1、专题十六 原子物理与原子核物理高考物理一轮总复习专题训练：高考物理一轮总复习专题训练：1.处于n=3能级的大量氢原子,向低能级跃迁时,辐射光的频率有()A.1种B.2种C.3种D.4种考点一考点一 原子物原子物理理答案答案C处于能级为n的大量氢原子向低能级跃迁能辐射光的种类为,所以处于n=3能级的大量氢原子向低能级跃迁,辐射光的频率有=3种,故C项正确。2Cn23C考查点考查点能级跃迁。方法归纳方法归纳利用能级图,结合排列组合的知识,把氢原子从高能级向低能级跃迁释放光子种类的规律总结明白,并不断强化。考点专题训练2.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子()A.放出光子,能量增加B.
2、放出光子,能量减少C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量减少答案答案B根据玻尔原子理论知,氢原子从高能级n=3向低能级n=2跃迁时,将以光子形式放出能量,放出光子后原子能量减少,故B选项正确。3.下列说法正确的是()A.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B.汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构C.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加答案答案D太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应(核聚变反应),所以选项A错误。汤姆孙发现电子,说明带负电的电子是原子的一部分
3、,因此原子是可分的,并且应该有一定的结构;又因为电子带负电,而原子呈电中性,所以原子中一定还有带正电的部分。在此后,由卢瑟福通过粒子散射实验,根据极少数粒子几乎被反向弹回,而推断出原子的核式结构,因此选项B错误。光照射到金属表面上时能否发生光电效应,取决于入射光的能量(E=h),光的频率越高(波长越短),其能量越大,越可能在金属表面发生光电效应。因此,一束光照射到某金属上不能发生光电效应,是由于这束光的能量较小,即频率较小(波长较长),所以选项C错误。氢原子的核外电子在从离核较近的轨道跃迁到离核较远的轨道过程中,需要吸收一定的能量,所以核外电子离核越远,原子的总能量越大。设电子的质量为m,电荷
4、量为e,其与原子核之间的距离为r时,电子绕核运动的速度大小为v,则根据库仑定律和牛顿第二定律有=,所以电子的动能Ek=,即轨道半径越大,动能越小,故选项D正确。22ker2mvr22ker1.在核反应方程HeNO+X中,X表示的是()A.质子B.中子C.电子D.粒子42147178考点二原子核物考点二原子核物理理答案答案A本题考查核反应方程。由核反应中质量数和电荷数均守恒,可判断X为质子H,故选项A正确。2.下列核反应方程中,属于衰变的是()ANHeOHBUThHeCHHHenDThPae147.421781123892.234904221.31421023490.2349101答案答案BA项
5、属于原子核的人工转变,B项属于衰变,C项属于聚变反应,D项属于衰变。考查点考查点核反应方程。思路点拨思路点拨衰变是放出粒子的过程。3.实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意如图。则()A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里答案答案D由静止的原子核发生衰变后产生的新核和电子做匀速圆周运动的方向相反及原子核衰变前后动量守恒得meve-m核v核=0,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r=,因为qer核,故轨
6、迹1是电子的,轨迹2是新核的,根据左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里,故D项正确。mvqB考查点考查点衰变、动量守恒、匀速圆周运动。思路点拨思路点拨衰变过程动量守恒;衰变后的粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供。4.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1+m2-m3)cB.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2D.(m1-m2-m3)c2答案答案C此核反应方程为HnH,根据爱因斯坦质能方程得E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C正确。111021考查点考查点质能方程。思路点拨
