2020高中物理 第十九章 原子核單元測(cè)驗(yàn) 新人教版選修3-5（通用）

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1、第十九章 原子核 一選擇題（共15題） 1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列敘述正確的是字 （ ） A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減少 B．β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的 C．在α，β，γ，這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng) D．鈾核（U）衰變?yōu)殂U核（U）的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)8次α衰變和10次β衰變 2．放射性元素每秒有一個(gè)原子核發(fā)生衰變時(shí)，其放射性活度即為貝可勒爾。是核電站中核反應(yīng)的副產(chǎn)物，它可以衰變成，半衰期為天。福島核電站泄漏出的放射性物質(zhì)中就含有，當(dāng)?shù)卣谀炒螜z測(cè)中發(fā)現(xiàn)空氣樣品的放射性活度為本國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)值的倍。 下列說(shuō)法

2、正確的是（ ） A．一個(gè)核中有個(gè)核子 B．衰變成時(shí)放出的粒子為粒子 C．將該空氣樣品進(jìn)行加熱可以加快的衰變速度 D．至少經(jīng)過(guò)16天，該空氣樣品中的放射性活度才會(huì)達(dá)到本國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)值 3．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為He＋He―→2H＋He.關(guān)于He聚變下列表述正確的是（ ） A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量 B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核 C．聚變反應(yīng)沒(méi)有質(zhì)量虧損 D．目前核電站都采用He聚變反應(yīng)發(fā)電 4.仔細(xì)觀察氫原子的光譜,發(fā)現(xiàn)它只有幾條分離的不連續(xù)的亮線,其原因是( ) A.氫

3、原子只有幾個(gè)能級(jí) B.氫原子只能發(fā)出平行光 C.氫原子有時(shí)發(fā)光,有時(shí)不發(fā)光 D.氫原子輻射的光子的能量是不連續(xù)的,所以對(duì)應(yīng)的光的頻率也是不連續(xù)的 5．氫原子的部分能級(jí)如圖所示，大量處于激發(fā)態(tài)的氫原子從一束單一頻率的光中吸收了能量后，躍遷到某較高激發(fā)態(tài)，再向低能級(jí)躍遷時(shí)，可以發(fā)出種不同頻率的光子，其中能量最小的光子是氫原子 A．從躍遷到產(chǎn)生的 B．從躍遷到產(chǎn)生的 C．從躍遷到產(chǎn)生的 D．從躍遷到產(chǎn)生的 6.盧瑟福和他的助手做α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn),獲得了重要發(fā)現(xiàn):關(guān)于α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,下列說(shuō)法正確的是( ) A.證明了質(zhì)子的存在 B.證明了原子核是由質(zhì)子和中子組成的

4、 C.證明了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在一個(gè)很小的核里 D.說(shuō)明了原子中的電子只能在某些軌道上運(yùn)動(dòng) 7.下列關(guān)于放射性現(xiàn)象的說(shuō)法中,正確的是( ) A.原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了4 B.原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與α粒子的總質(zhì)量等于原來(lái)的原子核的質(zhì)量 C.原子核發(fā)生β衰變時(shí),生成核的質(zhì)量數(shù)比原來(lái)的原子核的質(zhì)量數(shù)多1 D.單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的 8．(2020·河北石家莊三月)正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)的基本原理是：將放射性同位素O注入人體，O在人體內(nèi)衰變放出的正電子與人體內(nèi)的負(fù)電子相遇湮滅轉(zhuǎn)化為一

5、對(duì)γ光子，被探測(cè)器采集后，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理生成清晰圖像．則根據(jù)PET原理判斷下列表述正確的是 ) A.O在人體內(nèi)衰變方程是O→N＋e B．正、負(fù)電子湮滅方程是e＋e→2γ C．在PET中，O主要用途是作為示蹤原子 D．在PET中，O主要用途是參與人體的新陳代謝 8．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：對(duì)于某種金屬 ( ) A．無(wú)論光強(qiáng)多強(qiáng)，只要光的頻率小于極限頻率就不能產(chǎn)生光電效應(yīng) B．無(wú)論光的頻率多低，只要光照時(shí)間足夠長(zhǎng)就能產(chǎn)生光電效應(yīng) C．超過(guò)極限頻率的入射光強(qiáng)度越弱，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越小 D．超過(guò)極限頻率的入射光頻率越高，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能就越大

