高考物理专项复习 原子物理练习题及答案解析

高考物理专题复习-原子物理练习题及答案解析

题型一、光电效应

1.（2019北京）光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电

流。表中给出了6次实验的结果。

逸出光电子的最大动

组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA

能/eV

第14.0弱290.9

一24.0中430.9

组34.0强600.9

第46.0弱272.9

二56.0中402.9

组66.0强552.9

由表中数据得出的论断中不正确的是（）

A.两组实验采用了不同频率的入射光

B.两组实验所用的金属板材质不同

C.若入射光子的能量为5.0eV,逸出光电子的最大动能为1.9eV

D,若入射光子的能量为5.0eV,相对光强越强，光电流越大

【答案】B

【解析】：本题可以结合爱因斯坦光电效应方程比较比较两次实验时的逸出功和光电流与光强的关系来处

理，表格显示两组中入射光的能量不同，结合公式E=可知，由题表格中数据可知，两组实验所用的入

射光的能量不同，故入射光的频率不同，由公式线=丸。-叽可知，/=无。-纭代入相关参数得

叽=3.1eV,说明两种材料的逸出功相等，故B选项错误，结合爱因斯坦光电效应方程：Ek^hv-WQ,

当E=/zu=5.0HZ时，代入取=3.1eV时，得ER=L9eV,故C选项正确，由图表可知增大入射光的光

强，光电流增大故D选项正确。

2.如图为a、b,c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光

通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（）

1

【答案】：C

【解析】由光电效应的方程E*=/?v-w,动能定理eU=Ek，两式联立可得U=----------,故截止电压越

大说明光的频率越大，则有三种光的频率！>Vc>Va^则可知三种光的折射率的关系为%>/〉%，因此

光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C,ABD错误。

3.（2018全国2）用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28xK?"J。已知普

朗克常量为6.63x10-34J.s,真空中的光速为3.00x能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为

（）

A.lxl014HzB.8x1014HzC.2xl015HzD.8xl015Hz

【答案】:B

【解析】：根据爱因斯坦光电效应方程：后上=丸。-网，当纥=0时对应入射光的频率即为发生光电效应的

最小单色光频率，即。=%,当用波长为300nm的光照射锌板时，表表面的最大出动能为1.28><10“9入

h

结合爱因斯坦光电效应方程纭=丸。-%，。=上代入相关参数得Wo=5.3xlO-2。,从而求得：y=8xl014o

A.

4.（2016•全国2）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法

正确的是（）

A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，饱和光电流变大

C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

【解析】：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A

正确。饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误。光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增

加，与入射光的强度无关，说法C正确。减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没

2

有光电流产生，说法D错误。

【答案】：AC

5.（2016•全国卷1）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说

法正确的是（）

A.保持入射光的频率不变，入射光的光强度变大，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

C.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

D.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

【答案】：ABD

【解析】：在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电

流越大，因此A正确；根据=W可知，对于同一光电管，逸出功W不变，当频率变高，最大初动

能Ekm变大，因此B正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光

电流产生，因此C错误；由Ekm=eUc和&„>=〃"一W,得加一W=eUc，遏止电压只与入射光频率有关，与

入射光强无关，因此D正确。

6.（2015天津）现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正

确的是o（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1

个扣3分，最低得分为0分）

A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大

B.入射光的频率变高，饱和光电流变大

C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大

D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生

E.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关

【答案】；ACE

【解析】：由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流，因此D错

误；在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大,

因此A正确，B错误，根据叫可知，对于同一光电管，逸出功w不变，当频率变高，最大初动

能纥”变大，因此C正确，由凡和耳得幼-W=eU0,遏制电压只与入射光频率有关，

与入射光强无关，因此E正确。

7.（2017•全国卷3）在光电效应实验中，分别用频率为打、外的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应

3

的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为£雨和£心。11为普朗克常量。下列说法正确的是（）

A.若Va>V6，则一定有

B.若切〉班，则一定有Eka>Ekb

C.若Ua〈Ub，则一定有Ek0<Ekb

D.若Va>Vb,则一定有hva—E^a>hvb-EU

【解析】：光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU=Ek，根据光电效应方程可知Ek=〃v—Wo,

