2020版高考物理第十二章原子与原子核综合检测新人教版

第2讲原子和原子核时间：45分钟总分为：100分一、选择题(此题共14小题，每一小题6分，共84分。

其中1～11题为单项选择，12～14题为多项选择)1．(2019·广东揭阳一模)如下列图，x为未知的放射源，L为薄铝片，假设在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，如此x可能是()A．α射线和β射线的混合放射源B．纯α射线放射源C．纯γ射线放射源D．α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的α射线，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，说明没有射线或剩下的射线不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源，故A、B、C错误，D正确。

2．(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A．天然放射现象的发现，揭示了原子核是由质子和中子组成的B．玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C．天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现，揭示了原子核有复杂的结构，故A错误；玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论，故B正确；天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线，其中α射线是氦原子核，β射线是电子流，只有γ射线是高能量的电磁波，故C错误；卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构，在此根底上，他建立了原子的核式结构模型，故D错误。

3．(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道，香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞，如果每天抽1.5包香烟，一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。

210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核，新核的中子数比质子数多()A．38个B．40个C．42个D．44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X，其中子数为206－83＝123，中子数比质子数多123－83＝40，B正确。

第十二章第二讲原子与原子核一、单选题1.氢原子能级如图，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm。

以下判断正确的是()A. 氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656nmB. 用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n=1跃迁到n=2能级C. 一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D. 用波长为663nm的光照射，能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级2.以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是()A. 核反应 92238U→90234Tℎ+24He为重核裂变B. 90234Tℎ衰变为 86222Rn，经过3次α衰变，2次β衰变C. 原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子D. 汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子，并提出了原子核式结构学说3.以下说法中正确的是()A. 原子的核式结构学说，是卢瑟福根据天然放射实验提出来的B. 核反应方程： 49Be+ 24He→ 614C+X中的X为质子C. 614C的半衰期为5730年，若测得一古生物遗骸中的 614C含量只有活体中的1，则此遗骸距今约有817190年D. 一群氢原子处在n=4的能级，跃迁到较低能级时，辐射的光谱线条数为4条4.如图所示为氢原子的能级示意图，则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征，下列说法中正确的是()A. 一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时，能辐射出5种不同频率的光子B. 一群处于n=3能级的氢原子吸收能量为0.9eV的光子可以跃迁到n=4能级C. 处于基态的氢原子吸收能量为13.8eV的光子可以发生电离D. 若氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应，则从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应5.如图甲为氢原子能级图，大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，将其中频率最高的光子照射到某光电管的阴极K上，测得电路中电流随光电管两端电压变化的关系如图乙所示．则下列说法正确的是A. 跃迁时共发出4种频率的光B. 该C. 光光电管阴极K的逸出功为5.5eVD. 跃电子最大初动能与入射光的频率成正比迁放出的光子中有3种频率的光子可以使该阴极K发生光电效应6.家庭装修中不合格的瓷砖、洁具会释放出氡 86222Rn，氡 86222Rn具有放射性，是白血病的重要诱因之一。

第十二章 ⎪⎪⎪原子物理学[全国卷5年考情分析](说明：2014～2016年，本章内容以选考题目出现)氢原子光谱(Ⅰ)氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ) 放射性同位素(Ⅰ) 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆(Ⅰ)射线的危害和防护(Ⅰ) 以上5个考点未曾独立命题 第1节 光电效应 波粒二象性一、光电效应1．光电效应现象：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象 [注1]，称为光电效应，发射出来的电子称为光电子。

2．光电效应的四个规律 (1)每种金属都有一个极限频率。

(2)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。

(3)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。

(4)光电流的强度与入射光的强度成正比。

[注2] 3．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。

(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。

不同的金属对应着不同的极限频率。

二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。

其中h ＝6.63×10－34J·s 。

(称为普朗克常量)2．逸出功W 0使电子脱离某种金属所做功的最小值。

[注3] 3．最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。

4．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝hν－W 0。

(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。

三、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。

2．光电效应说明光具有粒子性。

3．光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。

【注解释疑】[注1] 光电效应现象可认为是光子把原子最外层的电子撞了出来，是一对一的关系，而且是瞬时的。

1.原子的核式结构模型(1)电子的发现:英国物理学家汤姆孙发现了电子。

(2)α粒子散射实验:1909~1911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大角度偏转,几乎被“撞”了回来。

(3)卢瑟福提出原子的核式结构模型:在原子中心有一个很小的核,原子几乎全部质量都集中在核里,带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2.氢原子的能级结构(1)玻尔理论①定态:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些能量状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。

②跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即hν=E m-E n。

(h是普朗克常量,h=6.626×10-34J·s)③轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道也是不连续的。

(2)基态和激发态:原子能量最低的状态叫基态,其他能量较高的状态叫激发态。

3.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成,它们统称为核子。

(2)原子核的核电荷数=质子数,原子核的质量数=质子数+中子数。

(3)同位素:具有相同质子数、不同中子数的原子。

同位素在元素周期表中的位置相同。

4.天然放射现象(1)天然放射现象:元素自发地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现。

天然放射现象的发现,说明原子核还具有复杂的结构。

(2)三种射线放射性元素放射出的射线共有三种,分别是α射线、β射线、γ射线。

其中α射线是高速运动的氦核,β射线是高速运动的电子流,γ射线是光子。

(3)半衰期①定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。

②影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的,跟原子所处的物理状态(如温度、压强)及化学状态(如单质、化合物)无关。

