【優(yōu)化探究】新課標(biāo)高考總復(fù)習(xí)人教物理選修3522原子結(jié)構(gòu) 原子核

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1、 原子結(jié)構(gòu)　原子核 1．(2011年高考天津理綜)下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實驗是(　　) A．光電效應(yīng)實驗　　　 B．倫琴射線的發(fā)現(xiàn) C．α粒子散射實驗 D．氫原子光譜的發(fā)現(xiàn) 解析：光電效應(yīng)實驗說明了光的粒子性，A錯；倫琴射線的發(fā)現(xiàn)說明了原子內(nèi)部有能級結(jié)構(gòu)，B錯；α粒子散射實驗揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，C對；氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)說明原子內(nèi)軌道量子化，D錯． 答案：C 2．(2013年溫州測試)已知金屬鉀的逸出功為2.22 eV，氫原子的能級示意圖如圖所示，一群處在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，能夠從金屬鉀的表面打出光電子的光波共有(　　) A．一種 B．兩種 C

2、．三種 D．四種 解析：要從金屬鉀的表面打出光電子，入射光的能量應(yīng)大于鉀的逸出功，一群處在n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，只有3能級向1能級、2能級向1能級躍遷時發(fā)出的光子能量大于鉀的逸出功，因此選B. 答案：B 3．(2012年高考重慶卷)以下是物理學(xué)史上3個著名的核反應(yīng)方程(　　) x＋Li→2y　y＋N→x＋O　y＋x＋Be→z＋C x、y和z是3種不同的粒子，其中z是(　　) A．α粒子 B．質(zhì)子 C．中子 D．電子 解析：由H＋Li→2He，He＋N→H＋O，He＋Be→n＋C，可知z為n，故C正確，A、B、D錯誤． 答案：C 4．(2012年高考上海

3、單科)Co發(fā)生一次β衰變后變?yōu)镹i，其衰變方程為________．在該衰變過程中還發(fā)出頻率為ν1、ν2的兩個光子，其總能量為________． 解析：由衰變過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得衰變方程為： Co→Ni＋e， 由光子的能量公式得總能量為：E＝hν1＋hν2＝h(ν1＋ν2) 答案：Co→Ni＋e　h(ν1＋ν2) (時間：45分鐘，滿分：100分) [命題報告·教師用書獨具] 知識點 題號 對天然放射現(xiàn)象、半衰期的理解 1、2 原子的能級和躍遷 3 半衰期的有關(guān)計算 4 射線的性質(zhì) 5、10 核反應(yīng)方程 6 同位素 7 核能的計算

4、8 氫原子的能級圖 9 核反應(yīng)方程、核能的綜合問題 11、12 一、選擇題(本題共10小題，每小題7分，共70分，每小題至少有一個選項正確，把正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi)) 1．關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是(　　) A．α射線由氦原子核衰變產(chǎn)生 B．β射線由原子核外電子電離產(chǎn)生 C．γ射線由原子核外的內(nèi)層電子躍遷產(chǎn)生 D．通過化學(xué)反應(yīng)不能改變物質(zhì)的放射性 解析：α射線是α衰變時射出的由氦原子核組成的高速粒子流，故選項A錯誤；β射線是發(fā)生β衰變時從原子核內(nèi)部射出的高速電子流，故選項B錯誤；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的，故選項C錯誤；物質(zhì)的放射性由原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5、決定，與物質(zhì)是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在無關(guān)，也不受溫度、壓強等外界因素的影響，故選項D正確． 答案：D 2．(2012年高考天津卷)下列說法正確的是(　　) A．采用物理或化學(xué)方法可以有效地改變放射性元素的半衰期 B．由玻爾理論知道氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放出光子 C．從高空對地面進行遙感攝影是利用紫外線良好的穿透能力 D．原子核所含核子單獨存在時的總質(zhì)量小于該原子核的質(zhì)量 解析：放射性元素的半衰期由元素的原子核來決定，與元素以單質(zhì)或化合物的形式存在無關(guān)，與壓強、溫度無關(guān)，即與化學(xué)、物理狀態(tài)無關(guān)，故A項錯誤；由玻爾理論可知，氫原子從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程放出光子，B項正

