2013屆高三總復(fù)習(xí)單元綜合測(cè)試卷：第16單元《原子結(jié)構(gòu)和原子核》

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1、 新課標(biāo)人教版2013屆高三物理總復(fù)習(xí)單元綜合測(cè)試卷 第十六單元《原子結(jié)構(gòu)和原子核》 本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分 試卷滿分為100分?？荚嚂r(shí)間為90分鐘。 第Ⅰ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(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫(kù)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(kù)侖力　 B.萬有引力、庫(kù)侖力、核力 C.庫(kù)侖力、核力、萬有引力 D.核力、庫(kù)侖力、萬有引力 解析：本題考查三種相互作用及庫(kù)侖定律、萬有引力定律，意在考查考生知道

2、三種相互作用和對(duì)兩定律的理解.在原子核大小范圍內(nèi)，有強(qiáng)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(kù)侖定律可知，庫(kù)侖力比萬有引力大，所以選D. 答案：D 2.下列說法正確的是 (　　) A.7N＋H→6C＋He是α衰變方程 B.H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)方程 C.92U→90Th＋He是核裂變反應(yīng)方程 D.He＋Al→P＋n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 解析：本題考查了核反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，意在考查考生對(duì)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(shí)的記憶及分析判斷能力.選項(xiàng)A、D為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項(xiàng)B為輕核聚變，選項(xiàng)C為原子核的衰變，故選項(xiàng)BD

3、正確. 答案：BD 3．下面是一核反應(yīng)方程式：H＋H―→He＋X，用c表示光速，則 (　　) A.X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2 B.X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2 C.X是質(zhì)子，核反應(yīng)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c2 D.X是中子，核反應(yīng)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：D 4．據(jù)媒體報(bào)道，叛逃英國(guó)的俄羅斯前特工利特維年科在倫教離奇身亡，英國(guó)警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級(jí)毒藥——放射性元素釙(Po)，若該元素

4、發(fā)生α衰變，其半衰期是138天，衰變方程為Po→X＋He＋γ，則下列說法中正確的是 (　　) A.X原子核含有124個(gè)中子 B.X原子核含有206個(gè)核子 C.γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí)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210－4＝206個(gè)，B正確.中子數(shù)為206－(84－2)＝124個(gè)，A正確.γ射線是由于核反應(yīng)前后因質(zhì)量損虧釋放的能量以γ光子的形式放出，C錯(cuò).經(jīng)過兩個(gè)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：ABD 5．根據(jù)有關(guān)放射性方面的知識(shí)可

5、知，下列說法正確的是 (　　) A.隨著氣溫的升高，氡的半衰期會(huì)變短 B.許多元素能自發(fā)地放出射線，使人們開始認(rèn)識(shí)到原子是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的 C.放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)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(dāng)氫核與中子結(jié)合為氘核時(shí)，放出的能量為(m1＋m2－m3)c2 解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與化學(xué)、物理性質(zhì)無關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò).β衰變是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子被釋放出來，故C項(xiàng)錯(cuò).氫核和中子結(jié)合成氘核放出的能量為(m1＋m2－m3)c2是正確的，故D項(xiàng)正確，放射性使人們認(rèn)識(shí)到原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，B錯(cuò). 答案：D 6．

6、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(shí)間就是半衰期 B.放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動(dòng)能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng) C.當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時(shí)，將發(fā)生β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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射出γ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(shí)間，故A錯(cuò)；α、β、γ三種射線中，α粒子速度最小，其貫穿本領(lǐng)最小，故B錯(cuò)；β衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生了電子，故C錯(cuò)；衰變后產(chǎn)生的新核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，釋放能量，輻射出γ射線，故D對(duì). 答

7、案：D 7．放射性同位素14C在考古中有重要應(yīng)用，測(cè)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(gè)原來靜止的14C原子核放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，觀察到它所放射的粒子與反沖核的徑跡是兩個(gè)相外切的圓，圓的半徑之比R∶r＝5∶1，如圖1所示.那么14C的衰變方程式應(yīng)是下列給定的四個(gè)方程中的 (　　) 圖1 A.6C→4Be＋He B.6C→5B＋e C.6C→7N＋e D.6C→5B＋H 答案：B 8．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(shí)，會(huì)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)

