2023版高考物理一輪復(fù)習(xí)第13章原子結(jié)構(gòu)原子核綜合過關(guān)規(guī)范限時(shí)檢測(cè)新人教版選修3-5

PAGEPAGE2第十三章綜合過關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限時(shí)檢測(cè)總分值100分，考試時(shí)間60分鐘。一、選擇題(此題共8小題，每題6分，共計(jì)48分。1～4題為單項(xiàng)選擇，5～8題為多項(xiàng)選擇，全都選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，錯(cuò)選或不選的得0分)1．(2022·江蘇揚(yáng)州中學(xué)月考)以下說法不正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343328)(C)A．物體吸收一定頻率的電磁波，可能輻射不同頻率的電磁波B．放射性元素的半衰期與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)C．結(jié)合能越大，原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定D．鈾裂變反響中，如果鈾塊體積不夠大，鏈?zhǔn)椒错懖荒芾^續(xù)[解析]當(dāng)原子吸收能量后，從基態(tài)躍遷到n>2的激發(fā)態(tài)，由于不穩(wěn)定，從n>2的激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時(shí)，可能輻射不同頻率的電磁波，故A正確；放射性元素的半衰期與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故B正確；比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故C錯(cuò)誤；裂變反響中，必須到達(dá)臨界體積，鏈?zhǔn)椒错懖拍芾^續(xù)，故D正確。此題選擇不正確的，應(yīng)選C。2．按照玻爾的理論，氫原子的能級(jí)是氫原子處于各個(gè)定態(tài)時(shí)的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢(shì)能和電子在軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，當(dāng)一個(gè)氫原子從n＝4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，以下說法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343329)(D)A．氫原子系統(tǒng)的電勢(shì)能增加，電子的動(dòng)能增加B．氫原子系統(tǒng)的電勢(shì)能減小，電子的動(dòng)能減小C．氫原子可能輻射6種不同波長(zhǎng)的光D．氫原子可能輻射3種不同波長(zhǎng)的光[解析]當(dāng)一個(gè)氫原子從n＝4的能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)生4→3,3→2,2→1三種情況，切記不是大量氫原子，故C錯(cuò)誤，D正確；當(dāng)氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，軌道半徑減小，根據(jù)公式keq\f(q2,r2)＝meq\f(v2,r)可得電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，故A、B錯(cuò)誤。3．物理學(xué)家在微觀領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了“電子偶素〞這一現(xiàn)象。所謂“電子偶素〞就是由一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電子繞它們連線的中點(diǎn)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)形成相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)。類比玻爾的原子量子化模型可知：兩電子做圓周運(yùn)動(dòng)的可能軌道半徑的取值是不連續(xù)的，所以“電子偶素〞系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的能量狀態(tài)(能級(jí))也是不連續(xù)的。假設(shè)規(guī)定兩電子相距無限遠(yuǎn)時(shí)該系統(tǒng)的勢(shì)能為零，那么該系統(tǒng)的最低能量值為E(E<0)，稱為“電子偶素〞的基態(tài)。處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)，可能由于吸收一個(gè)光子而到達(dá)更高的能級(jí)，甚至正、負(fù)電子別離導(dǎo)致系統(tǒng)瓦解，也可能由于正、負(fù)電子湮滅而轉(zhuǎn)化為光子。基態(tài)對(duì)應(yīng)的電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r，正、負(fù)電子的質(zhì)量均為m，電荷量大小均為e，光在真空中傳播的速度為c，靜電力常量為k，普朗克常量為h，那么以下說法中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343330)(B)A．該“電子偶素〞系統(tǒng)可吸收任意頻率的光，使其到達(dá)能量值更高的激發(fā)態(tài)B．假設(shè)用光照射處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)，使其發(fā)生瓦解，那么光的波長(zhǎng)可以是滿足λ≤－eq\f(hc,E)的任意值C．假設(shè)處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)的負(fù)電子和正電子湮滅，轉(zhuǎn)化為1個(gè)光子，光子頻率為eq\f(mc2,h)D．假設(shè)處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)的負(fù)電子和正電子湮滅，轉(zhuǎn)化為2個(gè)光子，光子頻率為eq\f(h,mc2)[解析]根據(jù)頻率條件，只有光子能量等于“電子偶素〞基態(tài)與高能級(jí)差值才可能使其到達(dá)能量值更高的激發(fā)態(tài)，故A錯(cuò)誤；假設(shè)用光照射處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)，使其發(fā)生瓦解，光子能量大于或等于－E，那么光的波長(zhǎng)可以是滿足λ≤－eq\f(hc,E)的任意值，故B正確；假設(shè)處于基態(tài)的“電子偶素〞系統(tǒng)的負(fù)電子和正電子湮滅，轉(zhuǎn)化為2個(gè)光子，光子頻率為eq\f(mc2,h)，故C、D錯(cuò)誤。4．如下圖為氫原子的能級(jí)圖。