6、確；從高空對地面進行遙感攝影是利用紅外線良好的穿透能力，C項錯誤；核子結(jié)合成原子核放出核能，因此核子單獨存在時的總質(zhì)量大于結(jié)合成原子核時核的質(zhì)量，D項錯誤． 答案：B 3．許多物質(zhì)在紫外線照射下能發(fā)出熒光，紫外線照射時，這些物質(zhì)的原子先后發(fā)生兩次躍遷，其能量變化分別為ΔE1和ΔE2，則下列說法正確的是(　　) A．兩次躍遷均向高能級躍遷，且ΔE1>ΔE2 B．兩次躍遷均向低能級躍遷，且ΔE1<ΔE2 C．先向高能級躍遷，再向低能級躍遷，且ΔE1>ΔE2 D．先向低能級躍遷，再向高能級躍遷，且ΔE1<ΔE2 解析：第一次躍遷是吸收紫外線光子，第二次躍遷是放出可見光光子．由于hν1>

7、hν2，故ΔE1>ΔE2，C項正確． 答案：C 4．一塊含鈾的礦石質(zhì)量為M，其中鈾元素的質(zhì)量為m，鈾發(fā)生一系列衰變，最終生成物為鉛．已知鈾的半衰期為T，那么下列說法中正確的是(　　) A．經(jīng)過2個半衰期后，這塊礦石中基本不再含有鈾 B．經(jīng)過2個半衰期后，原來所含的鈾元素的原子核有發(fā)生了衰變 C．經(jīng)過3個半衰期后，其中鈾元素的質(zhì)量還剩 D．經(jīng)過1個半衰期后該礦石的質(zhì)量剩下 解析：經(jīng)過2個半衰期后礦石中剩余的鈾應(yīng)該有，經(jīng)過3個半衰期后礦石中剩余的鈾還有.因為衰變產(chǎn)物大部分仍然留在該礦石中，所以礦石質(zhì)量沒有太大的改變． 答案：C 5．(2012年高考上海卷)在軋制鋼板時需要動態(tài)地監(jiān)

8、測鋼板厚度，其檢測裝置由放射源、探測器等構(gòu)成，如圖所示．該裝置中探測器接收到的是(　　) A．X射線 B．α射線 C．β射線 D．γ射線 解析：放射源發(fā)出的只有α、β、γ三種射線，故選項A錯誤．在α、β、γ三種射線中，只有γ射線能穿透鋼板，故選項B、C錯誤，D正確． 答案：D 6.(2012年高考廣東卷)能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的途徑之一．下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的有(　　) A.H＋H→He＋n是核聚變反應(yīng) B.H＋H→He＋n是β衰變 C.U＋n→Ba＋Kr＋3n是核裂變反應(yīng) D.U＋n→Xe＋Sr＋2n是α衰變 解析：因A項為

9、兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，所以反應(yīng)為核聚變，A正確；B項是核聚變，而不是β衰變，B錯誤；在C項中鈾核在被中子轟擊后分裂成兩個較輕原子核，所以反應(yīng)為核裂變，C正確；α衰變本質(zhì)為核內(nèi)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成He，所以D錯誤． 答案：AC 7．(2012年高考上海單科)某種元素具有多種同位素，反映這些同位素的質(zhì)量數(shù)A與中子數(shù)N關(guān)系的是圖(　　) 解析：元素的質(zhì)量數(shù)A與中子數(shù)N、質(zhì)子數(shù)Z的關(guān)系為：A＝Z＋N，又因為同位素的質(zhì)子數(shù)相同，即Z為常數(shù)，故A是N的一次函數(shù)，且A隨N的增大而增大，選項B正確，A、C、D錯誤． 答案：B 8．雷蒙德·戴維斯因研究來自太陽的中微子(e)而獲得了200

