高考物理 考前十天回归教材十六 (波粒二象性　原子结构和原子核)

(波粒二象性原子结构和原子核)第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本题共10小题，每题4分，共40分．有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确选项前的字母填在题后的括号内)1．(2012·天津六中)下列说法中正确的是()A．实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B．卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型C．光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定D．在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量解析：电子通过晶格的衍射现象表明实物粒子也具有波动性，A错误．卢瑟福的原子核式结构模型理论的基础就是α粒子散射实验，B正确．由测不准原理知微观粒子的位置和动量是不能同时准确测量的，C错误，在工业和医疗中常使用激光的原因是由于其平行性好、亮度高，但亮度高不是由于光子能量高，而是单位时间内通过单位面积的总能量大，D错误．答案：B2．钴60是金属元素钴的放射性同位素之一，其半衰期为5.27年．它会通过β衰变放出能量高达315keV的高速电子衰变为镍60，同时会放出两束γ射线，其能量分别为1.17MeV及1.33MeV.钴60的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、食品辐射保藏与保鲜等；在工业上，常用于无损探伤、辐射消毒、辐射加工、辐射处理废物以及自动控制等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗．关于钴60下列说法正确的是()A．衰变方程为2760Co→2860Ni＋－10eB．利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的电子流C．钴60可以作为示踪原子研究人体对药物的吸收D．钴60衰变过程中不会有质量亏损解析：据质量数守恒及电荷数守恒，可判断A项正确．钴60半衰期太长，且衰变放出的高能粒子对人体伤害太大，不能作为药品的示踪原子，C项不正确；利用钴60对人体肿瘤进行放射治疗是利用其衰变放出的γ射线，因为衰变释放能量，必然存在质量亏损，B、D两项都不正确．答案：A3．下面是一核反应方程式：12H＋13H→24He＋X，用c表示光速，则()A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氘核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氘核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c2解析：由荷电核数守恒及质量数守恒，和爱因斯坦质能方程可以求解．答案：D4．根据有关放射性方面的知识可知，下列说法正确的是()A．随着气温的升高，氡的半衰期会变短B．许多元素能自发地放出射线，使人们开始认识到原子是有复杂结构的C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子来源于核外电子D．氢核、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，当氢核与中子结合为氘核时，放出的能量为(m1＋m2－m3)c2解析：半衰期是由原子核内部结构决定的，与化学、物理性质无关，故A项错．β衰变是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子被释放出来，故C项错．氢核和中子结合成氘核放出的能量为(m1＋m2－m3)c2是正确的，故D项正确，放射性使人们认识到原子核有复杂结构，B错．答案：D5．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，α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β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γ射线解析：半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所用的时间，故A错；α、β、γ三种射线中，α粒子速度最小，其贯穿本领最小，故B错；β衰变的原因是原子核内部的中子转化为质子时产生了电子，故C错；衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，释放能量，辐射出γ射线，故D对．答案：D图16．氢原子的能级如图1所示，已知可见光的光子能量范围约为1.62～3.11eV，下列说法错误的是()A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光解析：要使处于n＝3能级的氢原子电离，其光子的能量必须大于或等于1.51eV，而紫外线光子的能量大于3.11eV，故能使n＝3能级的氢原子电离；大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，放出的光子在红外线区，故具有显著的热效应；大量氢原子由n＝4能级向低能级跃迁时，可能放出6种不同频率的光，其中有2种不同频率的可见光，D选项错误．答案：D7．根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E′的轨道，辐射出波长为λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则E′等于()A．E－heq\f(λ,c) B．E＋heq\f(λ,c)C．E－heq\f(c,λ) D．E＋heq\f(c,λ)解析：根据玻尔理论，原子从一种定态(设能量为E)跃迁到另一种定态(设能量为E′)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hν＝E－E′，又光在真空中传播时ν＝eq\f(c,λ)，联立得E′＝E－heq\f(c,λ).答案：C8．(2010·天津高考)下列关于原子和原子核的说法正确的是()A.β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析：β衰变是原子核内一个中子转化为一个质子，同时放出一个电子，核反应方程为01n→11H＋－10e，选项A错误；放射性元素的半衰期不随外界温度、压强等发生改变，选项C错误；比结合能越大，核子结合的越牢固，选项D错误．答案：B9．(2010·全国卷Ⅱ)原子核ZAX与氘核12H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1 B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3 D．