
?專題強(qiáng)化練(十七) 原子結(jié)構(gòu)與原子物理
1.如圖所示是α粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖.從α粒子源發(fā)射的α粒子射向金箔,利用觀測(cè)裝置觀測(cè)發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后,基本上熒光屏仍沿原來(lái)的方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子(約占八千分之一)發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角α粒子束度甚至大于90°.下列說(shuō)法正確的是( )
A.α粒子是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的快速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子流
B.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內(nèi)
C.α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是金箔中的電子對(duì)α粒子的作用引起的
D.α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是帶正電的原子核對(duì)α粒子的斥力引起的
解析:α粒子是從放射性物質(zhì)中發(fā)射出來(lái)的氦核,A錯(cuò)誤;若原子中的正電荷彌漫性地均勻分布在原子內(nèi),α粒子穿過(guò)原子時(shí)受到的各方向正電荷的斥力基本上會(huì)相互平衡,對(duì)α粒子運(yùn)動(dòng)的影響不會(huì)很大,不會(huì)出現(xiàn)大角度偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,B錯(cuò)誤;電子對(duì)α粒子速度的大小和方向的影響可以忽略,C錯(cuò)誤;原子核帶正電,體積很小,但幾乎占有原子的全部質(zhì)量,電子在核外運(yùn)動(dòng),當(dāng)α粒子進(jìn)入原子區(qū)域后,大部分離原子核很遠(yuǎn),受到的庫(kù)侖斥力很小,運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變,只有極少數(shù)α粒子在穿過(guò)時(shí)離原子核很近,因此受到很強(qiáng)的庫(kù)侖斥力,發(fā)生大角度散射,D正確.故選D.
答案:D
2.2021年10月12日,物理學(xué)家組織網(wǎng)報(bào)道,一國(guó)際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)對(duì)中子的“壽命”開(kāi)展了迄今最精確測(cè)量,精確度提高了兩倍多,這項(xiàng)研究有助揭示宇宙的演化歷程并為發(fā)現(xiàn)新物理現(xiàn)象提供證據(jù).下列核反應(yīng)方程中X1、X2、X3、X4代表中子的是( )
A.F+He―→X1+Ne
B.B+He―→X2+N
C.H+H―→X3+H
D.Al―→X4+Mg
解析:根據(jù)題意得F+He―→H+Ne
B+He―→n+N
H+H―→e+H
Al―→e+Mg,B正確,A、C、D錯(cuò)誤.故選B.
答案:B
3.“國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃”是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科研合作項(xiàng)目之一,ITER裝置是一個(gè)能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應(yīng)的超導(dǎo)托卡馬克,俗稱“人造太陽(yáng)”.人造太陽(yáng)中發(fā)生的主要是氫的同位素——氘和氚的核聚變反應(yīng).下列說(shuō)法中正確的是( )
A.核反應(yīng)方程為H+H―→He+H
B.該核反應(yīng)過(guò)程吸收能量
C.該核反應(yīng)生成物的質(zhì)量大于反應(yīng)物的質(zhì)量
D.聚變生成物He的比結(jié)合能大于反應(yīng)物H的比結(jié)合能
解析:核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒,而A選項(xiàng)中的電荷數(shù)不守恒,A錯(cuò)誤;核聚變反應(yīng)過(guò)程放出能量,B錯(cuò)誤;核聚變反應(yīng)有大量的能量放出,由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程知,有質(zhì)量虧損,生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量,C錯(cuò)誤;比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,故He的比結(jié)合能大于H的比結(jié)合能,D正確.故選D.