若则Eka>Ekfe,Ua>Ub,选项A错误，选项B正确；

若Ua<Ub,则EkaVEkb，选项C正确；

由光电效应方程可得Wo=〃v—Ek,则hva-E^hvb-Eu,选项D错误。

【答案】：BC

8.（2015新课标1）在某次光电效应实验中，得到的遏制电压Uc与入射光的频率1/的关系如图所示，若该直线

的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为,所用材料的逸出功

可表示为o

【答案】ek、-eb

【解析】根据动能定理有:扣eVe2=eUc,和爱因斯坦光电效应方程：扣eVe?=hU-Wo可得：

遏制电压Uc="-匚，结合Uc-U图，斜率即k=-,截距为b=内，可得：普朗克常量h=ek,所用材料

e9ee

的逸出功Wo=-eb.

9.（2014•广东）在光电效应实验中，用频率为v的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的

是（）

A.增大入射光的强度，光电流增大

B.减小入射光的强度，光电效应现象消失

C.改用频率小于v的光照射，一定不发生光电效应

D.改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大

【答案】AD

4

【解析】：增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应

能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率

仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能Ek

=hv-Wo，故改用频率大于v的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确.

10.（2014•江苏）已知钙和钾的截止频率分别为7.73x1014Hz和5.44x1014Hz,在某种单色光的照射下两种金

属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的.

A.波长B.频率C.能量D.动量

【答案】：A

【解析】：两种金属的截止频率不同，则它们的逸出功也不同，由W=//vo可知截止频率大的，逸出功也大.由

&=八一卬可知，用同样的单色光照射，钙逸出的光电子的最大初动能较小，由p=y/2mEk知,其动量也较

小，根据物质波知，其波长较长.

题型二、氢原子能级跃迁模型

11.（2019全国1）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。要使处于基态

（n=l）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（）

A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV

“E/eV

2--------------------3.40

1--------------------13.60

【答案】：A

【解析】：氢原子要想发出可见光必须被激发到n=3的能级，故AE=E3-4=12.09eV,故A选项正确。

12.（2018天津）氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线都是氢原子中电子从量子数〃>2的

能级跃迁到〃=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定（）

A.4对应的前后能级之差最小

B.同一介质对Ha的折射率最大

C.同一介质中的传播速度最大

D.用照射某一金属能发生光电效应，则Hp也一定能

【答案】A

5

c

【解析】：根据hv=Em-En分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据v=-

n

判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生

光电效应.

波长越大，频率越小，故Ha的频率最小，根据E=hv可知Ha对应的能量最小，根据hv=En「En可知Ha对应的

前后能级之差最小，A正确；Ha的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据v=?可知Ha的传播速度最

n

大，BC错误；斗的波长小于Hp的波长，故H,的频率大于H。的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，

则不一定能，D错误.

13.(2015海南)氢原子基态的能量为g=-13.6eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发

出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.964,频率最小的光子的能量为eV(保留2位有效数

字)，这些光子可具有种不同的频率。

【答案】10ev,10

【解析】：频率最小的光子是从〃=2跃迁，即频率最小的光子的能量为/n=-3.4eV-(-13.6eV)«10eV

频率最大的光子能量为—0.96即纥—13.6eV)=-0.96x(—13.6eV),解得纥=-0.54eV

即〃=5,从〃=5能级开始，共有5->1,5-4,5—3,5—2,4—1,4—2,4—3,3—1,

3-2,2—1,10种不同频率的光子

14.(2014•浙江卷)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图所示，当氢原子

从"=4的能级跃迁到〃=2的能级时,辐射出频率为Hz的光子.用该频率的光照射逸出功为2.25eV

的钾表面，产生的光电子的最大初动能为eV.

(电子电荷量e=1.60xl0-19C,普朗克常量/?=6.63X10-34J-S)

nE/eV

8.............0

6---------------0.38

5---------------0.54

4---------------0.85

3---------------1.51

2---------------3.40

1---------------13.60

【答案】6.2X1014HZ0.3eV

【解析】:本题考查能级、光电效应方程等知识.由跃迁条件可知〃v=E4—瓦=(3.40—0.85)eV=4.08xl(F

19J,解得辐射出的光子的频率为6.2X1014HZ,根据爱因斯坦光电效应方程&=施一W，计算可得产生电子

6

的最大初动能为0.3eV.

