2009屆新課標(biāo)物理考點預(yù)測(15)
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原子物理
一、考點介紹
本考點知識的特點是“點多面寬”,“考點分散”,因此高考對本點考的考查主要是從對基本概念的理解、辨別方面進行,包括閱讀理解部分;題型主要以選擇題為主,有單選向多選轉(zhuǎn)化的趨勢,在近幾年高考試卷中幾乎每年都考.其中重點考查的有能級與光譜、核反應(yīng)方程及規(guī)律、質(zhì)能方程及核能、相關(guān)物理史,光子論等內(nèi)容的題目;還有與磁場中帶電粒子的運動、動量守恒、能的轉(zhuǎn)化與守恒等知識綜合考查的問題;同時,有的試題還以與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有著密切聯(lián)系的近代物理為背景來考查原子物理的重點知識.
二、高考真題
1.(2008年高考江蘇卷.物理.
圖1
(2)場強為E、方向豎直向上的勻強電場中有兩小球A、B,它們的質(zhì)量分別為m1、m2,電量分別為q1、 q2.A、B兩球由靜止釋放,重力加速度為g,則小球A和B組成的系統(tǒng)動量守恒應(yīng)滿足的關(guān)系式為 .
(3)約里奧?居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎,他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素衰變成的同時放出另一種粒子,這種粒子
是 。是的同位素,被廣泛應(yīng)
用于生物示蹤技術(shù)。1mg隨時間衰變的關(guān)系如圖2所
示,請估算4 mg的經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg?
圖2
2.(2008年高考重慶卷.理綜.14)1放射性同位素針232經(jīng)αβ衰變會生成氧,其衰變方程為ThRn+xα+yβ,其中( )
A.x=1,y=3 B.x=2,y=3
C.x=3,y=1 D.x=3,y=2
3.(2008年高考寧夏卷.理綜.33①)天然放射性元素Pu經(jīng)過 次a衰變和 次b衰變,最后變成鉛的同位素 。(填入鉛的三種同位素Pb、Pb、Pb中的一種)
4.(2008年高考山東卷.理綜.38①) 在氫原子光譜中.電子從較高能級躍遷到n=2能級發(fā)出的譜線屬于巴耳末線系。若一群氫原子自發(fā)躍遷時發(fā)出的譜線中只有2條屬于巴耳末線系,則這群氫原子自發(fā)躍遷時最多可發(fā)出 條不同頻率的譜線。
5.(2008年高考上海卷.物理.
6.(2008年上海卷.物理.2B)放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時,往往會同時伴隨_____輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2,經(jīng)過t=T1?T2時間后測得這兩種放射性元素的質(zhì)量相等,那么它們原來的質(zhì)量之比mA:mB=_____。
7.(2008年高考上海卷.物理.6)在下列4個核反應(yīng)方程中,x表示質(zhì)子的是
(A) (B)
(C) (D)
8.(2008年海南卷.物理.33①)某考古隊發(fā)現(xiàn)一古生物骸骨.考古專家根據(jù)骸骨中的含量推斷出了該生物死亡的年代.已知此骸骨中的含量為活著的生物體中的1/4,的半衰期為5730年.該生物死亡時距今約 年.
9.(2008年高考廣東卷.物理.2)鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應(yīng):Al+He→X+n.下列判斷正確的是
A.n是質(zhì)子 B.n是中子
C.X是Si的同位素 D.X是P的同位素
10.(2008年高考廣東卷.物理.6)有關(guān)氫原子光譜的說法正確的是
A.氫原子的發(fā)射光譜是連續(xù)譜
B.氫原子光譜說明氫原子只發(fā)出特定頻率的光
C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的
D.氫原子光譜的頻率與氫原子能級的能量差無關(guān)
11.(2008年高考上海卷.理科綜合.4)二十世紀(jì)初,為了研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),物理學(xué)家做了大量的實驗,揭示了原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)了電子、中子和質(zhì)子,如圖3所示是( )
A.盧瑟福的粒子散射實驗裝置
B.盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置
C.湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子的實驗裝置 圖3
D.查德威克發(fā)現(xiàn)中子的實驗裝置
12.(2008年高考全國卷2.理綜.20)2中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時,質(zhì)量虧損△m,相應(yīng)的能量△E=△mc2=2.2MeV是氘核的結(jié)合能。下列說法正確的是
A.用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時,氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子
B.用能量等于2.2MeV的光子照射靜止氘核時,氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子,它們的動能之和為零
C.用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時,氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子,它們的動能之和為零
D.用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時,氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子,它們的動能之和不為零
13.(2008年北京卷.理綜.14)一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核,同時輻射一個光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是
A.核反應(yīng)方程是H+nH+γ
B.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損1+m2-m1
C.輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c
D.γ光子的波長
14.(2008年高考山東卷.物理.29)人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程。請按要求回答下列問題。⑴盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做出了卓越的貢獻。請選擇其中的兩位,指出他們的主要成績。
①___________________________________________________。
②___________________________________________________。
在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后,人們對放射線的性質(zhì)進行了深入研究,如圖4為三種射線在同一磁場中的運動軌跡,請從三種射線中任選一種,寫出它的名稱和一種用途。_________,_______________________。 圖4
⑵在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速,輕水、重水和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與H核碰撞減速,在石墨中與C核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰,通過計算說明,僅從一次碰撞考慮,用重水和石墨作減速劑,哪種減速效果更好?
