2010屆高三物理原子和原子核單元檢測(DOC)

1、15.2 原子和原子核1 關(guān)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(zhì)放出的射線中，a粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強C.當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發(fā)生B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，輻射出丫射線2.據(jù)報道：我國科學(xué)家研制世界上第一個全超導(dǎo)核聚變“人造太陽”，用來解決人類的能源之需，代替煤、石油等不可再生資源.“人造太陽”的實驗裝置模擬太陽產(chǎn)生能量的方式.從海水中提取氘和氚，使其在上億度的高溫下產(chǎn)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：1H+ ,HT4He +0n +E.設(shè)氘（

2、2H）的質(zhì)量為 mi,氚（；H）的質(zhì)量為 m2,氦（：H e） 的質(zhì)量為 m3,中子（0n）的質(zhì)量為 m4, c 為光在真空中傳播的速度.核反應(yīng)放出的能量E 為2A.(葉m2)c2B.(m3m4)c2C.(mim2_m3_m4)c2D.(m3m4_m -m2)c3.放射性元素的原子核22286Rn原來靜止在垂直于紙面向里的勻強磁場中的A 點處。后來由于發(fā)生了某種衰變，放出的射線粒子和新生成的原子核形成了如圖2 1 所示的兩個圓形徑跡 1、2。下列說法中正確的是 A .該衰變可能是a衰變也可能是B衰變B .新生成的原子核的徑跡可能是1，也可能是 2C. 射線粒子和新生成的原子核都是沿逆時針方向旋

3、轉(zhuǎn)的D. 射線粒子和新生成的原子核在磁場中做圓周運動的周期相同15咒XXX1:A B24.一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為 m“ m2、m3，普朗克常量為 h,真空中的光速為 c。下列說法正確的是A.核反應(yīng)方程是；H+；nr1H+B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損m= m什 m2-m1D.光子的波長ah(m1m2-m3)c5.在盧瑟福的a粒子散射實驗中，某一一a粒子經(jīng)過某一原子核 附近時的軌跡如圖 152 2 所示.圖中 P、Q 為軌跡上的 點，虛線是經(jīng)過P、Q 兩點并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平面分為四個區(qū)域.不考慮其他原子核對a粒子的作用

4、，則關(guān)于該原子核的位置，正確的是A .一定在區(qū)域B .可能在區(qū)域C.可能在區(qū)域D .一定在區(qū)域6.原子核 A 發(fā)生a衰變后變?yōu)樵雍耍雍?B 發(fā)生B衰變后變?yōu)樵雍薲 Y，已知原152 2子核 A 和原子核 B 的中子數(shù)相同，則兩個生成核X 和 Y 的中子數(shù)以及 a、b、c、d 的關(guān)系可能是7.氫原子在某三個相鄰能級之間躍遷時，可發(fā)生三種不同波長的輻射光。已知其中的兩個波 長分別為 入和 尬且入七，則另一個波長可能是A . X 的中子數(shù)比 Y 少 1C.如果 a - d =2，貝 V b-c=3B . X 的中子數(shù)比 Y 少 3D .如果 a - d =2，貝 V b-c=1B. Xi2&

5、amp; 子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為氫原子(hydrogen muon atom ),它在原子核物理的研究中有nE/eV重要作用。圖 152 3 為氫原子的能級示意圖。假乍101.24 _158 1定光子能量為 E 的一束光照射容器中大量處于 n= 2 能3 -281【1級的氫原子，卩氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為Y、2 -632.4Y、Y、Y、Y、 和Y的光，且頻率依次增大，則E 等于1-2529.6A.h( YY)B. h (Y+Y)152 3C. hYD. hY諾貝爾化學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素12P衰變成14Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是 _32 3015是15P的同位素，

6、被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)。321mg15P隨時間衰變的關(guān)系如圖152 4 所示，則32 _、4mg 的15P經(jīng)_ 天的衰變后還剩 0.25mg。10. 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2H核碰撞減速，在石墨中與核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計算說明，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？11.氫原子的能級的示意圖如圖 152 5 所示，現(xiàn)有每個電子的動能都為 Ee=12.89eV 的電子束與處在基態(tài)的氫原子束射入同一區(qū) 域，使電子與氫原子發(fā)生迎頭正碰.已知碰撞前一個

