,并非 L_l Pb,选项 C 错误 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,r 2=4n,E2=-3.4 eV,故 E-E1=hv ,解得 v =2.5 X 1015 Hz. 7. 关于近代物理学，下列说法正确的是(B ) A. 光电效应现象揭示了光具有波动性 B. 群氢原子从 n=4 的激发态跃迁时，最多能辐射 6 种不同频率的 光子 C. 卢瑟福通过a粒子散射实验证实原子核由质子和中子组成 D. 氡的半衰期为 3.

8、8 天,若取 4 个氡原子核，经过 7.6 天后一定剩下 1 个氡原子核 解析：光电效应现象揭示了光具有粒子性，故 A 错误；一群氢原子从 n=4的激发态跃迁时，最多能辐射 U=6,即 6 种不同频率的光子，故 B 正确；卢瑟福通过a粒子散射实验证实原子的核式结构模型，故 C 错 误；半衰期只适用大量原子核，对极个别原子核不适用，故 D 错误. 8. 下列说法中正确的是（D ） A. 升高放射性物质的温度，可缩短其半衰期 B. 束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长 太短 C. 某原子核经过一次a衰变和三次B衰变后,核内中子数减少 4 个 D. 核反应堆是人工控制链式反应的装

9、置 解析：半衰期的大小与温度无关，由原子核内部因素决定,故 A 错误； 一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率太 低，而波长太长，故 B 错误；某放射性元素经过 1 次a衰变和 3 次B衰 变共产生 1 个口 He 和 3 个e, 所以质量数减少 4,核电荷数减小 1,根据质量数守恒和电 荷数守恒得知，中子数减少 3,故 C 错误;核反应堆是人工控制链式反 应的装置，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 656 nm.以下判断正确的是（CD ） n K/eV -Q 4= -0,85 3 - -1,51 2 -

10、3.4 1 - 13.6 A. 氢原子从 n=2 跃迁到 n=1 的能级时，辐射光的波长大于 656 nm B. 用波长为 325 nm 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 能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线 D. 用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n=2 跃迁到 n=3 的能级 C 解析：由=E-Ei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 122 nm,故选项 A 错误；波长 325 nm 光子能量小于波长 122 nm 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

11、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 时辐射光的波长入=656 nm, 所以，只有当入射光波长为 656 nm 时,才能使氢原子从 n=2 跃迁到 n=3 的能级,选项 D 正确. 10. 用中子口 n）轰击铀核匚 U）产生裂变反应，会产生钡核匚 Ba）和氪 核口 Kr）并释放出中子n）,当达到某些条件时可发生链式反应.一个 铀核圈 U）裂变时，释放的能量约为 200 MeV（1 eV=1.6 x iQ J）.以 下说法正确的是（BCD ） 遐b的裂变方程为圜E劃B也Kr匡In 趨U的裂变方程

12、为圈旦n因B痉Kr+略 匹 U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D. 一个口 U 裂变时，质量亏损约为 3.6 x 10-28 kg 解析：铀核在裂变过程中需要中子的轰击，产生链式反应，所以选项 A 错误,选项 B 正确.而链式反应在进行过程中，还需要铀矿达到临界体 积才能维持链式反应持续不断进行下去，所以选项 C 正确.根据释放 出来的核能，结合质能方程 E=A mC 可知，反应过程中，亏损质量为 200 X 1於 X 10一 m= _ F * 讪尸 _ kg=3.6 x 1” kg, 选项 D 正确. 11. 科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚核反应获得能量，核反应 方程分别为 X+

13、YJHH+4.9 MeV 和口 LHe+X+17.6 MeV 下列表 述正确的有（AD ） A. X 是中子 B. Y 的质子数是 3,中子数是 6 C. 两个核反应都没有质量亏损 D. 氘和氚的核反应是核聚变反应 解析：由口也He+X+17.6 MeV 根据反应前后质量数、电荷数守恒 可知,X的质量数为 1,电荷数为 0,因此 X 是中子,故选项 A 正确;再由 X+LHH+4.9 MeV 根据反应前后质量数、电荷数守恒可知,Y 的质 量数为 6,电荷数为 3,即其质子数为 3,中子数也为 3,故选项 B 错误； 由于两个反应中都释放了能量，因此根据爱因斯坦质能方程可知，两 个反应中都存在质

