2019高考物理二轮复习 专题六 原子与原子核 1-6-13 原子与原子核训练.docx

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1-6-13 原子与原子核 课时强化训练 1．(2018安徽A10联盟联考)如图所示为氢原子的能级图，已知金属铂的逸出功为6.34 eV，则下列说法正确的是(　　) A．处于基态的氢原子可以吸收能量为10.5 eV的光子而被激发 B．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射的光照射金属铂能发生光电效应 C．用能量为12.5 eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁 D．要使处于基态的氢原子发生电离，入射光子的能量只能等于13.6 eV [解析] 氢原子发生能级跃迁时，其只能吸收(或辐射)光子能量等于两能级间的能级差的光子，n＝1→n＝2吸收的光子能量为－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，n＝1→n＝3吸收的光子能量为－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，能量为10.5 eV的光子不能被吸收，A错误；从n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射光子的能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，大于金属铂的逸出功，能使金属铂发生光电效应，B正确；用能量为12.5 eV的电子轰击处于基态的氢原子，可能使氢原子发生能级跃迁，C错误；入射光子的能量大于13.6 eV时，可使处于基态的氢原子发生电离，D错误。 [答案] B 2．(2018山西考前测试)(多选)我国利用“墨子号”量子通信卫星在国际上率先实现了高速星地量子通信，初步构成了量子通信网络。关于量子理论，下列说法正确的是(　　) A．量子论是普朗克首先提出的，光量子理论则是爱因斯坦首先提出的 B．光的强度越大，则光子的能量也就越大 C．三种放射线α、β、γ，其本质上都是高能光子 D．大量氢原子从高能级向低能级跃迁时，只能发射某些特定频率的光子 [解析] 光的强度越大，光的频率不一定越大，所以光子能量不一定越大，B错。三种放射线α、β、γ中，α射线是氦核流，β射线是电子流，γ射线是光子流，所以C错，选项A、D说法正确。 [答案] AD 3．(2018河南调研联考)甲、乙光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为E1、E2。该金属的逸出功为(　　) A．E1＋E2 B．E1－E2 C．E1＋2E2 D．E1－2E2 [解析] 根据光电效应方程Ek＝hν－W0，对应甲光子有hν甲＝E1＋W0，对应乙光子有hν乙＝E2＋W0，又知hν甲＝2hν乙，解得W0＝E1－2E2，故选项D正确，选项A、B、C错误。 [答案] D 4．(2018安徽六校二联)近几年中国等许多国家积极发展“月球探测计划”，该计划中的科研任务之一是探测月球上氦3的含量。氦3是一种清洁、安全和高效的核发电燃料，可以采用在高温高压下用氘和氦3进行核聚变反应发电。若已知氘核的质量为2.013 6 u，氦3的质量为3.015 0 u，氦核的质量为4.001 51 u，质子质量为1.007 83 u，中子质量为1.008 665 u，1 u相当于931.5 MeV。则下列说法正确的是(　　) A．一个氘和一个氦3的核聚变反应释放的核能约为17.9 MeV B．氘和氦3的核聚变反应方程式：H＋He→He＋X，其中X是中子 C．因为聚变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 D．目前我国的秦山、大亚湾等核电站广泛使用氦3进行核聚变反应发电 [解析] 氘和氦3的核聚变反应方程式：H＋He→He＋H，可知X为质子，B项错误。释放的核能ΔE＝Δmc2＝(2.013 6＋3.015 0－4.001 51－1.007 83)931.5 MeV≈17.9 MeV，所以A项正确。因为聚变时释放能量，出现质量亏损，则反应后的总质量小于反应前的总质量，但是在核反应中质量数守恒，故C项错误。现在的核电站均使用核裂变反应发电，故D项错误。 [答案] A 5．(2018山东菏泽一模)如图所示为氢原子的能级图，一群氢原子处于n＝4的激发态，在向低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光子照射逸出功为1.90 eV的金属铯，下列说法正确的是(　　) A．这群氢原子能发出6种频率不同的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光波长最短 B．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝4能级跃迁到n＝1能级所发出的光频率最高 C．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75 eV D．金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85 eV [解析] 这群氢原子能发出C＝6种频率的光子，从n＝4能级跃迁到n＝3能级所发出的光的频率最小，波长最长，从n＝4能级跃迁到n＝1能级所发出的光的频率最高，波长最短，选项A、B错误；光电子的初动能最大值对应入射光子的频率最高，ΔE＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，由光电效应方程知Ek＝ΔE－W0＝10.85 eV，选项C错误，D正确。 [答案] D 6．(2018山西太原一模)(多选)下列说法正确的是(　　) A．铀238发生α衰变变成钍234时，α粒子与钍234的质量之和等于铀238的质量 B．铀238发生α衰变变成钍234时，α粒子与钍234的结合能之和一定大于铀238的结合能 C．β衰变中释放的β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚形成的高速电子流 D．核反应方程N＋He→O＋X中，X是质子且反应过程中系统动量守恒 [解析] 铀238发生α衰变时有质量亏损，故A错误；铀238发生α衰变变成钍234时，α粒子和钍234的结合能之和一定大于铀238的结合能，故B正确。β衰变的实质是原子核内部的一个中子变成一个质子和一个电子，并将电子发射到核外，形成β射线，故C错误。在核反应中质量数守恒，电荷数守恒，设X的质量数为m，电荷数为n，则有4＋14＝17＋m，2＋7＝8＋n，解得：m＝1，n＝1，所以X表示质子，核反应过程中系统动量守恒，故D正确。 [答案] BD 7．(2018广东五校一联)2017年11月17日，“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范，颁奖典礼上，习总书记为他“让座”的场景感人肺腑。