2011年高考物理 總復(fù)習(xí)質(zhì)量評估十五：原子和原子核（教師解析版）

1、章末質(zhì)量檢測(十五)原子和原子核(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)第卷選擇題一、選擇題(本題包括10小題,共40分.每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確,有的有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,錯(cuò)選或不選的得0分)1.下列說法錯(cuò)誤的是()A.半衰期表示放射性元素衰變的快慢，半衰期越長，衰變越慢B.同位素的核外電子數(shù)相同，因而具有相同的化學(xué)性質(zhì)C.陰極射線和射線都是電子流，它們的產(chǎn)生機(jī)理是一樣的D.重核裂變過程中一定伴隨著質(zhì)量虧損解析:由基本概念可知ABD說法是對的.陰極射線和射線都是電子流,但產(chǎn)生機(jī)理不同,故應(yīng)選C.答案:C2.下列說法中正確的是()A.氫原子從較高的激

2、發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)時(shí)，電子的動(dòng)能增加，電勢能增加，原子的總能量增加B.射線是原子核發(fā)出的一種粒子流，它的電離能力在、三種射線中是最弱的C.原子核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損現(xiàn)象違背了能量守恒定律D.將放射性元素?fù)诫s到其他穩(wěn)定元素中并大幅度降低其溫度，它的半衰期不發(fā)生改變解析:氫原子從較高的激發(fā)態(tài)躍遷到較低的激發(fā)態(tài)時(shí)，由于電場力做正功，電勢能減少,又因氫原子放出光子，所以原子的總能量減少，故A錯(cuò).射線的電離能力在、三種射線中是最強(qiáng)的，所以B錯(cuò).據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，原子核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損現(xiàn)象并不違背能量守恒定律，故C錯(cuò).放射性元素的半衰期不因其物理、化學(xué)狀態(tài)的變化而變化，故D正確.答案:D3.

3、現(xiàn)在太陽向外輻射的能量是由于太陽內(nèi)部氫聚變產(chǎn)生的，大約在40億年以后太陽內(nèi)部將會(huì)啟動(dòng)另一種核反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為:,那時(shí)太陽向外輻射的能量是由上述兩種核反應(yīng)產(chǎn)生的.已知的質(zhì)量為m1，的質(zhì)量為m2,則下列判斷正確的是()A.3m1m2B.3m1m2C.3m1=m2D.m1=3m2解析:由于發(fā)生上述核聚變時(shí)釋放核能，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，可知該反應(yīng)存在質(zhì)量虧損，所以3m1m2,即選項(xiàng)A正確.答案:A4.2006 年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器，通過(鈣48)轟擊(锎249)發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第118號(hào)元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素.實(shí)驗(yàn)表明，該元素的原子核先放出

4、3個(gè)相同的粒子X，再連續(xù)經(jīng)過3次衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號(hào)元素的原子核，則上述過程中的粒子X是() A.中子B.質(zhì)子C.電子D.粒子解析:綜合上述反應(yīng)可得總的核反應(yīng)方程為,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得m=0、n=1,所以X是中子，A正確.答案:A5.K介子衰變的方程為K0，其中K介子和介子帶負(fù)的元電荷e，0介子不帶電.如圖15-1所示，兩勻強(qiáng)磁場方向相同，以虛線MN為理想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2.今有一個(gè)K介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K在P點(diǎn)時(shí)的速度為v，方向與MN垂直.在P點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變.衰變后產(chǎn)生的介子沿v反方向射出，其

5、運(yùn)動(dòng)軌跡為如圖虛線所示的“心”形圖線.則以下說法正確的是()圖15-1A.介子的運(yùn)行軌跡為PENCMDPB.介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為C.B14B2D.0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng)解析:根據(jù)左手定則可知介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；介子在磁場B1中的半徑在磁場B2中的半徑由題圖可知r2=2r1，所以B12B2，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；介子運(yùn)行一周回到P用時(shí)為選項(xiàng)B正確；0介子不帶電，將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D正確.答案:BD6.下列說法正確的是()A.研制核武器的钚239由鈾239經(jīng)過4次衰變而產(chǎn)生B.發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程是C.20 g的經(jīng)過兩個(gè)半衰期后其質(zhì)量變?yōu)?5 gD.在中子轟擊下，生成和的核

