2013屆高考物理 專題沖刺集訓(xùn) 第13講《原子和原子核》（含解析）

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1、第十三講　原子和原子核 一、單項(xiàng)選擇題 1．盧瑟福利用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)研究原子結(jié)構(gòu)，正確反映實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖是(　　) 解析：選D.α粒子轟擊金箔后偏轉(zhuǎn)，越靠近金箔，偏轉(zhuǎn)的角度越大，所以A、B、C錯誤，D正確． 2．表示放射性元素碘131(131 53I)β衰變的方程是(　　) 解析：選B.β衰變釋放出電子e，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可進(jìn)一步確定選項(xiàng)B正確． 3．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝E1/n2，其中n＝2,3，….用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為(　　) A．－ B．－ C．

2、－ D．－ 解析：選C.由En＝E1/n2知，第一激發(fā)態(tài)的能量為E2＝，又≥－，得λ≤－，故C對，A、B、D錯． 4．關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有(　　) A.U→Th＋He　是α衰變 B.N＋He→O＋H　是β衰變 C.H＋H→He＋n　是輕核聚變 D.Se→Kr＋2e　是重核裂變 解析：選C.選項(xiàng)A中的質(zhì)量數(shù)不守恒，A錯誤，選項(xiàng)B中的方程是盧瑟福當(dāng)初用α粒子轟擊氮原子核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程，不是β衰變方程，選項(xiàng)B錯誤；重核裂變是指一個原子序數(shù)較大的核分裂成兩個中等質(zhì)量核的反應(yīng)，而D選項(xiàng)不符合，D錯誤．只有選項(xiàng)C正確． 5．美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射

3、線的散射時，發(fā)現(xiàn)光子除了有能量之外還有動量，其實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，被電子散射的X光子與入射的X光子相比(　　) A．速度減小 B．頻率不變 C．波長減小 D．能量減小 解析：選D.被電子散射的X光子與入射前相比，能量減小，E＝hν，所以頻率減小，光子的速度始終為光速不變，波長增大． 6．下列說法正確的是(　　) A．中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時吸收能量 B．放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期減小 C．某原子核經(jīng)過一次α衰變和兩次β衰變后，核內(nèi)中子數(shù)減少4個 D．γ射線的電離作用很強(qiáng)，可用來消除有害靜電 解析：選C.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時放出能量，半衰期與溫度無關(guān)，γ射線的

4、穿透本領(lǐng)強(qiáng)，所以只有C項(xiàng)正確． 7. 如圖中P為放在勻強(qiáng)電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是(　　) A．a(chǎn)為α射線、b為β射線 B．a(chǎn)為β射線、b為γ射線 C．b為γ射線、c為β射線 D．b為α射線、c為γ射線 解析：選B.根據(jù)三種射線的特點(diǎn)即α為氦核He、β為電子e、γ為電磁波(不帶電)可以得知選項(xiàng)B正確． 二、非選擇題 8．按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠(yuǎn)，氫原子的能量________(選填“越大”或“越小”)．已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1 (E1<0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電

5、離后，電子速度大小為________(普朗克常量為h )． 解析：軌道半徑越大，能量越高，由電離能定義及光電效應(yīng)， 得hν＋E1＝mv2　得ν＝. 答案：越大　 9．日本發(fā)生九級大地震，造成福島核電站嚴(yán)重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對人體有危害的輻射．在下列四個式子中，有兩個能分別反映131I和137Cs的衰變過程，它們分別是________和________(填入正確選項(xiàng)前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是________和________． 解析：根據(jù)核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒知，131I的

6、衰變?yōu)檫x項(xiàng)B,137Cs的衰變?yōu)檫x項(xiàng)C,131I的中子數(shù)為131－53＝78，137Cs的中子數(shù)為137－55＝82. 答案：B　C　78　82 10． (1)下列說法中正確的是________． A．黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律告訴我們能量是連續(xù)變化的 B．只要測量環(huán)境適合，可以同時確定微觀粒子的動量和位置 C．忽略某星云與其他天體的相互作用，該星云內(nèi)天體總動量守恒 D．一對正負(fù)電子碰撞發(fā)生湮滅，實(shí)物粒子不復(fù)存在，系統(tǒng)動量不守恒 (2)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和康普頓實(shí)驗(yàn)都證明了光具有________(填“粒子性”或“波動性”)．圖甲中金屬片張開是因?yàn)轵?yàn)電器帶________(填“正”或“負(fù)”)電，若