7、思路点拨质量亏损是反应物的总质量减去生成物的总质量。5.表示放射性元素碘131I)衰变的方程是()AISbHeBIXeeCIInDITeH13153(13153.127514213153.131540113153.130531013153.1305211答案答案B衰变的实质是放射出电子e),由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知B正确。01(6.在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质量和电荷量。(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核反应方程。(2)
8、粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小。(3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损m。42(AZ解析解析本题考查了原子核的衰变、动量和能量守恒、带电粒子在匀强磁场中的运动、质能方程等多个考点,是一道综合题,难度中等。(1XYHe(2)设粒子的速度大小为v,由qvB=m,T=,得粒子在磁场中运动周期T=环形电流大小I=(3)由qvB=m,得v=设衰变后新核Y的速度大小为v,系统动量守恒Mv-mv=0v=由mc2=Mv2+mv2得m=)AZ42AZ422vR2 Rv2 mqBqT22q Bm2vRqBRmmvMqBRM1
9、21222()()2Mm qBRmMc答案答案见解析说明:若利用M=m解答,亦可。44A方法技巧方法技巧衰变中的动量和能量守恒在衰变过程中,静止的原子核放射粒子,新核与粒子的总动量保持不变(为零),而衰变释放的能量与质量亏损之间必然遵循质能方程E=mc2。7.1934年,约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝核Al,产生了第一个人工放射性核素X:Aln+X。X的原子序数和质量数分别为()A.15和28B.15和30C.16和30D.17和3127132713答案答案B本题考查核反应方程。在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X的原子序数为2+13=15,X的质量数为4+27-1=30,选项B正确。规
10、律总结规律总结核反应方程的特点核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒。8.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是:Hn。已知H的质量为2.0136uHe的质量为3.0150un的质量为1.0087u,1u=931MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7MeVB.3.3MeVC.2.7MeVD.0.93MeV2211H3120He2132,10,答案答案B本题考查核能的计算。聚变反应中的质量亏损为m=(22.0136-3.0150-1.0087)u=0.0035u,则释放的核能为E=mc2=0.0035931MeV3.3MeV,B正确。方法
11、技巧方法技巧由质量亏损计算核能由m计算核反应过程中释放的核能时,若m以u为单位,可由1u=931MeV/c2,得到释放的以MeV为单位的核能;若m以kg为单位,则由质能方程E=mc2获得以J为单位的释放的核能。9.一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为UThHe。下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量238922349042答案答案B本题考查天然放射现象、半衰期、核反应中的动量守恒、质量亏损,考查学生的理解能力。静止的原子核在衰变前后
12、动量守恒,由动量守恒定律得0=m1v1+m2v2,可知m1v1=-m2v2,故衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小,选项B正确;动能Ek=,由于钍核的质量(m1)大于粒子的质量(m2),故动能不等,选项A错误;铀核的半衰期是指大量的铀核半数发生衰变所用的时间,而不是放出一个粒子所经历的时间,选项C错误;原子核衰变前后质量数守恒,衰变时放出核能,质量亏损,选项D错误。22pm解题关键解题关键原子核衰变前后动量守恒、质量数和电荷数守恒;动能和动量与质量的关系;半衰期的定义及其含义。10.一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核Si*。下列说法正确的是