15.（2014•山东卷）氢原子能级如图所示，当氢原子从"=3跃迁到〃=2的能级时，辐射光的波长为656nm.

以下判断正确的是.（双选，填正确答案标号）

a.氢原子从〃=2跃迁到w=l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"=1跃迁到〃=2的能级

c.一群处于"=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

【答案】cd

【解析】由氢原子能级图可知氢原子从n=2跃迁到n=l的能级的能级差大于从〃=3跃迁到w=2的能级

的能级差，根据|E“一品|=人和尸诃知，|瓦一瓦,|=埠选项a错误；同理从"=1跃迁到w=2的能级需

要的光子能量大约为从〃=3跃迁到〃=2的能级差的五倍左右，对应光子波长应为从〃=3跃迁到"=2的

能级辐射光波长的五分之一左右，选项b错误；氢原子从"=3跃迁到〃=1的能级的能级差最多有三种情

况，即对应最多有三种频率的光谱线，选项c正确；氢原子在不同能级间跃迁必须满足|瓦一£”|=埠选项

d正确.

题型三、原子核的衰变规律及核反应方程

16.（2019天津）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度

首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是（）

A.核聚变比核裂变更为安全、清洁

B.任何两个原子核都可以发生聚变

C.两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加

D.两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加

【答案】AD

【解析】：核聚变的最终产物时氨气无污染，而核裂变会产生固体核废料，因此核聚变更加清洁和安全，A

正确；发生核聚变需要在高温高压下进行，大核不能发生核聚变，故B错误；核聚变反应会放出大量的能

量，根据质能关系可知反应会发生质量亏损，故C错误；因聚变反应放出能量，因此反应前的比结合能小

于反应后的比结合能，故D正确。

17.（2018北京）在核反应方程；+X中，X表示的是

A.质子B.中子C.电子D.a粒子

【答案】：A

7

【解析】：设X为：（X,根据核反应的质量数守恒：4+14=17+Z,贝人Z=1

电荷数守恒：2+7=8+A,贝|A=1,即X为：；〃为质子，故选项A正确，BCD错误。

点睛：本题考查了核反应方程式，要根据电荷数守恒、质量数守恒得出X的电荷数和质量数，从而确定X

的种类。

18.（2018全国3）1934年，约里奥-居里夫妇用a粒子轰击铝核冬A1,产生了第一个人工放射性核素X：

a+盆Al-n+XoX的原子序数和质量数分别为（）

A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31

【答案】B

【解析】：根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2+13=15,质量数为4+27-1=30,

根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15,质量数为30,选项B正确。

19.（2016全国2）在下列描述的核过程的方程中，属于a衰变的是,属于|3衰变的是,属

于裂变的是,属于聚变的是o（填正确答案标号）

A.B.P.

C.+D.]N+：He.[O+：H

E.22u+；n.i2Xe+；：Sr+2；nF.:H+；H.；He+jn

【答案】CABEF

【解析】：衰变的反应物只有一个，若生成物中有；形，说明是a衰变，若生成物中有说明是夕衰变;