8、層空位的產(chǎn)生有多種機(jī)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(shí)，將躍遷時(shí)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(shí)，可將能量E0＝1.416 MeV交給內(nèi)層電子(如K、L、M層電子，K、L、M標(biāo)記原子中最靠近核的三個(gè)電子層)使其電離，實(shí)驗(yàn)測(cè)得從214Po原子的K、L、M層電離出的電子的動(dòng)能分別為EK＝1.323 MeV，EL＝1.399 MeV，EM＝1.412 MeV，則可能發(fā)射的特征X射線的能量為 (　　) A.0.013 MeV B.0.017 MeV C.0.07

9、6 MeV D.0.093 MeV 解析：由題分析可知，電離后產(chǎn)生的電子動(dòng)能在數(shù)值上與原子所處的激發(fā)態(tài)能級(jí)對(duì)應(yīng).即EK＝1.323 MeV，EL＝1.399 MeV，EM＝1.412 MeV.當(dāng)發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，釋放的X射線的能量可能值為EL－EK＝0.076 MeV，EM－EL＝0.013 MeV，EM－EK＝0.089 MeV.選項(xiàng)中A、C正確. 答案：AC 9．氫原子的能級(jí)如圖2所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62～3.11 eV，下列說法錯(cuò)誤的是 (　　) 圖2 A.處于n＝3能級(jí)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(jí)向

10、n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng) C.大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)生6種不同頻率的光 D.大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光 解析：要使處于n＝3能級(jí)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n＝3能級(jí)的氫原子電離；大量氫原子從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，放出的光子在紅外線區(qū)，故具有顯著的熱效應(yīng)；大量氫原子由n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，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(xiàng)錯(cuò)誤. 答案：D 10．根據(jù)玻爾理論，某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到

11、能量為E′的軌道，輻射出波長(zhǎng)為λ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.E－h(huán) B.E＋h C.E－h(huán) D.E＋h 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(shí)，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hν＝E－E′，又光在真空中傳播時(shí)ν＝，聯(lián)立得E′＝E－h(huán). 答案：C 第Ⅱ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(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5 MeV的質(zhì)子H轟擊靜止的X，生成兩個(gè)動(dòng)能均為

12、8.9 MeV的He.(1 MeV＝1.6×10－13J) ①上述核反應(yīng)方程為________. ②質(zhì)量虧損為________kg. 解析：H＋X→He＋He或H＋Li→He＋He① Δm＝3.1×10－29 kg② 答案：見解析 12.隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí)，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是________.(填選項(xiàng)前的編號(hào)) ①盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) ②天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子 ③輕核聚變反應(yīng)方程有：H＋H―→He＋n ④氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)和從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)，前者躍

13、遷輻射出的光子波長(zhǎng)比后者的長(zhǎng) 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(yīng)方程式的寫法以及玻爾的氫原子能級(jí)量子化理論. ①選項(xiàng)錯(cuò)誤，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了原子應(yīng)該具有核式結(jié)構(gòu).選項(xiàng)②錯(cuò)誤，天然放射現(xiàn)象放射出的β射線是高速運(yùn)動(dòng)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(xiàng)③正確，寫核反應(yīng)方程時(shí)應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則.選項(xiàng)④錯(cuò)誤，由氫原子能級(jí)方程hν＝Em－En，而ν＝，則＝Em－En得λ＝，當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，λ1＝，從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，λ2＝，E3－E1>E2－E1，所以λ1<λ2. 答案：③ 三、計(jì)算題(每小題10分，共

14、40分) 13.在β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(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在. (1)中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即 中微子＋H―→n＋e 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(xiàng)前的字母) A.0和0 B.0和1 C.1和0 D.1和1 (2)上述核反應(yīng)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€(gè)光子(γ)，即 e＋e―

