2013屆高三總復習單元綜合測試卷：第16單元《原子結(jié)構(gòu)和原子核》

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1、 新課標人教版2013屆高三物理總復習單元綜合測試卷 第十六單元《原子結(jié)構(gòu)和原子核》 本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分 試卷滿分為100分。考試時間為90分鐘。 第Ⅰ卷(選擇題，共40分) 一、選擇題(本大題包括10小題，每小題4分，共40分。) 1.氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是 (　　) A.核力、萬有引力、庫侖力　 B.萬有引力、庫侖力、核力 C.庫侖力、核力、萬有引力 D.核力、庫侖力、萬有引力 解析：本題考查三種相互作用及庫侖定律、萬有引力定律，意在考查考生知道

2、三種相互作用和對兩定律的理解.在原子核大小范圍內(nèi)，有強相互作用存在即核力是最大的，由于質(zhì)子的質(zhì)量比較小，由萬有引力定律和庫侖定律可知，庫侖力比萬有引力大，所以選D. 答案：D 2.下列說法正確的是 (　　) A.7N＋H→6C＋He是α衰變方程 B.H＋H→He＋γ是核聚變反應方程 C.92U→90Th＋He是核裂變反應方程 D.He＋Al→P＋n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 解析：本題考查了核反應的相關(guān)知識，意在考查考生對天然放射現(xiàn)象、重核裂變、輕核聚變、原子核的人工轉(zhuǎn)變等相關(guān)知識的記憶及分析判斷能力.選項A、D為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項B為輕核聚變，選項C為原子核的衰變，故選項BD

3、正確. 答案：BD 3．下面是一核反應方程式：H＋H―→He＋X，用c表示光速，則 (　　) A.X是質(zhì)子，核反應放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2 B.X是中子，核反應放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2 C.X是質(zhì)子，核反應放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2 D.X是中子，核反應放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2 解析：由荷電核數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒，和愛因斯坦質(zhì)能方程可以求解. 答案：D 4．據(jù)媒體報道，叛逃英國的俄羅斯前特工利特維年科在倫教離奇身亡，英國警方調(diào)查認為毒殺利特維年科的是超級毒藥——放射性元素釙(Po)，若該元素

4、發(fā)生α衰變，其半衰期是138天，衰變方程為Po→X＋He＋γ，則下列說法中正確的是 (　　) A.X原子核含有124個中子 B.X原子核含有206個核子 C.γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級向較低能級躍遷時發(fā)出的 D.100 g的Po經(jīng)276天，已衰變的質(zhì)量為75 g 解析：X原子核中的核子數(shù)為210－4＝206個，B正確.中子數(shù)為206－(84－2)＝124個，A正確.γ射線是由于核反應前后因質(zhì)量損虧釋放的能量以γ光子的形式放出，C錯.經(jīng)過兩個半衰期，剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D正確. 答案：ABD 5．根據(jù)有關(guān)放射性方面的知識可

5、知，下列說法正確的是 (　　) A.隨著氣溫的升高，氡的半衰期會變短 B.許多元素能自發(fā)地放出射線，使人們開始認識到原子是有復雜結(jié)構(gòu)的 C.放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子來源于核外電子 D.氫核、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，當氫核與中子結(jié)合為氘核時，放出的能量為(m1＋m2－m3)c2 解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與化學、物理性質(zhì)無關(guān)，故A項錯.β衰變是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子被釋放出來，故C項錯.氫核和中子結(jié)合成氘核放出的能量為(m1＋m2－m3)c2是正確的，故D項正確，放射性使人們認識到原子核有復雜結(jié)構(gòu)，B錯. 答案：D 6．

6、關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是 (　　) A.放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期 B.放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領很強 C.當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生β衰變 D.放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出γ射線 解析：半衰期是指放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間，故A錯；α、β、γ三種射線中，α粒子速度最小，其貫穿本領最小，故B錯；β衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生了電子，故C錯；衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時，釋放能量，輻射出γ射線，故D對. 答

7、案：D 7．放射性同位素14C在考古中有重要應用，測得該化石中14C殘存量，可推算出化石的年代.為研究14C的衰變規(guī)律，將一個原來靜止的14C原子核放在勻強磁場中，觀察到它所放射的粒子與反沖核的徑跡是兩個相外切的圓，圓的半徑之比R∶r＝5∶1，如圖1所示.那么14C的衰變方程式應是下列給定的四個方程中的 (　　) 圖1 A.6C→4Be＋He B.6C→5B＋e C.6C→7N＋e D.6C→5B＋H 答案：B 8．若原子的某內(nèi)層電子被電離形成空位，其他層的電子躍遷到該空位上時，會將多余的能量以電磁輻射的形式釋放出來，此電磁輻射就是原子的特征X射線，內(nèi)