13、。A.核反应方程为pAlSi*B.核反应过程中系统动量守恒C.核反应过程中系统能量不守恒D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应物的质量之和E.硅原子核速度的数量级为105m/s,方向与质子初速度的方向一致2713281427132814解析解析质子p即H,核反应方程为pAlSi*,A项正确;核反应过程遵循动量守恒定律,B项正确;核反应过程中系统能量守恒,C项错误;在核反应中质量数守恒,但会发生质量亏损,所以D项错误;设质子的质量为m,则Si*的质量为28m,由动量守恒定律有mv0=28mv,得v=m/s3.6105m/s,方向与质子的初速度方向相同,故E项正确。1127132814
14、2814028v71.0 1028答案答案ABE规律总结规律总结核反应过程遵守动量守恒定律,核反应中质量数守恒,电荷数守恒,但会发生质量亏损。评析评析本题考查核反应过程所遵循的规律及动量守恒定律,难度较易。11.在人类对微观世界进行探索的过程中,科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是。A.密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B.贝克勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了的钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D.卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E.汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子
15、组成的,并测出了该粒子的比荷答案答案ACE解析解析密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值,选项A正确;原子中存在原子核是卢瑟福通过粒子散射实验发现的,选项B、D错误;居里夫妇发现的钋和镭是从沥青铀矿中分离出来的,选项C正确;汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中的偏转,发现阴极射线是由带负电的粒子组成的,并测出其比荷,选项E正确。解题指导解题指导卢瑟福通过粒子散射实验发现原子中存在原子核。卢瑟福用粒子轰击氮原子核发现了质子He+HO。4214171N178评析评析学习近代物理学发展史对学生主动探索物理规律、学习物理知识有重要的启发作用,不可忽视。12.关于天然放射性,下列说法正确的是。A.所有元素都
16、可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.、和三种射线中,射线的穿透能力最强E.一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线答案答案BCD解析解析原子序数大于或等于83的元素,都能发生衰变,而原子序数小于83的部分元素能发生衰变,故A错。放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化,与核外电子的得失及环境温度无关,故B、C项正确。在、三种射线中,、为带电粒子,穿透本领较弱,射线不带电,具有较强的穿透本领,故D项正确。一个原子核不能同时发生衰变和衰变,故E项错误。规律总结规律总结衰变XYHe衰变XYe射线:放射性原子核在发生衰变、衰变时,蕴藏
17、在核内的能量会释放出来,使产生的新核处于高能级,这时它要向低能级跃迁,能量以光子的形式辐射出来,即射线。:AZ42AZ42:AZ1AZ0113.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为41026J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近()A.1036kgB.1018kgC.1013kgD.109kg2Ec26824 10(3 10)答案答案D根据爱因斯坦质能方程E=mc2,得m=kg109kg。14.下列现象中,与原子核内部变化有关的是()A.粒子散射现象B.天然放射现象C.光电效应现象D.原子发光现象答案答案B天然放射现象是放射性物质的原子核自
18、发地放射出、和射线的现象,必然会使原子核内部发生变化。故选B。15.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.核反应方程是HnH+B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.光子的波长=1110312123()hmmm c111021c123()hmmm c答案答案B此核反应的核反应方程为 Hn H+,A错;由质能方程知光子的能量为E=(m1+m2-m3)c2,C错;由E=h 知波长=,D错。16.目前核电站利用的核反应是