三、名校試題
1.(南京市2008年高三總復(fù)習(xí)試卷.物理.9)月球土壤里大量存在著一種叫做“氦3()”的化學(xué)元素,是熱核聚變重要原料?茖W(xué)家初步估計月球上至少有100萬噸氦3,如果相關(guān)技術(shù)開發(fā)成功,將可為地球帶來取之不盡的能源。關(guān)于“氦3()”與氘核聚變,下列說法中正確的是
A.核反應(yīng)方程為
B.核反應(yīng)生成物的質(zhì)量將大于參加反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量
C.氨3()一個核子的結(jié)合能大于氦4()一個核子的結(jié)合能
D.氦3()的原子核與一個氘核發(fā)生聚變將放出能量
2.(2009年安徽高考信息交流試卷.物理.8)
( )
A. B.
C. D.
3.(廣東省華南師大附中2009屆高三綜合測試卷.物理.7)一個鈹原子核(Be)從最靠近核的K層電子軌道上俘獲一個電子后發(fā)生衰變,生成一個鋰核(),并放出一個不帶電的中微子νe(質(zhì)量不計),人們把這種衰變叫鈹核的EC衰變。核反應(yīng)方程為:Be。已知一個鈹原子質(zhì)量為m1,一個鋰原子質(zhì)量為m2,一個電子質(zhì)量為me,光速為c,則一個鈹原子核發(fā)生上述核反應(yīng)釋放的能量為 ( 。
A.(m1―m2)c2 B.(m1+me+m2)c2
C.(m1+me―m2)c2 D.(m2―m1―me)c2
4.(江蘇鹽城市2008年第二次調(diào)研卷.物理.26)鐳(Ra)是歷史上第一個被分離出來的放射性元素,已知能自發(fā)地放出α粒子而變成新核Rn,已知的質(zhì)量為M1=3.7533×10-
①寫出該核反應(yīng)的方程式。
②此反應(yīng)過程中放出的能量是多少?
③反應(yīng)后新核Rn的速度是多大?
5.(江蘇省南京市2008屆高三質(zhì)量檢測卷.物理.31)一個靜止的鈾核(原子質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(原子質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核(原子質(zhì)量為228.0287u)。(已知:原子質(zhì)量單位1u=1.67×10―
(1)寫出核衰變反應(yīng)方程;
(2)算出該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能;
(3)假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動能,則釷核獲得的動能有多大?
6.(淮安、連云港、宿遷、徐州四市2008第三次調(diào)研卷.物理.27)⑴有以下說法:
A.原子核放出β粒子后,轉(zhuǎn)變成的新核所對應(yīng)的元素是原來的同位素
B.盧瑟福的α粒子散射實驗揭示了原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)
C.光電效應(yīng)實驗揭示了光的粒子性
D.玻爾在研究原子結(jié)構(gòu)中引進了量子化的觀念
E.氫原子從低能級躍遷到高能級要放出光子
F.原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核越穩(wěn)定
其中正確的說法是__ _▲____
⑵靜止在勻強磁場中的,放出α粒子,衰變成,衰變后的速度方向與磁場方向垂直。
①寫出衰變方程;
②計算衰變后的軌道半徑與α粒子的軌道半徑之比。
7.(青島市2008年質(zhì)量檢測卷.物理―選修3―5)某實驗室工作人員,用初速為v0=
(1)寫出核反應(yīng)方程;
(2)求出質(zhì)子的速度v(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。
8.(臨沂市2008年質(zhì)量檢測卷.物理―物理3―5)靜止在勻強磁場中的核俘獲一個運動方向垂直于磁場,速度大小為7.7×
(1)寫出此核反應(yīng)的方程式 圖5
(2)求產(chǎn)生的未知新粒子的速度。
9.(濟南市2008年5月質(zhì)量檢測著卷.物理――選修3―5)靜止的鋰核(Li)俘獲一個速度為7.7×
(1)寫出此核反應(yīng)的方程式;
(2)求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小及方向;
(3)此反應(yīng)過程中是否發(fā)生了質(zhì)量虧損,說明依據(jù)。
10.(山東省煙臺市2008年診斷性測試卷.物理―物理3―5)兩個動能均為1MeV的氘核發(fā)生正面碰撞,引起如下反應(yīng)H+H→H+H,已知:氘核的質(zhì)量為2.0136u,氚核的質(zhì)量為3.0156u,氫核的質(zhì)量為1.0073u,1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV. 試求
(1)此核反應(yīng)中放出的能量△E為多少MeV?