6、10．裂變反應(yīng)是目前核能利用中常見(jiàn)的反應(yīng)．以原子核為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng)俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為： U ＋ n → Xe ＋ Sr＋3X 235．0432 1.0087 138.9178 93.9154 反應(yīng)方程下方的數(shù)字是中子及有關(guān)原子核的靜止質(zhì)量(以原子質(zhì)量單位 u 為單位，取1 u 的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3×102 MeV，此裂變反應(yīng)中 ( ) A．釋放出的能量是30×102 MeV，X是中子 B．釋放出的能量是30 MeV，X是質(zhì)子 C．釋放出的能量是1.8×102 MeV，X是中子 D．釋放出的能量是1.8×102 MeV，X是質(zhì)

7、子 11.氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí),下列說(shuō)法中正確的是( ) A.氫原子的能量增加 B.氫原子的能量減少 C.氫原子要吸收一定頻率的光子 D.氫原子要放出一定頻率的光子 12．（2020·北京·15）太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量最接近 A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg 13. （2020·全國(guó)卷Ⅱ·14）原子核與氘核反應(yīng)生成一個(gè)α粒子和一個(gè)質(zhì)子。由此

8、可知（ ） A．A=2，Z=1 B. A=2，Z=2 C. A=3，Z=3 D. A=3，Z=2 14．（2020·全國(guó)卷）原子核經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍?，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍?，再?jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍恕７派湫运プ?①、②和③依次為（ ） A．α衰變、β衰變和β衰變 B．β衰變、β衰變和α衰變 C．β衰變、α衰變和β衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變 15．（2020·重慶·1９）氫原子分能級(jí)示意圖如題19所示，不同色光的光子能量如下表所示。 色光 赤 橙 黃 綠 藍(lán)—靛 紫 光子能量范圍（eV） 1.61

9、~2.00 2.00~2.07 2.07~2.14 2.14~2.53 2.53~2.76 2.76~3.10 處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的光的譜線在可見(jiàn)光范圍內(nèi)僅有2條，其顏色分別為 1. 紅、藍(lán)靛 2. 黃、綠 3. 紅、紫 4. 藍(lán)靛、紫 二選擇題（共7題） 16．⑴氫原子第n能級(jí)的能量為，其中E1是基態(tài)能量。而n＝1，2，…。若一氫原子發(fā)射能量為的光子后處于比基態(tài)能量高出的激發(fā)態(tài)，則氫原子發(fā)射光子前后分別處于第幾能級(jí)？ ⑵一速度為v的高速α粒子（）與同方向運(yùn)動(dòng)的氖核（）發(fā)生彈性正碰，碰后α粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度（不計(jì)相對(duì)論修正）

10、17．人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開(kāi)發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過(guò)程。請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題。 ⑴盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。 請(qǐng)選擇其中的兩位，指出他們的主要成績(jī)。 ①__________________________________________________________ ②__________________________________________________________ 在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對(duì)放射線的 性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，下圖為三種射線在同一磁場(chǎng)中 的運(yùn)動(dòng)軌跡，請(qǐng)從三種射線中

11、任選一種，寫(xiě)出它的 名稱(chēng)和一種用途。 ________________________________________。 ⑵在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水 和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與核碰撞減 速，在石墨中與核碰撞減速。上述碰撞可簡(jiǎn)化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對(duì)心正碰，通過(guò)計(jì)算說(shuō)明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？ 18.一個(gè)靜止的氮核俘獲一個(gè)速度為2.3×107 m/s的中子生成一個(gè)復(fù)核A,A又衰變成B?C兩個(gè)新核.設(shè)B?C的速度方向與中子速度方向相同,B的質(zhì)量是中子的11倍,速度是106 m/

12、s,B?C在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑比為RBRC=1130.求: (1)C核的速度大小; (2)根據(jù)計(jì)算判斷C核是什么核; (3)寫(xiě)出核反應(yīng)方程. 19．原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級(jí)躍遷(在碰撞中，動(dòng)能損失最大的是完全非彈性碰撞)．一個(gè)具有13.6 eV動(dòng)能、處于基態(tài)的氫原子與另一個(gè)靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對(duì)心正碰． (1)是否可以使基態(tài)氫原子發(fā)生能級(jí)躍遷(氫原子能級(jí)如圖11所示)? (2)若上述碰撞中可以使基態(tài)氫原子發(fā)生電離，則氫原子的初動(dòng)能至少為多少？ 20．(2020年濟(jì)寧模擬)根據(jù)巴耳末公式，指出氫原子光譜在可見(jiàn)光范圍