7、電子與一個氫原子的總動量為零.碰撞后，氫原子受到激發(fā)，躍遷到n=4 的能級.求碰撞后 1 個電子與 1 個受激氫原子的總動能.已知電子的質(zhì)量 me與氫原子的質(zhì)量 mH之比為 匹=5.445 10*.mH12.天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25% .有關(guān)研究表明，宇宙2-3.41 一 -1159152 5中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后2 分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的.(1)把氫核反應(yīng)簡化為4 個氫核(1H)聚變成氦核(：He),同時放出 2 個正電子(1e)19.約里奧 居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935 年的和 2 個中微子（Ve）

8、,請寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程，并計算一次反應(yīng)釋放的能量.（2） 研究表明，銀河系的年齡約為t=3.8XlUs,每秒鐘銀河系產(chǎn)生的能量約為1XIUJ（即 P=1X107j/s）.現(xiàn)假定該能量全部來自上述氫核聚變反應(yīng)，試估算銀河系中氦的含量.（最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字）（3）根據(jù)你的估算結(jié)果，對銀河系中氦的主要生成途徑作出判斷.（可能用到數(shù)據(jù)：銀河系質(zhì)量約為 M=3X101kg,原子質(zhì)量單位 1u=1.66X107kg, 1u 相當(dāng) 于 1.5X10 j 的能量，電子質(zhì)量 me=0.0005u,氦核質(zhì)量 m0=4.0026u，氫核質(zhì)量 mp=1.0078u, 中微子 Ve質(zhì)量為零）單元檢測一、選擇

9、題（本題包括10 小題每小題 4 分，共 40 分每小題給出的四個選項中，有的只有一個選項正確，有的多個選項正確，全部選對的得4 分，選對但不全的得 2 分，有選錯的得 0 分）1 .下列說法正確的是A. 用三棱鏡觀察太陽光譜是利用光的干涉現(xiàn)象B. 在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的全反射現(xiàn)象C. 用標(biāo)準(zhǔn)平面檢查光學(xué)平面的平整程度是利用光的偏振現(xiàn)象D. 電視機遙控器是利用發(fā)出紫外線脈沖信號來變換頻道的2. 2006 年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器，通過（鈣 48）轟擊（锎 249）發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第 118 號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素，實驗表明，該元素

10、的原子核先放出3 個相同的粒子 x,再連續(xù)經(jīng)過 3 次a衰變后，變成質(zhì)量為 282 的第 112 號元素的原子核，則上述過程中的粒子x 是A.中子B.質(zhì)子C.電子D.a粒子變掉氡的質(zhì)量，以及2益Rn衰變成2；8Po的過程放出的粒子是A. 0. 25g,a粒子B. 0. 75g,a粒子C. 0. 25g,B粒子D. 0. 75g,B粒子4. 氫原子的能級是氫原子處于各個定態(tài)時的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢能和電子在軌道上運動的動能，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時A.氫原子的能量減小，電子的動能增加B.氫原子的能量增加，電子的動能增加C.氫原子的能量減小，電子的動能減小D.氫原子的能量增

11、加，電子的動能減小2345.一個氘核和一個氚核聚合成一個氦核的反應(yīng)方程是1H+1卄2He+n，此反應(yīng)過程產(chǎn)生的質(zhì)量虧損為.已知阿伏伽德羅常數(shù)為NA,真空中的光速為 全發(fā)生核反應(yīng)生成氦，則在這個核反應(yīng)中釋放的能量為A.NA：mc2B.NAmc2C.2NAmc226.如圖 151 為氫原子能級的示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n=4 的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。3. 一個氡核286Rn衰變成284Po并放出一個粒子,其半衰期為 3.c.若 1mol 氘和 1mol 氚完D. 5NAffi-nEJeV00 -4 cP3-1.512-3.41 -13.615 1關(guān)于這些光下列說法正確