A＝3，Z＝2解析：核反应方程为ZAX＋12H→24He＋11H，根据质量数、电荷数守恒有A＋2＝4＋1，Z＋1＝2＋1.解得A＝3，Z＝2，本题只有选项D正确．答案：D10．(2012·上海虹口区期末)如图2所示是查德威克实验示意图，在这个实验中发现了一种不可见的贯穿能力很强的粒子，这种粒子是()图2A．正电子 B．中子C．光子 D．电子解析：查德威克发现中子的核反应方程式：24He＋49Be→612C＋01n，是用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be)，选项B正确．答案：B第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、填空题(本题共2小题，每题8分，共16分)11．(2011·海南卷)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1→56137Ba＋01n B．X2→54131Xe＋－10eC．X3→56137Ba＋－10e D．X4→54131Xe＋11p解析：衰变的种类有α衰变和β衰变两类，衰变中放出的粒子是氦核或电子而不会是质子或中子，故A、D错误，或从质量数守恒可知X1、X4的质量数分别是138、132，故他们不会是131I和137Cs的衰变．由质量数守恒和电荷数守恒可知X2、X3分别是53131I、55137Cs，而中子数等于质量数与核电荷数的差值，故他们的中子数分别为78、82.答案：BC788212．(2009·福建高考)随着现代科学的发展，大量的科学发现促进了人们对原子、原子核的认识，下列有关原子、原子核的叙述正确的是________．(填选项前的编号)①卢瑟福α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构②天然放射现象表明原子核内部有电子③轻核聚变反应方程有：12H＋13H→24He＋01n④氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级和从n＝2能级跃迁到n＝1能级，前者跃迁辐射出的光子波长比后者的长解析：本题考查原子的基本结构和原子核的基本组成，核反应方程式的写法以及玻尔的氢原子能级量子化理论．①选项错误，卢瑟福的α粒子散射实验说明了原子应该具有核式结构．选项②错误，天然放射现象放射出的β射线是高速运动的电子流，是由原子核中的中子变成质子后产生的．选项③正确，写核反应方程时应遵循质量数守恒和电荷数守恒的原则．选项④错误，由氢原子能级方程hν＝Em－En，而ν＝eq\f(c,λ)，则eq\f(hc,λ)＝Em－En得λ＝eq\f(hc,Em－En)，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，λ1＝eq\f(hc,E3－E1)，从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，λ2＝eq\f(hc,E2－E1)，E3－E1>E2－E1，所以λ1<λ2.答案：③三、计算题(本题共4小题，13、14题各10分，15、16题各12分，共44分，计算时必须有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)图313．(2010·江苏高考)(1)研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是________．(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是________．(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为－3.40eV和－1.51eV，金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应．解析：(1)由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，选项A、B错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以选项C正确，D错误．(2)光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，所以光电子的动量减小．(3)氢原子放出的光子能量E＝E3－E2，代入数据得E＝1.89eV金属钠的逸出功W0＝hνc，代入数据得W0＝2.3eV因为E<W0，所以不能发生光电效应．答案：(1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)不能．原因见解析14．(2010·浙江高考)(1)在核反应01n＋X→13H＋24He＋ΔE过程中，X是未知核．由核反应知识可以确定X核为____①____.若01n、X核、13H和24He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为____②____.(2)核能、风能等新能源是近来能源发展的重点方向之一．与煤、石油等传统能源相比较，核能具有哪些优点和缺点？(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造哪种类型的发电站更合适，并请说明理由．解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知，X核是36Li由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得．(2)(3)见答案．答案：(1)①36Li②ΔE＝[(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁；产能更多．缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高．(3)建风能发电站比较合理理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏．15．(2011·江苏卷)有些核反应过程是吸收能量的．例如，在X＋714N→817O＋11H中，核反应吸收的能量Q＝[(mO＋mH)－(mX＋mN)]c2.在该核反应方程中，X表示什么粒子？X粒子以动能Ek轰击静止的714N核，若Ek＝Q，则该核反应能否发生？请简要说明理由．解析：根据核反应中的质量数守恒及电荷数守恒可知X粒子为24He(α粒子)．不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．答案：24He不能实现，因为不能同时满足能量守恒和动量守恒的要求．16．(2012·山东济南)2010年上海世博会倡导“绿色世博”和“低碳世博”的理念，世博会中国主题馆“东方之冠”高达68米的屋顶台上“镶嵌”有与建筑相融合的太阳能光伏组件，屋面太阳能板面积达3万多平方米，是目前世界最大的单体面积太阳能屋面，上海世博会场馆周围80%～90%的路灯利用太阳能发电技术来供电．科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核和两个正电子(10e)并放出能量．已知质子的质量mp＝1.0073u，α粒