重核裂变是用中子轰击一个重核，生成一个较轻的核；轻核的聚变是轻核聚成一个较重的原子核。

20.（2017•全国卷2）一静止的铀核放出一个a粒子衰变成牡核，衰变方程为锣U-钳T/z+狂％。下列说法正确

的是（）

A.衰变后社核的动能等于a粒子的动能

B.衰变后牡核的动量大小等于a粒子的动量大小

C.铀核的半衰期等于其放出一个a粒子所经历的时间

D.衰变后a粒子与牡核的质量之和等于衰变前铀核的质量

【答案】：B

【解析】：衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对。根据半衰期的定义，可知选项C错。

a衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错。

8

21.（2017天津）我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对

国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是（）

A.汨+：HT■:He+：n

B.[N+；He->i；O+：H

/Zo1

C.:He+；；A—

D.鲨U+：nf嘿Ba+融+3：n

【答案】：A

【解析】：A对：两个轻核结合成质量较大的原子核。B错：原子核的人工转变。C错：原子核的人工转变。

D错：重核裂变。

22.（2017全国2）—静止的铀核放出一个a粒子衰变成钮核，衰变方程为膘U->2篇Th+；He。下列说法

正确的是（）

A,衰变后社核的动能等于a粒子的动能

B.衰变后牡核的动量大小等于a粒子的动量大小

C.铀核的半衰期等于其放出一个a粒子所经历的时间

D.衰变后a粒子与牡核的质量之和等于衰变前铀核的质量

【答案】B

2

【解析】根据动量守恒定律可知，生成的社核的动量与a粒子的动量等大反向，选项B正确；根据Ek=2

2m

可知，衰变后社核的动能小于a粒子的动能，选项A错误；铀核的半衰期等于一半数量的铀核衰变需要的

时间，而放出一个a粒子所经历的时间是一个原子核衰变的时间，故两者不等，选项C错误；由于该反应

放出能量，由质能方程可知，衰变后a粒子与社核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误；故选

Bo

23.（2015重庆）图中曲线a、b、c、1为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中

磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是（）

题1图

9

A.a、6为万粒子的径迹B.°、b为,粒子的径迹C.c、d为a粒子的径迹D.c、d为夕粒子的径迹

【答案】D

【解析】：/射线的本质是高速的光子流不带电故a、b不可能是/粒子径迹，a粒子所带电性为正，在垂

直向里的磁场中结合左手定则必定左偏，而尸粒子所带电性为负，必定右偏，故D选项正确。

24.（2015广东）科学家使用核反应获取氤，再利用笊和氤核反应获得能量，核反应方程分别为：X+Y-

iHe+注+4.9MeV和送+阻+X+17.6MeV,下列表述正确的有

A.X是中子BY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.笊和病的核反应是核聚变反应

【答案】：AD

【解析】：本题中考查了原子物理的基础知识。题目中有原子物理的两个核反应方程，根据质量数和电荷

数守恒规律，由第二个核反应方程得到X为中子6ri）,选项A正确；再由第一个方程得到Y质子数为3,

质量数为6,则中子数=质量数-质子数=3,选项B错误；两个核反应都产生了能量，根据爱因斯坦

质能方程可知一定有质量亏损，选项C错误；笊和瓶的核反应是核聚变反应，选项D正确。

25.（2015北京）下列核反应方程中，属于a衰变的是（）

A.那+飘―（。+阻B.却-第+巩

C.旭+汩.加+）D.23加3肥+。遥

【答案】B

【解析】a衰变是指某一原子核自发的变成另一种原子核，并放出a粒子的过程。可以很容易的选出B正

确；A选项为人工转变方程；C选项为轻核聚变；D选项为p衰变。

26.（2015北京）实验观察到，静止在匀强磁场中A点的原子核发生p衰变，衰变产生的新核与电子恰在

纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意如图。则（）

A.轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外

B.轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外

C.轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里

D.轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里

10

【答案】D

【解析】由动量守恒可知，原子核静止在磁场中，发生P衰变后的新核与电子的动量大小相等，方向相反。

由q3v=」一，得R=，,粒子运动的半径与电荷量成反比。新核带电量大于电子，因此R较小，知

RqB

轨迹2为新核轨迹，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里。

27.（2014•重庆卷）碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为机的碘131,经过32天后，该药物中

碘131的含量大约还有（）

mm„mm

A£-4C16D-32

【答案】C

1-

【解析】本题考查元素的半衰期.根据半衰期公式加=加0.（万户,将题目中的数据代入可得C正确，A、B、

D错误.

28.（2015山东）14c发生放射性衰变为半衰期约为5700年。己知植物存活其间，其体内14c与12c的

比例不变；生命活动结束后，"C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14c的比例正好是现代

植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是o（双选，填正确答案标号）

a.该古木的年代距今约为5700年

b.I?。、13。、14c具有相同的中子数

C.14c衰变为14N的过程中放出夕射线

d.增加样品测量环境的压强将加速14c的衰变

【答案】ac

【解析】因古木样品中"C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，

即该古木的年代距今约为5700年，选项a正确；Pc、13。、14c具有相同的质子数，由于质量数不同，

故中子数不同，选项b错误；根据核反应方程可知，Me衰变为14"的过程中放出电子，即发出0射线，选

项c正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项d错误；故选ac.

