2013屆高三總復習單元綜合測試卷：第16單元《原子結(jié)構(gòu)和原子核》

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(jié)構(gòu)和原子核本試卷分第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分試卷滿分為100分?？荚嚂r間為90分鐘。第卷(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(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)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(zhì)子的質(zhì)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：D2.下列說法正確的是()A.7NH6CHe是衰變方程B.HHHe是核聚變反應方程C.92U90ThHe是核裂變反應方程D.HeAlPn是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程解析：本題考查了核反應的相關(guān)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(zhuǎn)變等相關(guān)知識的記憶及分析判斷能力.選項A、D為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項B為輕核聚變，選項C為原子核的衰變，故選項BD正確.答案：BD3下面是一核反應方程式：HHHeX，用c表示光速，則()A.X是質(zhì)子，核反應放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2B.X是中子，核反應放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2C.X是質(zhì)子，核反應放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘c2D.X是中子，核反應放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2解析：由荷電核數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒，和愛因斯坦質(zhì)能方程可以求解.答案：D4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(diào)查認為毒殺利特維年科的是超級毒藥放射性元素釙(Po)，若該元素發(fā)生衰變，其半衰期是138天，衰變方程為PoXHe，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.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(zhì)量為75 g解析：X原子核中的核子數(shù)為2104206個，B正確.中子數(shù)為206(842)124個，A正確.射線是由于核反應前后因質(zhì)量損虧釋放的能量以光子的形式放出，C錯.經(jīng)過兩個半衰期，剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一，則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三，D正確.答案：ABD5根據(jù)有關(guān)放射性方面的知識可知，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(jié)構(gòu)的C.放射性元素發(fā)生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(zhì)量分別為m1、m2、m3，當氫核與中子結(jié)合為氘核時，放出的能量為(m1m2m3)c2解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與化學、物理性質(zhì)無關(guān)，故A項錯.衰變是核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子被釋放出來，故C項錯.氫核和中子結(jié)合成氘核放出的能量為(m1m2m3)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(jié)構(gòu)，B錯.答案：D6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，粒子動能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)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；、三種射線中，粒子速度最小，其貫穿本領(lǐng)最小，故B錯；衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)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，輻射出射線，故D對.答案：D7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Rr51，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1A.6C4BeHe B.6C5BeC.6C7Ne D.6C5BH答案：B8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)層空位的產(chǎn)生有多種機制，其中的一種稱為內(nèi)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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E01.416 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EK1.323 MeV，EL1.399 MeV，EM1.412 MeV，則可能發(fā)射的特征X射線的能量為()A.0.013 MeV B.0.017 MeVC.0.076 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EK1.323 MeV，EL1.399 MeV，EM1.412 MeV.當發(fā)生能級躍遷時，釋放的X射線的能量可能值為ELEK0.076 MeV，EMEL0.013 MeV，EMEK0.089 MeV.選項中A、C正確.答案：AC9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1.623.11 eV，下列說法錯誤的是()圖2A.處于n3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n3能級躍遷時，發(fā)出的光具有顯著的熱效應C.大量處于n4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n4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n3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n3能級的氫原子電離；大量氫原子從高能級向n3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n4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：D10根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E的軌道，輻射出波長為的光，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則E等于()A.Eh B.EhC.Eh D.Eh解析：根據(jù)玻爾理論，原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為E)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)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hEE，又光在真空中傳播時，聯(lián)立得EEh.答案：C第卷(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(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個動能均為8.9 MeV的He.(1 MeV1.6×1013J)上述核反應方程為_.質(zhì)量虧損為_kg.解析：HXHeHe或HLiHeHem3.1×1029 kg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(guān)原子、原子核的敘述正確的是_.(填選項前的編號)盧瑟福粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復雜的結(jié)構(gòu)天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子輕核聚變反應方程有：HHHen氫原子從n3能級躍遷到n1能級和從n2能級躍遷到n1能級，前者躍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(jié)構(gòu)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.選項錯誤，盧瑟福的粒子散射實驗說明了原子應該具有核式結(jié)構(gòu).選項錯誤，天然放射現(xiàn)象放射出的射線是高速運動的電子流，是由原子核中的中子變成質(zhì)子后產(chǎn)生的.選項正確，寫核反應方程時應遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則.選項錯誤，由氫原子能級方程hEmEn，而，則EmEn得，當氫原子從n3能級躍遷到n1能級時，1，從n2能級躍遷到n1能級時，2，E3E1>E2E1，所以1<2.答案：三、計算題(每小題10分，共40分)13.在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出.中微子的性質(zhì)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Hne可以判定，中微子的質(zhì)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1C.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(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子()，即ee2已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×1031kg，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(zhuǎn)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(zhì)波波長的大小.解析：(1)根據(jù)方程的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒，判斷出質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)均為零.(2)利用質(zhì)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(zhuǎn)化為一個光子.答案：(1)A(2)8.2×1014遵循動量守恒(3)粒子的動量p，物質(zhì)波的波長由mn>me，知pn>pe，則n<e14從靜止的鐳核Ra中射出的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E3.72×104N/C，B2.0×103T.(1)寫出核反應式.(2)放出粒子后，反沖核速度多大？(3)若靜止的鐳核放出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，求粒子與反沖核做圓周運動的半徑之比，并定性地畫出粒子和反沖核運動的完整軌跡.解析：(1)核反應方程為RaRnHe(2)粒子在電、磁場中做直線運動時，受力平衡qvBqE，所以v根據(jù)動量守恒可得反沖核的速度為vvm/s3.4×105 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)RaRnHe(2)3.4×105 m/s(3)43115.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(shè)發(fā)電功率為5×105 kW的核電站，用U作為核燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量一半轉(zhuǎn)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 mol1)解析：(1)核反應方程UnBaKr3n200 MeV(2)電站一天發(fā)出的電能E1Pt設(shè)每天消耗U為m kg，核裂變釋放的能量為E2×6.0×1023×200×104×1.6×1019由能量轉(zhuǎn)化得E1E2由式得m1.06 kg答案：(1)UnBaKr3n200 MeV(2)1.06 kg16. 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轉(zhuǎn)化為電能而提供給電動機來驅(qū)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4，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(zhì)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(zhì)子聚變?yōu)?個氦核，寫出核反應方程.(2)該車的太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽光能的效率1是多少.(3)若質(zhì)子、氦核、正電子的靜止質(zhì)量分別為mp1.6726×1027kg、m6.6425×1027kg、me0.0009×1027 kg，則m1 kg的質(zhì)子發(fā)生上述熱核反應所釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為驅(qū)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(zhì)量為多少千克？若太陽質(zhì)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)4HHe2e(2)115%(3)E(4mPm2me)c24.15×1012J而(UII2R)tt1.30×1011s(4)太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為m0.4×1010kg太陽的質(zhì)量為2×1030kg，太陽還能存在的時間為ts1.5×1017s5×109年答案：(1)4HHe2e(2)15%(3)1.30×1011s(4)0.4×1010kg5×109年