(4)α衰变和β衰变的实质α衰变:核内两个中子和两个质子作为一个整体从较大的原子核内抛射出来。

第二节 原子结构与原子核(建议用时：40分钟)一、单项选择题1．在同位素氢、氘、氚的核内具有一样的( )A ．核子数B ．电子数C ．中子数D ．质子数解析：选D.同位素是指在原子核中的质子数一样而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有一样的质子数，D 项正确．2．(2018·高考海南卷)234 90Th 的半衰期为24天.4 g 23490Th 经过72天还剩下( )A ．0B ．0.5 gC ．1 gD ．1.5 g 解析：选B.m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ＝4×⎝ ⎛⎭⎪⎫127224g ＝0.5 g ，B 正确． 3．以下关于玻尔原子理论的说法正确的答案是( )A ．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径是任意的B ．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射C ．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D ．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收 解析：选D.氢原子的轨道是不连续的，A 错误；电子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会产生电磁辐射，B 错误；氢原子在不同的轨道上的能级E n ＝1n 2E 1，电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要吸收光子，C 错误；氢原子辐射的光子的能量E ＝E n －E m ＝1n 2E 1－1m 2E 1＝hν，不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，D 正确．4．如下有关氢原子光谱的说法正确的答案是( )A ．氢原子的发射光谱是连续谱B ．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C ．氢原子光谱说明氢原子能量是连续的D ．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关解析：选B.由于氢原子发射的光子的能量E ＝E n －E m ＝1n 2E 1－1m 2E 1＝m 2－n 2n 2m 2E 1，所以发射的光子的能量值E 是不连续的，只能是一些特定频率的谱线，A 错误，B 正确；由于氢原子的轨道是不连续的，根据玻尔原子理论知氢原子的能级也是不连续的，即是分立的，C 错误；当氢原子从较高轨道第n 能级跃迁到较低轨道第m 能级时，发射的光子的能量为E ＝E n －E m ＝hν，显然n 、m 的取值不同，发射光子的频率就不同，故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差有关，D 错误．5．(2020·某某理工大附中期中)如下列图为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．如下说法正确的答案是( )A ．在图中的A 、B 两位置分别进展观察，一样时间内观察到屏上的闪光次数一样多B ．在图中的B 位置进展观察，屏上观察不到任何闪光C ．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果根本相似D ．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹解析：选C.放在A 位置时，一样时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线根本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A 错误；放在B 位置时，一样时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B 错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果根本相似，故C 正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D 错误．6．(2020·河北衡水统测)一放射性原子核X 静止在与纸面垂直的匀强磁场中，衰变后产生的原子核Y 与粒子的运动轨迹如图，如此( )A ．此次衰变可能为β衰变B ．Y 的质子数比X 的质子数小4C ．Y 的中子数比X 的中子数小4D ．轨迹2为Y 的运动轨迹解析：选D.衰变瞬间粒子和原子核Y 速度方向相反，根据轨迹图可知，两者在切点处受到的洛伦兹力方向相反，而两者处于同一磁场中，根据左手定如此可判断出两者带同种电荷，即X 发生的是α衰变，A 错误；Y 的质子比X 的质子数小2，Y 的中子数比X 的中子数小2，B 、C 错误；衰变过程遵循动量守恒定律，可得粒子和Y 的动量大小相等、方向相反，结合qvB ＝m v 2r可得电荷量越大，运动半径越小，故轨迹2为Y 的运动轨迹，D 正确．7．碘131的半衰期约为8天，假设某药物含有质量为m 的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有( )A.m 4B.m 8C.m 16D.m32 解析：选C.经过n 个半衰期剩余碘131的含量m ′＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫12n .因32天为碘131的4个半衰期，故剩余碘131的含量：m ′＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫124＝m 16，C 正确． 8．大科学工程“人造太阳〞主要是将氘核聚变反响释放的能量用来发电．氘核聚变反响方程是：21H ＋21H →32He ＋10n.21H 的质量为2.013 6 u, 32He 的质量为3.015 0 u ，10n 的质量为1.008 7 u ，1 u ＝931 MeV/c 2.氘核聚变反响中释放的核能约为( )A ．3.7 MeVB ．3.3 MeVC ．2.7 MeVD ．0.93 MeV 解析：选B.氘核聚变反响的质量亏损为Δm ＝2×2.013 6 u －(3.015 0 u ＋1.008 7 u)＝0.003 5 u ，释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931 MeV/c 2×c 2≈3.3 MeV ，B 正确．9.如下列图为氢原子的能级图，图中a 、b 、c 、d 对应氢原子的四次跃迁，可见光光子的能量范围为1.61～3.10 eV ，关于四次跃迁，如下说法正确的答案是( )A ．经历a 跃迁，氢原子吸收的光子能量为0.66 eVB ．经历b 跃迁，氢原子的轨道半径增大，原子核外电子的动能增大C ．经历c 跃迁，氢原子放出的光子是可见光光子D ．经历d 跃迁后，再用可见光照射跃迁后的氢原子，可使氢原子发生电离解析：选D.经历a 跃迁，氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66 eV ，A 错误；经历b 跃迁，氢原子吸收能量，轨道半径增大，但核外电子的动能会减小，B 错误；经历c 跃迁，氢原子辐射出的光子的能量为0.97 eV ，如此该光子不是可见光光子，C 错误；经历d 跃迁后，跃迁后的氢原子的电离能为1.51 eV ，因此用可见光光子照射可使其电离，D 正确．