19、()A.裂变,核燃料为铀B.聚变,核燃料为铀C.裂变,核燃料为氘D.聚变,核燃料为氘答案答案A核裂变和核聚变过程都能释放核能,但目前人类所掌握的技术水平只能对核裂变的速度进行控制,所以各国的核电站都是以轴为燃料的核裂变电站。1.根据卢瑟福提出的原子核式结构模型解释粒子散射实验,使极少数粒子发生大角度偏转的作用力是()A.原子核对粒子的库仑引力B.原子核对粒子的库仑斥力C.核外电子对粒子的库仑引力D.核外电子对粒子的库仑斥力高高考模拟考模拟基础题组基础题组高考模拟答案答案B粒子跟电子的碰撞过程动量守恒,因电子的质量远小于粒子的,所以粒子的速度变化很小,故电子不可能使粒子发生大角度偏转。因为原子核
20、带正电而粒子也带正电,故它们间的作用力是库仑斥力。考点一原子物理考点一原子物理2关于原子模型,下列说法错误的是()A.汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构B.卢瑟福完成的粒子散射实验,说明了原子的“枣糕”模型是不正确的C.按照玻尔理论,氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时,辐射出光子D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子总能量增加答案答案A汤姆孙发现电子,表明原子是有结构的,原子是可再分的,故A不正确。卢瑟福完成的粒子散射实验,说明原子中有核结构存在,故说明“枣糕”模型是不正确的,B说法正确。氢原子核外电子从高能级向低能级跃迁时,辐射出光子
21、,C说法正确。氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电场力做负功,电子动能减小,跃迁过程需要吸收光子,故总能量增加,D说法正确。3.许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的,因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱,根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量为En=,其中n=2,3,4。1885年,巴耳末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析,发现这些谱线的波长能够用一个公式表示,这个公式写做=R(-),n=3,4,5。式中R叫做里德伯常量,这个公式称为巴耳末公式。用h表示普朗克常量,c表示真空中的
22、光速,则里德伯常量R可以表示为()A.-B.C.-D.12En121221n12Ehc12Ehc1Ehc1Ehc答案答案C氢原子光谱由氢原子跃迁形成。由跃迁条件知h=En-Em(nm),因为En=,c=,所以=E1(-)(nm),当m=2时,=-(-)(n=3,4,5,),则R=-,C项正确,A、B、D项错误。12Enhc21n21m11Ehc21221n1Ehc考查点考查点光子说及玻尔假设。思路点拨思路点拨由玻尔的能级跃迁理论h=En-Em(nm),h=h得到h=En-Em,由于En=,则由h=-推出=(-)=-(-),当m=2时,得到R=-。cc12Enc12En12Em11Ehc21n2
23、1m1Ehc21m21n1Ehc4.自然界真是奇妙,微观世界的运动规律竟然与宏观运动规律存在相似之处。(1)在地心参考系中,星体离地心的距离r时,星体的引力势能为零。质量为m的人造卫星以第二宇宙速度从地面发射,运动到离地心距离为r时,其运动速度为v=(G为引力常量,M为地球质量)。它运动到离地心无穷远处,相对于地球的运动速度为零。请推导此卫星运动到离地心距离为r时的引力势能表达式。(2)根据玻尔的氢原子模型,电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动,原子中的电子在库仑引力作用下,绕原子核做圆周运动。已知电子质量为m,电荷量为e,静电力常量为k。氢原子处于基态(n=1)时电子的轨道半径为r1,电势
24、能为Ep1=-(取无穷远处电势能为零)。氢原子处于第n个能级的能量为基态能量的(n=1,2,3,)。求氢原子从基态跃迁到n=2的激发态时吸收的能量。一个处于基态且动能为Ek0的氢原子与另一个处于基态且静止的氢原子进行对心碰撞。若要使其中一个氢原子从基态跃迁到激发态,则Ek0至少为多少?2GMr21ker21n解析解析(1)卫星在距地心r处的动能Ek=mv2=卫星从距地心r处运动到无穷远的过程中,由机械能守恒定律得:Ek+Ep=0(3分)得:Ep=-(3分)(2)氢原子处于基态时,电子绕原子核做匀速圆周运动k=m(2分)故处于基态的氢原子的电子的动能Ek1=m处于基态的氢原子的能量E1=Ek1+
25、Ep1(2分)得:E1=-(2分)又因为E2=,得E=E2-E1=(2分)设氢原子质量为m,动能为Ek0的氢原子的初速度为v0,氢原子相互作用后速度分别为v1和v2,相互作用过程中机械能减小量为E12GMmrGMmr221er211vr1221v212ker122E2138ker答案答案见解析由动量守恒定律得:mv0=mv1+mv2(1分)由能量守恒得:m=m+m+E(2分)解得:-v0v1+=0若v1有实数解,须-40(1分)即Ek0=m2E=(2分)即氢原子能从n=1的基态跃迁到n=2的激发态,需要吸收的能量为,所以要使其中一个氢原子从基态跃迁到激发态,Ek0至少为。1220v1221v1
