2011高考物理一輪 第十五章量子論初步原子核突破訓(xùn)練（含解析） 新人教版

1、第十五章 量子論初步原子核一、選擇題（本題共10小題，每小題4分，共40分.在每小題給出的四個選項(xiàng)中，有的小題只有一個選項(xiàng)正確,有的小題有多個選項(xiàng)正確.全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的得0分）1.如圖所示中P為放在勻強(qiáng)電場中的天然放射源，其放出的射線在電場的作用下分成a、b、c三束，以下判斷正確的是()A.a為射線，b為射線B.a為射線，b為射線C.b為射線，c為射線D.b為射線，c為射線解析：a束射線向正極板偏轉(zhuǎn)，可知a為帶負(fù)電的射線；b束射線在電場中不偏轉(zhuǎn)，可知b為不帶電的射線，c束射線偏向負(fù)極板，可知c為帶正電的射線,因此，B、C選項(xiàng)正確.答案：BC2.如圖所示，a為

2、未知的天然放射源，b為一張黑紙，c為水平放置的平行金屬板，板間有豎直方向較強(qiáng)的勻強(qiáng)電場，d為熒光屏，e為固定不動的顯微鏡筒，整個裝置放在真空中實(shí)驗(yàn)時，如果將電場E撤去，從顯微鏡內(nèi)觀察到熒光屏上每分鐘閃爍的亮點(diǎn)數(shù)沒有變化，如果將黑紙b移開，則從顯微鏡筒內(nèi)觀察到的每分鐘閃爍的亮點(diǎn)數(shù)大為增加.由此可判定放射源a發(fā)出的射線為()沖而間接證明中微子的存在的.下面關(guān)于一個靜止的原子核發(fā)生“軌道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆拥恼f法正確的是()A.母核的質(zhì)量數(shù)等于子核的質(zhì)量數(shù)B.母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù)C.子核的動量大于等于中微子的動量大小D.子核的動能大于中微子的動能解析：本題以“軌道電子俘獲”為背

3、景進(jìn)行命題，考查了原子物理知識.該過程的核反應(yīng)方程式為+(中微子），因此根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可以判斷A、B正確.在俘獲過程中系統(tǒng)的動量守恒，故C正確.根據(jù)Ek=和題中中微子的質(zhì)量很小的信息可以知道D錯誤.答案：ABC4.俘獲中子后變成放射性同位素，放射射線變成鎳同位素，這種新形成的鎳的同位素處于激發(fā)態(tài)，它要過渡到穩(wěn)定態(tài)將要發(fā)生下列哪種射線() A.射線 B.射線C.射線 D.+射線解析：原子由激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過渡時放出射線.答案：C5.利用氫氣光譜管可以產(chǎn)生氫的原子光譜，這些譜線的產(chǎn)生是由于()A.大量氫原子從較高激發(fā)態(tài)向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷，從而吸收不同頻率的光子B.大量氫原子從較高

4、激發(fā)態(tài)向較低激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷，從而輻射不同頻率的光子C.大量氫原子從基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)向較高激發(fā)態(tài)躍遷，從而輻射不同頻率的光子D.大量氫原子從基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)向較高激發(fā)態(tài)躍遷，從而吸收不同頻率的光子解析：光譜管產(chǎn)生氫的原子光譜時是向外輻射光子，所以是由激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷.答案：B6.氫原子核外電子從外層軌道（半徑為rb)向內(nèi)層軌道（半徑為ra)躍遷時(ra<rb)，電子動能的增量Ek=Eka-Ekb，電勢能增量Ep=Epa-Epb，則下列表述正確的是()A.Ek<0,Ep<0,Ek+Ep=0B.Ek<0,Ep>0,Ek+Ep=0C.Ek>0,Ep<0,Ek

5、+Ep>0D.Ek>0,Ep<0,Ek+Ep<0解析：根據(jù)向心力公式，得Ek= mv2=，即半徑越大動能越小，所以Ek>0；由于核外電子和核內(nèi)質(zhì)子是相互的吸引力，當(dāng)電子從外層軌道向內(nèi)層軌道躍遷時，電場力做正功，電勢能減小，所以Ep<0；又由于內(nèi)層軌道比外層軌道原子的能級低，所以Ek+Ep<0.答案：D7.可見光光子的能量在1.61 eV3.10 eV范圍內(nèi).若氫原子從高能級躍遷到量子數(shù)為n的低能級的譜線中有可見光，根據(jù)氫原子能級圖（下圖），可判斷n為()A.1 B.2 C.3 D.4解析：由能級公式可得釋放的光子能量E=Em-En,而E21=E2-E1

