2020高考物理二輪復(fù)習(xí) 600分沖刺 專題六 原子物理與物理學(xué)史 第15講 原子與原子核優(yōu)練（含解析）

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1、原子與原子核 選擇題(本題共16小題，其中1～9題為單選，10～16題為多選) 1．(2019·江蘇徐州模擬)關(guān)于質(zhì)量虧損，下列說法正確的是(　C　) A．原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損 B．自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能 C．兩個(gè)質(zhì)量較輕的原子核聚變形成一個(gè)中等質(zhì)量的原子核要發(fā)生質(zhì)量虧損 D．正負(fù)電子對(duì)湮滅技術(shù)是一項(xiàng)較新的核物理技術(shù)。一對(duì)正負(fù)電子湮滅生成光子的事實(shí)說明核反應(yīng)中質(zhì)量守恒是有適用范圍的 [解析]　原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損

2、所對(duì)應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，故B錯(cuò)誤；兩個(gè)質(zhì)量較輕的原子核聚變形成一個(gè)中等質(zhì)量的原子核要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出能量，選項(xiàng)C正確；一對(duì)正負(fù)電子對(duì)湮滅后生成光子，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，光子有與能量相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量，所以這個(gè)過程仍遵守質(zhì)量守恒定律，故D錯(cuò)誤。 2．(2019·山東濟(jì)南模擬)某同學(xué)用光電管研究光電效應(yīng)規(guī)律，用波長(zhǎng)為λ的單色光照射光電管的陰極，測(cè)得光電管的遏止電壓為Uc，已知普朗克常量為h，電子電量為e，光在真空中的速度為c，下列判斷正確的是(　D　) A．光電管陰極材料的極限頻率為 B．電子從光電管陰極逸出的最大初動(dòng)能為 C．若光電管所加反向電壓U>Uc，則不會(huì)有電子從陰極飛

3、出 D．若光電管所加正向電壓為U0，則到達(dá)陽極的電子最小動(dòng)能為eU0 [解析]　由eUc＝Ekm＝h－h(huán)ν0，光電管陰極材料的極限頻率為ν0＝－，A錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電方程，電子從光電管陰極逸出的最大初動(dòng)能為Ekm＝h－W0，B錯(cuò)誤；若光電管上所加反向電壓U>Uc，則不會(huì)有電子到達(dá)光電管的陽極，但光電效應(yīng)現(xiàn)象仍能發(fā)生，仍有光電子從光電管陰極飛出，C錯(cuò)誤；若光電管上所加正向電壓為U0，則逸出的初動(dòng)能為零的光電子，到達(dá)陽極時(shí)該電子的動(dòng)能最小，最小動(dòng)能為eU0，D正確。 3．(2019·廣東珠海模擬)關(guān)于原子學(xué)物理知識(shí)，下列說法正確的是(　D　) A．升高放射性物質(zhì)的溫度，其半衰期變短

4、B．發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，增大照射光的頻率，光電子的最大初動(dòng)能不變 C．Np發(fā)生β衰變說明Np原子核內(nèi)有電子 D．輕核聚變?yōu)橘|(zhì)量較大的原子核放出能量，新核的比結(jié)合能變大 [解析]　原子核的半衰期不隨溫度的改變而改變，A錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，增大照射光的頻率，根據(jù)光電效應(yīng)方程光電子的最大初動(dòng)能增大，B錯(cuò)誤；Np發(fā)生β衰變是原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子，放出了一個(gè)電子，并不能說明原子核內(nèi)有電子，C錯(cuò)誤；輕核聚變?yōu)橘|(zhì)量較大的原子核放出能量，把新核拆分為核子需要的能量變大，故新核的比結(jié)合能變大，原子核更穩(wěn)定，D正確。 4．(2019·貴州遵義模擬)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用單色光照射某光電管的

5、陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說法正確的是(　C　) A．若減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 B．若減小入射光的頻率，一定不發(fā)生光電效應(yīng) C．若僅增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 D．若僅增大入射光的頻率，逸出光電子的最大初動(dòng)能不變 [解析]　用單色光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)，表明該單色光的頻率大于該光電管金屬的極限頻率。入射光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，其與單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的光子數(shù)成正比。入射光的強(qiáng)度減小，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的光子數(shù)目減少，但每個(gè)光子的頻率不變，因此仍能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；即使減小入射光的頻率，只