26、222v21vEm20vEm1220v2134ker2134ker2134ker5.关于、三种射线,下列说法正确的是()A.三种射线都带电B.三种射线都是电磁波C.射线的电离能力最强D.射线的穿透能力最强考点二原子核物理考点二原子核物理答案答案C射线是高速氦核流,射线是高速电子流。射线是电磁波。射线带正电,射线带负电,射线不带电。射线电离本领最强,射线穿透本领最强。因此C正确。解题关键解题关键熟知三种射线的构成及特点。6.下列核反应方程中,属于聚变的是()ANHeOHBUThHeCHHHeDUnBaKr+n147.421781123892.234904221.214223592.1014456
27、8936103答案答案C聚变的特点是两个轻核聚合成一个较大的核,选C。解题关键解题关键熟记各种核反应的特征。7.一个氘核与一个氚核结合成一个氦核同时放出中子,释放17.6MeV的能量。已知氘核、氚核、氦核和中子的质量分别为m1、m2、m3和m4。下列说法正确的是()A.该核反应方程是HHHe+nB.该核反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料C.m1+m2m3+m4D.该核反应可以在常温下进行213142102答案答案C由质能方程可知,m1+m2m3+m4,C正确。核反应中核子数不变,A错误。当前核电站采用的是重核裂变,B错误。该核反应要在超高温下进行,D错误。解题关键解题关键熟练掌握核反应方程
28、。8.下列表述正确的是()A.粒子散射实验结果说明原子内部正电荷是均匀分布的B.衰变说明原子的原子核外部存在自由电子C.玻尔认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的D.轻核聚变更为清洁、安全,目前大型核电站都是利用轻核的聚变发电的答案答案C粒子散射实验结果说明正电荷集中于核内。衰变中放出的电子来源于原子核内部中子变化。目前大型核电站主要利用重核裂变发电。易错警示易错警示衰变中产生的电子是原子核内一个中子转化为一个质子时生成的,其中电子发射出来形成粒子。9.用中子n)轰击铝27Al),产生钠24Na)和X,则X是()A.电子B.质子C.正电子D.粒子10(2713(2411(答案答案D根
29、据核反应过程中电荷数、质量数守恒有:n+NaHe,X是粒子,选D。1027241311Al4210.图为一放射源发出的、射线进入同一匀强磁场(磁场未画出)中的径迹。表中列出了三种射线的本质和特性。由此可知()种类本质质量(u)电荷量(e)速度(c)射线氦核4+20.1射线电子1/1840-10.99射线光子001A.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线B.磁场方向垂直纸面向里,a为射线,b为射线C.磁场方向垂直纸面向外,a为射线,b为射线D.磁场方向垂直纸面向外,b为射线,c为射线答案答案A带电粒子垂直于磁场方向进入磁场,做匀速圆周运动,Bqv=m,R=,=1,图中a的轨迹半径大,a为射线
30、,b为射线,c不偏转,为射线。由左手定则可知磁场方向垂直纸面向里。2vRmvBqRRm v qm v q4 1840 0.1 11 0.99 211.一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子,同时放出一个光子。已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.这个核反应是裂变反应B.这个反应的核反应方程是HHHe+n+C.辐射出的光子的能量E=(m3+m4-m1-m2)c2D.辐射出的光子在真空中的波长=2131421021234()hmmmm c答案答案D一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子,同时放出一
31、个光子,这是核聚变反应,所以A、B选项错误。核反应的质量亏损m=m1+m2-m3-m4,辐射出的光子的能量E=(m1+m2-m3-m4)c2,所以C选项错误。光子在真空中的频率=,波长=,所以D选项正确。EhcchE21234()chmmmm c1234()hmmmm c12.下列表述正确的是()A.HeNO+X,X表示HeBHHHen是重核裂变的核反应方程C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关D.衰变中放出的射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的421471783221.314210答案答案CHeNOH,故A错误HHHen是轻核聚变的核反应方程,故B错误;放射性元素的半衰期是其固有性