二、多项选择题10．(2020·山东济宁育才中学模拟)两个氘核以相等的动能E k 对心碰撞发生核聚变，核反响方程为21H ＋21H →32He ＋10n ，其中氘核的质量为m 1，氦核的质量为m 2，中子的质量为m 3.假设核反响释放的核能E 全部转化为动能，如下说法正确的答案是( )A ．核反响后氮核与中子的动量一样B ．该核反响释放的能量为E ＝(2m 1－m 2－m 3)c 2C ．核反响后氮核的动能为E ＋2E k4D ．核反响后中子的动能为E ＋E k4解析：选BC.核反响前后两氘核动量和为零，因而反响后氦核与中子的动量等大反向，故A 错误；该核反响前后释放的能量ΔE ＝(2m 1－m 2－m 3)c 2，故B 正确；由能量守恒可得：核反响后的总能量为E ＋2E k ，由动能与动量的关系E k ＝p 22m，且m He ＝3m n 可知，核反响后氦核的动能为E ＋2E k4，核反响后中子的动能为3〔E ＋2E k 〕4，故C 正确，D 错误． 11．(2019·高考某某卷)我国核聚变反响研究大科学装置“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根底．如下关于聚变的说法正确的答案是( )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解析：选AD.与核裂变相比轻核聚变更为安全、清洁，A 正确；自然界中最容易实现的聚变反响是氢的同位素氘与氚的聚变，不是任意两个原子核都能发生核聚变，B 错误；两个轻核发生聚变结合成质量较大的核时，放出巨大的能量，根据E ＝mc 2可知，聚变反响中存在质量亏损，如此总质量较聚变前减少，C 错误；两个轻核结合成质量较大的核的过程中要释放能量，核子的平均质量减少，所以核子的比结合能增加，D 正确．12．一静止的铝原子核2713Al 俘获一速度为1.0×107 m/s 的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si ，如下说法正确的答案是( )A ．核反响方程为p ＋2713Al →2814SiB ．核反响过程中系统动量守恒C ．核反响过程中系统能量不守恒D ．核反响前后核子数相等，所以生成物的质量等于反响物的质量之和解析：选AB.核反响方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B正确；题述核反响过程属于“二合一〞形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C错误；核反响过程释放能量，存在质量亏损现象，D错误．13.人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如下列图的关系．如下关于原子结构和核反响的说法正确的答案是( )A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．原子核A裂变成原子核B和C时放出的γ射线能使某金属板逸出光电子，假设增加γ射线强度，如此逸出光电子的最大初动能增大D．在核反响堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反响速度解析：选BD.原子核D、E聚变成原子核F，放出能量，A错误；A裂变成B、C，放出能量，B正确；增参加射光强度，光电子的最大初动能不变，C错误；镉棒能吸收中子，可控制核反响速度，D正确．14.氢原子的能级图如下列图，现有大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，如下说法正确的答案是( )A．这些氢原子可能发出6种不同频率的光B．钾的逸出功为2.22 eV，如此氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的外表打出光电子C．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小D．氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，氢原子能量减小，电子的动能增加解析：选AD.大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光的频率的种数n＝C24＝6，故A正确；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，释放的光子能量为1.89 eV，小于钾的逸出功2.22 eV，故不能产生光电效应，故B错误；由题图可知，氢原子由n＝2能级跃迁到n ＝1能级释放的光子能量不是最小的，光的频率不是最小的，故C错误；氢原子由n＝4能级跃迁到n＝3能级时，放出能量，故氢原子能量减小，同时电子向原子核靠近，库仑引力做正功，故电子动能增加，故D正确．三、非选择题15．在如下描述核过程的方程中，属于α衰变的是_________，属于β衰变的是_________，属于核裂变的是________，属于核聚变的是________．(填正确答案标号)A.14 6C →14 7N ＋ 0－1 eB.3215P →3216S ＋ 0－1 eC.238 92U →234 90Th ＋42HeD.14 7N ＋42He →17 8O ＋11HE.23592U ＋10n →14054Xe ＋9438Sr ＋210nF.31H ＋21H →42He ＋10n解析：一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C 项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E 项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F 项是轻核的聚变；另外，A 、B 项是β衰变，D 项是原子核的人工转变．答案：C AB E F16．(2019·高考江苏卷)(1)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：42He ＋6028Ni →6229Cu ＋11H ＋X ，该反响中的X 是________(选填“电子〞“正电子〞或“中子〞)．此后，对原子核反响的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变〞“核裂变〞或“核聚变〞)．(2)在“焊接〞视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m ，每个激光脉冲的能量E ＝1.5×10－2 J ．求每个脉冲中的光子数目．(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J ·s ，光速c ＝3×108 m/s.计算结果保存1位有效数字)解析：(1)根据核反响方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X 的质量数为1，电荷数为0，所以X 是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变．(2)光子能量ε＝hc λ，光子数目n ＝E ε，代入数据得n ＝5×1016.答案：(1)中子 核裂变 (2)5×1016。

