2019年高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題六 原子物理與物理學(xué)史 第15講 原子與原子核練案

專題六第15講 原子與原子核限時(shí)：40分鐘一、選擇題(本題共12小題，其中19題為單選，1012題為多選)1(2018·四川省涼山州高三第三次診斷試題)關(guān)于近代物理學(xué)，下列說法正確的是(A)A氫核聚變過程釋放能量，一定伴隨著質(zhì)量虧損B放射性物質(zhì)的半衰期受環(huán)境溫度的影響C粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子核是可分的D能量為4.0eV的光子射到某一金屬表面時(shí)，從金屬表面逸出的電子最大初動能為0.5eV，為使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光的能量可以為1.5eV解析根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2，聚變過程釋放能量，一定伴隨著質(zhì)量虧損，故A正確；放射性物質(zhì)的半衰期與一切物理變化，化學(xué)變化無關(guān)，故B錯(cuò)誤；粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，天然放射現(xiàn)象揭示了原子核是可分的，故C錯(cuò)誤；根據(jù)Ekhh0，h04.5eV1.5eV3eV，可知為使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光的能量要大于3eV。2(2018·福建省莆田市高三下學(xué)期模擬)下列說法正確的是(C)A組成原子核的核子越多，原子核越穩(wěn)定BU衰變?yōu)镽n經(jīng)過2次衰變、4次衰變C診斷甲狀腺疾病時(shí)，給病人注射放射性同位素的目的是將其作為示蹤原子D結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定解析原子比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，核子越多的原子核不一定穩(wěn)定，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；因?yàn)樗プ儠r(shí)質(zhì)量數(shù)不變，所以衰變的次數(shù)n4，在衰變的過程中電荷數(shù)總共少4×28，則衰變的次數(shù)m2，故B錯(cuò)誤；診斷甲狀腺疾病時(shí)，給病人注射放射性同位素的目的是將其作為示蹤原子，選項(xiàng)C正確；比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選C。3(2018·山東省濰坊市高三下學(xué)期一模)2017年12月29日，中國首個(gè)快堆核電示范工程在福建霞浦開工建設(shè)。“快堆”核反應(yīng)進(jìn)程依次為UUNpPu，下列說法正確的是(D)AU和U是同位素，其原子核內(nèi)中子數(shù)相同BU變?yōu)閁發(fā)生了衰變CU變?yōu)閁發(fā)生了衰變D1gU經(jīng)過一個(gè)半衰期，U原子核數(shù)目變?yōu)樵瓉淼囊话虢馕鯱的質(zhì)子數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為238，則中子數(shù)為146，U的質(zhì)子數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為239，則中子數(shù)為147，所以U和U是同位素，其原子核內(nèi)中子數(shù)不相同，故A錯(cuò)誤；經(jīng)過1次衰變，電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，發(fā)生1次衰變，電荷數(shù)多1，質(zhì)量數(shù)不變，UU反應(yīng)過程中，質(zhì)子數(shù)不變，質(zhì)量數(shù)增加1，既不是衰變也不是衰變，故BC錯(cuò)誤；1gU經(jīng)過一個(gè)半衰期，U原子核數(shù)目變?yōu)樵瓉淼囊话?，故D正確；故選D。4(2018·陜西省西交大附中高三下學(xué)期期中)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與頻率關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是(B)解析根據(jù)黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律，黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長的關(guān)系為：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，則各種頻率的輻射強(qiáng)度也都增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動，即頻率較大的方向移動，分析圖象，只有B項(xiàng)符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律，故B項(xiàng)正確。