8、層空位的產(chǎn)生有多種機制，其中的一種稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，即原子中處于激發(fā)態(tài)的核躍遷回到基態(tài)時，將躍遷時釋放的能量交給某一內(nèi)層電子，使此內(nèi)層電子電離而形成空位(被電離的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子),214Po的原子核從某一激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時，可將能量E0＝1.416 MeV交給內(nèi)層電子(如K、L、M層電子，K、L、M標記原子中最靠近核的三個電子層)使其電離，實驗測得從214Po原子的K、L、M層電離出的電子的動能分別為EK＝1.323 MeV，EL＝1.399 MeV，EM＝1.412 MeV，則可能發(fā)射的特征X射線的能量為 (　　) A.0.013 MeV B.0.017 MeV C.0.07

9、6 MeV D.0.093 MeV 解析：由題分析可知，電離后產(chǎn)生的電子動能在數(shù)值上與原子所處的激發(fā)態(tài)能級對應.即EK＝1.323 MeV，EL＝1.399 MeV，EM＝1.412 MeV.當發(fā)生能級躍遷時，釋放的X射線的能量可能值為EL－EK＝0.076 MeV，EM－EL＝0.013 MeV，EM－EK＝0.089 MeV.選項中A、C正確. 答案：AC 9．氫原子的能級如圖2所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62～3.11 eV，下列說法錯誤的是 (　　) 圖2 A.處于n＝3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離 B.大量氫原子從高能級向

10、n＝3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應 C.大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)生6種不同頻率的光 D.大量處于n＝4能級的氫原子向低能級躍遷時，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光 解析：要使處于n＝3能級的氫原子電離，其光子的能量必須大于或等于1.51 eV，而紫外線光子的能量大于3.11 eV，故能使n＝3能級的氫原子電離；大量氫原子從高能級向n＝3能級躍遷時，放出的光子在紅外線區(qū)，故具有顯著的熱效應；大量氫原子由n＝4能級向低能級躍遷時，可能放出6種不同頻率的光，其中有2種不同頻率的可見光，D選項錯誤. 答案：D 10．根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到

11、能量為E′的軌道，輻射出波長為λ的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則E′等于 (　　) A.E－h(huán) B.E＋h C.E－h(huán) D.E＋h 解析：根據(jù)玻爾理論，原子從一種定態(tài)(設能量為E)躍遷到另一種定態(tài)(設能量為E′)時，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即hν＝E－E′，又光在真空中傳播時ν＝，聯(lián)立得E′＝E－h(huán). 答案：C 第Ⅱ卷(非選擇題，共60分) 二、填空題(每小題10分，共20分) 11.歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應，是用加速后動能為0.5 MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為

12、8.9 MeV的He.(1 MeV＝1.6×10－13J) ①上述核反應方程為________. ②質(zhì)量虧損為________kg. 解析：H＋X→He＋He或H＋Li→He＋He① Δm＝3.1×10－29 kg② 答案：見解析 12.隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展，大量的科學發(fā)現(xiàn)促進了人們對原子、原子核的認識，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是________.(填選項前的編號) ①盧瑟福α粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu) ②天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子 ③輕核聚變反應方程有：H＋H―→He＋n ④氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級和從n＝2能級躍遷到n＝1能級，前者躍

13、遷輻射出的光子波長比后者的長 解析：本題考查原子的基本結(jié)構(gòu)和原子核的基本組成，核反應方程式的寫法以及玻爾的氫原子能級量子化理論. ①選項錯誤，盧瑟福的α粒子散射實驗說明了原子應該具有核式結(jié)構(gòu).選項②錯誤，天然放射現(xiàn)象放射出的β射線是高速運動的電子流，是由原子核中的中子變成質(zhì)子后產(chǎn)生的.選項③正確，寫核反應方程時應遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則.選項④錯誤，由氫原子能級方程hν＝Em－En，而ν＝，則＝Em－En得λ＝，當氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級時，λ1＝，從n＝2能級躍遷到n＝1能級時，λ2＝，E3－E1>E2－E1，所以λ1<λ2. 答案：③ 三、計算題(每小題10分，共