12、的是A.最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由n=4 能級躍到 n= 1 能級產(chǎn)生的B.頻率最小的光是由n= 2 能級躍遷到 n = 1 能級產(chǎn)生的C.這些氫原子總共可輻射出3 種不同頻率的光D.用 n = 2 能級躍遷到 n= 1 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)7激光散斑測速是一種嶄新的測速技術(shù)，它應(yīng)用了光的干涉原理用二次曝光照相所獲得的 散斑對”相當(dāng)于雙縫干涉實驗中的雙縫，待測物體的速度V與二次曝光時間間隔 At 的乘積等于雙縫間距實驗中可測得二次曝光時間間隔At、雙縫到屏之距離丨以及相鄰兩條亮紋間距 AX 若所用激光波長為，則該實驗確定物體運動速度的表達式是LX丨U

13、xktA. VB. VC.VD. V =丨也tAxitZAt沁x&用不同頻率的紫外光分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子的最大初動能 Ek隨入射光頻率v變化的 Ek-v圖象.已知鎢的逸出功是3.28eV，鋅的逸出功是 3.34eV ,若將二者的 Ek- v 圖線畫在同一個坐標(biāo)圖中，以實線表示鎢，虛線表示鋅，則圖象15 2中正確的是10 . 1961 年德國學(xué)者約恩孫發(fā)表了一篇論文，介紹了他用電子束做的一系列衍射和干涉實 驗其中他做的雙縫干涉實驗，與托馬斯楊用可見光做的雙縫干涉實驗所得到的圖樣基本相同，這是對德布羅意的物質(zhì)波理論的又一次實驗驗證根據(jù)德布羅意理論，電子也 具有波

14、粒二象性，其德布羅意波長二h，其中h為普朗克常量，p 為電子的動量.約恩P孫實驗時用 50kV 電壓加速電子束，然后垂直射到間距為毫米級的雙縫上，在與雙縫距離 約為 35cm1529用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測到了一定數(shù)目的光譜線。調(diào)高電子的能量再次進行觀測，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目原來增加了5 條。用 n 表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n 之差，E表示調(diào)高后電子的能量。根據(jù)氫原子的能級圖15 3可以判斷， n 和 E 的可能值為A.An=1,13.22 eVvEv13.32 eVB.An=2,13.22 eVvEv13.32 eVC.An=1,12.75 eVvEv13.

15、06 eVD.n=2,12.72 eVvEv13.06 eVE/eV0.280.380.540.851.503.4013.60153A0C.D.的光屏上得到了干涉條紋，但條紋間距很小.下列四組方法中，哪些方法一定能使條紋間距變大？A. 降低加速電子的電壓，同時加大雙縫間的距離B. 降低加速電子的電壓，同時減小雙縫間的距離C. 加大雙縫間的距離，同時使光屏靠近雙縫D. 減小雙縫間的距離，同時使光屏遠(yuǎn)離雙縫、實驗題：本題共 2 小題.共 17 分.把答案填寫在題中的橫線上或按題目要求作答11. 一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的：、和 射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔后，鋁箔后的空間有一勻 強電場

16、。進入電場后，射線變?yōu)?a、b 兩束，射線 a 沿原 來方向行進，射線 b 發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖 154 所示，則 圖中的射線 a 為 射線，射線 b 為_ 射線。12 .現(xiàn)有毛玻璃屏 A、雙縫 B、白光光源 C 單縫 D 和透紅光的濾光片 E 等光學(xué)元件，要把它們放在圖15 5 所示的光具座上組裝成雙縫干涉裝置,用以測量紅光的波長.(1) 將白光光源 C 放在光具座最左端，依次放置其他光學(xué)元件，由左至右，表示各光學(xué)元件的字母排列順序應(yīng)為 C、_ 、A.(2) 本實驗的步驟有：1取下遮光筒左側(cè)的元件，調(diào)節(jié)光源高度，使光束能直接沿遮光筒軸線把屏照亮；2按合理順序在光具座上放置各光學(xué)元件，并使各元件的

17、中心位于遮光筒的軸線上；3用米尺測量雙縫到屏的距離；4用測量頭(其讀數(shù)方法同螺旋測微器)測量數(shù)條亮紋間的距離.在操作步驟時還應(yīng)注意 _ 和_ .(3)將測量頭的分劃板中心刻線與某條亮紋中心對齊，將該亮紋定為第1 條亮紋，此時手輪上的示數(shù)如圖 15 6 所示然后同方向轉(zhuǎn)動測量頭，使分劃板中心刻線與第6 條亮紋中心對齊，記下此時圖15 7 中手輪上的示數(shù) _ mm,求得相鄰亮紋的間距 x為_ mm .(4)已知雙縫間距 d 為 2.0X10-4m，測得雙縫到屏的距離I 為 0.700m，由計算式入=_，求得所測紅光波長為 _nm .三、計算題：本題共 4 小題，共 63 分解答應(yīng)寫出必要的文字說明

