高中物理第五章 原子与原子核本章综合与测试学案设计

章末检测试卷(五)

(时间：75分钟　满分：100分)

一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分)

1．(2020·安徽高二月考)2020年1月10日，中国核潜艇之父黄旭华获国家最高科学技术奖，他为核潜艇研制和跨越式发展作出巨大贡献．物理学史上许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正确的是(　　)

A．1896年贝可勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线、X射线、γ射线

B．汤姆孙通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子

C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念

D．卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子

答案　D

解析　1896年贝可勒尔发现天然放射现象揭开原子核内部信息，认为原子核是可分的，从原子核内部释放的射线有α射线、β射线和γ射线，没有X射线，A错误；查德威克通过α粒子轰击铍核(Be)获得碳核(C)的实验发现了中子，B错误；玻尔理论只成功解释了氢原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念，C错误；卢瑟福预言了中子的存在，查德威克通过实验发现了中子，D正确．

2．(2020·浙江1月选考)下列说法正确的是(　　)

A．α射线的穿透能力比γ射线强

B．天然放射现象说明原子具有复杂的结构

C．核聚变中平均每个核子放出的能量比裂变中平均每个核子的小

D．半衰期跟放射性元素以单质或化合物形式存在无关

答案　D

3．(2021·江门市第一中学月考)如图1所示的四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)

图1

A．图甲中A处能观察到大量的闪光点，B处能看到较多的闪光点，C处观察不到闪光点

B．图乙中用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能

C．图丙中处于n＝3能级的大量氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3种频率的光子

D．图丁中用弧光灯照射原来就带电的锌板时，发现验电器的张角变大，说明锌板原来一定带负电

答案　C

解析　题图甲是卢瑟福α粒子散射实验，α粒子与金箔撞击后，大多数粒子不发生偏转，少数粒子发生明显偏转，极少数粒子发生较大程度的偏转，甚至是反向，故C处也能看到少量的闪光点，选项A错误；题图乙是中子轰击原子核发生裂变反应，不是聚变反应，选项B错误；大量处于n＝3能级的氢原子跃迁时最多可以放出C＝3种频率光子，选项C正确；发生光电效应时，电子从锌板表面逸出，会使锌板带上正电，如果用弧光灯照射原本就带电的锌板，发现验电器的张角变大时，说明锌板所带电荷量增加，因此锌板原来带的是正电，选项D错误．

4．可控热核反应的方程是H＋H→He＋X，其中海水中富含反应原料氘(H)，而氚(H)在自然界中含量极微，但可以用某种粒子Y轰击锂核(Li)得到，核反应方程为Li＋Y→He＋H，下列说法正确的是(　　)

A．粒子X为中子，粒子Y为质子

B．核反应方程Li＋Y→He＋H为α衰变

C．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领和穿透能力

D．在H＋H→He＋X核反应中，反应前的总质量大于反应后的总质量

答案　D

解析　根据核反应方程遵循质量数和电荷数守恒可知，粒子X为中子，粒子Y也为中子，所以A错误；核反应方程Li＋Y→He＋H为人工转变，所以B错误；核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领但是穿透能力较弱，所以C错误；在H＋H→He＋X核反应中，能释放大量的能量，根据质能方程ΔE＝Δmc2可知，反应前的总质量大于反应后的总质量，所以D正确．

5．(2020·平顶山市第一中学高二开学考试)已知氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)

A．释放出4.9 MeV的能量

B．吸收4.9 MeV的能量

C．吸收24 MeV的能量

D．释放出24 MeV的能量

答案　D

解析　两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为：

H＋H→He＋γ，2个H的总结合能为

E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV

反应后生成的氦核的结合能为

E2＝7.1×4 MeV＝28.4 MeV

所以反应释放的核能

ΔE＝E2－E1＝28.4 MeV－4.4 MeV＝24 MeV

故A、B、C错误，D正确．

6．(2021·广东中山市卓雅外国语学校高二月考)图2为氢原子的能级示意图．处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射到逸出功为2.29 eV的某金属板上，下列说法正确的是(　　)