(2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭幽,則新生的氫核所具有的動能為多少Mev
11.(山東省淄博市2008屆模擬卷.物理――選修3―5)如圖6所示,垂直于紙面向里的勻強磁場的磁感應(yīng)強度B=0.500T,MN是磁場的左邊界。在磁場中的A點有一靜止鐳核,
A距MN的距離OA=
MN方向射來的粒子x。已知衰變過程釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為兩新核的動能。
(1)寫出上述過程中的衰變方程(衰變方程必須寫出x的具體符號)。圖6
(2)求該鐳核在衰變?yōu)殡焙撕蛒粒子時釋放的能量。(保留三位有效數(shù)字,電子電荷量e=1.60×10
(一)文字介紹
四、考點預(yù)測
預(yù)測2009年高考原子物理命題主要表現(xiàn)在:1.原子物理中物理學(xué)史、著名實驗和重要的物理理論;2.原子的核式結(jié)構(gòu)、氫原子的躍遷和能級、核反應(yīng)方程和核能等重點內(nèi)容;3.以原子物理知識為基礎(chǔ),以高科技背景為素材的聯(lián)系實際問題有可能出現(xiàn);4.與帶電粒子在電場和磁場中運動綜合和與力學(xué)中的動量守恒、能量守恒綜合的問題要引起注意.
(二)考點預(yù)測題
1.關(guān)于天然放射現(xiàn)象,下列說法正確的是 ( )
A.放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期
B.放射性物質(zhì)放出的射線中,α粒子動能很大.因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強
C.當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時,將發(fā)生β哀變
D.放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時,輻射出γ射線
2.若元素A的半衰期為4天,元素B的半衰期為5天,則相同質(zhì)量的A和B,經(jīng)過20天后,剩下的質(zhì)量之比為 ( )
A.30:31
B.31:
3.圖7為氫原子能級的示意圖,現(xiàn)有大量的氫原子處于以n = 4的激發(fā)態(tài),當(dāng)向低能級躍遷時輻射出若干不同頻率的光。關(guān)于這些光下列說法正確的是( )
A.最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象的光是由,n = 4能級躍遷到n = 1能級產(chǎn)生的
B.頻率最小的光是由n = 2能級躍遷到n = 1能級產(chǎn)生的
C.這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光
D.用n = 2能級躍遷到n = 1能級輻射出的光照射逸出功 圖7
為6.34 e V的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)
4.μ子與氫原子核(質(zhì)子)構(gòu)成的原子稱為μ氫原子(hydrogen muon atom),它在原子核物理的研究中有重要作用。圖8為μ氫原子的能級示意圖。假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n=2能級的μ氫原子,μ氫原子吸收光子后,發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光,且頻率依次增大,則E等于 ( )
A.h(ν3-ν1) B.h(ν5+ν6)
C.hν3 D.hν4 圖8
5.三個原子核X、Y、Z,X核放出一個正電子后變?yōu)閅核,Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個個氦(42He),則下面說法正確的是
A.X核比Z核多一個原子 B.X核比Z核少一個中子
C.X核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)大3 D.X核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍
6..放射性同位素針232經(jīng)αβ衰變會生成氧,其衰變方程為ThRn+xα+yβ,其中( )
A.x=1,y=3 B.x=2,y=
7.兩個氘核聚變產(chǎn)生一個中子和一個氦核,已知氘核質(zhì)量為2.0136u,氦核質(zhì)量為3.0150u,中子質(zhì)量為1.0087u,則
(1)寫出核反應(yīng)方程;
(2)算出釋放核能;
(3)若反應(yīng)前兩個氘核的功能均為0.355MeV,反應(yīng)時發(fā)生的是正對撞,設(shè)反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動能,則反應(yīng)后氦核與中子的動能各為多大?