13、內(nèi)波長(zhǎng)最長(zhǎng)的兩條譜線所對(duì)應(yīng)的n，它們的波長(zhǎng)各是多少？氫原子光譜有什么特點(diǎn)？ 21. （海南省海口市2020屆高三調(diào)研測(cè)試）（1）已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為υ0 ，當(dāng)用頻率為2υ0的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為 。當(dāng)照射光的頻率繼續(xù)增大時(shí)，則逸出功 （填“增大”“減小”或“不變”） （2）如圖所示，一個(gè)有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，MN是磁場(chǎng)的左邊界。在距磁場(chǎng)左邊界MN的1.0m處有一個(gè)放射源A，內(nèi)裝放射物質(zhì)（鐳）,發(fā)生α衰變生成新核Rn（氡）。放在MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊

14、界MN方向射出的α粒子，此時(shí)接收器位置距直線OA的距離為1.0m。 ① 試寫(xiě)出Ra的衰變方程； ② 求衰變后Rn（氡）的速率.（質(zhì)子、中子的質(zhì)量為1.6×10-27kg，電子電量e=1.6×10-19C） 22．氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E1=－13.6eV，已知電子電量e =1.6×10—19C，電子質(zhì)量m=0.91×10—30kg，氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1=0.53×10-10m. （1）氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流，則氫原子處于n=2的定態(tài)時(shí)，核外電子運(yùn)動(dòng)的等效電流多大？ （用K，e，r1，m表示，不要求代入數(shù)據(jù)） （2）若要使處于

15、n=2的氫原子電離，至少要用頻率多大的電磁波照射氫原子？ （3）若已知鈉的極限頻率為6.00×1014Hz，今用一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)射的光譜照射鈉，試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明有幾條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)？ 答案： 1．答案：C 2．答案：AD 3．【答案】B 【詳解】輕核聚變而生成質(zhì)量較大(中等)的新核．故B正確． 4．【答案】選D. 【詳解】光譜中的亮線對(duì)應(yīng)不同頻率的光,“分離的不連續(xù)的亮線”對(duì)應(yīng)著不同頻率的光,B、C錯(cuò).氫原子在不同的能級(jí)之間躍遷時(shí),輻射不同能量的光子,并且滿足E=hν.能量不同,相應(yīng)光子頻率不同,體現(xiàn)在光譜上是一些不連續(xù)的亮線,A錯(cuò)

16、誤D正確. 5答案：B 6．【答案】選C. 【詳解】α粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)存在一個(gè)集中了全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量的核.數(shù)年后盧瑟福發(fā)現(xiàn)核內(nèi)有質(zhì)子并預(yù)測(cè)核內(nèi)存在中子,所以C對(duì),A、B錯(cuò).玻爾發(fā)現(xiàn)了電子軌道量子化,D錯(cuò). 7．【答案】選D. 【詳解】原子核發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來(lái)的原子核相比,中子數(shù)減少了2,A錯(cuò)誤;生成核與α粒子的總質(zhì)量小于原來(lái)的原子核的質(zhì)量,B錯(cuò)誤;原子核發(fā)生β衰變時(shí),生成核的質(zhì)量數(shù)與原來(lái)的原子核的質(zhì)量數(shù)相同,C錯(cuò)誤;放射性元素的半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定,跟元素的化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),所以單質(zhì)的鈾238與化合物中的鈾238的半衰期是相同的,D正確. 8．【答案】A

17、BC 【詳解】由題意知A、B正確，顯像的原理是采集γ光子，即注入人體內(nèi)的O衰變放出正電子和人體內(nèi)的負(fù)電子湮滅轉(zhuǎn)化為γ光子，因此O主要用途是作為示蹤原子，故C對(duì)，D錯(cuò)． 9．【答案】AD 【詳解】根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知A正確，B、C錯(cuò)誤．根據(jù)光電效應(yīng)方程mv＝hν－W，頻率ν越高，初動(dòng)能就越大，D正確． 10．【答案】C 【結(jié)束】據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷X是中子．Δm＝(235.0432＋1.0087－138.9178－93.9154－3×1.0087) u＝0.1926 u，可見(jiàn)該反應(yīng)釋放能量，釋放的能量ΔE＝0.1926×9.3×102 MeV＝1.8×102 MeV.