6、要入射光的頻率仍大于金屬的極限頻率，則仍能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；增大入射光的強(qiáng)度，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的光子數(shù)目增加，單位時(shí)間內(nèi)從金屬表面單位面積上逸出的光電子數(shù)增加，因此光電流增大，選項(xiàng)C正確；根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，僅增大ν，則Ek一定增大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 5．(2019·山東青島模擬)重核裂變的一個(gè)核反應(yīng)方程為U＋n→Xe＋Sr＋xn，已知U、Xe、Sr的平均結(jié)合能分別為7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，則(　A　) A．該核反應(yīng)方程中x＝10 B．U的中子數(shù)為92 C．該核反應(yīng)釋放9.5 MeV的能量 D．U的平均結(jié)合

7、能比Xe小，U比Xe更穩(wěn)定 [解析]　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，x＝10，A正確；U的質(zhì)子數(shù)為92，質(zhì)量數(shù)為235，所以中子數(shù)為143，B錯(cuò)誤；由于不知道中子的平均結(jié)合能，所以無法確定該核反應(yīng)釋放的能量，C錯(cuò)誤；平均結(jié)合能越大，表示原子越穩(wěn)定，D錯(cuò)誤。 6．(2019·黑龍江哈爾濱模擬)據(jù)悉我國(guó)第四代反應(yīng)堆—釷基熔鹽堆能源系統(tǒng)(TMSR)研究已獲重要突破。該反應(yīng)堆以釷為核燃料，釷俘獲一個(gè)中子后經(jīng)過若干次β衰變轉(zhuǎn)化成鈾；軸的一種典型裂變產(chǎn)物是鋇和氪，同時(shí)釋放巨大能量。下列說法正確的是(　B　) A．釷核Th有90個(gè)中子，142個(gè)質(zhì)子 B．鈾核裂變的核反應(yīng)方程為U＋n→ Ba＋Kr＋3n

8、 C．放射性元素衰變的快慢與核內(nèi)部自身因素?zé)o關(guān)，由原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件決定 D．重核分裂成中等大小的核，核子的比結(jié)合能減小 [解析]　釷核有90個(gè)質(zhì)子，142個(gè)中子，A錯(cuò)誤；核反應(yīng)方程符合電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，鈾核裂變反應(yīng)方程前后都有中子，B正確；放射性元素衰變的快慢與核內(nèi)部自身因素有關(guān)，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，C錯(cuò)誤；重核分裂成中等大小的核，核子的比結(jié)合能增大，D錯(cuò)誤。 7．(2019·河南洛陽模擬)K－介子衰變的方程為：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負(fù)的元電荷，π0介子不帶電。一個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的

9、π－介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切，它們的半徑RK－與Rπ－之比為32。π0介子的軌跡未畫出。由此可知π－介子的動(dòng)量大小與π0介子的動(dòng)量大小之比為(　B　) A．11　　　　　　　 B．25 C．35 D．23 [解析]　K－介子與π－介子在磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，有：eBv＝m ，故粒子的動(dòng)量為：p＝mv＝eBR。根據(jù)xK－Rπ－＝32，得K－介子和π－介子動(dòng)量大小之比pK－pπ－＝32，取K－介子原來的速度方向?yàn)檎较?，根?jù)動(dòng)量守恒定律，有：pK－＝pπ0－pπ－，解得π－介子的動(dòng)量大小與π0介子的動(dòng)量大小之比為：pπ－pπ0＝

10、25，故選B。 8．(2019·福建模擬)在康普頓散射實(shí)驗(yàn)中，頻率為ν的入射光，與某一靜止的電子發(fā)生碰撞，碰后電子的動(dòng)量為p，方向與入射光方向相同。已知普朗克常量為h，光速為c，碰后光子的波長(zhǎng)λ為(　A　) A． B． C． D． [解析]　光的初動(dòng)量為：p0＝＝，設(shè)碰后光子的動(dòng)量為p′，對(duì)于電子與光子碰撞過程，取碰撞前光子的速度方向?yàn)檎?，由?dòng)量守恒定律得：p0＝p＋p′，且有：p′＝，聯(lián)立解得：λ＝。 9. (2019·保定模擬)如圖所示，在驗(yàn)電器上安裝一個(gè)銅網(wǎng)，使其帶電，驗(yàn)電器金屬箔張開一定角度。用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔的張角保持不變。再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一