14、40分) 13.在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出.中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實驗中很難探測.1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應，間接地證實了中微子的存在. (1)中微子與水中的H發(fā)生核反應，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即 中微子＋H―→n＋e 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________.(填寫選項前的字母) A.0和0 B.0和1 C.1和0 D.1和1 (2)上述核反應產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子(γ)，即 e＋e―

15、→2γ 已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31kg，反應中產(chǎn)生的每個光子的能量約為________ J.正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質(zhì)波波長的大小. 解析：(1)根據(jù)方程的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，判斷出質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)均為零.(2

16、)利用質(zhì)能方程可得出每個光子的能量，正電子與電子相遇遵循動量守恒不可能只轉(zhuǎn)化為一個光子. 答案：(1)A　(2)8.2×10－14　遵循動量守恒 (3)粒子的動量　p＝，物質(zhì)波的波長　λ＝ 由mn>me，知pn>pe，則λn<λe 14．從靜止的鐳核Ra中射出的α粒子垂直進入正交的勻強電場E和勻強磁場B，在電磁場中做直線運動，已知E＝3.72×104N/C，B＝2.0×10－3T. (1)寫出核反應式. (2)放出α粒子后，反沖核速度多大？ (3)若靜止的鐳核放出α粒子是在勻強磁場中進行的，而且衰變后它們的速度均垂直于勻強磁場B，求α粒子與反沖核做圓周運動的半徑之比，并定性地畫出

17、α粒子和反沖核運動的完整軌跡. 解析：(1)核反應方程為Ra→Rn＋He (2)α粒子在電、磁場中做直線運動時，受力平衡qvαB＝qE，所以vα＝ 根據(jù)動量守恒可得反沖核的速度為 v＝vα＝ ＝m/s ＝3.4×105 m/s (3)軌跡如圖3所示 圖2 圓半徑R＝＝由于p、B相同，可知R∝ 則有＝＝ 答案：(1)Ra→Rn＋He　(2)3.4×105 m/s　(3)43∶1 15.U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生Ba和Kr，同時放出能量.已知每個鈾核裂變釋放的平均能量為200 Mev. (1)寫出核反應方程. (2)現(xiàn)在要建設發(fā)電功率為5×105 kW的核電站，

18、用U作為核燃料，假設核裂變釋放的能量一半轉(zhuǎn)化為電能，那么該核電站一天消耗U多少千克？(阿伏加德羅常數(shù)取6.0×1023 mol－1) 解析：(1)核反應方程 U＋n→Ba＋Kr＋3n＋200 MeV① (2)電站一天發(fā)出的電能E1＝Pt 設每天消耗U為m kg，核裂變釋放的能量為 E2＝×6.0×1023×200×104×1.6×10－19② 由能量轉(zhuǎn)化得E1＝ηE2③ 由①②③式得m＝1.06 kg 答案：(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n＋200 MeV　(2)1.06 kg 16. 1996年清華大學和香港大學的學生合作研制了太陽能汽車，該車是以太陽能電池將所接受的太陽光能

19、轉(zhuǎn)化為電能而提供給電動機來驅(qū)動的.已知車上太陽能電池接收太陽光能的板面面積為8 m2，正對太陽能產(chǎn)生120 V的電壓，并對車上的電動機提供10 A的電流，電動機的直流電阻為4Ω，而太陽光照射到地面處時單位面積上的輻射功率為103W/m2. (1)太陽光的能量實際上是由質(zhì)子所參與的一系列反應所產(chǎn)生的，即在太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地進行著熱核反應，4個質(zhì)子聚變?yōu)?個氦核，寫出核反應方程. (2)該車的太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽光能的效率η1是多少. (3)若質(zhì)子、氦核、正電子的靜止質(zhì)量分別為mp＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27 kg，則m＝1

20、 kg的質(zhì)子發(fā)生上述熱核反應所釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為驅(qū)動該車的有用功，能夠維持該車行駛的時間是多少？ (4)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？若太陽質(zhì)量減少萬分之三，熱核反應不能繼續(xù)進行，計算太陽能存在多少年？ 解析：(1)4H→He＋2e (2)η1＝＝15% (3)∵ΔE＝(4mP－mα－2me)c2＝4.15×10－12J 而＝(UI－I2R)t ∴t＝1.30×1011s (4)太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為 Δm＝＝0.4×1010kg 太陽的質(zhì)量為2×1030kg，太陽還能存在的時間為 t＝＝s＝1.5×1017s＝5×109年 答案：(1)4H→He＋2e　(2)15%　(3)1.30×1011s　(4)0.4×1010kg　5×109年