14、量亏损，故选项 C 错误;根据核聚变反应的定义可 知,氘和氚的核反应是核聚变反应，故选项 D 正确. 12. 一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在 磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为 1 : 16,下列判 断正确的是（BC ） A. 该原子核发生了 a衰变 B. 反冲原子核在小圆上逆时针运动 C. 原来静止的核，其原子序数为 15 D. 放射的粒子与反冲核运动周期相同 解析：衰变后产生的新核一一即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场 而 中均做匀速圆周运动，轨道半径 r 二址，因反冲核与放射的粒子动量守 恒,而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，

15、由 左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，选项 B 正确；在大 圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动 ；且顺时针 旋转,由左手定则可以判定一定带负电荷.因此，这个衰变为B衰变， TTl JST1 n T 放出的粒子为电子，衰变方程为也e,选项 A 错误;由两圆的半 径之比为 1 : 16 可知,B 核的核电荷数为 16.原来的放射性原子核的核 电荷数为 15,其原子序数为 15.即 A 为 P（磷）核,B 为 S（硫）核，选项 C 正确；由周期公式 T丄可知，因电子的比荷比反冲核的比荷大，则反 冲核在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期较大，选项 D 错误. 二、非选择题（共 5

16、2 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 E,则此反应中发生质量亏损 m 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 m：兰. 答案:小于 IZ 评分标准：每空 3 分. 14. _ （6 分）用极微弱的红光做双缝干

17、涉实验，随着曝光时间的延长，可 以先后得到如图 ,（b）,（c） 所示的图样，这里的图样 _ （选填 “是”或“不是”）光子之间相互作用引起的，实验表明光波是一种 （选填“概率波”或“物质波”）.得,eU=H 一,则光电子的最大初动能为 2 eV. 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 题图所示现象，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:不是概率波 评分标准：每空 3 分. 15. （6 分）如图（甲）所示光电管的原理图，当频率为v的可见光照射到 阴极 K 上时，电流表中有电流通过 电流表的电流将会减小. 由（乙）图 I-U 图像

18、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 _ （选填“增加” “减小”或“不变”）. 解析:（1）由题图（甲）可知光电管两端所加的电压为反向电压，当变阻 器的滑片 P 向右移动时，反向电压增大，光电子到达右端的数目减少， 则通过电流表的电流变小. 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 根据光电效应方程 Ek=h v -W0,知入射光的频率不变，则光电子的最 大初动能不变. () (h) (c) （1）当变阻器的滑“右”）滑动时,通过 答案:右(2)2 eV (3)不变 评分标准：每空 2 分. 16. (1

19、0 分)氢原子处于基态时，原子的能量为 日日= =- -13.6 eV,当处于 n=3 的激发态时，能量为巳巳= =- -1.51 eV,普朗克常量 h=6.63 x 10-34 J 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： E = &En 得 Ei3=E3-Ei=-1.51 eV-(-13.6 eV)=

20、12.09 eV (2 分) he 光子的能量与波长之间的关系 EB (1 分) 所以从 n=3 激发态跃迁到 n=1 基态时辐射的光的波长 6.63 X 10_3+X 3 X 108 = 12.09x1.5x1。 “ m=1.03 x 107 m. (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 =h v =0-E1, (2 分) (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 匸=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

21、 迁时辐射的光子波长最长 依据 EnJ Ei, 知 E2=Hx (-13.6)eV=-3.4 eV, 答案:(1)1.03 X10-7 m (2)3.3 x 1015 Hz (3)3 种 6.58 x 10-7 m 17. (10 分)一个原来静止的锂核口 Li)俘获一个速度为 7.7 x 104 m/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 x 103 m/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；Hz=3.3 x 1015 Hz. 因此=E-E2 6.63 x 10-34 X 3 x 10 -1.51- (-3.4) X 1

22、.6 X 10_ 19 =6.58 x 10-7 m. (1 解得, 13.6 X 1.6 X 10_11 6.63 X W34 X （3）若让一个氘核和一个氚核发生聚变，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=2.014 102 u, 代入数据得 V2=2x 104 m/s,方向与中子的运动方向相同.（1 分） 质量亏损为 m=m+mbma -mt, （2 分） 代入解得， m=3.136x 10-29 kg. （1 分） 根据爱因斯坦质能方程得，核反应释放出的能量 E=A mC=2.82 x 10-12 J. （1 分） 答案:（1 ULin 口He 2 x 104 m/s,方向与中子的运动方向相同 -12 (3)2.82 x 10 J 18. （14 分）已知氘核同 H）质量为 2.014 1 u,中子忖 n）质