原子和原子核一、选择题(本题共12小题，1～8题为单选题，9～12题为多选题．)1.(2018·秦皇岛模拟)如图所示，＋Q表示金原子核，α粒子射向金核时被散射，其偏转轨道可能是图中的( )A．b B．cC．d D．e解析：B 在α粒子的散射现象中粒子所受金原子核的作用力是斥力，故斥力指向轨迹的内侧，显然只有c符合要求，而b是不带电的，对于e则是带负电，而d是不可能出现此轨迹的，故B项正确，A、C、D项错误．2．不同元素都有自己独特的光谱线，这是因为各元素的( )A．原子序数不同B．原子质量数不同C．激发源能量不同D．原子能级不同解析：D 当原子从高能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后两个能级之差．由于原子的能级是分立的，所以放出光子的能量也是分立的，这就是产生原子光谱的原因；由于不同元素的能级差不同，故每种元素都有自己独特的光谱线，故A、B、C项错误，D项正确．3.如图所示为研究某未知元素放射性的实验装置，实验开始时在薄铝片和荧光屏之间有图示方向的匀强电场E，通过显微镜可以观察到，在荧光屏的某一位置上每分钟闪烁的亮点数．若撤去电场后继续观察．发现每分钟闪烁的亮点数没有变化；如果再将薄铝片移开，观察到每分钟闪烁的亮点数大大增加．由此可以判断，放射源发出的射线可能为( ) A．β射线和γ射线B．α射线和β射线C．β射线和X射线D．α射线和γ射线解析：D 放射性元素放射出的射线为α射线、β射线和γ射线，α射线贯穿能力弱，一张薄纸就可挡住，β射线贯穿能力较强．可贯穿铝片，γ射线穿过能力极强．α射线带正电，β射线带负电，在电场中偏转，γ射线不带电．由此可知，放射源发出的射线可能为α射线和γ射线．选项D正确．4．(2018·肇庆模拟)238 92U 的衰变有多种途径，其中一种途径是先衰变成210 83Bi ，然后可以经一次衰变变成210 a X(X 代表某元素)，也可以经一次衰变变成 b 81Ti ，最后都衰变变成206 82Pb ，衰变路径如图所示，下列说法中正确的是( )A ．过程①是β衰变，过程③是α衰变；过程②是β衰变，过程④是α衰变B ．过程①是β衰变，过程③是α衰变；过程②是α衰变，过程④是β衰变C ．过程①是α衰变，过程③是β衰变；过程②是β衰变，过程④是α衰变D ．过程①是α衰变，过程③是β衰变；过程②是α衰变，过程④是β衰变解析：B Bi 经过①变化为X ，质量数没有发生变化，为β衰变，X 经过③变化为Pb ，质量数少4，为α衰变，Bi 经过②变化为Ti ，电荷数少2，为α衰变，Ti 经过④变化为Pb ，电荷数增加1，为β衰变．故A 、C 、D 错误，B 正确．5．如图所示，图甲为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱，已知谱线a 是氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝2能级时的辐射光，谱线b 可能是氢原子在下列哪种情形跃迁时的辐射光( )A ．从n ＝3的能级跃迁到n ＝2的能级B ．从n ＝5的能级跃迁到n ＝2的能级C ．从n ＝4的能级跃迁到n ＝3的能级D ．从n ＝5的能级跃迁到n ＝3的能级解析：B 谱线a 是氢原子从n ＝4的能级跃迁到n ＝2的能级时的辐射光，波长大于谱线b ，所以a 光的光子频率小于b 光的光子频率，所以b 光的光子能量大于n ＝4和n ＝2间的能级差，n ＝3跃迁到n ＝2，n ＝4跃迁到n ＝3，n ＝5跃迁到n ＝3的能级差小于n ＝4和n ＝2的能级差；n ＝5和n ＝2间的能级差大于n ＝4和n ＝2间的能级差，A 、C 、D 错误，B 正确．6．已知处于某一能级n 上的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出10种不同频率的光，下列能表示辐射光波长最长的那种跃迁的示意图是( )解析：A 根据跃迁规律可知，能够发出10种不同频率的光，则氢原子从第5能级向低能级跃迁，辐射光波长最长，则频率最低，能级差最小，A 正确．7.(2018·衡水模拟)碳14可以用来作示踪剂标记化合物，也常在考古学中测定生物死亡年代，在匀强电场中有一个初速度可以忽略的放射性碳14原子核，它所放射的粒子与反冲核经过相等的时间所形成的径迹如图所示，a 、b 均表示长度，那么碳14的衰变方程可能为( )A.14 6C→42He ＋10 4BeB.14 6C→01e ＋145B C.14 6C→ 0－1e ＋14 7N D.14 6C→21H ＋12 5B 解析：A 对图线分析，根据类平抛运动，对放射出的粒子1有v 1t ＝b ，12·q 1E m 1t 2＝4b ，对反冲核2有v2t＝a，1 2·q2Em2t2＝2a，又根据动量守恒定律可得m1v1＝m2v2，联立解得q1＝2q2，故A正确．8.(2018·龙岩模拟)原子核的平均结合能与原子序数有如图所示的关系．下列关于原子核结构和核反应的说法中正确的是( )A．原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量B．原子核f裂变成原子核d和e时会有质量增加，要吸收能量C．原子核c中核子的平均质量要比原子核b的大D．原子核f中核子的平均质量要比原子核e的小解析：A 由图可知，a、b的一平均结合能小于c，原子核a和b聚变成原子核c时会有质量亏损，要放出能量，故A项正确；原子核f裂变成原子核d和e时，有质量亏损，放出能量，故B项错误；a、b聚变成c时有质量亏损，可知原子核c中核子的平均质量小于b，故C项错误；f裂变成d和e时，有质量亏损，可知f中核子的平均质量比原子核e的大，故D项错误．9.钚的一种同位素239 94Pu衰变时释放巨大能量，如图所示，其衰变方程为239 94Pu→235 92U＋42He ＋γ，则( )A．核燃料总是利用比结合能小的核B．核反应中γ的能量就是239 94Pu的结合能C.235 92U核比239 94Pu核更稳定，说明235 92U的结合能大D．由于衰变时释放巨大能量，所以239 94Pu比235 92U的比结合能小解析：AD 核燃料总是利用比结合能小的核，这样通过核反应才能放出原子能，选项A 正确．核反应中γ的能量是放出的能量，远小于239 94Pu的结合能，选项B错误.235 92U核比239 94Pu 核更稳定，说明235 92U的比结合能大，但不能说明结合能大，选项C错误．由于衰变时释放巨大能量，所以239 94Pu比235 92U的比结合能小，选项D正确．10．(2018·新余模拟)放射性物质碘131的衰变方程为131 53I→131 54Xe＋Y.根据有关放射性知识，下列说法正确的是( )A．生成的131 54Xe处于激发态，放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强B．若131 53I的半衰期大约是8天，取4个碘原子核，经16天就只剩下1个碘原子核了C．Y粒子为β粒子D.151 53I中有53个质子和131个核子解析：CD 生成的131 54Xe处于激发态，还会放射γ射线．γ射线的穿透能力最强，γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故A项错误；半衰期是一个统计规律，只对大量的原子核才适用，对少数原子核是不适用的．所以，若取4个碘原子核，经16天剩下几个碘原子核无法预测，故B项错误；反应方程中，131 53I→131 54Xe＋Y，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒，Y粒子为β粒子，故C项正确；电荷数等于质子数，可知131 53I中有53个质子，131表示质量数即核子数，故D项正确．11．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15 8O 注入人体，参与人体的代谢过程.15 8O 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 原理，下列说法正确的是( )A.15 8O 衰变的方程式为15 8O→15 7N ＋01eB ．将放射性同位素15 8O 注入人体，15 8O 的主要用途作为示踪原子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：AB 由质量数守恒和电荷数守恒可知，15 8O 的衰变方程式为15 8O →15 7N ＋01e ，故A 正确；将放射性同位素15 8O 注入人体，15 8O 的主要用途作为示踪原子，故B 正确；正负电子湮灭后生成两个光子，故C 错误；氧在人体内的代谢时间不长，PET 中所选的放射性同位素的半衰期应较短，故D 错误．12．月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3(32He)”的化学元素，是核聚变的重要原料之一．科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3”与“氘核(21H)”聚变生成“氦4(42He)”，下列说法中正确的是( )A ．核反应方程为32He ＋21H→42He ＋11HB ．核反应生成物的质量大于参加的反应物的质量C ．该核反应出现质量将亏损，释放能量D ．因为“氦3”比“氦4”的比结合能小，所以“氦3”比“氦4”稳定解析：AC 该核反应方程为32He ＋21H→42He ＋11H ，电荷数守恒，质量数守恒，故A 正确；关于“氦3(32He)”与“氘核(21H)”聚变生成“氦4(42He)”和质子，有大量的能量放出，根据爱因斯坦质能方程，知有质量亏损，生成物的质量小于参加的反应物的质量，故B 错误，C 正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D 错误．二、计算题(需写出规范的解题步骤)13．钚的放射性同位素239 94Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *、α粒子，而铀核激发态235 92U*立即衰变为铀核235 92U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：239 94Pu 、235 92U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 u ＝931.5 MeV/c 2.(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：(1)衰变方程为23994Pu ―→235 92U *＋α①235 92U *―→235 92U ＋γ②或合起来有239 94Pu ―→235 92U ＋α＋γ③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm ＝m Pu －m U －m α④放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2⑤ΔE 是铀核235 92U 的动能E U 、α粒子的动能E α和γ光子的能量E γ之和， ΔE ＝E U ＋E α＋E γ⑥可得E U ＋E α＝(m Pu －m U －m α)c 2－E γ⑦设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒有 m U v U ＝m αv α⑧又由动能的定义知E U ＝12m U v 2U ，E α＝12m αv 2α⑨ 由⑧⑨式得E U E α＝m αm U⑩ 由⑦⑩式得E α＝m U m U ＋m α[(m Pu －m U －m α)c 2－E γ] 代入题给数据得E α＝5.034 MeV.答案：(1)239 94Pu ―→235 92U ＋α＋γ (2)5.034 MeV。