图2

A．共有10种不同频率的光子辐射出来

B．共有6种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象

C．从金属板上逸出光电子的最大初动能可能为10.46 eV

D．从n＝4能级跃迁到n＝3能级时发出的光波长最短

答案　C

解析　这群氢原子最多发出的光子种数为C＝6种，故A错误；根据ΔE＝Em－En，ΔE1＝E4－E2＝2.55 eV，ΔE2＝E4－E1＝12.75 eV，ΔE3＝E3－E1＝12.09 eV，ΔE4＝E2－E1＝10.2 eV，ΔE5＝E4－E3＝0.66 eV，ΔE6＝E3－E2＝1.89 eV，金属板的逸出功为2.29  eV，所以能使金属板发生光电效应的光子有4种，故B错误；根据Ek＝hν－W0知，入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大，Ekm＝12.75 eV－2.29 eV＝10.46 eV，故C正确；根据ΔE＝hν＝h可知，D错误.

7．(2020·济宁一中高二期中)原子核的比结合能曲线如图3所示．根据该曲线，下列判断正确的有(　　)

图3

A.He核比Li核更稳定

B.He核的结合能约为14 MeV

C．两个H核结合成He核时吸收能量

D. U核中核子的比结合能比Kr核中的大

答案　A

解析　比结合能越大，原子核越稳定，He核比Li核的比结合能大，则更稳定，选项A正确．根据题图知He核的比结合能约为7 MeV，所以结合能ΔE＝7×4 MeV＝28 MeV，故B错误．由题图可知H的比结合能约为1 MeV，则H核的结合能为2 MeV；He核的比结合能为7 MeV，结合能为28 MeV，则两个H核结合成He核时放出能量，选项C错误．由题图可知，U核中核子的比结合能比Kr核中的小，选项D错误．

二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分)

8．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的是(　　)

A．做示踪原子是利用放射性同位素的贯穿能力很强的性质

B．做示踪原子是利用放射性同位素放出射线可被仪器探测的特点

C．γ射线探伤利用了γ射线贯穿能力很强的性质

D．γ射线探伤利用了γ射线电离能力很强的性质

答案　BC

解析　做示踪原子是利用了放射性同位素的射线可以被仪器探测的特点；γ射线探伤是利用了γ射线贯穿能力很强的性质，故B、C正确．

9．核电站的核能来源于U核的裂变，下列说法中正确的是(　　)

A．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理

B. U的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如Xe和Sr，反应方程式为U＋n→Xe＋Sr＋2n

C. U原子核中有92个质子、143个中子

D．一个U核裂变的质量亏损为Δm＝0.215 5 u，则释放的核能约是201 MeV

答案　BCD

解析　反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B正确；92为U元素的质子数，中子数为：235－92＝143，故C正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE＝0.215 5×931.5 MeV≈201 MeV，故D正确．

10.图4为氢原子的能级示意图，已知锌的逸出功是3.34 eV.对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征，下列说法正确的是(　　)

图4

A．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出3种不同频率的光

B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV

C．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

D．用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离

答案　ABD

解析　一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，根据C＝3可知，能发出3种不同频率的光，故A正确．一群氢原子从n＝3能级向n＝1能级跃迁时发出的光子的能量最大，为ΔE＝－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，因锌的逸出功是3.34 eV，所以从锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ek＝12.09 eV－3.34 eV＝8.75 eV，故B正确．能量10.3 eV与基态和任一激发态间的能级差均不相等，因此用能量为10.3 eV的光子照射不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，故C错误．能量14.0 eV大于电离能13.6 eV，因此用能量为14.0 eV的光子照射能使处于基态的氢原子电离，故D正确．

三、非选择题(本题共5小题，共54分)

11．(6分)约里奥—居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖．他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术.1 mg P随时间衰变的关系图像如图5所示，请估算4 mg的P经过________天的衰变后还剩0.25 mg.

