1、 高考物理备考之百所名校组合卷系列专题 14 原子结构和原子核【试题 1】如图 1 甲是 、 、 三种射线穿透能力的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了哪种射线( )图 1A 射线 B 射线C 射线 D三种射线都可以【解析】由图甲可知 射线和 射线都不能穿透钢板， 射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕，答案为 C.【答案】C【试题出处】2011苏州模拟【试题 2】科学家发现在月球上含有丰富的 He(氦 3)它是一种高效、清洁、安全的32核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为 He He 2 H He.关于 He 聚变32 32
2、1 42 32下列表述正确的是( )A聚变反应不会释放能量B聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损D目前核电站都采用 He 聚变反应发电32【解析】轻核聚变而生成质量较大(中等)的新核故 B 正确【答案】B【试题出处】2011河北衡水中学模拟【试题 3】静止在匀强磁场中的某放射性元素的原子核，当它放出一个 粒子后，其速度方向与磁场方向垂直，测得 粒子和反冲核轨道半径之比为 441，如图 2 所示(图中直径没有按比例画)，则( )A 粒子和反冲核的动量大小相等，方向相反B原来放射性元素的原子核电荷数是 90C反冲核的核电荷数是 88D 粒子和反冲核的速度之比为 188图 2【试题出处】2
3、011郑州一中模拟【试题 4】氦氖激光器能产生三种波长的激光，其中两种波长分别为 10.6328 m， 23.39 m.已知波长为 1的激光是氖原子在能级间隔为 E 11.96 eV 的两个能级之间跃迁产生的用 E 2表示产生波长为 2的激光所对应的跃迁的能级间隔，则E 2的近似值为( )A10.50 eV B0.98 eVC0.53 eV D0.36 eV【解析】由跃迁公式得 E 1 ， E 2 ，联立可得 E 2 .E 10.36 eV，hc 1 hc 2 1 2选项 D 对【答案】D【试题出处】2011重庆一中模拟【试题 5】用于火灾报警的离子烟雾传感器如图 3 所示，在网罩内有电极和，
4、 a、 b 端接电源，是一小块放射性同位素镅 241，它能放射出一种很容易使气体电离的粒子平时，镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离，在 a、 b 间形成较强的电流发生火灾时，烟雾进入网罩内，烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子，导致电流发生变化，电路检测到这种变化从而发生警报下列有关这种报警器的说法正确的是( )图 3A镅 241 发出的是 粒子，有烟雾时电流增强B镅 241 发出的是 粒子，有烟雾时电流减弱C镅 241 发出的是 粒子，有烟雾时电流增强D镅 241 发出的是 粒子，有烟雾时电流减弱【解析】三种射线中 射线的电离本领最强，当有烟尘时，由于烟尘吸收空气中的离子和 粒子，所以电
5、流会减弱故 B 正确【答案】B【试题出处】2011扬州一中模拟【试题 6】光电效应的实验结论是：对于某种金属( )A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大【解析】根据光电效应规律可知 A 正确，B、C 错误根据光电效应方程mv h W，频率 越高，初动能就越大，D 正确12 2m【答案】AD【试题出处】2011辽宁质量检测【试题 7】裂变反应是目前核能利用中常见的反应以原子核 为燃料的反应堆中，当
6、 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为：U n Xe Sr3X23592 10 13954 94382350432 1.0087 138.9178 93.9154反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位 u 为单位，取1 u 的质量对应的能量为 9.3102 MeV，此裂变反应中( )A释放出的能量是 30102 MeV，X 是中子B释放出的能量是 30 MeV，X 是质子C释放出的能量是 1.8102 MeV，X 是中子D释放出的能量是 1.8102 MeV，X 是质子【解析】据核反应过程中质量数和电荷数守恒可判断 X 是中子 m (235.0