6、=10.2 eV，遠(yuǎn)大于可見光光子的能量，要使1.61 eVE3.10 eV,電子只能從較高能級躍遷到第2能級，即n=2,B正確.答案：D8.根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，右圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實(shí)線表示一個粒子的運(yùn)動軌跡，在粒子從a運(yùn)動到b，再運(yùn)動到c的過程中，下列說法中正確的是()A.動能先增大，后減小B.電勢能先減小，后增大 C.電場力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零D.加速度先變小，后變大解析：粒子從a點(diǎn)經(jīng)b點(diǎn)到達(dá)等勢點(diǎn)c的過程中電場力先做負(fù)功，后做正功，粒子的電勢能先增加，后減小，回到同一等勢線上時，電場力做的總功為零.故C項(xiàng)正確.答案：C9.根據(jù)

7、中國教育廣播電視報2005年8月30日報道，在暑天就診的病人，低鋅發(fā)生率高達(dá)60%以上.由于鋅對人體代謝起著重要作用,因此兒童生長發(fā)育時期測量體內(nèi)含鋅量已成為體格檢查的重要內(nèi)容之一，也引起了我國科技工作者的高度重視.其中比較簡單的一種檢驗(yàn)方法是取兒童的頭發(fā)約50 g，放在核反應(yīng)堆中經(jīng)中子轟擊后，頭發(fā)中的鋅元素與中子反應(yīng)生成具有放射性的同位素鋅，其核反應(yīng)方程式為衰變放射出能量為1 115 eV的射線，通過探測射線強(qiáng)度的測定可以計(jì)算出頭發(fā)中鋅的含量.關(guān)于以上敘述，下列說法正確的是()A.和有相同的核子數(shù)B. 和有相同的質(zhì)子數(shù)C.射線是由鋅原子的內(nèi)層電子受激發(fā)而發(fā)生的D.射線在真空中傳播的速度是3.

8、0×108 m/s解析：和是同位素，原子核中具有相同的質(zhì)子數(shù)，而中子數(shù)不同，通過對射線強(qiáng)度的測定可知頭發(fā)中含有Zn的個數(shù)，從而知道鋅元素的含量.射線是由于核反應(yīng)產(chǎn)生的，在真空中的傳播速度等于光速.故正確選項(xiàng)為B、D.答案：BD10.原子核自發(fā)地放出電子的現(xiàn)象稱為衰變.開始時科學(xué)家曾認(rèn)為衰變中只放出電子，即粒子，后來發(fā)現(xiàn)這個過程中，除了放出電子以外，還放出一種叫“反中微子”的粒子，反中微子不帶電，與其他物質(zhì)的相互作用極弱.下列關(guān)于衰變的說法中正確的是()A.原子核發(fā)生衰變說明原子核內(nèi)含有電子B.發(fā)生衰變的原子核的核子數(shù)不變但電荷數(shù)增加C.原子核發(fā)生衰變時放出的能量大于粒子與衰變后的核的

9、動能之和D.靜止的原子核發(fā)生衰變時，粒子與衰變后的核的動能方向一定相反解析：衰變并不是因原子核中含有電子，而是原子核中的一個中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子而產(chǎn)生的電子，A錯誤，B正確；衰變放出電子，還有反中微子，所以C正確，D錯誤.答案：BC二、非選擇題（本題共6小題，共60分.按題目要求作答.解答題應(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)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位）.11.(6分）假設(shè)兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.013 6 u,中子的質(zhì)量是1.008 7 u，氦核的同位素的質(zhì)量是3.015 0 u，則聚變的核反應(yīng)

10、方程式是_,在聚變反應(yīng)中釋放的能量是_ MeV.(保留兩位有效數(shù)字）解析：核反應(yīng)方程式為核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損m=2mH-(mHe+mn)=2×2.0136u-(3.0150u+1.0087u)=3.5×10-3u所以氘核釋放的核能E=3.5×10-3×931.5 MeV=3.26 MeV.答案： 3.2612.（10分）已知?dú)湓雍送怆娮釉趓1=0.53×10-10m的圓形軌道上運(yùn)動.求：（電子質(zhì)量me=0.9×10-30kg)(1)電子所在軌道的電場強(qiáng)度值？（2）電子在n=2的軌道上運(yùn)動的速度、周期各是多少？（3）電子在n=2的軌