故選B。5(2018·北京市平谷區(qū)高三下學(xué)期理綜模擬)2017年11月30日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊自然發(fā)表了中國首顆暗物質(zhì)探測衛(wèi)星“悟空”的首批成果：發(fā)現(xiàn)太空中的反常電子信號?！拔蚩铡辈捎玫氖怯芍袊茖W(xué)家自主提出的分辨粒子種類的新探測技術(shù)方法，既能探測低能區(qū)，也能探測高能區(qū)，特別是首次走進(jìn)能量為1TeV(1TeV1.0×1012eV，e1.6×1019C)以上的“無人區(qū)”，“悟空”首次直接測量到了能譜在1TeV處的“拐折”及在1.4TeV處的“尖峰”。從目前數(shù)據(jù)分析來看，產(chǎn)生“奇異”電子信號的來源很可能是暗物質(zhì)湮滅或衰變。如果進(jìn)一步證實(shí)了這種觀點(diǎn)，人們就可以根據(jù)“悟空”的探測結(jié)果獲知暗物質(zhì)粒子的質(zhì)量和湮滅率。結(jié)合上述信息，下列說法正確的是(B)A“拐折”處的電子宇宙射線粒子的能量高達(dá)1.6×1031JB電子宇宙射線從地球赤道上空垂直射向地面時(shí)，在地球磁場的作用下會向西偏轉(zhuǎn)C假設(shè)暗物質(zhì)湮滅虧損的質(zhì)量為m，則湮滅過程中釋放的能量為Emc(c為光在真空中的傳播速度)D若暗物質(zhì)衰變的規(guī)律與普通放射性元素相同，則其半衰期隨溫度的升高而減小解析“拐折”處的電子宇宙射線粒子的能量高達(dá)1.0×1012eV1.0×1012×1.6×1019J1.6×107J，故A錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則，電子宇宙射線從地球赤道上空垂直射向地面時(shí)，在地球磁場的作用下會向西偏轉(zhuǎn)，故B正確；假設(shè)暗物質(zhì)湮滅虧損的質(zhì)量為m，根據(jù)質(zhì)能方程則湮滅過程中釋放的能量為Emc2，故C錯(cuò)誤；若暗物質(zhì)衰變的規(guī)律與普通放射性元素相同，衰變是由原子核內(nèi)部因素決定的，與外界環(huán)境無關(guān)，故D錯(cuò)誤；故選B。6(2018·廣東省汕頭市高三下學(xué)期4月模擬)紫外光電管是利用光電效應(yīng)原理對油庫等重要場所進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警的裝置，其工作電路如圖所示，其中A為陽極，K為陰極，只有當(dāng)明火中的紫外線照射到K極時(shí)，c、d端才會有信號輸出，已知地球表面太陽光中紫外線波長主要在3l5nm400nm之間。而明火中的紫外線波長主要在200nm280nm之間，下列說法正確的是(C)A要實(shí)現(xiàn)有效報(bào)警，照射光電管的紫外線波長應(yīng)大于280nmB明火照射到K極時(shí)間要足夠長，c、d端才會有輸出電壓C僅有太陽光照射光電管時(shí)，c、d端輸出的電壓為零D火災(zāi)報(bào)警時(shí)，照射光電管的紫外線波長越大，逸出的光電子最大初動能越大解析根據(jù)題意要實(shí)現(xiàn)有效報(bào)警，照射光電管的紫外線波長應(yīng)介于200nm280nm之間，故A錯(cuò)；光電效應(yīng)的發(fā)生具有瞬時(shí)性，故B錯(cuò)；僅有太陽光照射光電管時(shí)，由于波長大于明火的波長即頻率小于明火的頻率，所以不能發(fā)生光電效應(yīng)，回路中沒有電流，c、d端也就沒有電壓，故C正確；火災(zāi)報(bào)警時(shí)，照射光電管的紫外線波長越大，則頻率越小，那么逸出的光電子最大初動能就越小，故D錯(cuò)誤；故選C。7(2018·廈門市高三下學(xué)期第二次質(zhì)量檢測)根據(jù)玻爾原子理論，氫原子的能級公式為En(E1為氫原子在基態(tài)時(shí)的能量)，一群氫原子從n4能級向低能級躍遷時(shí)，輻射出的光子中能量最大值為(B)ABCD解析從n4能級躍遷到n1能級光子能量最大，最大為EE4E1E1，B正確。8(2018·全國押題卷二)在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，有一原來靜止的原子核，該核衰變后，放出的帶電粒子和反沖核的運(yùn)動軌跡分別如圖中a、b所示，由圖可以判定(B)A該核發(fā)生的是衰變B該核發(fā)生的是衰變Ca表示反沖核的運(yùn)動軌跡D磁場方向一定垂直紙面向里解析放射性元素放出粒子時(shí)，粒子與反沖核的速度相反，而電性相同，則兩個(gè)粒子受到的洛倫茲力方向相反，兩個(gè)粒子的軌跡應(yīng)為外切圓。