當(dāng)氫原子從n＝4的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射出光子a；當(dāng)氫原子從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射出光子b，那么以下判斷正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343331)(A)A．假設(shè)光子a能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，那么光子b也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)B．光子a的波長(zhǎng)小于光子b的波長(zhǎng)C．b光比a光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．光子a的能量大于光子b的能量[解析]n＝4能級(jí)和n＝2能級(jí)的能級(jí)差小于n＝3能級(jí)和n＝1能級(jí)的能級(jí)差，根據(jù)Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，那么光子a的頻率小于光子b的頻率，故D錯(cuò)誤。假設(shè)光子α能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，因?yàn)楣庾觔的頻率大于光子a的頻率，那么光子b也一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確。光子a的頻率小于光子b的頻率，所以光子a的波長(zhǎng)大于光子b的波長(zhǎng)，所以a光更容易發(fā)生衍射，故B、C錯(cuò)誤。5．(2022·重慶一中期中)以下說法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343332)(ACD)A．盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反響方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB．鈾核裂變的核反響是eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nC．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3D．鈾(eq\o\al(235,92)U)經(jīng)過屢次α、β衰變形成穩(wěn)定的鉛(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子E．一個(gè)處于n＝5能級(jí)的氫原子，自發(fā)向低能級(jí)躍遷的過程中能夠輻射10種不同頻率的電磁波[解析]盧瑟福通過α粒子轟擊氮核再得到質(zhì)子，該核反響方程的電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)都守恒，故A正確；鈾核裂變的核反響是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，兩邊中子不能約掉，故B錯(cuò)誤；質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子的質(zhì)量虧損為Δm＝2m1＋2m2－m3，由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可求得釋放的核能，故C正確；根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒知：238－206＝4×8，發(fā)生8次α衰變；92＝82＋2×8－6，發(fā)生6次β衰變，β衰變的實(shí)質(zhì)為中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時(shí)釋放電子，所以有6個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，故D正確；一個(gè)處于n＝5能級(jí)的氫原子，自發(fā)向低能級(jí)躍遷的過程中最多能夠輻射4種不同頻率的電磁波，故E錯(cuò)誤。6．(2022·黑龍江實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖為玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級(jí)示意圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級(jí)時(shí)，以下說法符合玻爾理論的有eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343333)(AD)A．電子軌道半徑減小，動(dòng)能要增大B．氫原子躍遷時(shí)，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線C．由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)發(fā)出光子的頻率最小D．金屬鉀的逸出功為2.21eV，能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條[解析]當(dāng)原子從第4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，原子的能量減小，電子軌道半徑減小，電子的動(dòng)能增大，電勢(shì)能減小，故A正確；能級(jí)間躍遷輻射或吸收的光子能量必須等于兩能級(jí)間的能級(jí)差，氫原子躍遷時(shí)，可發(fā)出不連續(xù)的光譜線，故B錯(cuò)誤；由n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)輻射的光子能量最大，發(fā)出光子的頻率最大，故C錯(cuò)誤；第4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷可以放出6條光譜線，其放出的光子能量分別為E1＝－0.85eV－(－1.51eV)＝0.66eV，E2＝－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV，E3＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，E4＝－1.51eV－(－3.40eV)＝1.89eV，E5＝－1.51eV－(－13.6eV)＝12.09eV，E6＝－3.40eV－(－13.6eV)＝10.20eV，故大于2.21eV的光譜線有4條，故D正確。7．(2022·江西贛州厚德外國語學(xué)校期中)以下有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識(shí)，其中正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343334)(ABE)A．β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流B．氫原子輻射光子后，向低能級(jí)躍遷C．太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變D.eq\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi經(jīng)過10天后還剩下50克E．