10、2年度諾貝爾物理學(xué)獎．他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615噸四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶．中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氬核，其核反應(yīng)方程為e＋Cl→Ar＋e，已知Cl核的質(zhì)量為36.956 58 u，Ar核的質(zhì)量為36.956 91 u，e的質(zhì)量為0.000 55 u,1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV.根據(jù)以上信息，可以判斷(　　) A．中微子不帶電 B．中微子就是中子 C.Cl和Ar是同位素 D．參與上述反應(yīng)的中微子的最小能量約為0.82 MeV 解析：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，可以判斷中微子所帶電荷數(shù)是零，質(zhì)量數(shù)是零，故A項正確；中子的質(zhì)量數(shù)是

11、1，故B項錯誤；同位素是電荷數(shù)相等，質(zhì)量數(shù)不等的同種元素，而Cl和Ar是兩種不同的元素，故C項錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程得中微子的質(zhì)量m＝(0.000 55＋36.956 91－36.956 58)u＝0.000 88 u，而1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5 MeV，所以中微子的最小能量是E＝931.5×0.000 88 MeV≈0.82 MeV，故D項正確． 答案：AD 9．如圖所示為氫原子能級圖，可見光的能量范圍為1.62 eV～3.11 eV，用可見光照射大量處于n＝2能級的氫原子，可觀察到多條譜線，若是用能量為E的實物粒子轟擊大量處于n＝2能級的氫原子，至少可觀察到兩條具有顯著熱效應(yīng)

12、的紅外線，則實物粒子的能量E(　　) A．一定有4.73 eV>E>1.62 eV B．E的值可能使處于基態(tài)的氫原子電離 C．E一定大于2.86 eV D．E的值可能使基態(tài)氫原子產(chǎn)生可見光 解析：紅外線光子的能量小于可見光光子的能量，由實物粒子轟擊大量處于第2能級的氫原子，至少可觀察到兩種紅外線光子，則說明處于第2能級的氫原子受激發(fā)后至少躍遷到第5能級．所以實物粒子的最小能量為E＝E5－E2＝－0.54 eV－(－3.4 eV)＝2.86 eV，A、C錯誤；因為E可以取大于或等于2.86 eV的任意值，則B、D正確． 答案：BD 10．如圖(a)所示，國際原子能機構(gòu)公布核輻射

13、警示新標(biāo)志，新標(biāo)志為黑框紅底三角，內(nèi)有一個輻射波標(biāo)記、一個骷髏頭標(biāo)記和一個逃跑的人形．核輻射會向外釋放三種射線：α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電．現(xiàn)有甲、乙兩個原子核原來都靜止在同一勻強磁場中，其中一個核放出一個α粒子，另一個核放出一個β粒子，得出圖(b)所示的四條徑跡，則(　　) A．磁場的方向一定垂直于紙面向里 B．甲核放出的是α粒子，乙核放出的是β粒子 C．a(chǎn)為α粒子的徑跡，d為β粒子的徑跡 D．b為α粒子的徑跡，c為β粒子的徑跡 解析：粒子與新核動量大小相等、方向相反，若軌跡為外切圓，則為α衰變；若軌跡為內(nèi)切圓，則為β衰變，與磁場方向無關(guān)，又由R＝知半徑與q成反比

14、，故B、D正確． 答案：BD 二、非選擇題(本題共2小題，共30分，解答時應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟，有數(shù)值計算的要注明單位) 11．(15分)靜止的氮核N俘獲一個速度為2.3×107 m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個新粒子，其中一個粒子為氦核(He)，它的速度大小是8.0×106 m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同． (1)寫出此核反應(yīng)的方程式，求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小及方向； (2)此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損，說明依據(jù)． 解析：(1)N＋n→B＋He 用m1、m2、和m3分別表示中子(n)、氦核(He)和新核的質(zhì)量，由動量守恒定律得m1v

15、1＝m2v2＋m3v3 代入數(shù)值，得v3＝－8.2×105 m/s 即反應(yīng)后生成的新核的速度大小為8.2×105 m/s 方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反 (2)反應(yīng)前的總動能E1＝m1v 反應(yīng)后的總動能E2＝m2v＋m3v 經(jīng)計算知E1＞E2，故可知反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量盈余，沒有虧損． 答案：(1)N＋n→B＋He 8．2×105 m/s　與反應(yīng)前中子的速度方向相反 (2)見解析 12．(15分)(2012年高考海南單科)一靜止的U核經(jīng)α衰變成為Th核，釋放出的總動能為4.27 MeV.問此衰變后Th核的動能為多少MeV(保留1位有效數(shù)字) 解析：據(jù)題意知，此α衰變的衰