18、、方程式和重要的演算步 驟，只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位.13. ( 10 分)過量的電磁輻射對人體是有害的按照規(guī)定，工作場所受到的電磁輻射強度(單 位時間垂直單位面積的電磁輻射能量)不得超過某一臨界值W。，已知某一種電磁波源的鉛盒放射源鋁箔154照相底片遮光筒電磁輻射功率為 P,假設(shè)電磁波源的電磁輻射在各個方向上是均勻的，求符合規(guī)定的安全區(qū)域到電磁波源的距離至少為多少？14. （17 分）（1 ）氫原子第 n 能級的能量為En=丘；，其中 Ei是基態(tài)能量。而 n = 1, 2,。n33若一氫原子發(fā)射能量為巳的光子后處于比基態(tài)能量高出巳的激發(fā)態(tài)，則氫原

19、子164發(fā)射光子前后分別處于第幾能級？（2）速度為 v 的高速a粒子（：He）與同方向運動的氖核（20Ne）發(fā)生彈性正碰,碰后a粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速度（不計相對論修正）15.（ 18 分）如圖 158 所示，在 xOy 平面上，一個以原點 0 為圓心，半徑為 4R 的圓形磁場 區(qū)域內(nèi)存在著勻強磁場，磁場的方向垂直于紙面向里，在坐標(biāo)（-2R, 0）處靜止著一個具有放射性的原子核 一氮（13N）,某時刻該核發(fā)生衰變，放 出一個正電子和一個反沖核，已知正電子從A 處射出時速度方向垂直于 x 軸，且后來通過了 y 軸，而反沖核剛好不離開 磁場區(qū)域。不計重力影響和粒子間的相互作用。（1）試寫

20、出衰變方程；（2 ）求正電子最后過 y 軸時的坐標(biāo)。15316.（ 18 分）兩個氘核聚變產(chǎn)生一個中子和一個氦核（氦的同位素）.已知氘核質(zhì)量 m=2.0136u，氦核質(zhì)量 m）He=3.015u，中子質(zhì)量 mn=1.0087u .（1）寫出聚變方程并算出釋放的核能（已知 1u= 931.5MeV ）.（2）若反應(yīng)前兩氘核的動能均為Ek0=0.35MeV ,它們正面對撞發(fā)生核聚變，且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，則反應(yīng)產(chǎn)生的氦核和中子的動能各為多大15 2 原子和原子核1.D2.C3.C 提示：在勻強磁場中原子核發(fā)生a衰變后，a粒子和新核的徑跡成“ 8”字形。4.B5.A 提示：a粒子運動時，

21、受到原子核排斥力的作用，而做曲線運動物體的軌跡一定是在合外力方向和速度方向之間.將各區(qū)域內(nèi)任何一點分別與P、Q 兩點相連并延長(即a粒子受到原子核的力的方向)，可發(fā)現(xiàn)在、區(qū)域的點，其軌跡不在力的方向和速度 的方向之間；在區(qū)域的點的軌跡都在力方向和速度方向之間，因此A 選項正確.6.AC 提示：原子核發(fā)生一次a衰變其質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都減少 2,發(fā)生一次B衰變其質(zhì)子數(shù)增加 1 而中子數(shù)減少 1,故 A、C 兩選項正確.7.CD 提示：根據(jù)氫原子能級圖特點分析兩種可能。& C10.解：設(shè)中子質(zhì)量為 Mn,靶核質(zhì)量為 M由動量守恒定律： MnV0= MnV 什 MV2121212由能量守恒定律：

22、Mnv0Mnv-i -mv222 2與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好。解得：Mn-MV1 _MnMV0在重水中靶核質(zhì)量:參考答案9 .正電子；t=56 天(5458 天都算對)1 -提示：結(jié)合圖象和半衰期公式 Zg(訐計算。MH= 2MnMnMHVo1-_3Vo在石墨中靶核質(zhì)量:Mc= 12Mn11MnMcVoVo氫原子受激躍遷吸收的能量為0.85 ( 13.59) =12.74eV根據(jù)能量守恒定律，得碰后一個電子和一個受激氫原子的總動能E；=(12.90 -12.74)eV =0.16eV.14012.解：(1)氫核聚變核反應(yīng)方程為41H2He+21e+2Ve211.解：由Ek