要使鏈?zhǔn)椒错懓l(fā)生，裂變物質(zhì)的體積應(yīng)大于它的臨界體積[解析]β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，而γ射線是高速運(yùn)動(dòng)的光子流，故A正確；氫原子輻射光子后，要從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，故B正確；太陽輻射能量的主要來源是太陽中發(fā)生的輕核聚變，故C錯(cuò)誤；設(shè)原來eq\o\al(210,83)Bi的質(zhì)量為m0，衰變后剩余質(zhì)量為m，那么有m＝m0(eq\f(1,2))eq\f(t,T)＝25g，故D錯(cuò)誤；鈾核裂變過程中能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒错懙臈l件之一是它的體積不能小于其臨界體積，故E正確。8．(2022·東北三省三校聯(lián)考)eq\o\al(238,92)U是一種放射性元素，能夠自發(fā)地進(jìn)行一系列放射性衰變，如下圖，可以判斷以下說法正確的選項(xiàng)是eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343335)(ABD)A．圖中a是84，b是206B.eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比結(jié)合能大C．Y是β衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的D．Y和Z是同一種衰變E．從X衰變中放出的射線電離能力最強(qiáng)[解析]eq\o\al(210,a)Po→eq\o\al(206,82)Pb，質(zhì)量數(shù)少4，知發(fā)生了一次α衰變，那么電荷數(shù)少2，所以a＝84，eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(b,81)TI，發(fā)生了一次α衰變，那么b＝206，故A正確；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知一定釋放核能，因此核反響放出能量，那么eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比結(jié)合能大，選項(xiàng)B正確，Y和Z是同一種衰變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；eq\o\al(210,83)Bi→eq\o\al(210,84)Po發(fā)生了β衰變，放出的β射線電離能力不是最強(qiáng)的，選項(xiàng)E錯(cuò)誤。二、非選擇題(共4小題，共52分。計(jì)算題解答時(shí)請(qǐng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不得分。)9．(6分)氫原子第n能級(jí)的能量En＝eq\f(E1,n2)，其中E1為基態(tài)能量。當(dāng)氫原子由第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)時(shí)，發(fā)出光子的頻率為ν1；假設(shè)氫原子由第2能級(jí)躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的頻率為ν2，那么eq\f(ν1,ν2)＝eq\f(1,4)。eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343336)[解析]當(dāng)氫原子由第4能級(jí)躍遷到第2能級(jí)時(shí)，發(fā)出光子的能量E＝eq\f(E1,16)－eq\f(E1,4)＝－eq\f(3E1,16)；氫原子由第2能級(jí)躍遷到基態(tài)，發(fā)出光子的能量E′＝eq\f(E1,4)－E1＝－eq\f(3E1,4)；光子能量為hν，那么eq\f(ν1,ν2)＝eq\f(1,4)。10．(8分)恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反響，當(dāng)溫度到達(dá)108K時(shí)，可以發(fā)生“氦燃燒〞。eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343337)(1)完成“氦燃燒〞的核反響方程：eq\o\al(4,2)He＋__eq\o\al(4,2)He__→eq\o\al(8,4)Be＋γ。(2)eq\o\al(8,4)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s。一定質(zhì)量的eq\o\al(8,4)Be，經(jīng)7.8×10－16s后剩下的eq\o\al(8,4)Be占開始時(shí)的eq\f(1,8)。[解析](1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得答案為eq\o\al(4,2)He或α。(2)由題意可知此過程經(jīng)過了3個(gè)半衰期，故剩余的eq\o\al(8,4)Be的質(zhì)量m＝m0(eq\f(1,2))3＝eq\f(1,8)m0，故應(yīng)填eq\f(1,8)或12.5%。11．(18分)氫原子在基態(tài)時(shí)的軌道半徑為r1＝0.53×10－10m，能級(jí)值E1＝－13.6eV，求賴曼系(高能級(jí)躍遷至基態(tài))中能量最大的光子和能量最小光子的波長(zhǎng)各是多少？eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343338)[答案]λmax＝121.9nmλmin＝91.4nm[解析]由電離狀態(tài)躍遷到基態(tài)，光子的能量最大，有：Emax＝eq\f(hc,λmin)λmin＝eq\f(hc,Emax)λmin＝eq\f(6.63×10－34×3×108,13.6×1.6×10－19)m＝0.914×10－7m＝91.4nm由n＝2態(tài)躍遷到基態(tài)，光子的能量最大，有：Emin＝eq\f(hc,λmax)λmax＝eq\f(hc,Emin)λmax＝eq\f(6.63×10－34×3×108,10.2×1.6×10－19)m＝1.219×10－7m＝121.9m。12．(20分)兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能Ek＝0.5MeV相向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生正碰，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)氦核。氘核的質(zhì)量mD＝2.0136u，氦核的質(zhì)量mHe＝3.0150u，中子的質(zhì)量mn＝1.0087u，阿伏伽德羅常數(shù)NA＝6.0×1023mol－1。(1u對(duì)應(yīng)的能量為931.56MeV)eq\x(導(dǎo)學(xué)號(hào)51343339)(1)寫出核反響方程。(2)求該過程釋放的核能。(3)求中子和氦核的動(dòng)能。(4