15、→2γ 已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)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€(gè)光子，原因是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (3)試通過分析比較，具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)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

16、)利用質(zhì)能方程可得出每個(gè)光子的能量，正電子與電子相遇遵循動(dòng)量守恒不可能只轉(zhuǎn)化為一個(gè)光子. 答案：(1)A　(2)8.2×10－14　遵循動(dòng)量守恒 (3)粒子的動(dòng)量　p＝，物質(zhì)波的波長(zhǎng)　λ＝ 由mn>me，知pn>pe，則λn<λe 14．從靜止的鐳核Ra中射出的α粒子垂直進(jìn)入正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，在電磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)，已知E＝3.72×104N/C，B＝2.0×10－3T. (1)寫出核反應(yīng)式. (2)放出α粒子后，反沖核速度多大？ (3)若靜止的鐳核放出α粒子是在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中進(jìn)行的，而且衰變后它們的速度均垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，求α粒子與反沖核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比，并定性地畫出

17、α粒子和反沖核運(yùn)動(dòng)的完整軌跡. 解析：(1)核反應(yīng)方程為Ra→Rn＋He (2)α粒子在電、磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力平衡qvαB＝qE，所以vα＝ 根據(jù)動(dòng)量守恒可得反沖核的速度為 v＝vα＝ ＝m/s ＝3.4×105 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)Ra→Rn＋He　(2)3.4×105 m/s　(3)43∶1 15.U受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變，產(chǎn)生Ba和Kr，同時(shí)放出能量.已知每個(gè)鈾核裂變釋放的平均能量為200 Mev. (1)寫出核反應(yīng)方程. (2)現(xiàn)在要建設(shè)發(fā)電功率為5×105 kW的核電站，

18、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 mol－1) 解析：(1)核反應(yīng)方程 U＋n→Ba＋Kr＋3n＋200 MeV① (2)電站一天發(fā)出的電能E1＝Pt 設(shè)每天消耗U為m kg，核裂變釋放的能量為 E2＝×6.0×1023×200×104×1.6×10－19② 由能量轉(zhuǎn)化得E1＝ηE2③ 由①②③式得m＝1.06 kg 答案：(1)U＋n→Ba＋Kr＋3n＋200 MeV　(2)1.06 kg 16. 1996年清華大學(xué)和香港大學(xué)的學(xué)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

19、轉(zhuǎn)化為電能而提供給電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)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(duì)太陽能產(chǎn)生120 V的電壓，并對(duì)車上的電動(dòng)機(jī)提供10 A的電流，電動(dòng)機(jī)的直流電阻為4Ω，而太陽光照射到地面處時(shí)單位面積上的輻射功率為103W/m2. (1)太陽光的能量實(shí)際上是由質(zhì)子所參與的一系列反應(yīng)所產(chǎn)生的，即在太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地進(jìn)行著熱核反應(yīng)，4個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)?個(gè)氦核，寫出核反應(yīng)方程. (2)該車的太陽能電池轉(zhuǎn)化太陽光能的效率η1是多少. (3)若質(zhì)子、氦核、正電子的靜止質(zhì)量分別為mp＝1.6726×10－27kg、mα＝6.6425×10－27kg、me＝0.0009×10－27 kg，則m＝1

20、 kg的質(zhì)子發(fā)生上述熱核反應(yīng)所釋放的能量完全轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)該車的有用功，能夠維持該車行駛的時(shí)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(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行，計(jì)算太陽能存在多少年？ 解析：(1)4H→He＋2e (2)η1＝＝15% (3)∵ΔE＝(4mP－mα－2me)c2＝4.15×10－12J 而＝(UI－I2R)t ∴t＝1.30×1011s (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 Δm＝＝0.4×1010kg 太陽的質(zhì)量為2×1030kg，太陽還能存在的時(shí)間為 t＝＝s＝1.5×1017s＝5×109年 答案：(1)4H→He＋2e　(2)15%　(3)1.30×1011s　(4)0.4×1010kg　5×109年