高中物理高考 3 第二节　原子与原子核　新题培优练

这是一份高中物理高考 3 第二节　原子与原子核　新题培优练，共5页。试卷主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

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：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(1,0)n.已知 eq \\al(2,1)H的质量为2.013 6 u, eq \\al(3,2)He的质量为3.015 0 u，eq \\al(1,0)n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 MeV
B．3.3 MeV
C．2.7 MeV
D．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.eq \\al(14, )7N俘获一个α粒子，产生eq \\al(17, )8O并放出一个粒子
B.eq \\al(27,13)Al俘获一个α粒子，产生eq \\al(30,15)P并放出一个粒子
C.eq \\al(11, )5B俘获一个质子，产生eq \\al(8,4)Be并放出一个粒子
D.eq \\al(6,3)Li俘获一个质子，产生eq \\al(3,2)He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，eq \\al(14, )7N＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(17, )8O＋eq \\al(1,1)H，A项错误；eq \\al(27,13)Al＋eq \\al(4,2)He→eq \\al(30,15)P＋eq \\al(1,0)n，B项正确；eq \\al(11, )5B＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(8,4)Be＋eq \\al(4,2)He，C项错误；eq \\al(6,3)Li＋eq \\al(1,1)H→eq \\al(3,2)He＋eq \\al(4,2)He，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eq \\al(4,2)He＋eq \\al(14, )7N→eq \\al(17, )8O＋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eq \\al(1,1)H，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＝v0eq \r(\f(md2,qU))，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eq \f(d,2)也相同，而电子的eq \f(m,q)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)c
C．(m1＋m2－m3)c2 D．(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Em－En＝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＝eq \f(c,n)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→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H＋4.9 MeV和eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X＋17.6 MeV，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6
C．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eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋X＋17.6 MeV知 X为eq \\al(1,0)n，由X＋Y→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H＋4.9 MeV知Y为eq \\al(6,3)Li，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→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(3,1)H＋4.9 MeV是原子核的人工转变，eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n＋17.6 MeV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.eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是核聚变反应
B.eq \\al(3,1)H＋eq \\al(2,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n是β衰变
C.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n是核裂变反应
D.eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(140, 54)Xe＋eq \\al(94,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n是α衰变
解析：选AC.β衰变时释放出电子(eq \\al( 0,－1)e)，α衰变时释放出氦原子核(eq \\al(4,2)He)，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eq \\al(27,13)Al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eq \\al(28,14)Si，下列说法正确的是( )
A．核反应方程为p＋eq \\al(27,13)Al―→eq \\al(28,14)Si
B．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 nm
B．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＝heq \f(c,λ)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 eV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 eV的金属，从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV
D．如果用光子能量为10.3 eV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 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，大于3.34 eV，所以一定能使逸出功为3.34 eV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Ceq \\al(2,4)＝eq \f(4×3,2)＝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 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，用此光子照射逸出功为3.34 eV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 eV－3.34 eV＝8.75 eV，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 eV，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E1(E1<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＋E1＝eq \f(1,2)mv2，所以电离后电子速度为 eq \r(\f(2（hν＋E1）,m)).
答案：越大 eq \r(\f(2（hν＋E1）,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Uc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W0＝________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Ek＝________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W0＝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Ek＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为
Ek＝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]