而放射性元素放出粒子時(shí)，粒子與反沖核的速度相反，而電性相反，則兩個(gè)粒子受到的洛倫茲力方向相同，兩個(gè)粒子的軌跡應(yīng)為內(nèi)切圓，故放出的是粒子A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)動量守恒定律，質(zhì)量大的速度小，而速度小的，運(yùn)動半徑較小，而b的質(zhì)量較大，因此b是反沖核的運(yùn)動軌跡，故C錯(cuò)誤；粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，磁場方向不同，粒子旋轉(zhuǎn)的方向相反，由于粒子的速度方向未知，不能判斷磁場的方向，故D錯(cuò)誤。故選B。9(2018·北京市平谷區(qū)高三下學(xué)期理綜模擬)LED，英文lightemittingdiode的簡稱，又稱發(fā)光二極管。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，它由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，里面擁有多余的帶正電荷的空穴，另一端是N型半導(dǎo)體，里面擁有多余的電子。電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片，自由電子在通過二極管時(shí)會陷入P型層中的空穴，這一過程中電子會從傳導(dǎo)帶向低軌道躍遷，因而電子會以光子的形式釋放出能量。晶片材料的傳導(dǎo)帶與低軌道之間的能級差，決定光子的頻率，當(dāng)二極管由某些特定材料制成時(shí)，就能發(fā)出可見光子。LED因其獨(dú)特的構(gòu)造，多數(shù)光子不會被半導(dǎo)體材料自身吸收，因而能向外釋放大量的光子。根據(jù)以上信息，下列說法正確的是(C)A白熾燈是通過加熱燈絲發(fā)光的，LED燈也需要通過加熱才能發(fā)光，它們工作時(shí)都會散發(fā)大量的熱B傳導(dǎo)帶與低軌道之間的能級差越大，電子躍遷時(shí)輻射出光子的波長越長C普通硅二極管工作時(shí)不能產(chǎn)生可見光，而只會發(fā)出紅外線，是由于該材料的傳導(dǎo)帶與低軌道之間的能級差太小DLED燈與普通燈泡一樣，沒有正負(fù)極解析熒光燈的發(fā)光效率比白熾燈高，用起來比白熾燈省電，其原因在于熒光燈和白熾燈的發(fā)光方式不同，熒光燈的發(fā)光原理就有所不同，故A錯(cuò)誤；傳導(dǎo)帶與低軌道之間的能級差越大，電子躍遷時(shí)輻射出光子的頻率越高，電子躍遷時(shí)輻射出光子的波長越短，故B錯(cuò)誤；普通硅二極管工作時(shí)不能產(chǎn)生可見光，而只會發(fā)出紅外線，是由于該材料的傳導(dǎo)帶與低軌道之間的能級差太小，電子躍遷時(shí)輻射出光子的頻率太低，故C正確；單個(gè)LED燈是分正負(fù)極的，反向不能發(fā)光，LED節(jié)能燈就不分正負(fù)，直接用在交流電上，故D錯(cuò)誤；故選C。10(2018·山東省歷城高三下學(xué)期模擬)下列四幅圖的有關(guān)說法中正確的是(BC)A圖(1)中的人用大錘連續(xù)敲打，小車能在光滑的水平面上持續(xù)向右運(yùn)動B圖(2)中若改用綠光照射，驗(yàn)電器金屬箔可能不張開C圖(3)為氫原子能級示意圖，一群氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級時(shí)，能使逸出功為2.21eV的金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條D圖(4)可以得知原子核F的比結(jié)合能小于原子核E的比結(jié)合能，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會有質(zhì)量虧損，要釋放能量解析用錘打車，是人(包括鐵錘)和車系統(tǒng)的內(nèi)力，系統(tǒng)在水平方向所受的外力之和為零，所以系統(tǒng)的總動量守恒，人和車的初動量為零，根據(jù)動量守恒定律，如果錘頭打下去時(shí)錘頭向右運(yùn)動，車就向左運(yùn)動，舉起錘頭時(shí)錘頭向左運(yùn)動，車就向右運(yùn)動，用錘頭連續(xù)敲擊時(shí)，車只是左右運(yùn)動，錘頭不動，車就停下來，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；紫光燈照射時(shí)，金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)，換用頻率更小的綠光照射，可能不產(chǎn)生光電效應(yīng)，驗(yàn)電器金屬箔可能不張開，故B項(xiàng)正確；一群氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級時(shí)，一共能產(chǎn)生6條光譜線，其中n4到n3的光子能量不能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，還有n3到n2的光子能量不能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，其余4種光子能量都大于2.21eV能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，故C項(xiàng)正確；原子核F的平均核子質(zhì)量小于原子核E的平均核子質(zhì)量，原子核F的比結(jié)合能大于原子核E的比結(jié)合能，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)核子平均質(zhì)量減小，會有質(zhì)量虧損，要釋放能量，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。