6、反應(yīng)前后，原子核的核子總數(shù)減少解析:發(fā)生2次衰變，A錯(cuò)誤.20 g經(jīng)過兩個(gè)半衰期后其質(zhì)量C錯(cuò)誤.在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)都守恒，D錯(cuò)誤.所以只有B正確.答案:B7.北京奧委會(huì)接受專家的建議，大量采用對環(huán)境有益的新技術(shù)，如2008年奧運(yùn)會(huì)場館周圍80%90%的路燈利用太陽能發(fā)電技術(shù)，奧運(yùn)會(huì)90%的洗浴熱水采用全玻璃真空太陽能聚熱技術(shù).太陽能是由于太陽內(nèi)部高溫高壓條件下的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的，下列核反應(yīng)屬于聚變反應(yīng)的是()A.B.C.D.解析:把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為聚變，四個(gè)選項(xiàng)中只有A為聚變反應(yīng)，B是發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)，C是鈾核的裂變反應(yīng)，D是鈾核的衰變.答案:A8.關(guān)于天然放

7、射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()A.衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的B.若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減小C.在、這三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)，射線的電離能力最強(qiáng)D.鈾核衰變?yōu)殂U核的過程中，要經(jīng)過8次衰變和10次衰變解析:A選項(xiàng)正確，核反應(yīng)方程為B選項(xiàng)錯(cuò)誤，放射性物質(zhì)的半衰期只與物質(zhì)本身有關(guān)，與該物質(zhì)所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān).C選項(xiàng)錯(cuò)誤，在、三種射線中，射線的電離能力最強(qiáng)，穿透能力最弱；射線的穿透能力最強(qiáng)，電離能力最弱.D選項(xiàng)錯(cuò)誤，核反應(yīng)中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒，則解得即8次衰變和6次衰變.答案:A9.據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(

8、又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試.下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是()A.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是B.“人造太陽”的核反應(yīng)方程是C.“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是E=mc2D.“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是解析:“人造太陽”是利用海水中的21H和31H聚變而產(chǎn)生大量能量的.放出的能量可利用愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2求出，其中m為質(zhì)量虧損，所以A、C項(xiàng)正確.答案:AC10.靜止的衰變成，靜止的衰變?yōu)?，在同一勻?qiáng)磁場中的軌道如圖15-2所示.由此可知()圖15-2A.甲圖為的衰變軌跡，乙圖為的衰變軌跡B.甲圖為的衰變軌跡，乙圖為的衰變軌跡C.圖中2、4為新核軌跡，1、3為粒子軌跡

9、D.圖中2、4為粒子軌跡，1、3為新核軌跡解析: 衰變成時(shí)，放出正電子，兩者均帶正電，運(yùn)動(dòng)方向相反，根據(jù)左手定則，軌跡應(yīng)是外切圓，如題圖乙.根據(jù)動(dòng)量守恒和可知3為正電子的軌跡，4為的軌跡.同理可分析衰變?yōu)闀r(shí)，放出負(fù)電子，軌跡應(yīng)是內(nèi)切圓，如題圖甲，1為負(fù)電子的軌跡，2為的軌跡.故選項(xiàng)B、C正確.答案:BC二、填空實(shí)驗(yàn)題(11題6分，12題6分)11.一置于鉛盒中的放射源發(fā)射的、和射線，由鉛盒的小孔射出，在小孔外放一鋁箔，鋁箔后的空間有一勻強(qiáng)電場.進(jìn)入電場后，射線變?yōu)閍、b兩束，射線a沿原來方向行進(jìn)，射線b發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，如圖15-3所示，則圖中的射線a為_射線，射線b為_射線.圖15-3解析:從放射

10、源射出三種射線，分別為、和射線，其中射線被鋁箔擋住，只有和射線穿出，又由于射線不帶電，所以在偏轉(zhuǎn)電場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn).綜上分析，可知圖中的射線a為射線，射線b為射線.答案:12.人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程.請按要求回答下列問題.圖15-4(1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面作出了卓越的貢獻(xiàn).請選擇其中的兩位，指出他們的主要成績._；_.(2)在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，圖154為三種射線在同一磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途._.解析:(1)盧瑟福:提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型(或