29.（2013山东）恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108K时，可以发生“氢

燃烧”。

11

（i）完成“氢燃烧”的核反应方程：M+__+h

（2）：灰是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6X10-%。一定质量的：灰,经7.8X10」6s后所剩下的：灰占

开始时的=

【答案】：（1）;He,（2）12.5%

【解析】：核反应的过程中质量数和电荷数守恒，故可以左右两侧作差即可求得空线出的应该为：2He；

结合半衰期公式加=叫）.（5尸，又因为在本题中t=7.8xl0」6s=3T,代入得:

m=^mQ,所以占开始的的12.5%。

30.（2014•福建）如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出a、p>丫三种射线，分别进入匀强电场和匀强

磁场中，下列说法正确的是.（填选项前的字母）

A.①表示丫射线，③表示a射线

B.②表示p射线，③表示a射线

C.④表示a射线，⑤表示丫射线

D.⑤表示P射线，⑥表示a射线

【答案】C

【解析】a射线带正电，P射线带负电，丫射线不带电.在匀强电场中，a射线与［3射线分别在电场力的作

用下发生偏转，a射线偏向负极板，。射线偏向正极板，丫射线不受电场力，不发生偏转；在磁场中，由左

手定则可以判断a射线向左偏，P射线向右偏，丫射线不受洛伦兹力，不发生偏转.故C项正确.

31.（2014•新课标全国）关于天然放射性，下列说法正确的是.

A.所有元素都可能发生衰变

B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关

C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性

D.a、B和丫三种射线中，丫射线的穿透能力最强

E.一个原子核在一次衰变中可同时放出a、［3和丫三种射线

【答案】：BCD

12

【解析】：本题考查了原子核的衰变.原子序数大于83的元素才可以发生衰变，原子序数小于83的元素

有的可以发生衰变，有的不可以发生衰变，A错误；放射性元素的半衰期与元素所处的物理、化学状态无

关，B、C正确；三种射线a、丫穿透能力依次增强，D正确；原子核发生a或0衰变时常常伴随着丫光

子的产生，但同一原子核不会同时发生a衰变和。衰变，E错误.

32.（2014江苏）氨222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤.它是世界卫

生组织公布的主要环境致癌物质之一.其衰变方程是22286Rn-2i884Po+.已知22286Rn的半衰期约

为3.8天，则约经过天，16g的22286Rn衰变后还剩1g.

【答案】拓e（或a粒子）15.2

【解析】核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为矩e.②根据m=机0.（9广

知彳=4,解得/"=3.8x4=15.2天.

33.（2014上海）核反应方程式：Be+；He-1C+X中的X表示（）

A质子B电子C光子D中子

【答案】：D

【解析】：核反应时电荷数和质量数守恒

34.（2015江苏）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，肾。是常用的核燃料。$U受一

个中子轰击后裂变成堞8。和黑K?■两部分，并产生_____个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要

（选填“大于”或者“小于”）它的临界体积。

【答案】：3、大于

【解析】：由质量数和电荷数守可知：2却+2热那2+3."可见产生了3个中子，链式反应的

一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积。

题型四、爱因斯坦质能方程

35.（2019全国2）太阳内部核反应主要模式之一是质子-质子循坏，循环的结果可表示为

4；Hf；He+2；e+2v,已知;H和；He的质量分别为机p=1.0078u和％=4.0026u,lu=931MeV/02,c为光速。

在4个:H转变成1个；He的过程中，释放的能量约为（）

A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV

【答案】C

13

【解析】由AE=AmC2AE=(4x勺一”一22

XE931x1()6xL6xlC)T9j

162731

了二9xl0»1.7xl0-kg»0.9xl0-kg；忽略电子质量，则:

AE=(4XL0078M-4.0026M)•八26MeV,故。选项符合题意;

36.(2017•北京理综)在磁感应强度为8的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次a衰变。放射出

a粒子©He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以办q分别表示a粒子的质量和电荷量。

(1)放射性原子核用5X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该a衰变的核反应方程；

(2)a粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；

(3)设该衰变过程释放的核能都转化为a粒子和新核的动能，新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损Amo

【答案】：⑴女一知Y+犯e(2嗡瑞⑶嘴岁”