《原子与原子核》综合检测(时间:90分钟　满分:100分)一、选择题(本题共12小题,每小题4分,共48分.在每小题给出的四个选项中,第1～8小题只有一个选项正确,第9～12小题有多个选项正确,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)1.下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是(　B　)A.图(甲):用紫外线照射到金属锌板表面时会发生光电效应,当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大B.图(乙):卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型C.图(丙):氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,会吸收一定频率的光子D.图(丁):原有10个氡222,经过一个半衰期的时间,一定还剩余5个解析:根据光电效应方程E k=hν-W0,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故A错误.卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,故B正确.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,能量减小,向外辐射光子,故C错误.半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,对少数的原子核不适用,故D错误.2.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看做静止不动,下列各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是(　C　)解析:α粒子散射实验中,入射的α粒子只有靠近金箔原子核时在其斥力作用下发生大角度偏转,图A,D中出现引力情况,这是不可能的,图B中其中一个α粒子的径迹不对,只有选项C正确.3.放射性原子的原子核在发生α衰变时,蕴藏在核内的能量会释放出来,使产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,辐射出γ光子,该光子在真空中的波长为λ,光速为c,普朗克常量为h,则(　B　)A.每个光子的能量为E=hB.每个光子的能量为E=hC.辐射过程中质量亏损为Δm=D.辐射过程中不发生质量亏损解析:根据爱因斯坦光子说,每个光子的能量E=hν,其中ν为光子的频率,而光速c=λν,故一个光子的能量E=h,故A错误,B正确;根据ΔE=Δmc2,那么辐射过程中质量亏损为Δm=,故C,D错误.4.国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,获得中子束流,可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台.下列核反应中放出的粒子为中子的是(　B　)A N俘获一个α粒子,产生O并放出一个粒子B Al俘获一个α粒子,产生P并放出一个粒子C B俘获一个质子,产生Be并放出一个粒子D Li俘获一个质子,产生He并放出一个粒子解析:根据质量数守恒、电荷数守恒,各选项核反应方程为N He O H,A错误;Al He P n,B正确;B H Be He,C错误;Li H He He,D错误.5.如图所示为查德威克发现中子的实验示意图,利用钋(Po)衰变放出的α粒子轰击铍Be),产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来.下列说法正确的是(　D　)A.α粒子是氦原子B.粒子Q的穿透能力比粒子P的强C.钋的α衰变方程为Po Pb HeD.α粒子轰击铍的核反应方程为He Be C n解析:α粒子是氦原子核,选项A错误;粒子P是中子,粒子Q是质子,由于质子带正电,当质子射入物质时,受到的库仑力作用会阻碍质子的运动,而中子不带电,不受库仑力作用,所以选项B错误;在钋衰变中,根据质量数和电荷数守恒知产生的是Pb,并非Pb,选项C错误He Be C n是查德威克发现中子的核反应方程,选项D正确.6.按照氢原子的玻尔模型,氢原子的核外电子绕原子核做圆周运动,轨道半径和对应的能量r n=n2r1,E n=(n=1,2,3…),电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,放出光子,(r1=0.053 nm,E1=-13.6 eV).则产生的光子频率(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,结果保留两位有效数字)(　C　)A.ν=1.5×1015 HzB.ν=2.0×1015 HzC.ν=2.5×1015 HzD.ν=4.5×1015 Hz解析:电子从半径较大的轨道n=2的激发态向半径较小的轨道基态跃迁时,r2=4r1,E2=-3.4 eV,故E2-E1=hν,解得ν=2.5×1015 Hz.7.关于近代物理学,下列说法正确的是(　B　)A.光电效应现象揭示了光具有波动性B.一群氢原子从n=4的激发态跃迁时,最多能辐射6种不同频率的光子C.卢瑟福通过α粒子散射实验证实原子核由质子和中子组成D.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经过7.6天后一定剩下1个氡原子核解析:光电效应现象揭示了光具有粒子性,故A错误;一群氢原子从n=4的激发态跃迁时,最多能辐射=6,即6种不同频率的光子,故B正确;卢瑟福通过α粒子散射实验证实原子的核式结构模型,故C错误;半衰期只适用大量原子核,对极个别原子核不适用,故D错误.8.下列说法中正确的是(　D　)A.升高放射性物质的温度,可缩短其半衰期B.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短C.某原子核经过一次α衰变和三次β衰变后,核内中子数减少4个D.核反应堆是人工控制链式反应的装置解析:半衰期的大小与温度无关,由原子核内部因素决定,故A错误;一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的频率太低,而波长太长,故B错误;某放射性元素经过1次α衰变和3次β衰变共产生1个He和3个e,所以质量数减少4,核电荷数减小1,根据质量数守恒和电荷数守恒得知,中子数减少3,故C错误;核反应堆是人工控制链式反应的装置,故D正确.9.氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是(　CD　)A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级解析:由h=E2-E1及氢原子能级关系可知,从n=2跃迁到n=1时释放光子波长为122 nm,故选项A错误;波长325 nm光子能量小于波长122 nm光子能量,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级,选项B错误;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多有3种可能,因此最多产生3种谱线,选项C正确;从n=3跃迁到n=2时辐射光的波长λ=656 nm,所以,只有当入射光波长为656 nm时,才能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级,选项D正确.10.用中子n)轰击铀核U)产生裂变反应,会产生钡核Ba)和氪核Kr)并释放出中子n),当达到某些条件时可发生链式反应.一个铀核U)裂变时,释放的能量约为200 MeV(1 eV=1.6×1J).以下说法正确的是(　BCD　)A U的裂变方程为U Ba Kr nB U的裂变方程为U n Ba Kr+nC U发生链式反应的条件与铀块的体积有关D.一个U裂变时,质量亏损约为3.6×10-28 kg解析:铀核在裂变过程中需要中子的轰击,产生链式反应,所以选项A 错误,选项B正确.而链式反应在进行过程中,还需要铀矿达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去,所以选项C正确.根据释放出来的核能,结合质能方程ΔE=Δmc2可知,反应过程中,亏损质量为Δm= kg=3.6×1 kg,选项D正确.11.