答案:D
4.用加速后的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子,氫原子受到激發(fā)后發(fā)出的光可使逸出功W0=2.75 eV的金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象.氫原子的能級(jí)圖如圖所示,下列判斷正確的是( )
A.加速后電子動(dòng)能最小值可能為10.2 eV
B.加速后電子動(dòng)能最小值可能為2.75 eV
C.金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能可能為0 eV
D.金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能可能為0.65 eV
解析:光子的能量大于逸出功2.75 eV時(shí),才能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,即hν>W0=2.75 eV.電子加速度轟擊基態(tài)的氫原子,氫原子受到激發(fā)躍遷到n=2的能級(jí),需要吸收的能量最小為ΔE=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6) eV=10.2 eV>2.75 eV,所以速后電子動(dòng)能最小值可能為10.2 eV,A正確,B錯(cuò)誤;處于基態(tài)的氫原子受到激發(fā),向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)射光子的能量為hν=-(其中E1=-13.6 eV,m、n為整數(shù),且m>n).若金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能為0 eV,則光子的能量為hν=W0=2.75 eV,沒(méi)有相應(yīng)的m、n能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生2.75 eV的光子,若金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能為0.65 eV,則光子的能量為hν=W0+Ek=3.4 eV,沒(méi)有相應(yīng)能級(jí)間的躍遷可以產(chǎn)生3.4 eV的光子,故C、D錯(cuò)誤.故選A.
答案:A
5.某原子的部分能級(jí)圖如圖,大量處于某激發(fā)態(tài)的該原子向低能級(jí)躍遷時(shí),發(fā)出三種波長(zhǎng)的光如圖所示,它們的波長(zhǎng)分別為λa、λb、λc.下列說(shuō)法正確的是( )
A.同樣條件下,a光比b光衍射明顯
B.三種光的波長(zhǎng)關(guān)系為=+
C.用同一套裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),a光相鄰亮紋的間距最大
D.若b光照射某種金屬能發(fā)生光電效應(yīng),c光照射該金屬也能發(fā)生光電效應(yīng)
解析:由圖可得,三種波長(zhǎng)的光的能量關(guān)系為εa>εc>εb,又因?yàn)棣牛絟,所以波長(zhǎng)關(guān)系為λa>λc>λa,因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)越長(zhǎng),衍射現(xiàn)象越明顯,所以樣條件下, b光比a光衍射明顯;又因?yàn)棣=,所以用同一套裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),b光相鄰亮紋的間距最大,故A、C錯(cuò)誤;由圖可得εa=E3-E1;εb=E2-E1;εc=E3-E2所以滿足εa=εc+εb則h=h+h,即=+,故C錯(cuò)誤;若b光照射某種金屬能發(fā)生光電效應(yīng),因?yàn)棣與>εb則c光照射該金屬也能發(fā)生光電效應(yīng),故D正確.故選D.
答案:D
6.2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬(wàn)噸福島核電站內(nèi)儲(chǔ)存的核污水,消息一出,舉世嘩然.福島核電站的裂變材料是鈾235,核廢水中含有大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129、釕106等放射性核素.其中鈾235的半衰期大約為12.5年,其衰變方程為U→Th+X+γ,下列觀點(diǎn)正確的是( )
A.衰變中產(chǎn)生的粒子X(jué)本質(zhì)上是氦原子
B.鈾235衰變后核子的總質(zhì)量相比衰變前減少
C.衰變過(guò)程中釋放核能,鈾235的比結(jié)合能大于釷231的比結(jié)合能