图5

答案　正电子(3分)　56(3分)

解析　核反应方程式为：P→Si＋X，由质量数守恒知X的质量数为0，由电荷数守恒知X的电荷数为1，所以X为正电子；由题图知半衰期大约为14天，由公式0.25 mg＝4 mg

×，知t＝56天．

12．(6分)(2019·江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是______(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)．

答案　中子(3分)　核裂变(3分)

解析　根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变．

13．(13分)(2020·宜春九中高二开学考试)氘核和氚核的核反应为：H＋H→He＋X＋

17.6 MeV，则：

(1)核反应式中的X是什么粒子？

(2)这一过程的质量亏损是多少(保留两位有效数字)?

(3)1 g氘核完全参与上述反应，共释放多少核能？(氘核的摩尔质量M＝2 g/mol，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023 mol－1)

答案　(1)中子　(2)3.1×10－29 kg　(3)8.448×1011 J

解析　(1)由质量数守恒得：2＋3＝4＋b(1分)

得b＝1(1分)

由电荷数守恒得：1＋1＝2＋a(1分)

得a＝0(1分)

故X是中子．(1分)

(2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2，(2分)

得：Δm＝＝ kg≈3.1×10－29 kg(2分)

(3)1 g氘核完全与氚核发生反应释放的核能为

ΔE′＝NA×17.6 MeV(2分)

得ΔE′＝5.28×1030 eV＝8.448×1011 J．(2分)

14.(14分)(2020·盐山中学高二月考)玻尔氢原子模型成功解释了氢原子光谱的实验规律，氢原子能级图如图6所示．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出某种频率的光子，用该频率的光照射逸出功为2.25 eV的钾表面．已知电子电荷量e＝1.60×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.求：(结果保留两位有效数字)

图6

(1)辐射出光子的频率；

(2)辐射出光子的动量；

(3)钾表面逸出的光电子的最大初动能为多少eV.

答案　(1)6.2×1014 Hz　(2)1.4×10－27 kg·m/s

(3)0.30 eV

解析　(1)氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级时，释放出光子能量为E＝－0.85 eV－(－3.40 eV)＝2.55 eV，(2分)

由E＝hν(2分)

解得光子的频率ν≈6.2×1014 Hz(1分)

(2)由p＝(2分)

λ＝(2分)

得p≈1.4×10－27 kg·m/s(1分)

(3)用此光照射逸出功为2.25 eV的钾时，由Ek＝hν－W0，(2分)

产生光电子的最大初动能为Ek＝(2.55－2.25) eV＝0.30 eV.(2分)

15．(15分)(2020·通榆县第一中学高二期中)氡是一种放射性气体，主要来源于不合格的水泥、墙砖、石材等建筑材料．呼吸时氡气会随气体进入肺部，氡衰变时放出α射线，这种射线像小“炸弹”一样轰击肺细胞，使肺细胞受损，从而引发肺癌、白血病等．若有一静止的氡核

Rn发生α衰变，放出一个速度为v0、质量为m的α粒子和一个

质量为M的反冲核钋Po，此过程动量守恒，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能，光速为c.

(1)写出衰变方程；

(2)求出反冲核钋的速度；(计算结果用题中字母表示)

(3)求出这一衰变过程中的质量亏损．(计算结果用题中字母表示)

答案　(1) Rn→Po＋He　(2)，方向与α粒子速度方向相反　(3)

解析　(1)由质量数和电荷数守恒可知，衰变方程为

Rn→Po＋He(3分)

(2)核反应过程动量守恒，以α粒子的速度方向为正方向，由动量守恒定律得mv0＋Mv＝0

(3分)

解得v＝－，负号表示方向与α粒子速度方向相反(2分)

(3)衰变过程产生的能量

ΔE＝mv02＋Mv2＝(3分)

由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2(2分)

解得Δm＝.(2分)