科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚核反应获得能量,核反应方程分别为X+Y He H+4.9 MeV和H H He+X+17.6 MeV,下列表述正确的有(　AD　)A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应解析:由H H He+X+17.6 MeV,根据反应前后质量数、电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,因此X是中子,故选项A正确;再由X+Y He H+4.9 MeV,根据反应前后质量数、电荷数守恒可知,Y的质量数为6,电荷数为3,即其质子数为3,中子数也为3,故选项B错误;由于两个反应中都释放了能量,因此根据爱因斯坦质能方程可知,两个反应中都存在质量亏损,故选项C错误;根据核聚变反应的定义可知,氘和氚的核反应是核聚变反应,故选项D正确.12.一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中,由于发生了衰变而在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹,两圆半径之比为1∶16,下列判断正确的是(　BC　)A.该原子核发生了α衰变B.反冲原子核在小圆上逆时针运动C.原来静止的核,其原子序数为15D.放射的粒子与反冲核运动周期相同解析:衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动,轨道半径r=,因反冲核与放射的粒子动量守恒,而反冲核电荷量较大,所以其半径较小,并且反冲核带正电荷,由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动,选项B正确;在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动;且顺时针旋转,由左手定则可以判定一定带负电荷.因此,这个衰变为β衰变,放出的粒子为电子,衰变方程为A B e,选项A错误;由两圆的半径之比为1∶16可知,B核的核电荷数为16.原来的放射性原子核的核电荷数为15,其原子序数为15.即A为P(磷)核,B为S(硫)核,选项C正确;由周期公式T=可知,因电子的比荷比反冲核的比荷大,则反冲核在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期较大,选项D错误.二、非选择题(共52分)13.(6分)1946年,我国物理学家何泽慧发现铀核的四裂变,铀235核俘获中子后裂变成三个质量较大的核和一个质量较轻的核,径迹如图所示,在铀核裂变过程中,产生新核的核子平均质量 (选填“大于”“等于”或“小于”)铀核的核子平均质量,若释放的核能为ΔE,则此反应中发生质量亏损Δm为 (真空中的光速为c).解析:这是一个核裂变过程,有质量亏损,释放能量,反应后新核的核子平均质量小于反应前铀核的核子平均质量;根据质能方程可知,此反应中发生的质量亏损Δm=.答案:小于　评分标准:每空3分.14.(6分)用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,可以先后得到如图(a),(b),(c)所示的图样,这里的图样 (选填“是”或“不是”)光子之间相互作用引起的,实验表明光波是一种 (选填“概率波”或“物质波”).解析:用极微弱的红光做双缝干涉实验,随着曝光时间的延长,能出现题图所示现象,说明不是光子之间的相互作用引起的,该实验现象说明光波是一种概率波.答案:不是　概率波评分标准:每空3分.15.(6分)如图(甲)所示光电管的原理图,当频率为ν的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过.(1)当变阻器的滑片P向 (选填“左”或“右”)滑动时,通过电流表的电流将会减小.(2)由(乙)图I-U图像可知光电子的最大初动能为 .(3)如果不改变入射光的频率,而减小入射光的强度,则光电子的最大初动能 (选填“增加”“减小”或“不变”).解析:(1)由题图(甲)可知光电管两端所加的电压为反向电压,当变阻器的滑片P向右移动时,反向电压增大,光电子到达右端的数目减少,则通过电流表的电流变小.(2)当电流表电流刚减小到零时,电压表的读数为U,根据动能定理得,eU=m,则光电子的最大初动能为2 eV.(3)根据光电效应方程E k=hν-W0,知入射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变.答案:(1)右　(2)2 eV　(3)不变评分标准:每空2分.16.(10分)氢原子处于基态时,原子的能量为E1=-13.6 eV,当处于n=3的激发态时,能量为E3=-1.51 eV,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,求:(1)当氢原子从n=3的激发态跃迁到n=1的基态时,向外辐射的光子的波长是多少?(2)若要使处于基态的氢原子电离,至少要用多大频率的电磁波照射原子?(3)若有大量的氢原子处于n=3的激发态,则在跃迁过程中可能释放出几种频率的光子?其中最长波长是多少?解析:(1)根据能级之间能量差公式:ΔE=E m-E n得ΔE13=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV (2分)光子的能量与波长之间的关系ΔE= (1分)所以从n=3激发态跃迁到n=1基态时辐射的光的波长λ== m=1.03×10-7 m. (1分)(2)要使处于基态的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从第1能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量ε=hν=0-E1, (2分)解得,ν==Hz=3.3×1015Hz. (1分)(3)当大量氢原子处于n=3能级时,可释放出的光子频率种类为N==3(种) (1分)据玻尔理论在这3种频率光子中,当氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射的光子波长最长.依据E n=E1,知E2=×(-13.6)eV=-3.4 eV,因此=E3-E2 (1分)λ′== m=6.58×10-7 m. (1分)答案:(1)1.03×10-7 m　(2)3.3×1015 Hz　(3)3种　6.58×10-7 m17.(10分)一个原来静止的锂核Li)俘获一个速度为7.7×104m/s的中子后,生成一个氚核和一个氦核,已知氚核的速度大小为1.0×103 m/s,方向与中子的运动方向相反.(1)试写出核反应方程;(2)求出氦核的速度;(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变,可产生一个氦核,同时放出一个中子,求这个核反应释放出的能量.(已知氘核质量m D=2.014 102 u,氚核质量为m T=3.016 050 u,氦核的质量mα=4.002 603 u,中子质量m n=1.008 665 u,1 u=1.660 6×10-27 kg)解析:(1)核反应方程为Li n H He. (2分)(2)由动量守恒定律得,m n v0=-m T v1+mαv2. (2分)解得v2=. (1分)代入数据得v2=2×104 m/s,方向与中子的运动方向相同.(1分)(3)质量亏损为Δm=m D+m T-mα-m n, (2分)代入解得,Δm=3.136×10-29 kg. (1分)根据爱因斯坦质能方程得,核反应释放出的能量ΔE=Δmc2=2.82×10-12 J. (1分)答案:(1Li n H He(2)2×104 m/s,方向与中子的运动方向相同(3)2.82×10-12 J18.(14分)已知氘核H)质量为2.014 1 u,中子n)质量为1.008 7 u,氦核He)质量为3.016 0 u,1 u相当于931.5 MeV.(1)写出两个氘核聚变成He的核反应方程;(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字).(3)若两个氘核以相同的动能0.35 MeV做对心碰撞即可发生上述反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应后生成的氦核He)和中子n)的动能各是多少?解析:(1)由质量数守恒和电荷数守恒,写出核反应方程为H H He n. (4分)(2)反应过程中质量减少了Δm=2×2.014 1 u-1.008 7 u-3.016 0 u=0.003 5 u. (2分)反应过程中释放的核能ΔE=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV. (2分)(3)设n和He的动量分别为p1和p2,由动量守恒定律得,0=p1+p2 (2分)由此得p1和p2大小相等;由动能和动量关系E=及He核和n质量关系得,中子的动能E1是He核动能E2的3倍,即E1∶E2=3∶1 (2分)由能量守恒定律得,E1+E2=ΔE+2×0.35,由以上可以算出E2=0.99 MeV,E1=2.97 MeV. (2分)答案:(1H H He n(2)3.26 MeV　(3)0.99 MeV　2.97 MeV。