7、4321.0087138.917893.915431.0087) u0.1926 u，可见该反应释放能量，释放的能量 E 0.19269.310 2 MeV1.810 2 MeV.故 C 正确【答案】C【试题出处】2011北京海淀区模拟【试题 8】如图 4 所示，是利用放射线自动控制铝板厚度的装置假如放射源能放射出 、 、 三种射线，而根据设计，该生产线压制的是 3 mm 厚的铝板，那么这三种射线中的哪种射线对控制厚度起主要作用？当探测接收器单位时间内接收到的放射性粒子的个数超过标准值时，将会通过自动装置将 M、 N 两个轧锟间的距离调大还是调小( )图 4A 射线；大 B 射线；大C 射线；
8、小 D 射线；大【解析】 射线不能穿过 3 mm 厚的铝板， 射线又很容易穿过 3 mm 厚的铝板，基本不受铝板厚度的影响而 射线刚好能穿透几毫米厚的铝板，因此厚度的微小变化会使穿过铝板的 射线的强度发生较明显变化即 射线对控制厚度起主要作用若超过标准值，说明铝板太薄了，应该将两个轧辊间的距离调节得大些故 B 正确【答案】B【试题出处】2011天津一中模拟【试题 9】在做光电效应实验中，某金属被光照射发生了光电效应，实验测出了光电子的最大初动能 EK与入射光的频率 的关系如图 8 所示，由实验图象可求出( )A该金属的逸出功B该金属的极限频率C单位时间内逸出的光电子数D普朗克常量图 8【解析】
9、根据爱因斯坦光电效应方程 EK hr W，任何一种金属的逸出功 W 一定，说明 EK随 r 的变化而变化，且是线性关系(与 y ax b 类似)，直线的斜率等于普朗克常量，直线与横轴的截距 QA 表示 EK0 时的频率 r0，即为金属的极限频率，还可由波速公式C r0 0.求该金属发生光电效应照射光的极限波长 EK h W， EK0 时，有h 0 W0， r0 ，又由波速公式，得 C r0 0， 0 .Wh hCW【答案】ABD【试题出处】2011哈尔滨模拟【试题 10】氢原子能级的示意图如图 9 所示，大量氢原子从 n4 的能级向 n2 的能级跃迁时辐射出可见光 a，从 n3 的能级向 n2
10、 的能级跃迁时辐射出可见光 b，则( )图 9A氢原子从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出 射线B氢原子从 n4 的能级向 n3 的能级跃迁时会辐射出紫外线C在水中传播时， a 光较 b 光的速度小D氢原子在 n2 的能级时可吸收任意频率的光而发生电离【解析】由题意 a 光光子能量大于 b 光光子能量， a 光频率大于 b 光频率，由 v 水 ，可知 C 正确 射线是原子核衰变而产生的，A 错 E43E32，而紫外线光子的能量大cn于可见光，故 B 错能量大于或等于 3.40 eV 的光才能使氢原子在 n2 的能级时发生电离，故 D 错【答案】C【试题出处】2011承德一中模拟【试题 11】雷蒙
11、德戴维斯因研究来自太阳的中微子( e)而获得了 2002 年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满 615 吨四氯乙烯(C 2Cl4)溶液的巨桶，信息中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为 e Cl Ar371 3718e.已知 Cl 核的质量为 36.95658 u， Ar 核的质量为 36.95691 u， e 的质量为0 1 371 3718 0 10.00055 u,1 u 质量对应的能量为 931.5 MeV.根据以上信息，可以判断( )A中微子不带电B中微子就是中子C. Cl 和 Ar 是同位素371 3718D参与上述反应的中微子的最小能量约为
12、0.82 MeV【试题出处】2011宁夏调研试题【试题 12】气垫导轨工作时能够通过喷出的气体使滑块悬浮从而基本消除掉摩擦力的影响，因此成为重要的实验器材，气垫导轨和光电门、数字毫秒计配合使用能完成许多实验现提供以下实验器材：(名称、图象、编号如图 5 所示)图 5利用以上实验器材还可以完成“验证动量守恒定律”的实验，为完成此实验，某同学将实验原理设定为： m1v0( m1 m2)v针对此原理，我们应选择的器材编号为：_；在我们所选的器材中：_器材对应原理中的 m1(填写器材编号)【解析】题给原理是动量守恒，故应选择器材为 ABC.由题意知 B 对应原理中的 m1.【答案】ABC B【试题出处
13、】2011德州一中模拟【试题 13】1934 年约里奥居里夫妇用 粒子轰击静止的 Al，发现了放射性磷2713P 和另一种粒子，并因这一伟大发现而获得诺贝尔物理学奖3015(1)写出这个过程的核反应方程式(2)若该种粒子以初速度 v0与一个静止的 12C 核发生碰撞，但没有发生核反应，该粒子碰后的速度大小为 v1，运动方向与原运动方向相反，求碰撞后 12C 核的速度【解析】(1)核反应方程式为： He Al P n42 2713 3015 10(2)设该种粒子的质量为 m，则 12C 核的质量为 12m.由动量守恒定律可得： mv0 m( v1)12 mv2解得： v2v0 v112则碰撞后该
14、种粒子运动方向与原粒子运动方向相同【答案】(1) He Al P n42 2713 3015 10(2) 与原粒子运动方向相同v0 v112【试题出处】2011洛阳一中模拟【试题 14】已知氢原子基态的电子轨道半径 r10.5310 10 m，基态的能级值为E113.6 eV.(1)求电子在 n1 的轨道上运动形成的等效电流(2)有一群氢原子处于量子数 n3 的激发态，画出能级图，在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线(3)计算这几条光谱线中最长的波长【解析】(1)电子绕核运动具有周期性，设运转周期为 T，由牛顿第二定律和库仑定律有： k m 2r1e2r21 (2T)又轨道上任一处，每
15、一周期通过该处的电荷量为 e，由电流的定义式得所求等效电流I eT联立式得Ie22 r1 kmr1 A(1.610 19)223.140.5310 10 91099.110 310.5310 101.0510 3 A图 8(2)由于这群氢原子的自发跃迁辐射，会得到三条光谱线，如右图 8 所示(3)三条光谱线中波长最长的光子能量最小，发生跃迁的两个能级的能量差最小，根据氢原子能级的分布规律可知，氢原子一定是从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级设波长为 ，由 h E3 E2，得c hcE3 E2 m6.6310 343108( 1.51 3.4)1.610 196.5810 7 m【答案】(1)1
16、.0510 3 A (2)如图 8 所示 (3)6.5810 7 m【试题出处】2011无锡一中模拟【试题 15】2006 年，我国自行设计并研制的“人造太阳”托卡马克实验装置运行获得重大进展，这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列该反应所进行的聚变过程是 H H He n，反应原料氘( H)富存于海水中，而氚( H)是放射性元素，21 31 42 10 21 31自然界中不存在，但可以通过中子轰击锂核( Li)的人工核转变得到则：63(1)请把下列用中子轰击锂核( Li)产生一个氚核( H)和一个新核的人工核转变方程填63 31写完整；Li_ H.63 31(2)在(1)中，每生产
17、 1 g 的氚同时有多少个 Li 核实现了核转变？(阿伏加德罗常数63NA取 6.01023mol1 )(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时，平均每个核子释放的能量为 5.61013 J，求该核聚变过程中的质量亏损【解析】(1) Li n He H 3 10 42 31(2)因为 1 g 氚为 mol，根据核反应方程，实现核转变的 Li 也为 mol，所以有13 63 132.01023个 Li 实现了核转变(3)根据爱因斯坦质能方程 E mc 2.核聚变反应中有 5 个核子参加了反应，所以质量亏损为 m 3.110 29 kg.【答案】(1) n； He (2)2.010 23个 (3)3.
18、110 29 kg10 42【试题出处】2011桂林中学模拟【试题 16】1930 年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强，它甚至能穿透几厘米厚的铅板，1932 年，英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，测量出被打出的氢核和氮核的速度，并由此推算出这种粒子的质量若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰，测出被打出的氢核最大速度为vH3.310 7m/s，被打出的氮核的最大速度 vN4.510 6m/s，假定正碰时无机械能损失，设未知射线中粒子质量为 m，初速为 v，质子的质量为 m.(1)推导被打出的氢核和氮核的速度表达式；(2)根据上述数据，推算出未知
19、射线中粒子的质量 m 与质子的质量 m之比(已知氮核质量为氢核质量的 14 倍，结果保留三位有效数字)【解析】(1)碰撞过程满足动量守恒且机械能守恒，与氢核碰撞时有mv mv1 mHvH， mv2 mv mHv ，解之得 vH v，同理可得 vN v.12 12 21 12 2H 2mm mH 2mm mN(2)由上面可得 ，代入数据得 1.05.vHvN m mNm mH mm mmH【答案】(1) vH v vN v (2) 1.052mm mH 2mm mN mm【试题出处】2011黄冈中学模拟【试题 17】 (1)原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁如图 9 所示为
20、氢原子的能级图现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数 n1)的氢原子上，被激发的氢原子能自发地发出 3 种不同频率的色光，则照射氢原子的单色光的光子能量为多少 eV？用这种光照射逸出功为 4.54 eV 的金属表面时，逸出的光电子的最大初动能是多少 eV?图 9(2)静止的 Li 核俘获一个速度 v17.710 4 m/s 的中子而发生核反应，生成两个新63核已知生成物中 He 的速度 v22.010 4 m/s，其方向与反应前中子速度方向相同42写出上述反应方程求另一生成物的速度【试题出处】2011长沙一中模拟【试题 18】假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘
21、核的质量是 2.0136 u，中子的质量是 1.0087 u，氦核同位素的质量是 3.0150 u.(1)聚变的核反应方程式是_，在聚变核反应中释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字)(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为 H He Li，已知各核子比31 42 73结合能分别为 EH1.112 MeV、 EHe7.075 MeV、 ELi5.603 MeV，试求此核反应过程中释放的核能【试题出处】2011威海一中模拟【试题 19】为了捍卫我国的领海主权，随着我国综合国力的不断增强，相信在不远的将来，我国会拥有自己的航空母舰，假设航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是
22、 U n Ba Kr( ) n23592 10 14156 9236 10(1)在括号内填出 n 前的系数；10(2)用 m1、 m2、 m3分别表示 U、 Ba、 Kr 核的质量， m 表示中子的质量，则上述23592 14156 9236核反应过程中一个铀 235 核发生裂变产生的核能 E 是多少？(3)假设核反应堆的功率 P6.010 5 kW，若一个铀 235 核裂变产生的能量为2.81011 J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少 kg 铀 235？(铀 235 的摩尔质量 M0.235 kg/mol，一个月约为 t2.610 6 s，阿伏加德罗常数 NA6.010 23 mo
23、l1 ，计算结果保留两位有效数字)【解析】(1)由电荷数守恒和质量数守恒可知系数为 3.(2)E mc 2( m1 m2 m32 m)c2(3)一个月内核反应产生的总能量为 E Pt，同时 E NAE ，所以 Pt NAE ，解得mM mMm 22 kg.PtMNA E【答案】(1)3 (2)( m1 m2 m32 m)c2 (3)22 kg【试题出处】2011模拟【试题 20】已知氘核( H)质量为 2.0136 u，中子( n)质量为 1.0087 u，氦核( He)质21 10 32量为 3.0150 u,1 u 相当于 931.5 MeV.(1)写出两个氘核聚变成 He 的核反应方程；32(2)计算上述核反应中释放的核能(保留三位有效数字)；(3)若两个氘核以相同的动能 0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上述反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应后生成的氦核( He)和中子( n)的速度大小之比是多少？32 10