16、變方程為 U→Th＋He 根據(jù)動量守恒定律得 mαvα＝mThvTh① 式中，mα和mTh分別為α粒子和Th核的質(zhì)量，vα和vTh分別為α粒子和Th核的速度的大小，由題設(shè)條件知 mαv＋mThv＝Ek② ＝③ 由①②③式得 mThv＝Ek④ 代入數(shù)據(jù)得，衰變后Th核的動能 mThv≈0.07 MeV 答案：0.07 MeV 1．質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的應(yīng)用 [例1]　本題中用大寫字母代表原子核，E經(jīng)α衰變成為F，再經(jīng)β衰變成為G，再經(jīng)α衰變成為H.上述系列衰變可記為下式： 已知P和F是同位素，則(　　) A．Q和G是同位素，R和H是同位素 B．R和E是同

17、位素，S和F是同位素 C．R和G是同位素，S和H是同位素 D．Q和E是同位素，R和F是同位素 [解析]　由于P和F是同位素，設(shè)它們的質(zhì)子數(shù)為n，則其他各原子核的質(zhì)子數(shù)可分別表示如下： 由此可以看出R和E是同位素，S和F是同位素，Q和G是同位素，故只有B正確． [答案]　B 2．動量守恒的應(yīng)用 動量守恒定律是自然界普遍適用的基本規(guī)律之一．大到 天體，小到微觀粒子，無論相互作用的是什么性質(zhì)的力，動量守恒定律都是適用的．因此動量守恒定律也適用于原子或原子核之間的相互作用． [例2]　用速度為v0、質(zhì)量為m1的He核轟擊質(zhì)量為m2的靜止的7N核，發(fā)生核反應(yīng)，最終產(chǎn)生兩種新粒子A和B

18、.其中A為8O核，質(zhì)量為m3，速度為v3；B的質(zhì)量為m4. (1)計算粒子B的速度 vB. (2)粒子A的速度符合什么條件時，粒子B的速度方向與He核的運動方向相反． [解析]　(1)由動量守恒定律有： m1v0＝m3v3＋m4vB，解得：vB＝. (2)B的速度與He核的速度方向相反，即：m1v0－m3v3<0， 解得：v3>. [答案]　(1)　(2)v3> 3．能量和動量守恒的綜合應(yīng)用 能量守恒定律是人類長期總結(jié)得到的一條普遍適用的基本規(guī)律．能量和動量守恒定律是解決原子問題的金鑰匙． [例3]　2011年3月11日，日本發(fā)生9.0級地震并引發(fā)海嘯及核泄漏，福島第一核電

19、站6座反應(yīng)堆不同程度被損壞，其中核泄漏中的放射性元素Pu，半衰期2.41萬年，在高溫下生成，在大氣中呈顆粒物形態(tài)，傳播一段時間后就會掉落到地上，因此危害范圍主要在核泄漏周邊的土壤和水源中，對人體具有強毒性危害，一旦侵入人體，就會潛伏在人體肺部、骨髓等組織細胞中，破壞細胞基因，提高患癌癥的風(fēng)險.Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)U*立即衰變?yōu)殁櫤薝，并放出能量為0.097 MeV的γ光子．已知：Pu、U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052 1u、mU＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u，一個原子質(zhì)量單位1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量． (1)寫出衰變

20、方程． (2)已知衰變放出的光子的動量可忽略，求α粒子的動能． [解析]　(1)衰變方程為Pu→U*＋He和U*→U＋γ或合起來有Pu→U＋He＋γ. (2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mα 放出的能量為ΔE＝c2·Δm 由能量守恒知這能量等于鈾核U的動能EU 、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即有ΔE＝EU＋Eα＋Eγ，所以EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動量守恒有mUvU＝mαvα 又因p＝所以＝ 聯(lián)立可得：Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ] 代入題給數(shù)據(jù)得Eα＝5.034 MeV. [答案]　(1)見解析　(2)5.034 MeV