(建议用时：40分钟)一、单项选择题1．(2017·高考上海卷)在同位素氢、氘、氚的核内具有相同的()A．核子数B．电子数C．中子数D．质子数解析：选D.同位素是指在原子核中的质子数相同而中子数不同的元素，故氢、氘、氚的核内具有相同的质子数，D项正确．2．(2017·高考全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.013 6 u, 32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7 MeVB．3.3 MeVC．2.7 MeVD．0.93 MeV解析：选B.氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确．3. (2018·高考天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B.2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C.115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D.63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子解析：选B.根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知，147N＋42He→178O＋11H，A项错误；2713Al＋42He→3015P＋10n，B项正确；115B＋11H→84Be＋42He，C项错误；63Li＋11H→32He＋42He，D项错误．4．(2019·上海理工大附中期中)如图所示为卢瑟福α粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可观察α粒子在各个角度的散射情况．下列说法正确的是()A．在图中的A、B两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多B．在图中的B位置进行观察，屏上观察不到任何闪光C．卢瑟福选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D．α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到金原子后产生的反弹解析：选C.放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数应最多，说明大多数射线基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，说明较少射线发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故B错误；选用不同金属箔片作为α粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故C正确；α粒子发生散射的主要原因是α粒子受到金原子库仑力作用，且金原子质量较大，从而出现的反弹，故D错误．5．(2018·高考北京卷)在核反应方程42He＋147N→178O＋X中，X表示的是()A．质子B．中子C．电子D．α粒子解析：选A.由核反应方程中，电荷数守恒和质量数守恒可知，X为11H，选项A正确．6．(2016·高考上海卷)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则()A．a为电源正极，到达A板的为α射线B．a为电源正极，到达A板的为β射线C．a为电源负极，到达A板的为α射线D．a为电源负极，到达A板的为β射线解析：选B.从题图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子在初速度方向的位移小于到达B板的粒子在初速度方向的位移，粒子在初速度方向做匀速直线运动，则根据公式x＝v0t＝v0md2qU，两个粒子初速度v0相差不大，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离d2也相同，而电子的mq小得多，所以电子在初速度方向的位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故选项B正确．7．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2解析：选C.由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确，A、B、D错误．8．(2019·江苏清江中学高三模拟)如图所示为氢原子的能级图，当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时，辐射出光子a；当氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级时，辐射出光子b，则下列说法中正确的是()A．光子a的能量大于光子b的能量B．光子a的波长小于光子b的波长C．b光比a光更容易发生衍射现象D．在同种介质中，a光子的传播速度大于b光子的传播速度解析：选D.氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级的能级差小于从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时的能级差，根据E m－E n＝hν，知光子a的能量小于光子b的能量，故A错误；光子a的频率小于光子b的频率，所以b的频率大，波长小，所以a光更容易发生衍射，故B、C错误；光子a的频率小，则折射率小，根据v＝cn知，光子a在介质中的传播速度大于光子b在介质中的传播速度，故D正确．二、多项选择题9．科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→42He＋31H＋4.9 Me V和21H＋31H→42He＋X＋17.6 Me V，下列表述正确的有() A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD.核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由21H＋31H→42He＋X＋17.6 Me V知X为10n，由X＋Y→42He＋31H＋4.9 Me V知Y为63Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C 错误；X＋Y→42He＋31H＋4.9 Me V是原子核的人工转变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 Me V为轻核聚变，选项D正确．10．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.235 92U＋10n→140 54Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：选AC.β衰变时释放出电子(0－1e)，α衰变时释放出氦原子核(42He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是典型的核裂变反应，故选项A、C正确．11．(2016·高考全国卷Ⅲ改编)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si，下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋2713Al―→2814SiB．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和解析：选AB.核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，A项正确；微观粒子相互作用过程中，满足动量守恒定律，B项正确；题述核反应过程属于“二合一”形式的完全非弹性碰撞，机械能有损失，但对于封闭的系统，能量仍然守恒，C项错误；核反应过程中的机械能有损失，故存在质量亏损现象，D项错误．12.氢原子能级如图，当氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()A．氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB．用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n＝1跃迁到n＝2的能级C．一群处于n＝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633 nm的光照射，不能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级解析：选CD.根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，由ΔE＝hν＝h cλ得，从n＝1跃迁到n＝2能级需要光子的波长为121.6 nm，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确．13．如图为氢原子的能级示意图，则下列对氢原子跃迁的理解正确的是()A．由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为3.34 e V的金属发生光电效应B．大量处于n＝4能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，向外辐射6种不同频率的光子C．大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，用发出的光照射逸出功为3.34 e V 的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 e VD．如果用光子能量为10.3 e V的光照射处于n＝1能级的氢原子，则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级解析：选BC.氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，当氢原子从高能级跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为－3.4 e V－(－13.6 e V)＝10.2 e V，大于3.34 e V，所以一定能使逸出功为3.34 e V的金属发生光电效应，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子向基态跃迁时，辐射光子的种类为C24＝4×32＝6，B正确；大量处于n＝3能级的氢原子向n＝1能级跃迁时，辐射出的光子能量最大为－1.51 e V－(－13.6 e V)＝12.09 e V，用此光子照射逸出功为3.34 e V的金属，由爱因斯坦光电效应方程可得该金属的最大初动能为12.09 e V－3.34 e V＝8.75 e V，C正确；当氢原子由低能级向高能级跃迁时，氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差，而由氢原子的能级图可知任何两能级间的能量差都不等于10.3 e V，因此不能使n＝1能级的氢原子跃迁到较高的能级，D错误．三、非选择题14．按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量________(选填“越大”或“越小”)．已知氢原子的基态能量为E 1(E 1<0)，电子质量为m ，基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后，电子速度大小为________(普朗克常量为h )．解析：电子离原子核越远电势能越大，原子能量也就越大；根据动能定理有，hν＋E 1＝12m v 2，所以电离后电子速度为 2（hν＋E 1）m. 答案：越大 2（hν＋E 1）m 15．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s.(1)图甲中电极A 为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U c 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc ＝________Hz ，逸出功W 0＝________J ；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝________J.解析：(1)在光电效应中，电子向A 极运动，故电极A 为光电管的阳极．(2)由题图可知，铷的截止频率νc 为5.15×1014 Hz ，逸出功W 0＝hνc ＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J.(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz 时，由E k ＝hν－h νc 得，光电子的最大初动能为 E k ＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014 J≈1.23×10－19 J.答案：(1)阳极(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确] 3.41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确](3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]。