18、故C正確． 11．【答案】B、D 【詳解】(1)選B、D.氫原子的核外電子離原子核越遠(yuǎn),氫原子的能量(包括動(dòng)能和勢(shì)能)越大.當(dāng)氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時(shí),原子的能量減少,氫原子要放出一定頻率的光子.顯然,選項(xiàng)B、D正確. 12．【答案】 D 【解析】根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，kg，D正確 13．【答案】D 【解析】，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的守恒，解得，答案D。 14．【答案】A 【解析】,質(zhì)量數(shù)少4,電荷數(shù)少2,說(shuō)明①為α衰變. ,質(zhì)子數(shù)加1,說(shuō)明②為β衰變,中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子. ,質(zhì)子數(shù)加1,說(shuō)明③為β衰變,中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子. 15．【答案】A 【解

19、析】如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級(jí)，能夠發(fā)出10.2 eV的光子，不屬于可見(jiàn)光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級(jí)，能夠發(fā)出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三種光子，只有1.89 eV屬于可見(jiàn)光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級(jí)，能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子，1.89 eV和2.55 eV屬于可見(jiàn)光，1.89 eV的光子為紅光，2.55 eV的光子為藍(lán)—靛，A正確。 16解析：⑴設(shè)氫原子發(fā)射光子前后分別位于第l與第m能級(jí)，依題意有： 解得：m＝2 l＝4 ⑵設(shè)碰撞前后氖核速度分別

20、為v0、vNe，由動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒定律得： 且： 解得： 17解析：解：⑴盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型（或其他成就） 玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜（或其他成就） 查德威克發(fā)現(xiàn)了中子（或其他成就）。 ⑵設(shè)中子質(zhì)量為Mn，靶核質(zhì)量為M 由動(dòng)量守恒定律： Mnv0＝Mnv1+Mv2 由能量守恒定律： 解得： 在重水中靶核質(zhì)量：MH＝2Mn 在石墨中靶核質(zhì)量：Mc＝12Mn 與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好。 18．解析:(1)設(shè)中子的質(zhì)量為m,則氮核的質(zhì)量為14m,B核的質(zhì)量為11m,C核的質(zhì)量為4m,根據(jù)

21、動(dòng)量守恒可得:mv0=11mvB+4mvC,代入數(shù)值解得vC=3×106 m/s. (2)根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑公式:R=可得:所以;又qC+qB=7e 解得:qC=2e,qB=5e,所以C核為^4_2He. (3)核反應(yīng)方程147 N+10n→115B+42He. 答案:(1)3×106 m/s (2)^4_2He (3)147 N+10n→115B+42He[BW(S(S0,,)G29mm] 19.【答案】(1)不能 (2)27.2 eV 【詳解】(1)設(shè)運(yùn)動(dòng)氫原子的速度為v0，完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動(dòng)能ΔE被基態(tài)氫原子吸收．若ΔE

22、＝10.2 eV，則基態(tài)氫原子可由n＝1躍遷到n＝2.由動(dòng)量守恒和能量守恒有： mv0＝2mv① mv＝mv2＋mv2＋ΔE② mv＝Ek③ Ek＝13.6 eV④ 解①②③④得，ΔE＝·mv＝6.8 eV 因?yàn)棣＝6.8 eV<10.2 eV. 所以不能使基態(tài)氫原子發(fā)生躍遷． (2)若使基態(tài)氫原子電離，則ΔE＝13.6 eV，代入①②③得Ek＝27.2 eV. 20．【答案】6.5×10－7 m 4.8×10－7 m 不連續(xù)的線狀譜 【詳解】根據(jù)巴耳末公式＝R(－)，得 當(dāng)n＝3,4時(shí)氫原子發(fā)光所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)最長(zhǎng) 當(dāng)n＝3時(shí)有＝1.10×107×(－) 解得λ1＝6

23、.5×10－7m 當(dāng)n＝4時(shí)有＝1.10×107×(－) 解得λ2＝4.8×10－7 m. 除巴耳末系外，在紅外和紫外光區(qū)的其他譜線也都是滿足與巴耳末公式類(lèi)似的關(guān)系式，即＝R(－)．其中a分別為1,3,4，…對(duì)應(yīng)不同的線系，由此可知?dú)湓庸庾V是由一系列線系組成的不連續(xù)的線狀譜 21答案：（1）hv0 不變 （2）① ②對(duì)α粒子 動(dòng)量守恒得 22．解：（1）氫原子核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，庫(kù)倫力作向心力，有 ① 其中 根據(jù)電流強(qiáng)度的定義 ②由①②得 ③ （2）要使處于n=2的氫原子電離，照射光光子的能量應(yīng)能使電子從第2能級(jí)躍遷到無(wú)限遠(yuǎn)處，最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為： 得 Hz， （3）由于鈉的極限頻率為6.00×1014Hz，則使鈉發(fā)生光電效應(yīng)的光子的能量至少為 eV=2.486 eV 一群處于n=4的激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)射的光子，要使鈉發(fā)生光電效應(yīng)，應(yīng)使躍遷時(shí)兩能級(jí)的差，所以在六條光譜線中有、、、四條譜線可使鈉發(fā)生光電效應(yīng)。