8.已知π+介子、π-介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的,它們的帶電量如下表所示,表中e為元電荷。
π+
π-
u
d
帶電量
+e
-e
+e
-e
-e
+e
下列說法正確的是( )
A. π+由u和組成 B. π+由d和組成
C. π-由u和組成 D. π-由d和組成
9.已經(jīng)證實,質(zhì)子、中子都是由上夸克和下夸克的兩種夸克組成的,上夸克帶電為,下夸克帶電為-,e為電子所帶電量的大小,如果質(zhì)子是由三個夸克組成的,且各個夸克之間的距離都為l,l=1.5×10
10.靜止在勻強磁場中的一個B核俘獲了一個速度為向v =7.3×
圖9
11. K-介子衰變的方程為,其中K-介子和π-介子帶負(fù)的基元電荷,π0介子不帶電。一個K-介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中,其軌跡為圓弧AP,衰變后產(chǎn)生的π-介子的軌跡為圓弧PB,兩軌跡在P點相切,它們的半徑RK-與Rπ-之比為2∶1。π0介子的軌跡未畫出。如圖10所示,由此可知π-介子的動量大小與π0介子的動量大小之比為 ( )
A.1∶1 B.1∶
圖10
12.用放射源釙的α射線轟擊鈹時,能發(fā)射出一種穿透力極強的中性射線,這就是所謂鈹“輻射”。1932年,查德威克用鈹“輻射”分別照射(轟擊)氫和氮(它們可視為處于靜止?fàn)顟B(tài)),測得照射后沿鈹:“輻射”方向高速運動的氫核和氮核的速度之比為7.0。查德威克假設(shè)鈹“輻射”是由一種質(zhì)量不為零的中性粒子構(gòu)成的,從而通過實驗在歷史上首次發(fā)現(xiàn)了中子。假定鈹“輻射”中的中性粒子與氫核或氮核發(fā)生彈性正碰,試在一考慮相對論效應(yīng)的條件下計算構(gòu)成鈹“輻射”的中性粒子的質(zhì)量。(質(zhì)量用原子質(zhì)量單位u表示,1u等于C原子質(zhì)量的十二分之一。取氫核和氮核的質(zhì)量分別為1.0u和14.0u。)
13.如圖11所示,是利用放射線自動控制鋁板厚度的裝置。假如放射源能放射出α、β、γ三種射線,而根據(jù)設(shè)計,該生產(chǎn)線壓制的是
圖11
14.在其他能源中,核能具有能量密度大,地區(qū)適應(yīng)性強的優(yōu)勢,在核電站中,核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能.核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng),釋放出大理核能。
(1)核反應(yīng)方程式
是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種,n為中子,X為待求粒子,為X的個數(shù),則X為________,=__________,以、分別表示、、核的質(zhì)量,
分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量,c為光的真空中傳播的速度,則在上述核反應(yīng)過程中放出的核能
(2)有一座發(fā)電能力為的核電站,核能轉(zhuǎn)化為電能的效率為.假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng),已知每次核反應(yīng)過程中放出的核能求每年(1年=.