11(2018·湖北省襄陽市高三下學(xué)期模擬)用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關(guān)系如圖所示。已知普朗克常量為h，被照射金屬的逸出功為W0，遏止電壓為Uc，電子的電荷量為e，則下列說法正確的是(AD)A甲光的強(qiáng)度大于乙光的強(qiáng)度B甲光的頻率大于乙光的頻率C甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子初動能均為eUcD乙光的頻率為解析根據(jù)光的強(qiáng)度越強(qiáng)，則光電子數(shù)目越多，對應(yīng)的光電流越大，可判定甲光的強(qiáng)度較大，選項(xiàng)A正確；由光電效應(yīng)方程EkmhW0，EkmUce，結(jié)合題圖可知，甲、乙光的遏止電壓相同，故甲、乙光的頻率相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；甲光照射時(shí)產(chǎn)生的光電子的最大初動能均為eUc，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)EkmhW0Uce，可得，選項(xiàng)D正確。12(2018·浙江省杭州市高三下學(xué)期預(yù)測卷)氫原子的部分能級如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級躍遷時(shí)輻射出不同頻率的光。已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間。由此可推知(BCD)A從高能級向n3能級躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率比可見光的高B從高能級向n2能級躍遷時(shí)發(fā)出的光均為可見光C用n2能級躍遷到n1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)D頻率最小的光是由n4能級躍遷到n3能級產(chǎn)生的解析能級間躍遷時(shí)輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，即EmEnh。從高能級向n3能級躍遷時(shí)發(fā)出的光的頻率最大為1.51eV，小于可見光的光子能量，A錯(cuò)誤；從高能級向n2能級躍遷時(shí)輻射的光子能量在1.62eV到3.11eV之間，故B正確；從n2能級躍遷到n1能級輻射出的光子的能量EE2E13.4eV(13.6)eV10.2eV>6.34eV，而使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子的能量大于金屬的逸出功，故可以發(fā)生光電效應(yīng)，故C正確；由n4能級躍遷到n3能級產(chǎn)生的光，能量最小，頻率最小，故D正確。二、計(jì)算題(本題共1小題，需寫出完整的解題步驟)13(2018·安徽省蚌埠市高三第三次教學(xué)質(zhì)量檢測)某勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.05T，磁場區(qū)域足夠大。磁場中某點(diǎn)有一個(gè)Ra核處于靜止?fàn)顟B(tài)，某時(shí)刻Ra核沿平行紙面的方向放出一個(gè)粒子后衰變成Rn核。(1)寫出上述衰變方程；(2)若衰變后，質(zhì)量較小的粒子在磁場中做半徑為r10m的勻速圓周運(yùn)動，已知1u1.6×1027kg，e1.6×1019C，求Rn核做圓周運(yùn)動的動能大小。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，寫出衰變方程；(2)衰變后兩個(gè)粒子動量大小相等，方向相反，動量守恒，由質(zhì)量較小的粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動求其速度，根據(jù)動量守恒求Rn的速度，根據(jù)動能表達(dá)式求出動能的大小。(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，可得衰變的方程：RaRnHe(2)衰變過程中釋放的粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，半徑R10m，由2evB解得：粒子的速度v衰變過程中系統(tǒng)動量守恒，Rn、He質(zhì)量分別為222u、4u由動量守恒得：222u×v4u×v解得Rn速度為v故Rn動能為Ek×222u×v2代入數(shù)據(jù)解得：Ek3.6×1016J7