【红对勾】2012高考物理-波粒二象性-原子结构和原子核单元综合测试-新课标.doc

单元综合测试十六(波粒二象性　原子结构和原子核)
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，试卷满分为100分．考试时间为90分钟．
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．(2009·浙江高考)氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是(　　)
A．核力、万有引力、库仑力　 B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力
解析：本题考查三种相互作用及库仑定律、万有引力定律，意在考查考生知道三种相互作用和对两定律的理解．在原子核大小范围内，有强相互作用存在即核力是最大的，由于质子的质量比较小，由万有引力定律和库仑定律可知，库仑力比万有引力大，所以选D.
答案：D
2．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c2
B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘c2
C．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c2
D．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：D
3．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡，英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(84210Po)，若该元素发生α衰变，其半衰期是138天，衰变方程为84210Po→X＋24He＋γ，则下列说法中正确的是(　　)
A．X原子核含有124个中子
B．X原子核含有206个核子
C．γ射线是由处于激发态的钋核从较高能级向较低能级跃迁时发出的
D．100 g的84210Po经276天，已衰变的质量为75 g
解析：X原子核中的核子数为210－4＝206个，B正确．中子数为206－(84－2)＝124个，A正确．γ射线是由于核反应前后因质量损亏释放的能量以γ光子的形式放出，C错．经过两个半衰期，剩余的钋的质量为原来的四分之一，则已衰变的质量为原来的四分之三，D正确．
答案：ABD
4．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：D
5．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1
6．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1.62～3.11 eV，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1.51 eV，而紫外线光子的能量大于3.11 eV，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：D
7．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－h B．E＋h
C．E－h D．E＋h
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＝，联立得E′＝E－h.
答案：C
8．(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：B
9．(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＝2
C．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：D
10．(2011·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2
A．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．(2009·山东高考)历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子11H轰击静止的ZAX，生成两个动能均为8.9 MeV的24He.(1 MeV＝1.6×10－13J)
①上述核反应方程为________．
②质量亏损为________kg.
解析：11H＋37X→24He＋24He或11H＋37Li→24He＋24He①
Δm＝3.0×10－29 kg②
答案：见解析
12．(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＋01n
④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＝，则＝Em－En得λ＝，当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，λ1＝，从n＝2能级跃迁到n＝1能级时，λ2＝，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3
13．(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＝1.89 eV
金属钠的逸出功W0＝hνc，代入数据得W0＝2.3 eV
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)①36Li　②ΔE＝[(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．(2009·江苏高考)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的11H发生核反应，产生中子(01n)和正电子(＋10e)，即
中微子＋11H―→01n＋＋10e
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填写选项前的字母)
A．0和0 B．0和1
C．1和0 D．1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即
＋10e＋－10e―→2γ
已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________ J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_______________．
(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．
解析：(1)在核反应中，由质量数和电荷数守恒可知A正确．
(2)2mc2＝2E
E＝mc2＝8.2×10－14 J，碰撞过程中遵循动量守恒，如果是产生一个光子，合动量为零，光子的速度为零，与实际光子的运动状况矛盾．
(3)粒子的动量p＝，物质波的波长λ＝
由mn>me，知pn>pe，则λn<λe.
答案：(1)A　(2)8.2×10－14　遵循动量守恒　(3)λn<λe
16．(2009·海南高考)(Ⅰ)已知：功率为100 W的灯泡消耗的电能的5%转化为所发出的可见光的能量，光速c＝3.0×108 m/s，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.假定所发出的可见光的波长都是560 nm，计算灯泡每秒内发出的光子数．
(Ⅱ)钚的放射性同位素94239Pu静止时衰变为铀核激发态92235U*和α粒子，而铀核激发态92235U*立即衰变为铀核92235U，并放出能量为0.097 MeV的γ光子．已知：94239Pu、92235U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521 u、mU＝235.0439 u和mα＝－4.0026 u,1 u＝931.5 MeV/c2.
(1)写出衰变方程；
(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．
解析：(Ⅰ)一波长为λ的光子能量为
Eγ＝①
设灯泡每秒内发出的光子数为n，灯泡电功率为P，则n＝②
式中，k＝5%是灯泡的发光效率．联立①②式得
n＝③
代入题给数据得
n＝1.4×1019 s－1.④
(Ⅱ)(1)衰变方程为
94239Pu→92235U*＋α①
92235U*→92235U＋γ②
或合起来有
94239Pu→92235U＋α＋γ.③
(2)上述衰变过程的质量亏损为
Δm＝mPu－mU－mα④
放出的能量为
ΔE＝c2·Δm⑤
这能量是铀核92235U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和
ΔE＝EU＋Eα＋Eγ⑥
由④⑤⑥式得
EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ⑦
设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有
mUvU＝mαvα⑧
又由动能的定义知
EU＝mUvU2，Eα＝mαvα2⑨
由⑧⑨式得＝⑩
由⑦⑩式得
Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ]⑪
代入题给数据得Eα＝5.034 MeV.⑫
答案：(Ⅰ)1.4×1019　(Ⅱ)(1)94239Pu→92235U＋α＋γ
(2)5.034 MeV
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