【解析】：

⑴宏一却Y+,He

⑵洛伦兹力提供向心力，有所以v=喈，7=等=第

环形电流/=*空。

(3)衰变过程动量守恒，有O=PY+Pa所以尸丫=一尸a，“一”表示方向相反。

1

因为〃=根%」&=产,所以石卜二靠

即：EkY:Eka=m:M由能量守恒Am/=EkY+Eka

其中Eka=%t/=q2B”

2m

q2)解M+m

所以Nm=2Mme1

37.(2017全国1)大科学工程“人造太阳”主要是将笊核聚变反应释放的能量用来发电。笊核聚变反应方程

是；H+；H-；He+[n。已知；H的质量为2.0136u,:He的质量为3.0150u,的质量为1.0087u,1

u=931MeV/c2o笊核聚变反应中释放的核能约为()

A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV

【答案】：B

【解析】：在核反应方程彳H+?H-3He+Rn中，反应前物质的质量如=2x2.0136u=4.0272u,反应后物质

的质量7〃2=3.0150u+1.0087u=4.0237u,质量亏损Am=mi-/n2=0.0035u„则笊核聚变释放的核能为E

=931*0.0035MeVM.3MeV,选项B正确。

14

38.（2014•北京）质子、中子和笊核的质量分别为机1、叫和如.当一个质子和一个中子结合成笊核时，释

放的能量是（c表示真空中的光速X）

A.（mi+m2-mi）cB.（mi-m2-mi）c

B.C.m2~D.（m\~mi）（?

【答案】：C

【解析】：本题考查质能方程，AE=Amc2,其中△相=（根1+根2—相3），则AE=（mi+m2—根3），，C正确，

A、B、D错误.

39.（2015江苏）取质子的质量勺=1.6726x1。-27依，中子的质量加〃=1.6749x1。-27版,a粒子的质量

7%=6.6467x10-27炫，光速c=3xl（）8〃2/s,请计算a粒子的结合能，（计算结果保留两位有效数字）

【答案】：4.3X1012J

2-12

【解析】根据爱因斯坦质能方程AE=Am<?,可求：AE=（2mp+2mn-ma）c=4,3x10J

40.（2015海南）运动的原子核jX放出a粒子后变成静止的原子核匕已知X、Y和a粒子的质量分别是

M、网和机2，真空中的光速为C，a粒子的速度远小于光速。求反应后与反应前的总动能之差以及a粒子

的动能。

［答案］:AE«=（河_仍_网）,~~~—（〃_叫_m2）。2

【解析】：反应后由于存在质量亏损，所以反应前后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量，

故根据爱因斯坦质能方程可得g网片一^跖4=（M-叫_牡打2①

反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有〃网=%七，②

联立①②可得,〃v；=———（M-n\-m^c2

2M-m2

题型五、物理学史与综合类科学问题

41.（2016天津）物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列

说法符合事实的是（）

A.赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论

B.查德威克用a粒子轰击VN获得反冲核10,发现了中子

C.贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构

15

D.卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型

【答案】AC

【解析】：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了麦克斯韦的电磁理论，选项A正确；卢瑟

福用a粒子轰击^N,获得反冲核10,发现了质子，选项B错误；贝克勒尔发现的天然放射性现象，说

明原子核具有复杂结构，选项C正确；卢瑟福通过对a粒子散射实验的研究，提出了原子的核式结构模型，

选项D错误。

42.（2016全国）下列说法正确的是。（）（填入正确选项前的字母，选对一个给3分，选对两个

给4分，选对三个给5分，每选错一个扣3分，最低得分为0分）

A.如果用紫光照射某种金属发生光电效应，改用绿光照射该金属一定发生光电效应

B.a粒子散射实验中少数a粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一

C.在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此，光子散射后波

长变长

D.某放射性原子核经过2次a衰变和一次P衰变，核内质子数减少4个

E.根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的

动能增大，原子的电势能减小。

【答案】BCE

【解析】：紫光的频率大于绿光，根据爱因斯坦能量方程E=紫光的能量大于绿光，能否发生光电效应

由入射光的能量与逸出功的大小关系决定，当入射光的能量所以紫光不能发生光电效应绿光也一定不能，a

粒子散射实验中少数a粒子发生了较大偏转，这是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据之一是正确的；

结合公式尸=4在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，所以入

射光的动量减小，因此，光子散射后波长变长；a衰变的产物是；形，两次衰变后质子数将减少4