7、改用強(qiáng)度較弱的紫外線照射鋅板________(填“能”或“不能”)使驗(yàn)電器張開；圖乙中ν1________ν(填“>”、“<”或“＝”)． (3)核能是一種較好的清潔能源，某核電站的總裝機(jī)容量為P＝1.0×106 kW，正常工作時的效率為η＝20%. ①利用核能的兩種途徑是什么？ ②該核電站每天核燃料反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為多少？ 解析：(1)正是從黑體輻射現(xiàn)象中普朗克提出了能量的量子化，A錯誤；由測不準(zhǔn)原理知能量與時間、動量與位置等是不可能同時準(zhǔn)確測量的，B錯誤；忽略某星云與其他天體的相互作用時，該星云內(nèi)天體所受外力之和為零，總動量守恒，C正確；正負(fù)電子湮滅時，外力忽略，動量與能量

8、都是守恒的，D錯誤． (2)愛因斯坦用光子說解釋了光電效應(yīng)，康普頓利用光子與電子碰撞時能量、動量守恒解釋了康普頓效應(yīng)，故此兩實(shí)驗(yàn)證明了光具有粒子性．鋅板在光的照射下發(fā)出電子后，鋅板因缺少電子而帶正電．能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，所以換用強(qiáng)度較弱的紫外線照射時仍能發(fā)生光電效應(yīng)．光子與電子碰后電子從入射光子中獲得能量，使光子能量減小，頻率減?。? (3)①利用核能的兩種途徑為重核裂變和輕核聚變． ②由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2及Pt＝ΔE·η 知Δm＝＝ kg ＝4.8×10－3 kg. 答案：(1)C　(2)粒子性　正　能　> (3)①重核裂變和輕核聚變 ②

9、4.8×10－2 kg 11．太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應(yīng)，這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源． (1)寫出這個核反應(yīng)方程． (2)這一核反應(yīng)能釋放出多少能量？ (3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026 J，則太陽每秒鐘減少的質(zhì)量為多少？ (4)若太陽質(zhì)量減小萬分之三時，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽還能存在多少年？(mp＝1.0073 u，mα＝4.0015 u，me＝0.00055 u，太陽的質(zhì)量為2×1030 kg) 解析：(1)核反應(yīng)方程：4H―→He＋2e. (2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266 u

10、釋放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5 MeV≈24.78 MeV. (3)太陽每秒減少的質(zhì)量 Δm′＝＝ kg≈4.22×109 kg. (4)太陽減少的質(zhì)量為0.0003M時，熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，太陽存在的時間 t＝＝ s≈1.42×1017 s ≈4.5×109年． 答案：(1)4H―→He＋2e　(2)24.78 MeV (3)4.22×109 kg　(4)4.5×109年 12．已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑r1＝0.53×10－10 m，基態(tài)的能級值為E1＝－13.6 eV. (1)求電子在n＝1的軌道上運(yùn)動形成的等效電流． (2)有一群氫原子處于量

11、子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)，畫一能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾條光譜線． (3)計(jì)算這幾條光譜線中最長的波長． 解析：(1)電子繞核運(yùn)動具有周期性，設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T，由牛頓第二定律和庫侖定律有：k＝m()2r1 ① 又軌道上任一處，每一周期通過該處的電荷量為e，由電流的定義式得所求等效電流I＝ ② 聯(lián)立①②式得 I＝＝× A ≈1.05×10－3 A. (2)由于這群氫原子的自發(fā)躍遷輻射，會得到三條光譜線，如右圖所示． (3)三條光譜線中波長最長的光子能量最小，發(fā)生躍遷的兩個能級的能量差最小，根據(jù)氫原子能級的分布規(guī)律可知，氫原子一定是從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級，設(shè)波長為λ，由h＝E3－E2，得 λ＝ ＝ m≈6.58×10－7 m. 答案：(1)1.05×10－3 A　(2)見解析　(3)6.58×10－7 m