32、质,与其所处的化学状态、外部条件均无关,故C正确;射线是衰变时原子核内发生变化产生的,与核外电子无关,故D错误。421471781121;3142101.下列核反应方程中,属于核聚变的是()AHHHenBThPaeCUThHeDUnBaKr+n21.31421023490.234910123892.234904223592.10144568936103高高考模拟考模拟综合题组综合题组 时间时间:5050分钟分值分钟分值:9090分分一、选择题(每题6分,共54分)答案答案AB为衰变,C为衰变,D为核裂变,A正确。2核反应方程UnBa+Kr+n表示中子轰击U原子核可能发生的一种核反应,该核反应释
33、放出的核能为E。关于这个核反应,下列说法中正确的是()A.该反应属于核聚变BBa中的X为146CBa中含有56个中子D.该反应的质量亏损为235921056X89361032359256.X56.X2Ec答案答案D该反应属于核裂变,A错。由反应前后质量数守恒,可知X=144,则Ba中所含中子数为88个,B、C错。根据E=mc2,可知m=,D正确。56X2Ec3.下列说法中正确的是()A.天然放射现象的发现,揭示了原子核是由质子和中子组成的B.氢原子的能级理论是玻尔在卢瑟福核式结构模型的基础上提出来的C.汤姆孙通过对阴极射线的研究提出了原子核具有复杂的结构D.卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子只能处
34、于一系列不连续的能量状态中答案答案B天然放射现象揭示了原子核内部有复杂结构,A错。汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子,C错。卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,D错。4.开发更为安全、清洁的能源是人类不懈的追求。关于核反应HHHen,下列说法正确的是()A.该核反应属于重核的裂变B.该核反应属于轻核的聚变C.该核反应过程没有质量亏损D.目前核电站利用的就是该核反应所释放的能量21314210答案答案B该核反应属于轻核的聚变,核反应过程中有质量亏损;核电站中的核反应属于重核的裂变。5.下列说法中正确的是()A.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短B.射线是原子被电离后核外电子形成的
35、电子流C.同种元素的两种同位素具有相同的核子数D.大量处于n=2能级的氢原子自发跃迁发光时只能发出一种频率的光答案答案D放射性元素的半衰期与温度无关,A错。射线是原子核内释放出的电子流,B错。同种元素的两种同位素具有相同的质子数,C错。大量处于n=2能级的氢原子自发跃迁时只能到n=1能级,只能发出一种频率的光,D对。考查点考查点原子核相关知识。知识拓展知识拓展衰变快慢由核内部自身因素决定,与原子所处化学状态和外部条件无关,所以一种放射性元素,无论是单质,还是化合物,无论对它加压,还是提升温度,都不会改变它的半衰期。6.已知氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知()A.氦离子(H
36、e+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率低B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,只能发出2种不同频率的光子C.氦离子(He+)处于n=1能级时,能吸收45eV的能量跃迁到n=2能级D.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级,需要吸收能量答案答案A氦离子由高能级向低能级跃迁,辐射光子的能量等于两能级的能量差,对应光子频率满足:h=En-Em(nm),A正确。大量处于n=3能级的氦离子向低能级跃迁,能发出3种不同频率的光子,B错误。离子只能吸收能量等于能级差的光子才能跃迁到高能级,C错误。离子从高能级跃迁到低能级,以光子的形式辐射能量,
37、D错误。7.根据玻尔的原子模型,一个氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时,该氢原子()A.吸收光子,能量减小B.放出光子,能量减小C.放出光子,核外电子动能减小D.吸收光子,核外电子动能不变答案答案B氢原子在量子数较大的能级上时,具有的能量也较大,故从n=3能级跃迁到n=1能级时,放出光子,能量减小,故B对而A、D均错误。原子处于较低能级时,电子绕核运动的轨道也较低,由k=m可知在低轨道上运动时电子的动能较大,故C错误。122q qr2vr8.宇宙线是来自宇宙空间的高能粒子流,由各种原子核以及非常少量的电子、光子和中微子等组成,它可能携带着宇宙起源、天体演化的信息,一直吸引着科学家的关注。宇宙