D.如果日本政府在12.5年后再排放經(jīng)過(guò)處理的核污水將不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響
解析:根據(jù)衰變規(guī)律可知,X為α粒子,本質(zhì)上是氦的原子核,不是氦原子,故A錯(cuò)誤;由于衰變過(guò)程中出現(xiàn)射線,可知會(huì)釋放出核能,產(chǎn)生質(zhì)量虧損,故反應(yīng)后核子的總質(zhì)量會(huì)減少,衰變是不穩(wěn)定的原子核向結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原子核的變化,故新核的比結(jié)合能大于核反應(yīng)前原子核的比結(jié)合能,故B正確,C錯(cuò)誤;鈾235經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期只是有半數(shù)發(fā)生衰變,還存在大量原子核沒(méi)有衰變,所以此時(shí)核污水還是具有放射性,
答案:B
7.近代物理研究表明∑+粒子的半衰期約為T=0.79×10-10 s,其衰變方程是∑+→H+π0或∑+→n+π+,其中∑+粒子帶正電,帶電荷量的值與元電荷相同,π0介子不帶電,π+介子帶正電.一∑+粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做軌跡半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng),在某時(shí)刻∑+粒子發(fā)生衰變,產(chǎn)物a沿圖示圓軌道運(yùn)動(dòng),軌跡半徑為2R,產(chǎn)物b做直線運(yùn)動(dòng)(軌跡未畫出).下列說(shuō)法正確的是( )
A.根據(jù)圖示軌跡能判斷∑+粒子的衰變方式
B.∑+粒子衰變產(chǎn)物的總質(zhì)量比∑+粒子質(zhì)量大
C.衰變后瞬間產(chǎn)物a的動(dòng)量方向與產(chǎn)物b的動(dòng)量方向相同
D.∑+粒子、產(chǎn)物a和產(chǎn)物b的動(dòng)量大小之比為1∶2∶1
解析:∑+粒子發(fā)生衰變時(shí)有質(zhì)量虧損,釋放能量,B錯(cuò)誤;由圖示可知衰變后瞬間產(chǎn)物a的速度與衰變前瞬間∑+粒子的速度同向,根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得∑+粒子的動(dòng)量為p0=BeR,產(chǎn)物a的動(dòng)量為p1=2BeR,設(shè)產(chǎn)物b的動(dòng)量大小為p2,根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得p2=-BeR,可知衰變后瞬間產(chǎn)物b的動(dòng)量與產(chǎn)物a的動(dòng)量方向相反,C錯(cuò)誤;結(jié)合C項(xiàng)分析可知,三者動(dòng)量大小之比為1∶2∶1,D正確;兩種衰變方式中產(chǎn)物均有帶正電和不帶電的粒子,因不知粒子間的質(zhì)量關(guān)系,無(wú)法根據(jù)軌跡半徑的關(guān)系判斷產(chǎn)物.是哪種粒子,A錯(cuò)誤.故選D.
答案:D
8.科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),钚(Pu)是一種具有放射性的超軸元素,已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24 100年,其衰變方程為Pu→X+He+γ,該衰變過(guò)程中產(chǎn)生的γ光子照射到逸出功為W0的金屬上,逸出光電子最大初動(dòng)能為Ek0.已知光電子的質(zhì)量為m,光速為c,普朗克常量為h.下列說(shuō)法中正確的是( )
A.衰變產(chǎn)生的γ光子帶正電且具有很強(qiáng)的電離能力
B.X原子核中含有92個(gè)中子
C.γ光子的波長(zhǎng)為
D.80個(gè)Pu經(jīng)過(guò)48 200年后一定剩余20個(gè)
解析:衰變產(chǎn)生的γ光子不帶電,具有很強(qiáng)的穿透能力,但是電離本領(lǐng)很弱,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;X原子核中質(zhì)量數(shù)為235,電荷數(shù)為92,則含有235-92=143個(gè)中子,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可得Ek0=-W0,可得γ光子的波長(zhǎng)為λ=,選項(xiàng)C正確;半衰期是大量原子衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)少數(shù)原子核的衰變不適應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選C.
