2013屆高三總復習單元綜合測試卷：第16單元《原子結構和原子核》

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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《原子結構和原子核》 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.氦原子核由兩個質子與兩個中子組成，這兩個質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，由于質子的質量比較小，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是原子核的人工轉變方程 解析：本題考查了核反應的相關知識，意在考查考生對天然放射現(xiàn)象、重核裂變、輕核聚變、原子核的人工轉變等相關知識的記憶及分析判斷能力.選項A、D為原子核的人工轉變，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是質子，核反應放出的能量等于質子質量乘c2 B.X是中子，核反應放出的能量等于中子質量乘c2 C.X是質子，核反應放出的能量等于氘核與氘核的質量和減去氦核與質子的質量和，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量和減去氦核與中子的質量和，再乘c2 解析：由荷電核數(shù)守恒及質量數(shù)守恒，和愛因斯坦質能方程可以求解. 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，剩余的釙的質量為原來的四分之一，則已衰變的質量為原來的四分之三，D正確. 答案：ABD 5．根據(jù)有關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構的 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、中子和氘核的質量分別為m1、m2、m3，當氫核與中子結合為氘核時，放出的能量為(m1＋m2－m3)c2 解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結構決定的，與化學、物理性質無關，故A項錯.β衰變是核內(nèi)的一個中子轉化為一個質子和一個電子，電子被釋放出來，故C項錯.氫核和中子結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構，B錯. 答案：D 6．

6、關于天然放射現(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.放射性物質放出的射線中，α粒子動能很大，因此貫穿物質的本領很強 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)部的中子轉化為質子時產(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)部具有復雜的結構 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構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構.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子后產(chǎn)生的.選項③正確，寫核反應方程時應遵循質量數(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，可以轉變?yōu)閮蓚€光子(γ)，即 e＋e―

15、→2γ 已知正電子和電子的質量都為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波波長的大小. 解析：(1)根據(jù)方程的質量數(shù)與電荷數(shù)守恒，判斷出質量數(shù)與電荷數(shù)均為零.(2

16、)利用質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、轉化為電能而提供給電動機來驅動的.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個質子聚變?yōu)?個氦核，寫出核反應方程. (2)該車的太陽能電池轉化太陽光能的效率η1是多少. (3)若質子、氦核、正電子的靜止質量分別為mp＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27 kg，則m＝1

20、 kg的質子發(fā)生上述熱核反應所釋放的能量完全轉化為驅動該車的有用功，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量為多少千克？若太陽質量減少萬分之三，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量為 Δm＝＝0.4×1010kg 太陽的質量為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