章末检测一、选择题1. 铝箔被a粒子轰击后发生了以下核反应Al Hh n。

下列判断正确的是()A n是质子B n是中子C.X 是Si 的同位素D.X 共有31 个核子答案 B n的质量数为1应为中子，则A选项错误而选项B正确;从反应方程知X为X,其电荷数为15,质量数为30,是磷元素的同位素,所以选项C和选项D均错误。

2. 根据a粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。

图中虚线表示原子核所形成的电场等势线,实线表示一个a粒子的运动轨道。

在a粒子从a运动到b再运动到C的过程中，下列说法中正确的是( )A. 动能先增大，后减小B. 电势能先减小，后增大C. 电场力先做负功，后做正功，总功等于零D. 加速度先变小，后变大答案 C a粒子带正电，它跟靶核之间存在排斥力。

在a粒子由a运动到C的过程中，排斥力先做负功后做正功，故a粒子的动能先减小后增大，电势能先增大后减小，故选项A和B均错误；由于a和c在同一等势面上，故a 粒子由a运动到c的全过程中电场力对它做的总功为零，故选项C正确；由库仑定律知a粒子受到的电场力先增大后减小，则其加速度先增大后减小，故选项D错误。

3. 氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中( )A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大，原子的能量增大B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小，原子的能量也减小C. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小，原子的能量增大D. 原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大，原子的能量增大答案D氢原子的核外电子从距核较近轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，原子的能量要增大，原子要吸收光子，因克服静电引力做功，原子的电势能要增大，但其动能减小，故ABC错误，D正确。

4. 用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能E k随入射光频率v变化的E k- v图像。