下列有关核反应说法错误的是(　　) A．目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 B．重核裂变反应中一定有质量亏损 C.U＋n→Xe＋Sr＋dn，式中d＝2 D．铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小 [解析] 目前世界上的核潜艇都是利用重核裂变提供动力，A正确。重核裂变释放能量一定存在质量亏损，B正确。由核反应中质量数守恒可知d＝2，C正确。铀核裂变后生成的新核的比结合能比铀核的大，D错误。 [答案] D 8．(2018天津河东一模)下列说法正确的是(　　) A．对于某种金属，无论入射光多强，只要其频率低于极限频率就不能发生光电效应 B．由玻尔理论可知，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增大 C．微波和声波一样都只能在介质中传播 D．氡原子核的半衰期为3.8天，4个氡原子核经过7.6天一定只剩下一个未发生衰变 [解析] 根据光电效应方程：Ek＝hν－W，可以知道，当入射光的频率低于极限频率就不能发生光电效应，与入射光的强弱无关，故A正确；由玻尔理论可以知道，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要辐射一定频率的光子，电子的轨道半径减小，该过程中电场力做正功，电子的动能增大，电势能减小，故B错误；微波属于电磁波，能在真空中传播，而声波只能在介质中传播，不能在真空中传播，故C错误。半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，故D错误。 [答案] A 9．(2018江西上饶六校一联)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是：将放射性同位素O注入人体，参与人体的代谢过程。O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图像。根据PET的基本原理，下列说法正确的是(　　) A.O衰变的方程式为O→F＋e B．将放射性同位素O注入人体，O的主要用途是作为示踪原子 C．一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子 D．PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长 [解析] 由质量数守恒和电荷数守恒可知，O衰变的方程式为O→N＋e，故A错误；将放射性同位素O注入人体，O的主要用途是作为示踪原子，故B正确；一对正负电子湮灭后生成两个光子，故C错误；PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D错误。 [答案] B 10．(2018福建泉州检测)如图所示为氢原子的能级图，用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只辐射出三种不同频率的光a、b、c，频率νa>νb>νc，让这三种光照射逸出功为10.2 eV的某金属表面，则(　　) A．照射氢原子的光子能量为12.09 eV B．从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光频率为νb C．逸出的光电子的最大初动能为1.51 eV D．光a、b、c均能使该金属发生光电效应 [解析] 用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，受到激发后的氢原子只辐射出三种不同频率的光，则知受激发后的氢原子处于n＝3能级，可知照射氢原子的光子能量为(－1.51 eV)－(－13.6 eV)＝12.09 eV，A选项正确；n＝3→n＝1时：hνa＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，n＝2→n＝1时：hνb＝－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，n＝3→n＝2时：hνc＝－1.51 eV－(－3.4 eV)＝1.89 eV，则知从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光频率为νc，让这三种光照射逸出功为10.2 eV的某金属表面，光c不能使该金属发生光电效应，光a、b可使该金属发生光电效应，逸出的光电子的最大初动能为12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，故B、C、D错误。 [答案] A 11．(2018福建厦门质检)下列几幅图的有关说法正确的是(　　) A．图一中少数α粒子穿过金箔后方向不变，大多数α粒子穿过金箔后发生了较大角度的偏转 B．图二光电效应实验说明了光具有粒子性 C．图三中射线丙由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷 D．图四链式反应属于轻核的聚变，又称为热核反应 [解析] 在α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后方向基本不变，只有少数α粒子发生了较大角度的偏转，则A错误；光电效应实验说明了光具有粒子性，所以B正确；由左手定则可知，甲由α粒子组成，每个粒子带两个单位正电荷，故C错误；链式反应属于重核的裂变，故D错误。 [答案] B 12．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出的α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m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。 (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程。 (2)α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α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Δm。 [解析] 本题考查了原子核的衰变、动量和能量守恒、带电粒子在匀强磁场中的运动、质能方程等多个考点，是一道综合题，难度中等。 (1)X→Y＋He (2)设α粒子的速度大小为v，由qvB＝m，T＝，得 α粒子在磁场中运动周期T＝ 环形电流大小I＝＝ (3)由qvB＝m，得v＝ 设衰变后新核Y的速度大小为v′，系统动量守恒 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2 得Δm＝ 说明：若利用M＝m解答，亦可。 [答案] 见解析