38、线粒子的能量范围非常大,有的可以高达51019eV。宇宙线逃逸出宇宙线源在星际空间中传播时,会与磁场、星际介质等发生相互作用,导致一系列复杂的物理效应产生。利用空间探测器可以得到宇宙线在银河系中传播的一些数据,比如:铍10铍9比(),其中铍9是宇宙线中原有的铍10在传播过程中衰变产生的。据此材料,以下叙述正确的是()A.宇宙线粒子的能量可以高达81038JB.宇宙线中的电子不会受到星际磁场的影响C.根据可以得到宇宙线在银河系中平均传播时间的相关信息D.根据宇宙线到达探测器时的方向可以得到宇宙线源方位的相关信息Be10Be9Be10Be9答案答案C由51019eV=510191.610-19J=
39、8J知,A错误。宇宙线中的电子会与磁场、星际介质等发生相互作用,B错误。由于衰变的半衰期固定,故可以根据得到宇宙线在银河系中平均传播时间的相关信息,C正确。在运动中宇宙线会受到电、磁场力的作用而改变运动方向,故不能根据宇宙线到达探测器时的方向判断宇宙线源方位的相关信息,D错误。Be10Be9考查点考查点高能粒子的传播、衰变。解题关键解题关键此题属于信息题,解题关键是很好地读取题干信息,弄清信息含义,在这个基础上分析相关选项的正误,如“铍9是宇宙线中原有的铍10在传播过程中衰变产生的”这句话,就是告诉考生,这里发生了衰变,再结合衰变的半衰期知识判断选项C的正误。9.下列说法正确的是()A.爱因斯
40、坦提出的光子假说,成功解释了光电效应现象B.氢原子的电子由激发态向基态跃迁时,向外辐射光子,原子能量增加C.卢瑟福通过粒子的散射实验发现了质子并预言了中子的存在D.汤姆孙发现了电子并提出了原子核式结构模型答案答案A爱因斯坦在普朗克量子论的基础上提出了光子假说,认为光是由无数个光子组成的,当光照射到金属表面时,光子与电子像实物粒子一样相互作用,使电子获得能量而逸出,成功地解释了光电效应现象,故选项A正确;氢原子的电子由激发态向基态跃迁时,向外以光子的形式辐射能量,原子能量减少,故选项B错误;卢瑟福通过用粒子轰击氮核发现了质子并预言了中子的存在,故选项C错误;汤姆孙发现了电子并提出原子的枣糕式模型
41、,故选项D错误。解题关键解题关键知道爱因斯坦的光子假说并理解光电效应的本质;熟知物理学史的相关内容是解本题的关键。10.(16分)在玻尔的原子结构理论中,氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光,波长可以用巴耳末里德伯公式=R来计算,式中为波长,R为里德伯常量,n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数,对于每一个k,有n=k+1、k+2、k+3。其中,赖曼系谱线是电子由n1的轨道跃迁到k=1的轨道时向外辐射光子形成的,巴耳末系谱线是电子由n2的轨道跃迁到k=2的轨道时向外辐射光子形成的。(1)如图所示的装置中,K为一金属板,A为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,S为石英片
42、封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板K上。实验中:当滑动变阻器的滑片位于最左端,用某种频率的单色光照射K时,电流计G指针发生偏转;向右滑动滑片,当A比K的电势低到某一值Uc12211kn二、非选择题(共36分)(遏止电压)时,电流计G指针恰好指向零。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。若用赖曼系中波长最长的光照射时,遏止电压的大小为U1;若用巴耳末系中n=4的光照射金属时,遏止电压的大小为U2。金属表面层内存在一种力,阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来,必须克服这种阻碍做功。使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功。已知电子电荷量的大小为e,真空中的光速为c,
43、里德伯常量为R。试求:a.赖曼系中波长最长的光对应的频率1;b.普朗克常量h和该金属的逸出功W0。(2)光子除了有能量,还有动量,动量的表达式为p=(h为普朗克常量)。a.请你推导光子动量的表达式p=;b.处于n=2激发态的某氢原子以速度v0运动,当它向k=1的基态跃迁时,沿与v0相反的方向辐射一个光子。辐射光子前后,可认为氢原子的质量为M不变。求辐射光子后氢原子的速度v(用h、R、M和v0表示)。hh答案答案见解析解析解析(1)a.在赖曼系中,氢原子由n=2跃迁到k=1时,对应光的波长最长,波长为1。则有=R所以1=所以1=(4分)b.在巴耳末系中,氢原子由n=4跃迁到k=2,对应光的波长为
44、2,频率为2。则有=R2=设用波长为1、2的光照射金属产生光电效应时,光电子对应的最大初动能分别为Ekm1、Ekm2。根据光电效应方程有Ekm1=h1-W0Ekm2=h2-W0根据动能定理有1122111243R1c34cR212211242c-eU1=0-Ekm1-eU2=0-Ekm2联立解得h=,W0=e(U1-4U2)(6分)(2)a.根据质能方程有E=mc2又因为E=h=p=mc所以p=(3分)b.光子的动量p=根据动量守恒定律有Mv0=Mv-p解得v=v0+(3分)1216()9e UUcR13hchh34hR34hRM解题关键解题关键能根据巴耳末里德伯公式推算出最长波长,进一步结合