11、其他成就)；玻爾:首次把量子理論引入到原子結(jié)構(gòu)中，提出了軌道量子化和能量量子化的思想，進(jìn)一步發(fā)展了原子結(jié)構(gòu)理論，并成功解釋了氫光譜(或其他成就)；查德威克:首先發(fā)現(xiàn)了中子(或其他成就).(2)1為射線，利用它的電離作用很強(qiáng)，可消除靜電.2為射線，利用它的穿透本領(lǐng)很強(qiáng)，可用于工業(yè)探傷.3為射線，利用它的穿透本領(lǐng)較強(qiáng)，可用于控制工業(yè)生產(chǎn)線上某些金屬板的厚度.判斷方法:用左手定則.依據(jù)磁場方向及“運(yùn)動(dòng)軌跡”彎曲方向即洛倫茲力方向，可斷定射線1、3的電性，從而確定射線種類.答案:見解析三、計(jì)算題(本題包括4小題,共48分.解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值

12、計(jì)算的題目,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13.(10分)在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑.中子在重水中可與核碰撞減速，在石墨中與核碰撞減速.上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型.某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計(jì)算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？解析:設(shè)中子質(zhì)量為Mn，靶核質(zhì)量為M，由動(dòng)量守恒定律得Mnv0=Mnv1+Mv2由能量守恒得解得在重水中靶核質(zhì)量MH=2Mn在石墨中靶核質(zhì)量MC=12Mn與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好.答案:略14.(10分)原子從一個(gè)能級(jí)躍遷到一個(gè)較低能級(jí)時(shí),有可能不發(fā)射光子,例

13、如在某種條件下,鉻原子n=2能級(jí)上的電子躍遷到n=1能級(jí)上時(shí)并不發(fā)射光子,而是將相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)交給n=4能級(jí)上的電子,使之能脫離原子,這一現(xiàn)象叫做俄歇效應(yīng),以這種方式脫離原子的電子叫俄歇電子.已知鉻原子的能級(jí)公式可簡化為式中n=1,2,3,表示不同的能級(jí),A是正的已知常數(shù).上述俄歇電子的動(dòng)能是多少？解析:鉻原子n=2的能級(jí)n=1的能級(jí)E1=A,所以電子從n=2能級(jí)躍遷到n=1的能級(jí)釋放的能量E=E2E1=34A又鉻原子n=4的能級(jí)說明電子從n=4能級(jí)躍遷到無窮遠(yuǎn)能級(jí)(E=0),即脫離原子需吸收的能量.由能的轉(zhuǎn)化和守恒知,該俄歇電子的能量應(yīng)為答案:15.(14分)太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個(gè)質(zhì)子聚

14、變?yōu)?個(gè)氦核的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源.(1)寫出這個(gè)核反應(yīng)方程；(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026 J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少？(4)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.(太陽質(zhì)量M2×1030 kg,mp1.007 3 u，mHe4.001 5 u，me0.000 55 u)解析:(1)(2)m4×1.007 3 u(4.001 52×0.000 55) u0.026 6 uEmc20.026 6×931.5 MeV24.78 MeV4

15、×1012 J.(3)太陽每秒鐘釋放的能量為3.8×1026 J，則太陽每秒鐘減少的質(zhì)量為(4)太陽的質(zhì)量為2×1030 kg，太陽還能存在的時(shí)間為(年).答案:(1)略(2)4×1012 J(3)0.4×1010 kg(4)5×109年16.(14分)已知氘核質(zhì)量為2.013 6 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u,的質(zhì)量為3.015 0 u.(1)寫出兩個(gè)氘核聚變成的核反應(yīng)方程；(2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能；(3)若兩氘核以相等的動(dòng)能0.35Me做對心碰撞即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)中生成的和中子的動(dòng)能各是多少?思路點(diǎn)撥:(1)計(jì)算出質(zhì)量虧損m，根據(jù)Emc2計(jì)算釋放的核能.(2)在兩氘核對心碰撞發(fā)生核反應(yīng)的過程中，滿足動(dòng)量守恒及能的轉(zhuǎn)化與守恒定律.解析:應(yīng)用質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒不難寫出核反應(yīng)方程