23、擰m可知，p 大小一定時,Ek*丄，則碰撞前氫原子的動能為meEemH碰前，一個電子和一個氫原子的總動能Ek=Ee理Ee：12.90eVmH核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損m =4mp- mia- 2me由質(zhì)能方程得.汨；：mc2代入數(shù)據(jù)得.:4.14X10J2J(2)氫核聚變反應(yīng)生成的氦核總質(zhì)量(3)由估算結(jié)果可知，k=2%遠(yuǎn)小于 25%的實際值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的.單元檢測1.B2.A3.B4.A 提示：氫原子中的核外電子從離核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時，原子釋放出光子，電場力做正功，電子電勢能減少，減少的電勢能轉(zhuǎn)化為電子的動能和光子的能量, 同時系統(tǒng)的總能量減小.25.

24、B 提示：一個氘核和一個氚核結(jié)合成一個氦核時，釋放出的能量為mc, 1mol 的氘核和 1mol 的氚核結(jié)合成 1mol 的氦核釋放能量為NA=mc2.6.D7.B 提示：由雙縫干涉條紋間距公式得注二丄，根據(jù)題給信息，有 d=vAtd則-x =-，解得v =l, B 選項正確.Mt心& A 提示：在發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程，有Ek=hv-W，顯然，在 Ekv 圖象中，光電子的最大初動能H 隨入射光的頻率v變化是一條傾斜的直線，其中普朗克常數(shù)h 表示圖象的斜率， W 表示圖線在縱軸上的截距，由題給條件知，鋅的逸出功大于鎢的逸出功，故選項A 正確。9.AD 提示：氫原

25、子從量子數(shù)為 n 的能級向各低能級躍遷時發(fā)出光譜線的數(shù)目為C：，根據(jù)題意可知，存在 n=1, n=2 兩種可能。Ptm一E39ma二6.1X10 kg氦的含量6.1X10393X1041:2%hv =W Ek，則210.BD 提示：根據(jù)動能定理可知eUmv2，則德布羅意波長；由2 2mp V2meU雙縫干涉條紋公式 x二丄知，要增大 %，在保持 l 不變的情況下，可降低加速電壓，d同時減小雙縫間距離； 在保持入不變的情況下，可減小雙縫間的距離， 同時使光屏遠(yuǎn)離雙2縫，B、D 兩選項正確.11.,-提示：根據(jù)- 粒子的電性及在電場中的受力判斷。12.( 1) E、D、B; (2)單縫和雙縫間距

26、5cm10cm，使單縫與雙縫相互平行；d2(3)13.870,2.310; (4): x,6.6X102.提示：(1)濾光片 E 是從白光中選出單色紅光，單縫屏是獲取點光源，雙縫屏是獲得相干光源，最后成像是毛玻璃屏所以排列順序為：C、E、D、B、A.(2 )在操作步驟時應(yīng)注意的事項有：放置單縫、雙縫時，必須使縫平行；單縫、雙縫 間距離大約為 5cm10cm;要保證光源、濾光片、單縫、雙縫和光屏的中心在同一軸線 上.(3)螺旋測微器的讀數(shù)應(yīng)該：先讀整數(shù)刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可動刻度,讀數(shù)為 13.870mm，圖 2 讀數(shù)為 2.320mm ,所以相鄰條紋間距13.870 -2.320Ax=2.310mm.5(4) 由條紋間距公式展=丄入得：，=空dI代入數(shù)值得：/=6.6X10?m=6.7X1Ghmm .13.( 10 分)解：設(shè)符合規(guī)定的安全區(qū)域到電磁波源的至少距離為R,貝 U4二R2W)=P(17 分)解：(1)設(shè)氫原子發(fā)射光子前后分別位于第E1E114.l 與第 m 能級，依題意有:I2m2162-E -7 E1m4解得：m = 2, I = 4(2)設(shè)碰撞前后氖核速度分別為E1V。 、 VNe， 由動量守恒與機械能守恒定律得: