高中物理高考 2020版高考物理一輪復(fù)習(xí)專題十七原子結(jié)構(gòu)和原子核課件-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

A組自主命題·浙江卷題組
1.(2018浙江4月選考,15,2分)(多選)氫原子的能級圖如圖所示,關(guān)于大量氫原子的能級躍遷,下列說法正確的是(可見光的波長范圍為4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s)?(　　)?
答案????BC????γ射線是原子核通過衰變產(chǎn)生的高能電磁波,與原子躍遷無關(guān),故A錯誤。氫原子從高能級向低能級躍遷時輻射出光子,根據(jù)ΔE=hν=h?,可得可見光光子的能量范圍為1.63~3.09 eV;從n=4能級躍遷到n=2時能級ΔE=2.55 eV,處在可見光能量范圍內(nèi),故B選項正確。從高能級向n=3時能級躍遷輻射出的光子最大能量為ΔE=1.51 eVλbB.Ua>UbC.a光的光子能量為2.86 eVD.b光產(chǎn)生的光電子最大初動能Ek=0.26 eV
答案????BCD　根據(jù)能級躍遷知識得hνa=E5-E2=(-0.54) eV-(-3.4) eV=2.86 eV,hνb=E4-E2=(-0.85) eV-(-3.4) eV=2.55 eV,顯然a光的光子能量大于b光的光子能量,即a光頻率較大,波長較短,所以 A錯,C正確。根據(jù)光電效應(yīng)方程可知,最大初動能Ek=hν-W0,所以a光照射后光電子的最大初動能為Ek'=(2.86-2.29) eV=0.57 eV,b光照射后光電子的最大初動能為Ek=(2.55-2.29) eV=0.26 eV, 選項D正確。由eU=Ek知Ua>Ub,選項B正確。
3.(2016浙江4月選考,14,2分)(多選)下列說法正確的是?(　　)A.波源的頻率越高,波速越大B.溫度升高,放射性元素的半衰期不變C.氫原子吸收光子從低能級躍遷到高能級D.光發(fā)生全反射時,臨界角隨入射角增大而變大
答案????BC　機械波傳播的速度與介質(zhì)有關(guān),與波源頻率無關(guān),A錯誤。放射性元素的半衰期反映了原子核衰變的快慢,與溫度無關(guān),B正確。氫原子吸收光子,能量增大,從低能級躍遷到高能級,C正確。光發(fā)生全反射時,臨界角跟介質(zhì)折射率之比有關(guān),與入射角無關(guān),D錯誤。
4.(2015浙江10月選考,14,2分)(多選)氫原子從n=6躍遷到n=2能級時輻射出頻率為ν1的光子,從n =5躍遷到n=2能級時輻射出頻率為ν2的光子。下列說法正確的是?(　　)A.頻率為ν1的光子的能量較大B.頻率為ν1的光子的動量較大C.做雙縫干涉實驗時,頻率為ν1的光產(chǎn)生的條紋間距較大D.做光電效應(yīng)實驗時,頻率為ν1的光產(chǎn)生的光電子的最大初動能較大
答案????ABD　由En=? ,ΔE=Em-En,可知,氫原子從n=6能級躍遷到n=2能級時輻射出的光子能量比從n=5能級躍遷到n=2能級時輻射出的光子的能量要大,故A正確;由E=hν,c=λν,且光子動量p =?,可知能量大的光子動量大,B正確;頻率為ν1的光子能量大,頻率為ν1的光波長λ1小,雙縫干涉條紋間距Δx1=λ1?小,C錯誤;由光電效應(yīng)方程Ekm=hν-hν0可知,入射光子的能量大,產(chǎn)生的光電子最大初動能大,故D正確。
1.(2019浙江4月選考,15,2分)(多選)靜止在勻強磁場中的原子核X發(fā)生α衰變后變成新原子核Y。已知核X的質(zhì)量數(shù)為A,電荷數(shù)為Z,核X、核Y和α粒子的質(zhì)量分別為mX、mY和mα,α粒子在磁場中運動的半徑為R。則?(　　)A.衰變方程可表示為?X?Y?HeB.核Y的結(jié)合能為(mX-mY-mα)c2C.核Y在磁場中運動的半徑為?D.核Y的動能為EkY=?
答案????AC　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,衰變方程可表示為?X?Y+?He,選項A正確;此反應(yīng)中放出的總能量為:ΔE=(mX-mY-mα)c2,可知核Y的結(jié)合能不等于(mX-mY-mα)c2,選項B錯誤;帶電粒子在磁場中運動的半徑r=?,又mv=p(動量),則得r=?,α衰變過程遵守動量守恒,根據(jù)動量守恒定律得:0=pY-pα,則pY=pα,得半徑之比為?=?=?,則核Y在磁場中運動的半徑為rY=?,故C正確;兩粒子的動能之比:?=?=?=?,因EkY+Ekα=ΔE=(mX-mY-mα)c2,解得EkY=?,選項D錯誤。
2.(2017浙江11月選考,14,2分)(多選)下列說法正確的是?(　　)A.核聚變反應(yīng)方程可能為?H?H?He+?nB.鈾核裂變的核反應(yīng)方程可能為?U?n?Xe?Sr+?nC.發(fā)生β衰變時原子核放出電子,說明電子是原子核的組成部分D.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核,若該過程質(zhì)量虧損為Δm,則氘核的結(jié)合能為Δmc2
答案????BD　選項A的核反應(yīng)方程為?H?H?He?n,選項A錯誤;根據(jù)重核裂變的核反應(yīng)方程配平方式可知,選項B正確;發(fā)生β衰變時原子核內(nèi)部中子衰變?yōu)橘|(zhì)子時釋放出高速電子,電子并不是原子核的組成部分,選項C錯誤;根據(jù)質(zhì)能方程可知選項D正確。
3.(2016浙江10月選考,16,2分)(多選)用中子?n)轟擊鈾核?U)產(chǎn)生裂變反應(yīng),會產(chǎn)生鋇核?Ba)和氪核?Kr)并釋放出中子?n),當(dāng)達到某些條件時可發(fā)生鏈式反應(yīng)。一個鈾核?U)裂變時,釋放的能量約為200 MeV(1 eV=1.6×10-19 J)。以下說法正確的是?(　　)A?U的裂變方程為?U?Ba?Kr?nB?U的裂變方程為?U?n?Ba?Kr+?nC?U發(fā)生鏈式反應(yīng)的條件與鈾塊的體積有關(guān)D.一個?U裂變時,質(zhì)量虧損約為3.6×10-20 kg
答案????BC????本題考查了對原子核的裂變、質(zhì)能方程的理解。鈾核的裂變需要中子的轟擊,所以選項A錯誤,選項B正確。鏈式反應(yīng)在進行過程中,需要鈾塊達到臨界體積才能維持鏈式反應(yīng)持續(xù)不斷進行下去,所以選項C正確。根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,反應(yīng)過程中,質(zhì)量虧損為Δm= ? kg≈3.6×10-28 kg,選項D錯誤。
B組　統(tǒng)一命題、省(區(qū)、市)卷題組
1.(2019課標(biāo)Ⅰ,14,6分)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63 eV~3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子,最少應(yīng)給氫原子提供的能量為?(　　)? eV　　 eV　　 eV
答案????A　本題考查原子的能級躍遷問題,體現(xiàn)了模型建構(gòu)的核心素養(yǎng)。由題圖數(shù)據(jù)分析可知,只有氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級輻射出的光子能量在可見光光子能量范圍內(nèi),所以處于基態(tài)(n=1)的氫原子最少也要躍遷到n=3能級,氫原子吸收的能量最少為 ΔE=E3-E1=12.09 eV,故選A。
易錯警示　本題易錯選C,沒有注意到氫原子原本處于“基態(tài)(n=1)”。
以下為教師用書專用(3)
2.(2016北京理綜,13,6分)處于n=3能級的大量氫原子,向低能級躍遷時,輻射光的頻率有?(????　)A.1種　????B.2種　????C.3種　????D.4種
答案????C　處于能級為n的大量氫原子向低能級躍遷能輻射光的種類為?,所以處于n=3能級的大量氫原子向低能級躍遷,輻射光的頻率有?=3種,故C項正確。
3.(2015天津理綜,1,6分)物理學(xué)重視邏輯,崇尚理性,其理論總是建立在對事實觀察的基礎(chǔ)上。下列說法正確的是?(　　)A.天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B.電子的發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子具有核式結(jié)構(gòu)C.α粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D.密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續(xù)的
答案????A????α粒子散射實驗的重要發(fā)現(xiàn)使人們認識到原子具有核式結(jié)構(gòu),B、C項錯誤;密立根的油滴實驗測出了電子的電荷量,D項錯誤。
1.(2019課標(biāo)Ⅱ,15,6分)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán),循環(huán)的結(jié)果可表示為?H?He+?e+2ν已知?H和?He的質(zhì)量分別為mp=1.007 8 u和mα=4.002 6 u,1 u=931 MeV/c2,c為光速。在4個?H轉(zhuǎn)變成?He的過程中,釋放的能量約為?(　　)A.8 MeV　　B.16 MeV　　C.26 MeV　　D.52 MeV
答案????C　本題考查了學(xué)生對核反應(yīng)中核能的計算能力,體現(xiàn)了學(xué)科素養(yǎng)中的物理觀念。由核反應(yīng)方程可知,4個?H轉(zhuǎn)變成1個?He的過程中的質(zhì)量虧損Δm≈4×1.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u,釋放的核能ΔE=Δmc2=0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV,故選項C正確。
2.(2019天津理綜,6,6分)(多選)我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破,等離子體中心電子溫度首次達到1億攝氏度,為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是?(　　)?A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,總質(zhì)量較聚變前增加D.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,核子的比結(jié)合能增加
答案????AD　本題以“人造太陽”為背景,考查核聚變反應(yīng),以及學(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了科學(xué) 態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng),也體現(xiàn)了應(yīng)用與創(chuàng)新的價值觀念。因為重核裂變后,產(chǎn)物中存在不穩(wěn)定的核,而且放射性產(chǎn)物較多,輕核聚變與之相比更安全、清潔,所以A項正確。輕原子核才會發(fā)生聚變,所以B項錯誤。核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損,釋放能量,所以C項錯誤。核反應(yīng)后產(chǎn)生的新核相對穩(wěn)定,比結(jié)合能增加,故D項正確。
試題分析　通過科學(xué)實踐透徹分析了核反應(yīng),并考查了重核裂變和輕核聚變的特點、區(qū)別等。
3.(2018課標(biāo)Ⅲ,14,6分)1934年,約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核?Al,產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X:α?Al→n+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為?(　　)A.15和28　????B.15和30C.16和30　????D.17和31
答案????B　本題考查核反應(yīng)方程。在核反應(yīng)過程中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒,則X的原子序數(shù)為2+13=15,X的質(zhì)量數(shù)為4+27-1=30,選項B正確。
規(guī)律總結(jié)　核反應(yīng)方程的特點　　核反應(yīng)過程中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒。
4.(2017課標(biāo)Ⅱ,15,6分)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核,衰變方程為?U?Th?He。下列說法正確的是?(　　)A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量
答案????B　本題考查天然放射現(xiàn)象、半衰期、動量守恒。靜止的原子核在衰變前后動量守恒,由動量守恒定律得0=m1v1+m2v2,可知m1v1=-m2v2,故衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小,選項B正確;而動能Ek=?,由于釷核的質(zhì)量(m1)大于α粒子的質(zhì)量(m2),故其動能不等,選項A錯誤;鈾核的半衰期是大量的鈾核半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間,而不是放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間,選項C錯誤;原子核衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒,衰變時放出核能,質(zhì)量虧損,選項D錯誤。
5.[2019江蘇單科,12(2),3分]100年前,盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子。后來,人們用α粒子轟擊?Ni核也打出了質(zhì)子?He?Ni?Cu?H+X,該反應(yīng)中的X是　　　????(選填“電子”“正電子”或“中子”)。此后,對原子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能。目前人類獲得核能的主要方式是　　　????(選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”)。
解析　本題通過原子核的人工轉(zhuǎn)變考查了核反應(yīng)方程中的質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒等規(guī) 律?？疾閷W(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了物理觀念中的物質(zhì)觀念要素。由質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可確定X應(yīng)是?n,是中子。目前人類對和平利用核聚變獲得能量的技術(shù)還不成熟,而衰變中能量釋放速率太緩慢,故目前利用核能的主要方式是核裂變。(3)本題考查了光的波粒二象性中粒子性問題,考查了學(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了物理觀念中能量觀念的素養(yǎng)要素,滲透了關(guān)注社會發(fā)展、科技進步、生產(chǎn)生活的價值觀念。光子能量ε=?,光子數(shù)目n=?,代入數(shù)據(jù)得n=5×1016。
關(guān)聯(lián)知識　核反應(yīng)中四大守恒規(guī)律:(1)質(zhì)量數(shù)守恒;(2)電荷數(shù)守恒;(3)能量守恒;(4)動量守恒。
以下為教師用書專用(6~10)
6.(2018天津理綜,1,6分)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進的研究平臺。下列核反應(yīng) 中放出的粒子為中子的是　?????(　　)?A? N俘獲一個α粒子,產(chǎn)生?O并放出一個粒子B?Al俘獲一個α粒子,產(chǎn)生?P并放出一個粒子C?B俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生?Be并放出一個粒子D?Li俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生?He并放出一個粒子
答案????B　本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒的原則,可寫出選項中的四個核反應(yīng)方程?N+?He?O?H,選項A錯誤。 ?Al?He?P?n,選項B正確。 ?Be?He,選項C錯誤?Li?H?He?He,選項D錯誤。
解題關(guān)鍵　核反應(yīng)中的兩守恒根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒的原則,寫出核反應(yīng)方程,同時應(yīng)熟記幾種常用的微觀粒子的表示方法。
7.(2017天津理綜,1,6分)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機構(gòu)認證,這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是 ?????(　　)?A.?H?H?He?n　 B?N?He?O?HC?He?Al?P?n　　D?U?n?Ba?Kr+?n
答案????A　本題考查核反應(yīng)類型。選項A是質(zhì)量小的核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,屬于核聚變。選項B是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的人工轉(zhuǎn)變方程。選項C是約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性同位素的人工轉(zhuǎn)變方程。選項D是鈾核在中子轟擊下分裂為中等質(zhì)量的核的過程,屬于核裂變。
8.[2015福建理綜,30(1),6分]下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認識,其中正確的是?(　　)A.γ射線是高速運動的電子流B.氫原子輻射光子后,其繞核運動的電子動能增大C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D?Bi的半衰期是5天,100克?Bi經(jīng)過10天后還剩下50克
答案????B????γ射線是光子流,選項A錯誤;氫原子輻射光子后能量減小,軌道半徑減小,其繞核運動的電子動能增大,總能量減小,選項B正確;太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的氫核聚變,選項C錯誤;由m=?,n=?=2得m=?=? g=25 g,選項D錯誤。
9.(2015北京理綜,17,6分)實驗觀察到,靜止在勻強磁場中A點的原子核發(fā)生β衰變,衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運動,運動方向和軌跡示意如圖。則?(　　)?A.軌跡1是電子的,磁場方向垂直紙面向外B.軌跡2是電子的,磁場方向垂直紙面向外C.軌跡1是新核的,磁場方向垂直紙面向里D.軌跡2是新核的,磁場方向垂直紙面向里
答案????D　由靜止的原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核和電子做勻速圓周運動的方向相反及原子核衰變前后動量守恒得meve-m核v核=0,粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑r=?,因為qer核,故軌跡1是電子的,軌跡2是新核的,根據(jù)左手定則可判定磁場方向垂直紙面向里,故D 項正確。
10.[2014課標(biāo)Ⅰ,35(1),6分](多選)關(guān)于天然放射性,下列說法正確的是?(　　)A.所有元素都可能發(fā)生衰變B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C.放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D.α、β和γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強E.一個原子核在一次衰變中可同時放出α、β和γ三種射線
答案????BCD　原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能發(fā)生衰變,而原子序數(shù)小于83的部分元素能發(fā)生衰變,故A錯。放射性元素的衰變是原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,與核外電子的得失及環(huán)境溫度無關(guān),故B、C項正確。在α、β、γ三種射線中,α、β為帶電粒子,穿透本領(lǐng)較弱,γ射線不帶電, 具有較強的穿透本領(lǐng),故D項正確。一個原子核不能同時發(fā)生α衰變和β衰變,故E項錯誤。
A組 2017—2019年高考模擬·考點基礎(chǔ)題組
1.(2019浙江杭州模擬一,16)(多選)如圖所示為氫原子的能級圖,已知氫原子從n=2能級躍遷到n =1能級時,輻射出A光,則以下判斷正確的是?(　　)?A.氫原子從n=2躍遷到n=3吸收光的波長小于A光波長B.只要用波長小于A光波長的光照射,都能使氫原子從n=1躍遷到n=2C.氫原子從n=3躍遷到n=2輻射的光在相同介質(zhì)中的全反射臨界角比A光大D.氫原子從n=3躍遷到n=2輻射的光在同一種介質(zhì)中的傳播速度比A光的傳播速度大
答案????CD　根據(jù)Em-En=hν,知氫原子從n=2的能級躍遷到n=3的能級時的能級差小于從n=2的能級躍遷到n=1的能級時的能級差,再由ΔE=hν和λ=?,可知從n=2能級躍遷到n=3能級吸收的光的波長大于A光波長,故A錯誤。要使氫原子從n=1的能級躍遷到n=2的能級,則光子能量必須是兩能級的差值,即ΔE=13.6 V-3.4 eV=10.2 eV,故B錯誤。氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級差大于氫原子從n=3躍遷到n=2的能級差,因此從n=3躍遷到n=2輻射的光的頻率較低,折射率較小,依據(jù)sin C=1/n,那么在其相同介質(zhì)中的全反射臨界角比A光的大,故C正確。氫原子從n=2能級躍遷到n=1的能級差大于氫原子從n=3躍遷到n=2的能級,因此從n=3躍遷到n=2輻射的光的頻率較低,折射率較小,依據(jù)v=c/n,則此光在同一種介質(zhì)中的傳播速度比A光的傳播速度大,故D 正確。故選C、D。
2.(2019浙江綠色聯(lián)盟3月聯(lián)考,14)(多選)如圖為氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)的四條譜線Hα、H β、Hγ和Hδ,都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級躍遷到n=2的能級發(fā)出的光,根據(jù)此圖可以判定?(　　)A.Hα對應(yīng)的原子前后能級之差最小B.同一介質(zhì)對Hα的傳播速度最大C.Hδ光子的動量最大D.用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng),則用Hβ照射同一金屬一定不能發(fā)生光電效應(yīng)
答案????ABC????Hα對應(yīng)的光波長大,頻率小,能量小,故能級差最小,A對; 頻率小,折射率小,因此光速大,B對; Hδ的頻率最大,故動量最大,C對;Hα的頻率比Hβ的頻率大,因此其發(fā)生光電效應(yīng)時,Hβ 照射同一金屬時,不一定發(fā)生光電效應(yīng),D錯。
3.(2019紹興3月適應(yīng)性考試,6)如圖所示是陰極射線管的示意圖,真空玻璃管中的陰極被加熱至發(fā)出輝光,電子從陰極“蒸發(fā)”出來并流向陽極。此過程中?(　　)?A.電子的速度不變B.電子的動能增加C.電子的電勢能增大D.靜電力做負功
答案????B　電子從陰極流向陽極,電場力做正功,其速度變大,動能變大,故A、D錯,B對;電子的電勢能減小,C錯。
4.(2017浙江寧波十校聯(lián)考,16)(多選)氫原子的部分能級如圖所示。一群氫原子處于能級數(shù)n= 4的激發(fā)態(tài),當(dāng)它們向較低能級躍遷時,放出的光子的能量可能是?(　　)? eV　　 eV　　C.10.2 eV　　 eV
答案????BCD　從n=4能級向下躍遷時可以發(fā)出六種光子,分別為4→3,4→2,4→1,3→1,3→2,2→ 1,分別計算能級差可得B、C、D選項正確。
1.(2019浙江學(xué)軍中學(xué)模擬,14)(多選)以下關(guān)于原子、原子核的說法正確的是?(　　)A.只要空間中某區(qū)域有均勻變化的電場或均勻變化的磁場就能產(chǎn)生電磁波B.LC振蕩電路中,在電容器的放電過程中,振蕩電流逐漸增大C.各種氣體原子的能級不同,躍遷時發(fā)射光子的能量各異,因此利用不同氣體可以制作五顏六色的霓虹燈D.β衰變方程?Th? Pa?e,因為? Th和? Pa的核子數(shù)均為234,所以這兩個原子核的結(jié)合能相等
答案????BC　均勻變化的電場產(chǎn)生恒定的磁場,均勻變化的磁場產(chǎn)生恒定的電場,如果空間中某區(qū)域有均勻變化的電場或均勻變化的磁場就不能產(chǎn)生電磁波,選項A錯誤;LC振蕩電路中,在電容器的放電過程中,電流逐漸增大,選項B正確;根據(jù)玻爾原子理論,各種氣體原子的能級不同,在不同的能級之間躍遷,可產(chǎn)生不同頻率的光,故C正確;β衰變?Th→?e會釋放能量,雖然? Th和? Pa的核子數(shù)均為234,但前者比后者的結(jié)合能小,故D錯誤。
2.(2019浙江暨陽聯(lián)考,16)(多選)下列說法中正確的是?(　　)A.全息照片的拍攝利用了光的偏振特性B.溫度高低變化,不會影響放射性元素的半衰期C.核反應(yīng)中重水等慢化劑的作用是減緩重核裂變的反應(yīng)速率D.盧瑟福α粒子散射實驗的一個重要應(yīng)用是估算原子核的半徑
答案????BD　全息照片利用了光的干涉,A錯;半衰期與外界條件無關(guān),包括溫度,所以B正確;重水是慢化劑,讓快中子減速為慢中子,慢中子才會使重核發(fā)生裂變,所以重水的作用應(yīng)是加速核反應(yīng),真正減緩核反應(yīng)的應(yīng)是鎘棒,C錯;α粒子散射實驗,不僅揭示了原子有核,也可以根據(jù)偏轉(zhuǎn) 情況來估測原子核半徑的大小。
3.(2019浙江杭州模擬五,16)(多選)PET(正電子發(fā)射型計算機斷層顯像)的基本原理是:將放射性同位素?O注入人體,參與人體的代謝過程?O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對光子,被探測器探測到,經(jīng)計算機處理后產(chǎn)生清晰的圖像。根據(jù)PET原理, 下列說法正確的是?(　　)A.?O衰變的方程式為?O?N?eB.將放射性同位素?O注入人體?O的主要用途為示蹤原子C.一對正、負電子湮滅后也可能只生成一個光子D.PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較長
答案????AB　由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得?O的衰變的方程式是?O→?N?e,故A正確;將放射性同位素?O注入人體?O的主要用途為示蹤原子,故B正確;一對正、負電子湮滅生成兩個光子,故C錯誤;氧在人體內(nèi)的代謝時間不長,因此PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較短,故D錯誤。故選A、B。
4.(2019浙江學(xué)軍中學(xué)模擬,14)(多選)下列說法錯誤的是?(　　)A.原子核的結(jié)合能是組成原子核的所有核子的能量總和B.在所有核反應(yīng)中,都遵從“質(zhì)量數(shù)守恒,核電荷數(shù)守恒”的規(guī)律C.在天然放射現(xiàn)象中放出的β射線是電子流,該電子是原子的內(nèi)層電子受激后輻射出來的D.鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1620年,也就是說,100個鐳226核經(jīng)過1620年后一定還剩下50 個鐳226沒有發(fā)生衰變
答案????ACD　原子核的結(jié)合能是把核子分開而需要的能量,并不是組成原子核的所有核子的能量總和,故A錯誤;在所有核反應(yīng)中,都遵從“質(zhì)量數(shù)守恒,核電荷數(shù)守恒”的規(guī)律,故B正確;β 衰變中,一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子的同時生成一個電子,故C錯誤;半衰期是統(tǒng)計規(guī)律,對少量原子核來講是沒有意義的,故D錯誤。故選A、C、D。
5.(2018浙江稽陽聯(lián)誼學(xué)校聯(lián)考,14)(多選)下列說法中正確的是?(　　)A.比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定B.一群氫原子從n=5的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時,有可能輻射出10種不同頻率的光子C.盧瑟福通過α粒子散射實驗說明了原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的D.原子核衰變時電荷和質(zhì)量都守恒
答案????AB????α粒子散射實驗說明了原子的核式結(jié)構(gòu),C錯誤;原子核衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒,質(zhì)量不守恒,D錯誤。
B組　2017—2019年高考模擬·專題綜合題組(時間:45分鐘　分值:60分)一、選擇題(每小題6分,共48分)
1.(2019浙江超級全能生2月聯(lián)考,15)(多選)下列說法中正確的是?(　　)? 甲乙?
? 丙? 丁
A.根據(jù)甲圖氫原子的電子云示意圖可知,電子在玻爾理論中的某一軌道上穩(wěn)定運動,應(yīng)該是一個概率問題B.根據(jù)乙圖中原子核的比結(jié)合能示意圖可知?Li原子核中的平均核子質(zhì)量比?O的要小C.丙圖中的鏈式反應(yīng)要能持續(xù),裂變物質(zhì)必須具有一定的體積或質(zhì)量D.根據(jù)丁圖中氡的衰變可知,1 g氡經(jīng)過38天后還剩0.1 g
答案????AC　本題考查玻爾理論和原子物理。玻爾理論有一定的局限性,要適當(dāng)修正,A正確; 比結(jié)合能越大,平均核子質(zhì)量就越小,越穩(wěn)定,B錯誤;鏈式反應(yīng)要能持續(xù),裂變物質(zhì)必須具有一定的體積或質(zhì)量,C正確;氡的半衰期是3.8天,1 g氡經(jīng)過38天后還剩? g,D錯誤。
2.(2019浙江嘉興選考測試,15)(多選)太陽內(nèi)部不斷進行著各種核聚變反應(yīng),其中一種為?H?H?He?n,氘核的質(zhì)量為m1,氚核的質(zhì)量為m2,氯核的質(zhì)量為m3,中子的質(zhì)量為m4,核反應(yīng)中發(fā)射一種γ光子,該γ光子照射到逸出功為W0的金屬上打出的最大初動能的光電子速度為v,已知光電子的質(zhì)量為m,光速為c,普朗克常量為h,則?(　　)A.聚變反應(yīng)釋放的核能為(m1+m2-m3-m4)cB.γ光子來源于原子核外電子的能級躍遷C.光電子的德布羅意波長為?D.γ光子的頻率為?
答案????CD　由愛因斯坦質(zhì)能方程可知,聚變反應(yīng)釋放的核能為(m1+m2-m3-m4)c2,故A錯誤;γ光子來源于聚變反應(yīng)釋放的能量,故B錯誤;由公式λ=?=?,故C正確;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知,Ek=hν-W0,即?mv2=hν-W0解得:ν=?,故D正確。故應(yīng)選C、D。
3.(2019浙江名校協(xié)作二模,15)(多選)下列四幅圖涉及不同的物理知識,其中說法正確的是?(　　)?
A.圖甲:大量電子通過雙縫后在接收屏上出現(xiàn)干涉圖樣,少量電子通過雙縫后不發(fā)生干涉B.圖乙:盧瑟福和他的學(xué)生發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子到達金箔后發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn),并據(jù)此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型C.圖丙:原子核發(fā)生β衰變時,產(chǎn)生的新核處于高能級,這時它要向低能級躍遷,能量以γ光子的形式輻射出來
D.圖丁:在鈾棒周圍要放“慢化劑”,普通水即可作為慢化劑
答案????CD　粒子的波動性是其本身具有的,與粒子數(shù)量無關(guān),故少量電子同樣發(fā)生干涉,A錯; 盧瑟福他們發(fā)現(xiàn)的是少量α粒子發(fā)生大角度散射,故B錯;β衰變伴隨著γ光子輻射,C對;“慢化劑”用來減緩中子速度,以使得裂變反應(yīng)更容易發(fā)生,可以作為“慢化劑”的有普通水、重水、石墨等,故D對。
4.(2019浙江溫州二模,15)如圖所示,是一個靜止的放射性元素的原子核在勻強磁場中發(fā)生衰變時形成的兩條圓形徑跡,已知兩圓內(nèi)切,半徑之比為1∶44,則?(　　)?A.發(fā)生的是β衰變B.軌跡1是反沖核的徑跡C.反沖核沿逆時針運動D.該放射性元素的原子序數(shù)是88
答案????ABC　衰變過程中,動量守恒,兩粒子速度方向相反。根據(jù)R=?,電荷量大的半徑小,所以軌跡1是反沖核的軌跡,粒子帶正電,說明軌跡1的方向是逆時針,因此軌跡2的方向是順時針, 說明軌跡2中的粒子帶負電,發(fā)生的是β衰變,故A、B、C對。半徑與電荷量成反比,因此反沖核的原子序數(shù)為44,放射核的原子序數(shù)為43,故D錯。
5.(2019浙江十校聯(lián)盟3月聯(lián)考,14)(多選)下列說法正確的是?(　　)A.?Th經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變后成為原子核? PbB.在核反應(yīng)堆中,為使快中子減速,在鈾棒周圍要放“慢化劑”,常用的慢化劑有石墨、重水和普通水C.結(jié)合能越大,原子核結(jié)構(gòu)一定越穩(wěn)定D.將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解,會改變該放射性元素的半衰期
答案????AB?Th經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變,則核子數(shù)減少6×4=24,電荷數(shù)減少6×2-4=8,因此A對;慢化劑可以選用石墨、重水、普通水等,B對;比結(jié)合能越大,才是越穩(wěn)定,故C錯;化學(xué)反應(yīng) 不改變半衰期,D錯。
6.(2019浙江綠色聯(lián)盟聯(lián)考,14)(多選)一靜止的原子核? U發(fā)生一次α衰變后變?yōu)樵雍薚h,同時放出光子。已知? U的質(zhì)量為m1,Th核的質(zhì)量為m2,α粒子的質(zhì)量為m3,下列說法正確的是?(　　)A.該衰變方程為? U? Th? HeB.放出的光子能量為(m1-m2-m3)c2C.Th核和α粒子的速率之比為m3∶m2D.將含有?U的原料深埋地下,可以減緩其衰變的速度
答案????AC　核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒,故A對;衰變后,原子核有動能,故光子能量比這個值更小,B錯;忽略光子動量,則兩原子核動量守恒,故C對;粒子的半衰期僅與粒子本身有關(guān),D 錯。
7.(2019浙江紹興3月適應(yīng)性考試,5)(多選)一座核電站反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱功率為3 400 MW,發(fā)電功率為1 100 MW。已知一個鈾235核裂變時釋放的能量約為200 MeV,下列說法正確的是(??? 　)A.核裂變的反應(yīng)方程為? U? n? Ba? Kr+? nB.核反應(yīng)后總質(zhì)量增加了C.核電站的發(fā)電效率約為32%D.每秒鐘約有1.1×1020個鈾235核發(fā)生裂變
答案????CD　反應(yīng)方程中少了一個中子,故A錯;核反應(yīng)放出了能量,根據(jù)質(zhì)能方程,質(zhì)量減少,B 錯;核電站是將熱能轉(zhuǎn)化為電能,因此發(fā)電效率為?×100%≈32%,故C對;nE=Pt,t=1 s,得到n =1.06×1020,故D對。
8.(2018浙江新高考選考終極適應(yīng)性考試,16)(多選)云室能顯示射線的徑跡,把云室放在磁場中,從帶電粒子運動軌跡的彎曲方向和半徑大小就能判斷粒子的屬性。放射性元素A的原子核靜止放在磁感應(yīng)強度B=2.5 T的勻強磁場中發(fā)生衰變,放射出粒子并變成新原子核B,放射出的粒子與新核運動軌跡如圖所示,測得兩圓的半徑之比R1∶R2=42∶1,且R1=0.2 m。已知α粒子質(zhì)量mα=6.64×10-27 kg,β粒子質(zhì)量mβ=9.1×10-31 kg,普朗克常量取h=6.6×10-34 J·s,元電荷e=1.6×10-19 C,下列說法正確的是?(　　)A.新原子核B的核電荷數(shù)為84B.放射性元素A的原子核發(fā)生的是β衰變C.衰變放射出的粒子的速度大小為2.4×107 m/s
D.如果A原子核衰變時釋放出一種頻率為1.2×1015 Hz的光子,那么這種光子能使逸出功為4.54 eV的金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)
答案????ACD　軌跡呈現(xiàn)外切,所以放出的粒子帶正電,即發(fā)生α衰變,B錯誤;因為兩圓的半徑之比R1∶R2=42∶1,R=?,又因為衰變過程動量守恒,則m1v1=m2v2,可得新原子核B的核電荷數(shù)為84,所以A正確;由R1=?,得vα=qαBR1/mα=2×1.6×10-19×2.5×0.2/(6.64×10-27) m/s≈2.4×107 m/s,所以C正確;根據(jù)E=hν可計算光子的能量為E光=7.92×10-19 J,逸出功為W逸=4.54×1.6×10-19 J≈7.26×10-19 J,光子能量大于逸出功,故鎢能發(fā)生光電效應(yīng),所以D正確。
試題分析　本題考查了動量守恒定律、粒子在磁場中做圓周運動的半徑公式等知識點,難度中等,綜合性較強,考生需加強這方面的訓(xùn)練,同時掌握光電效應(yīng)產(chǎn)生條件,注意電子伏特與焦耳的單位轉(zhuǎn)換。
二、非選擇題(共12分)
9.(2019浙江綠色聯(lián)盟3月聯(lián)考,23)如圖所示,半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向內(nèi)的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,圓弧上P點與圓心O的連線垂直于直徑MN,P點放置一粒子源,其向紙面內(nèi)各個方向均為發(fā)射兩種原子核?X?Y?X的速率為v?Y的速率為?,沿PO方向發(fā)射的?X恰好從N點離開磁場,忽略原子核間的相互作用及原子核的重力,取sin 53°=0.8,cs 53°=0.6。(1)求原子核?X的比荷?,及其從P點到邊界MN的最短時間;(2)其中一個原子核?Y的軌跡恰能與ON的中點A相切,求?Y粒子的質(zhì)量數(shù)a;(3)在直徑MN上安裝金屬板,并與電阻r串聯(lián)后接地,帶正電的原子核到達金屬板后被吸收形成電流。已知粒子源P單位時間內(nèi)發(fā)射n個粒子,其中?X占40%?Y占60%,求穩(wěn)定后金屬板MN上的發(fā)熱功率。(已知電子的電荷量為e,原子核?X的質(zhì)量用m表示)
解析　(1?X的半徑為R,由qvB=?得?=?路程的弦長最短時,時間最短.由幾何關(guān)系,最短弦長PO=R,則t=?=?(2)設(shè)?Y做圓周運動的半徑為R',如圖甲所示,由幾何關(guān)系得:? 甲(R-R')+(?)2=R'2解得:R'=?R設(shè)?Y粒子的質(zhì)量為m',電荷量為q',則有:q'?B=m'?解得:?=?=?,即?=?×?,得a=15(3)對?Y粒子,設(shè)粒子初速度方向與PQ方向夾角為α,如圖乙所示,已知軌跡恰好與A相切,則sin
α0=?=?,得α0=53° 乙由幾何關(guān)系可知?Y粒子在0≤α≤53°范圍內(nèi)射出的粒子能到達金屬板,則單位時間內(nèi)到達金屬板的粒子數(shù)為n1=?n×60%=?n?X在0≤α≤90°范圍內(nèi)射出的粒子能到達金屬板,則單位時間內(nèi)到達金屬板的粒子數(shù)為:n2=?n×40%=?n通過電阻r上的電流I=8e×?n+2e×?n=?ne
因?X的質(zhì)量為m,則?Y的質(zhì)量為5m,根據(jù)能量守恒定律:?m(?)2×n1+?mv2×n2=P熱+I2r得P熱=?nmv2-(?ne)2r
C組　2017—2019年高考模擬·應(yīng)用創(chuàng)新題組
1.(核反應(yīng)方程與核能)用速度幾乎是零的慢中子轟擊靜止的硼核?B),產(chǎn)生鋰核?Li)和α粒子。已知中子質(zhì)量mn=1.008 665 u,硼核質(zhì)量mB=10.016 77 u,鋰核質(zhì)量mLi=7.018 22 u,α粒子質(zhì)量 mα=4.002 60 u。(1)寫出該反應(yīng)的核反應(yīng)方程;(2)求出該反應(yīng)放出的能量ΔE;(3)若核反應(yīng)中放出的能量全部變成生成核的動能,則鋰核和α粒子的動能各是多少?(1 u相當(dāng) 于931.5 MeV)
答案　(1?B?n?Li?He　(2)4.30 MeV　(3)1.56 MeV　2.74 MeV
解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程,由質(zhì)量虧損及愛因斯坦質(zhì)能方程求出核能, 再由動量守恒和能量守恒求出鋰核和α粒子的動能。(1)核反應(yīng)方程為?B?n?Li?He。(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為Δm=(10.016 77 u+1.008 665 u)-(7.018 22 u+4.002 60 u)=0.004 615 u,釋放出的能量為ΔE=0.004 615×931.5 MeV≈4.30 MeV。(3)根據(jù)動量守恒定律有mLivLi=mαvα,由動能定義式有EkLi=?mLi?,Ekα=?mα?,聯(lián)立有?=?=?,根據(jù)能量守恒定律有EkLi+Ekα=ΔE=4.30 MeV,解得鋰核和α粒子的動能分別為EkLi=1.56 MeV,mkα=2.74 MeV。
2.(核反應(yīng)方程與核能)在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α 衰變,放射出的α粒子?He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動,其軌跡半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用?X表示,新核的元素符號用Y表示,寫出該α衰變的核反應(yīng)方程;(2)α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流,求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小;(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過程的質(zhì) 量虧損Δm。
答案　(1?X?Y?He　(2)??????　(3)?
解析　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知核反應(yīng)方程為?X?Y?He。(2)設(shè)α粒子的速度大小為v,由qvB=m?,T=?,得α粒子在磁場中的運動周期T=?環(huán)形電流大小I=?=?(3)由qvB=m?,得v=?設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v',系統(tǒng)動量守恒Mv'-mv=0v'=?=?由Δmc2=?Mv'2+?mv2得Δm=?

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