11、定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔張開角度減小。下列說法中正確的是(　B　) A．增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔張角將變大 B．紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率 C．銅網(wǎng)帶負(fù)電 D．改用紫光照射鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔張角也一定減小 [解析]　根據(jù)用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔的張角保持不變；再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔張開角度減小，說明逸出的光電子跑到銅網(wǎng)上，導(dǎo)致其電量減小，當(dāng)增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔張角將變更小，由此可知，銅網(wǎng)帶正電。故A、C錯(cuò)誤；只有紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故B正確

12、；根據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件，當(dāng)紫光照射，則紫光頻率小于紫外線，因此可能不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，則驗(yàn)電器金屬箔不一定張開，故D錯(cuò)誤。 10．(2019·寧夏銀川市模擬)國(guó)產(chǎn)科幻大片《流浪地球》講述了太陽即將在未來出現(xiàn)“核燃燒”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致人類無法生存，決定移民到半人馬座比鄰星的故事。據(jù)科學(xué)家論證，太陽向外輻射的能量來自其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)太陽內(nèi)部達(dá)到一定溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生“核燃燒”，其中“核燃燒”的核反應(yīng)方程為He＋X―→Be＋γ，方程中X表示某種粒子，Be是不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為T，則下列說法正確的是(　AD　) A．X粒子是He B．若使Be的溫度降低，其半衰期會(huì)減小 C．經(jīng)過2T，

13、一定質(zhì)量的Be占開始時(shí)的 D．“核燃燒”的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) [解析]　根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X粒子的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為He，選項(xiàng)A正確；溫度不能改變放射性元素的半衰期，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；經(jīng)過2T，一定質(zhì)量的Be占開始時(shí)的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；“核燃燒”的核反應(yīng)是輕核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)D正確。 11．(2019·山東省濟(jì)寧市模擬)日本福島核事故是世界上最大的核事故之一，2019年2月13日首次“觸及”到了該核電站內(nèi)部的核殘?jiān)?，其中部分殘留的放射性物質(zhì)的半衰期可長(zhǎng)達(dá)1570萬年。下列有關(guān)說法正確的是(　AD　) A． U衰變成Pb要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變 B．天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線

14、的速度與光速相當(dāng)，穿透能力很強(qiáng) C．將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，會(huì)改變放射性元素的半衰期 D．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的 [解析]　設(shè)經(jīng)x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得238＝206＋4x＋0.92＝82＋2x－y，解得x＝8，y＝6，故U衰變成Pb要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變，故A正確；α射線是速度為0.1c的氦核流，穿透能力最弱；γ射線的穿透能力最強(qiáng)且速度與光速相當(dāng)，故B錯(cuò)誤；半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只對(duì)大量的原子核適用，且半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素決定，與所處的物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，故C錯(cuò)誤；β衰變放出的電子

15、是來自原子核發(fā)生衰變的產(chǎn)物，是中子變成了質(zhì)子和電子，故D正確。 12．(2019·江蘇省宿遷市模擬)下列說法中正確的有(　BD　) A．氡核的半衰期為3.8天，20個(gè)氡原子核經(jīng)7.6天后剩下5個(gè)氫原子核 B．由質(zhì)能方程可知，物體的能量發(fā)生變化時(shí)，物體的質(zhì)量也相應(yīng)變化 C．鐳核發(fā)生一次α衰變時(shí)，產(chǎn)生的新核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4 D．釷核發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生新核的比結(jié)合能大于原來釷核的比結(jié)合能 [解析]　半衰期具有統(tǒng)計(jì)意義，對(duì)大量的原子核適用，對(duì)少數(shù)的原子核不適用，故A錯(cuò)誤；質(zhì)能方程E＝mc2可知，物體的能量發(fā)生變化時(shí)，物體的質(zhì)量也相應(yīng)變化，故B正確；鐳核發(fā)生一次α衰變時(shí)，新

16、核與原來的原子核相比，質(zhì)量數(shù)減少了4，中子數(shù)減少2，故C錯(cuò)誤；釷核發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生新核處于高能級(jí)，所以產(chǎn)生的新核比結(jié)合能增加，故D正確。 13．(2019·湖南省岳陽市模擬)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓1和2的徑跡照片如圖所示 ，已知兩個(gè)相切圓半徑分別為r1、r2，下列說法正確的是(　CD　) A．原子核可能發(fā)生的是α衰變，也可能發(fā)生的是β衰變 B．徑跡2可能是衰變后新核的徑跡 C．若衰變方程是U―→Th＋He，則 r1r2＝145 D．若是α衰變，則1和2的徑跡均是順時(shí)針方向 [解析]　原子核衰變過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，由