45、动能定理、动量定理和爱因斯坦光电效应方程分析问题,是解本题的关键。11.(20分)(1)科学家发现,除了类似太阳系的恒星行星系统,还存在许多双星系统,通过对它们的研究,使我们对宇宙有了较深刻的认识。双星系统是由两个星体构成的,其中每个星体的线度(直径)都远小于两星体间的距离,一般双星系统距离其他星体很远,可以当做孤立系统处理。已知某双星系统中每个星体的质量都是M0,两者相距L,它们正围绕两者连线的中点做匀速圆周运动,引力常量为G。求:该双星系统中星体的加速度大小a;该双星系统的运动周期T。(2)微观世界与宏观世界往往存在奇妙的相似性。对于氢原子模型,因为原子核的质量远大于电子的质量,可以忽略原
46、子核的运动,形成类似天文学中的恒星行星系统,记为模型。另一种模型认为氢原子的核外电子并非绕核旋转,而是类似天文学中的双星系统,核外电子和原子核依靠库仑力作用使它们同时绕彼此连线上某一点做匀速圆周运动,记为模型。已知核外电子的质量为m,氢原子核的质量为M,二者相距为r,静电力常量为k,电子和氢原子核的电荷量大小均为e。模型、中系统的总动能分别用Ek、Ek表示,请推理分析,比较Ek、Ek的大小关系;模型、中核外电子做匀速圆周运动的周期分别用T、T表示,通常情况下氢原子的研究采用模型的方案,请从周期的角度分析这样简化处理的合理性。答案答案(1)2(2)见解析02GML302LGM解析解析(1)根据万
47、有引力定律和牛顿第二定律有=M0a解得a=由牛顿第二定律、运动学公式可知,a=解得T=2(2)模型中,设电子的速度为v,对于电子绕核的运动,根据库仑定律和牛顿第二定律有=解得:Ek=mv2=模型中,设电子和原子核的速度分别为v1、v2,电子的运动半径为r1,原子核的运动半径为r2。根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有:=,解得Ek1=m=r1202GML02GML224T2L302LGM22ker2mvr1222ker22ker211mvr1221v222ker对原子核有:=,解得Ek2=M=r2系统的总动能:Ek=Ek1+Ek2=(r1+r2)=即在这两种模型中,系统的总动能相等。模型中,根据
48、库仑定律和牛顿第二定律有=mr,解得=模型中,电子和原子核的周期相同,均为T根据库仑定律和牛顿第二定律对电子有:=mr1,解得:r1=对原子核有:=Mr2,解得:r2=因r1+r2=r,将以上两式代入,可解得:=所以有:=因为Mm,可得TT,所以采用模型更简单方便。22ker222Mvr1222v222ker222ker22ker22ker224T2T2324mrke22ker224T22224ke Tr m22ker224T22224ke Tr M2T2324()mMrkeMmTTMmM1.发光二极管,也就是LED,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电能转化为光能。LED的核心是一个半导体
49、晶片。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,空穴浓度高,另一部分是N型半导体,自由电子浓度高。这两种半导体连接起来,它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过晶片时,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,以光子的形式发出能量,就发光了。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同,电子和空穴复合时释放出的能量也不同。下列说法正确的是()A.发光二极管的发光原理与普通白炽灯的发光原理相同B.发光二极管的发光原理与普通日光灯的发光原理相同C.电子和空穴复合时释放出的光子能量越大,则发出光的波长越短D.红光发光二极管发出红光的频率比蓝光发光二极管发出蓝光的频率大专专用题组用题组答案答案
50、C普通白炽灯是利用电流通过灯丝时,灯丝温度很高而发光的,日光灯是利用灯管内惰性气体被电离后形成导电电流,运动的气体离子在与汞原子碰撞时,使汞原子跃迁到高能级,汞原子向低能级跃迁产生紫外线,和荧光物质撞击产生白光,因此A、B项错误。光子的能量E=h=h,C项正确。红光比蓝光的波长长、频率小,D项错误。c解题关键解题关键通过阅读提炼信息,可以知道LED的发光原理,进而与白炽灯、日光灯发光原理比较,发现它们的发光原理不同。光子的能量E=h=。红光的波长大于蓝光的波长。hc2.根据玻尔理论,氢原子由基态向激发态跃迁时()A.辐射能量,能级升高B.辐射能量,能级降低C.吸收能量,能级升高D.吸收能量,能