答案:C
9.2020年10月20日消息,好奇號(hào)火星車又有新發(fā)現(xiàn):火星也曾有“綠洲”,或有生命存在,好奇號(hào)火星車是首輛使用核能提供能量的火星車,它的核能電池系統(tǒng)主要包括兩個(gè)組成部分:一個(gè)裝填钚(Pu)二氧化物的熱源和一組固體熱電偶,將钚238產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能,這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用壽命為14年,钚238的半衰期為88年,原來(lái)靜止的一個(gè)钚238衰變時(shí)放出α射線和γ光子,生成原子核X,已知钚238,α粒子、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c,下列說(shuō)法正確的是( )
A.X的中子數(shù)為92
B.钚238放在高壓容器里,其半衰期可能變?yōu)?0年
C.該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m2+m3-m1
D.γ光子的波長(zhǎng)大于
解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知,X的質(zhì)量數(shù)為A=238-4=234,電荷數(shù)為Z=94-2=92.所以中子數(shù)n=234-92=142,故A錯(cuò)誤;
半衰期是由放射性元素本身決定的,與原子所處的物理狀態(tài)無(wú)關(guān)、與化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤;該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=m1-m2-m3,故C錯(cuò)誤;钚238衰變時(shí)動(dòng)量守恒,能量守恒,總動(dòng)量為零,衰變后射線動(dòng)能不為零,因此釋放的核能只有一部分以γ光子的形式輻射出去,則有hν,故D正確.故選D.
答案:D
10.2020年1月10日,黃旭華獲2019年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng).他是中國(guó)第一代核潛艇總設(shè)計(jì)師,成功研制了我國(guó)第一代核潛艇,為我國(guó)?;肆α繉?shí)現(xiàn)從無(wú)到有的歷史性跨越做出了卓越的貢獻(xiàn).核潛艇是以核反應(yīng)堆(如圖所示)為動(dòng)力來(lái)源的潛艇,反應(yīng)堆的核反應(yīng)方程式為:U+n→X+Kr+3n,下列說(shuō)法正確的是( )
A.X元素有56個(gè)質(zhì)子,144個(gè)中子
B.U的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于Kr的比結(jié)合能
C.根據(jù)E=mc2,裂變后釋放核能,裂變過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損
D.要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積應(yīng)小于臨界體積
解析:根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X元素的電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))為p=56,質(zhì)量數(shù)q=144,則含有144-56=88個(gè)中子,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;該反應(yīng)放出核能,則生成物Kr的比結(jié)合能(平均結(jié)合能)大于U的比結(jié)合能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)E=mc2,裂變后釋放核能,裂變過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損,選項(xiàng)C正確;要能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),鈾塊的體積應(yīng)大于臨界體積,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選C.
答案:C
11.(多選)PET(正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像)的基本原理是:將O放射性同位素注入人體,參與人體的代謝過(guò)程.O在人體內(nèi)衰變放出正電子,與人體內(nèi)負(fù)電子相遇而湮滅轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子,被探測(cè)器探測(cè)到,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生清晰的圖像.根據(jù)PET原理,下列說(shuō)法正確的是( )
A.衰變的方程式為O→N+e
B.將放射性同位素O注入人體,O的主要用途作為示蹤原子
C.一對(duì)正負(fù)電子湮滅后也可能只生成一個(gè)光子
D.PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較長(zhǎng)
解析: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的主要用途作為示蹤原子,故B正確;正負(fù)電子湮滅生成兩個(gè)光子,故C錯(cuò)誤;氧在人體內(nèi)的代謝時(shí)間不長(zhǎng),因此PET中所選的放射性同位素的半衰期應(yīng)較短,故D錯(cuò)誤;故選AB.
答案:AB
12.(多選)2021年12月20日,我國(guó)宣布:全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站——山東榮成石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程送電成功.標(biāo)志著我國(guó)成為世界少數(shù)幾個(gè)掌握第四代核能技術(shù)的國(guó)家之一.目前核電站獲取核能的基本核反應(yīng)方程:U+n→Ba+X+3n,其中能Ba不穩(wěn)定,衰變的半衰期為T,下列說(shuō)法正確的是( )
A.反應(yīng)產(chǎn)物X的中子數(shù)為50
B.0.5 kg的Ba原子核,經(jīng)過(guò)3T剩下開(kāi)始時(shí)的
C.反應(yīng)產(chǎn)物X的比結(jié)合能比U的比結(jié)合能大
D.上述核反應(yīng)也稱熱核反應(yīng),由于質(zhì)量虧損而釋放出能量
解析:根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒可寫出該核反應(yīng)方程為U+n→Ba+X+3n,
可知X原子核中含有的中子數(shù)為53,故A錯(cuò)誤;
根據(jù)半衰期公式m余=m(),
可知,經(jīng)過(guò)3T,=()3=,
所以一定質(zhì)量的Ba原子核剩下的質(zhì)量占開(kāi)始時(shí)的,故B正確;核反應(yīng)中生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定,比結(jié)合能大,故C正確;該核反應(yīng)為重核裂變反應(yīng),故D錯(cuò)誤.故選B、C.