17、動(dòng)量守恒定律可知，衰變生成的兩粒子動(dòng)量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定則知：若生成的兩粒子電性相反則在磁場(chǎng)中的軌跡為內(nèi)切圓，若電性相同則在磁場(chǎng)中的軌跡為外切圓，所以為電性相同的粒子，可能發(fā)生的是α衰變，但不是β衰變，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，原子核原來靜止，初動(dòng)量為零，由動(dòng)量守恒定律可知，原子核衰變后生成的兩核動(dòng)量p大小相等、方向相反，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝m，解得：r＝＝，由于p、B都相同，則粒子電荷量q越大，其軌道半徑r越小，由于新核的電荷量大于粒子的電荷量，則新核的軌道半徑小于粒子的軌道半徑，則半徑為r1的圓為放出新核的運(yùn)動(dòng)

18、軌跡，半徑為r2的圓為粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，故B錯(cuò)誤；由B選項(xiàng)的分析知：r1r2＝290＝145，故C正確；若是α衰變，生成的兩粒子電性相同，圖示由左手定則可知，兩粒子都沿順時(shí)針方向做圓周運(yùn)動(dòng)，故D正確。所以C、D正確，A、B錯(cuò)誤。 14．(2019·河北省衡水中學(xué)下學(xué)期二調(diào)模擬)氫原子能級(jí)圖如圖所示，用大量處于n＝2能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出的光照射光電管陰極K，測(cè)得光電管電流的遏止電壓為7.6 V，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，電子電量e＝－1.6×10－19 C，下列判斷正確的是(　BC　) A．電子從陰極K表面逸出的最大初動(dòng)能為2.6 eV B．陰極K

19、材料的逸出功為2.6 eV C．陰極K材料的極限頻率為6.27×1014 Hz D．氫原子從n＝4躍遷到n＝2能級(jí)，發(fā)射出的光照射該光電管陰極K時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng) [解析]　光電管電流的遏止電壓為7.6 V，根據(jù)Ue＝Ekm，可知電子從陰極K表面逸出的最大初動(dòng)能為7.6 eV，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；大量處于n＝2能級(jí)的氫原子躍遷到基態(tài)時(shí)，輻射光子的能量為(－3.4 eV)－(－13.6 eV)＝10.2 eV，則陰極K材料的逸出功為10.2 eV －7.6 eV＝2.6 eV，選項(xiàng)B正確；陰極K材料的極限頻率為ν＝＝Hz＝6.27×1014 Hz，選項(xiàng)C正確；氫原子從n＝4躍遷到n＝2能級(jí)，輻射光子

20、的能量(－0.85 eV)－(－3.4 eV)＝2.55 eV，小于金屬的逸出功，則發(fā)射出的光照射該光電管陰極K時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選C。 15．(2019·衡水模擬)2019年2月14日消息，科學(xué)家潘建偉領(lǐng)銜的中國(guó)“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星科研團(tuán)獲得了克利夫蘭獎(jiǎng)，有關(guān)量子理論，下列說法正確的是(　AB　) A．量子理論是普朗克首先提出的，光量子理論則是愛因斯坦首先提出的 B．光的強(qiáng)度越大，光子的能量不一定越大 C．氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可以放出任意頻率的光子 D．當(dāng)光照強(qiáng)度足夠大時(shí)任何一種金屬都能發(fā)生光電效應(yīng) [解析]　普朗克提出了量子論，而光量子理論則是愛

21、因斯坦首先提出的，故A正確；根據(jù)E＝hν知，光子能量與光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)度無關(guān)，故B正確；大量氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，根據(jù)公式hν＝Em－En可知，輻射光的頻率大小由能級(jí)差決定，只能發(fā)射某些特定頻率的光子，故C錯(cuò)誤；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故D錯(cuò)誤。 16．14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N，半衰期約為5 700年。已知植物存活其間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過測(cè)量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是(　AC　) A．該古木的年代距今約為5 700年 B．12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C．14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線 D．增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變 [解析]　因古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過的時(shí)間為一個(gè)半衰期，即該古木的年代距今約為5 700年，選項(xiàng)A正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，由于質(zhì)量數(shù)不同，故中子數(shù)不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子，即發(fā)出β射線，選項(xiàng)C正確；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故選AC。 - 8 -