11、道上運(yùn)動時，動能和動量的大小是多少？解析：（1）該電場是由氫原子核產(chǎn)生的，由點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式：E=5.13×1011N/C.(2)由庫侖力提供向心力k=，得v=1.1×106 m/s,T= =1.21×10-15s.（3）Ek2=12mev2=5.45×10-19 Jp2=mev=1.0×10-24 kg·m/s. 答案：(1)5.13×1011 N/C(2)1.1×106 m/s 1.21×10-15 s(3)5.45×10-19 J1.0×10-24 kg·m/s13.（1

12、0分）為確定愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2的正確性，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動能為E1=0.6 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核，生成兩個粒子,測得兩個粒子的動能之和為E2=19.9 MeV.(1)寫出該反應(yīng)方程.(2)通過計(jì)算說明E=mc2正確.（已知質(zhì)子、粒子、鋰粒子的質(zhì)量分別取mp=1.007 3u、ma=4.001 5 u、mLi=7.016 0 u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV)解析：（1）(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損m=mLi+mp-2m=0.0203 u,由質(zhì)能方程可得，質(zhì)量虧損相當(dāng)?shù)哪芰縀=mc2=18.9 MeV.而系統(tǒng)增加的能量E=E2-E1=19.3 MeV這些能量來自核反應(yīng)中，在誤差允許

13、的范圍內(nèi)可認(rèn)為相等，所以E=mc2正確.答案：(1) (2)見解析14.(10分）太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的氫核聚變反應(yīng).氦核是由4個質(zhì)子生成，同時有正電子放電，正電子又會和負(fù)電子湮滅成為一對光子，在這一系列核反應(yīng)過程中放出4.5×10-12J能量.已知現(xiàn)在太陽每秒輻射5.0×1026 J能量.(1)寫出上述兩個核反應(yīng)方程.(2)計(jì)算出太陽每秒產(chǎn)生的氦核數(shù)目及每年減少的質(zhì)量（保留2位有效數(shù)字）.解析：(1) . (2)太陽內(nèi)每形成一個氦核就要放出4.5×10-12J的能量，而太陽每秒發(fā)射5.0×1026J能量所以每秒形成的氦核數(shù)目為：n=1.1×10

14、38個.一年太陽釋放的總能量為 E=5×1026×365×24×3 600 J=1.58×1034 J太陽每年減少的質(zhì)量為：m= 1.7×1017 kg.答案：(1) (2)1.1×1038個1.7×1017 kg 15.(10分）在勻強(qiáng)磁場中，一個原來靜止的原子核，由于放出一個粒子，結(jié)果得到一張兩個相切圓的徑跡照片，如圖所示.今測得兩個相切圓半徑之比r1：r2=44：1，則：（1）這個原子核原來所含的質(zhì)子數(shù)是多少？（2）圖中哪一個是粒子的徑跡？解析：（1）設(shè)衰變后殘核的帶電量為qx,粒子的帶電量為q=2e,它們的

15、質(zhì)量分別為mx和m，衰變后的速度分別為vx和v，所以原來原子核的帶電量（即質(zhì)子數(shù)）為：q=qx+q(或Z=Zx+Z)根據(jù)軌道半徑公式r=可知，在同一磁場中r，所以rx：r=又由于在衰變過程中遵循動量守恒定律，即mxvx=mv解和式，得qx：q=r：rx qx=(r：rx)·q=88e代入式得：q=90e,即Z=90.（2）由于軌道半徑與粒子帶電量（在本題中）成反比，所以圓軌道1是粒子的徑跡，圓軌道2是殘核的徑跡.兩者電性相同，運(yùn)動方向相反.答案：(1)90(2)圓軌道116.（14分）靜止在勻強(qiáng)磁場中的核俘獲一個速度為v0=7.7×104 m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)：.若已知的速度為v2=2.0×104m/s，其方向跟中子反應(yīng)前的速度方向相同，如圖所示.試求：（1）的速度大小和方向；（2）畫出兩粒子的