15.太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段。它主要是由電子和、等原子核組成。維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應(yīng),核反應(yīng)方程是釋放的核能,這些核能最后轉(zhuǎn)化為輻射能。根據(jù)目前關(guān)于恒星演化的理論,若由于聚變反應(yīng)而使太陽中的核數(shù)目從現(xiàn)有數(shù)減少10%,太陽將離開主序星階段而轉(zhuǎn)入紅巨星的演化階段。為了簡化,假定目前太陽全部由電子和核組成。
(1)為了研究太陽演化進程,需知道目前太陽的質(zhì)量M。已知地球半徑R=6.4×106 m,地球質(zhì)量m=6.0×1024 kg,日地中心的距離r=1.5×1011 m,地球表面處的重力加速度 g=10 m/s2 ,1年約為3.2×107 秒,試估算目前太陽的質(zhì)量M。
(2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp=1.6726×1027 kg,質(zhì)量mα=6.6458×1027 kg,電子質(zhì)量 me=0.9×1030 kg,光速c=3×108 m/s。求每發(fā)生一次題中所述的核聚變反應(yīng)所釋放的核能。
(3)又知地球上與太陽垂直的每平方米截面上,每秒通過的太陽輻射能w=1.35×103 W/m2。試估算太陽繼續(xù)保持在主序星階段還有多少年的壽命。(估算結(jié)果只要求一位有效數(shù)字。)
高考真題
1.【解析】(1)A為康普頓散射,B為光電效應(yīng),康普頓散射和光電效應(yīng)都深入揭示了光的粒子性;
C為粒子散射,不是光子,揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。D為光的折射,揭示了氫原子能級的不連續(xù);
(2) 系統(tǒng)動量守恒的條件為所受合外力為零。即電場力與重力平衡;
(3)由核反應(yīng)過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒可寫出核反應(yīng)方程:,可知這種粒子是正電子。由圖象可知的半衰期為14天,的衰變后還剩,經(jīng)歷了4個半衰期,所以為56天。
【答案】(1)AB (2) (3)56天
2.【解析】本題考查放射性元素衰變的有關(guān)知識,本題為較容易的題目。由衰變方程: ,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得:232=220+4x,90=86+2x-y可解得:x=3、 y=2。
【答案】D
3.【解析】由電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒查得經(jīng)8次a衰變和4次b衰變,最后變成鉛的同位素
【答案】8 4
4.【解析】由氫原子躍遷規(guī)律可求得發(fā)出6條不同頻率的譜線
【答案】6
5.【解析】:盧瑟福在α粒子散射實驗中發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)α粒子沒有大的偏轉(zhuǎn),少數(shù)發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn),盧瑟福抓住了這個現(xiàn)象進行分析,提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型;1MeV=1×106×1.6×10-19= mv2,解得v=6.9×
【答案】了大多數(shù)α粒子沒有大的偏轉(zhuǎn),v=6.9×106m/s
6.【解析】:放射性元素的原子核在α衰變或β衰變生成新原子核時,往往以γ光子的形式釋放能量,即伴隨γ輻射;根據(jù)半衰期的定義,經(jīng)過t=T1?T2時間后剩下的放射性元素的質(zhì)量相同,則 = ,故mA:mB=2T2 : 2T1
【答案】:γ,2T2 : 2T1
7.【解析】由核反應(yīng)方程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒,可得各個選項中的x分別為正電子、α粒子、質(zhì)子、中子。
【答案】C
8.【解析】:該核剩下1/4,說明正好經(jīng)過兩個半衰期時間,故該生物死亡時距今約2×5730年=11460年。
【答案】11460年
9.【解析】根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知選項B、D正確。
【答案】BD
10.【解析】氫原子的發(fā)射光譜是不連續(xù)的,只能發(fā)出特定頻率的光,說明氫原子的能級是分立的,選項B、C正確。根據(jù)玻爾理論可知,選項D錯誤。
【答案】BC
11.【解析】題目中所給裝置是盧瑟福研究粒子散射實驗裝置,故選項A正確。
【答案】A
12.【解析】只有靜止氘核吸收光子能量大于其結(jié)合能時,才能分解為一個質(zhì)子和一個中子,故A項正確,B項錯誤;根據(jù)能量守恒定律,光子能量大于氘核結(jié)合題,則多余的能量以核子動能形式呈現(xiàn),故C項錯,D項正確。
【答案】AD
13.【解析】核反應(yīng)方程是H+nH+;輻射出的光子的能量E=(1+m2-m3)c2;光子的波長。
【答案】B
14.【解析】⑴盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型;玻爾把量子理論引入原子模型,并成功解釋了氫光譜;查德威克發(fā)現(xiàn)了中子(或其他成就)。
⑵設(shè)中子質(zhì)量為Mn靶核質(zhì)量為M,由動量守恒定律Mnv0=Mnv1+Mv2