答案:BC
13.(多選)2021年12月15日秦山核電站迎來(lái)了安全發(fā)電30周年,核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011 kW·h,相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸.為了提高能源利用率,核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱.下列說(shuō)法正確的是( )
A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量
B.秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6 kg
C.核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度
D.反應(yīng)堆中存在U+n→Ba+Kr+3n的核反應(yīng)
解析:秦山核電站利用的是重核裂變釋放的能量,故A錯(cuò)誤;原子核虧損的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為電能時(shí),約為Δm== kg≈27.6 kg.核電站實(shí)際發(fā)電還要考慮到核能的轉(zhuǎn)化率和利用率,則原子核虧損的質(zhì)量大于27.6 kg,故B錯(cuò)誤;核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒能吸收中子的特性,通過(guò)中子的數(shù)量控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度,故C正確;反應(yīng)堆利用鈾235的裂變,生成多個(gè)中核和中子,且產(chǎn)物有隨機(jī)的兩分裂、三分裂,即存在U+n→Ba+Kr+3n的核反應(yīng),故D正確;故選C、D.
答案:CD
14.(多選)氫原子的能級(jí)圖如圖所示,原子從能級(jí)n=4向n=2躍遷所放出的光子能使某種金屬材料發(fā)生光電效應(yīng),且光電子的最大初動(dòng)能為0.3 eV,已知普朗克常數(shù)h=6.63×10-34 J·s,則以下說(shuō)法中正確的是( )
A.該金屬的逸出功為2.25 eV
B.該金屬的截止頻率為5.43×1033 Hz
C.氫原子從能級(jí)n=2向n=1躍遷所放出的光子照射該金屬,產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為7.95 eV
D.用動(dòng)能為0.3 eV的電子撞擊能級(jí)n=2的氫原子,可以使其躍遷到能級(jí)n=3
解析:原子從能級(jí)n=4向n=2躍遷所放出的光子能量為E=(-0.85 eV)-(-3.4 eV)=2.55 eV,
根據(jù)E=W+mv,
該金屬的逸出功為W=E-mv=2.55 eV-0.3 eV=2.25 eV,
截止頻率ν0== Hz=5.43×1014 Hz,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;氫原子從能級(jí)n=2向n=1躍遷所放出的光子能量為E′=(-3.4 eV)-(-13.6 eV)=10.2 eV,
所放出的光子照射該金屬,產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為Ekm=E′-W=7.95 eV,選項(xiàng)C正確;因n=2與n=3的能級(jí)差為1.89 eV,則用動(dòng)能為0.3 eV的電子撞擊能級(jí)n=2的氫原子,不可以使其躍遷到能級(jí)n=3,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.故選AC.
答案:AC
這是一份2024屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí)與測(cè)試專題強(qiáng)化練十五原子結(jié)構(gòu)與原子核,共8頁(yè)。試卷主要包含了下列說(shuō)法正確的是,PET的基本原理是等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份2024屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí)與測(cè)試專題強(qiáng)化練十七電學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新,共13頁(yè)。
這是一份2023高考物理二輪專題復(fù)習(xí)與測(cè)試專題強(qiáng)化練十五熱學(xué),共7頁(yè)。試卷主要包含了下列說(shuō)法正確的是,嚴(yán)寒的冬天,“潑水成冰”等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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