解得:在重水中靶核質(zhì)量:MH=2Mn,;在石墨中靶核質(zhì)量:Mc=12M 與重水靶核碰后中子速度較小,故重水減速效果更好。
【答案】(1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型;玻爾把量子理論引入原子模型,并成功解釋了氫光譜;查德威克發(fā)現(xiàn)了中子 (2)重水減速效果更好
名校試題
1.【解析】 “氦”與氘核聚變的核反應(yīng)時符合質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒,且聚變是放能反應(yīng)。
【答案】AD
2.【解析】A為α衰變方程,B為聚變方程,C為發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的人工核反應(yīng)方程,D為裂變方
程,現(xiàn)在核電站獲取核能的方式為裂變,D正確。
【答案】D
3.【解析】已知一個鈹原子質(zhì)量為m1,則鈹核的質(zhì)量為m1-4me。一個鋰原子質(zhì)量為m2,則鋰核的質(zhì)量為m1-3me。題述核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=[(m1-4me)+me]-(m1-3me)=m1―m2,故題述核反應(yīng)釋放的能量為ΔE=Δmc2=(m1―m2)c2,A正確。
【答案】A
4.【解析】① (3分)
② (2分)
③ (2分)
(1分)
【答案】(1) (2) (3)
5.【解析】(1)
(2)質(zhì)量虧損 △m=0.0059u
△E=△mc2=0.0059×931MeV=5.49MeV
(3)系統(tǒng)動量守恒,釷核和α粒子的動量大小相等,即
所以釷核獲得的動能
【答案】(1) (2)5.49MeV (3)
6.【解析】⑴CDF
⑵①
②洛倫茲力提供帶電粒子在勻強磁場運動的向心力得:由上式得:
因和的動量等大,所在磁場相同,有:
即:
【答案】(1)CDF (2) (3)
7.【解析】(1)He+Na→Mg+H
(2)α粒子、新核的質(zhì)量分別為
解出:v=
【答案】(1)He+Na→Mg+H (2)v=
8.【解析】(1) 2分
(2)設(shè)中子,氫核()、氘核()的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,速度大小分別為v1、v2、v3,粒子做勻速圓周運動的半徑為R,
由
由………………①
由動量守恒定律得:
……………………②
由徑跡圖象可知反向
即:
解得
方向與中子速度方向相反
【答案】(1) (2)
9.【解析】(1)
(2)用m1、m2和m3分別表示中子()、氦核()和氚核的速度,由動量守恒定律得
代入數(shù)值,得
即反應(yīng)后生成的氚核的速度大小為
方向與反應(yīng)前中子的速度方向相反
(3)反應(yīng)前的總動能
反應(yīng)后的總動能
經(jīng)計算知E2>E1,故可知反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損。
【答案】(1) (2) (3)E2>E1,故可知反應(yīng)中發(fā)生了質(zhì)量虧損
10.【解析】(1)
(2)相互作用過程中動量守恒P1=P2 …
…
由能量定恒得
11.【解析】(1)
(2)根據(jù)題意可知,a粒子在磁場中做原半徑R=
質(zhì)量為m則有
kg?m/s
a粒子的動能J
鐳核衰變滿足動量守恒,設(shè)氡核的質(zhì)量為M,速度為v2有
氡核能的動能
鐳核衰變時釋放的能量J
【答案】(1) (2) J
考點預(yù)測題
1.【解析】由三種射線的特點和半衰期的含義不難判斷選項D正確。
【答案】D
2.【解析】根據(jù)衰變規(guī)律
20天對于元素A是5個半衰期,對于元素B是4個半衰期,因為原來A和B的質(zhì)量相同,設(shè)原來的質(zhì)量都為,所以剩下的A和B的質(zhì)量為
所以正確選項為C.
【答案】C
3.【解析】:波長越長,頻率越低,能量越小的光子,
越容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象,應(yīng)該是從n=4躍遷到n=3能級產(chǎn)生的,AB錯;總共可輻射種不同頻率的光,C錯;從n=2能級躍遷到n=1時輻射的光子能量,大于金屬鉑的逸出功,D正確。
【答案】D
4.【解析】由題意可知,μ氫原子吸收光子后,發(fā)出頻率為ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光,說明μ氫原子吸收光子后 就會躍遷到n=4的能級 然后再從n=4的能級往低能級躍遷 4-3 、4-2、 4-1 、3-2、 3-1 、2-1 就剛好有6種不同頻率的光發(fā)出.因頻率依次增大 ,根據(jù)原子發(fā)射或吸收光子時,滿足玻爾理論的躍遷假設(shè),所以畫圖后順著數(shù)應(yīng)為 E=hν3,故選項C正確.
【答案】C
5.【解析】設(shè)原子核X的質(zhì)量數(shù)為x,電荷數(shù)為y,依題意寫出核反應(yīng)方程,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可得原子核Y的質(zhì)量數(shù)為x,電荷數(shù)為y-1,原子核Z的質(zhì)量數(shù)為x-3,電荷數(shù)為y-2。由此可得X核的質(zhì)子(y)比Z核的質(zhì)子(y-2)多2個,A錯;由此可得X核的中子(x-y)比Z核的中子(x-y-1)多1個,B錯;X核的質(zhì)量數(shù)(x)比Z核的質(zhì)量數(shù)(x-3)多3個,C對;X核與Z核的總電荷(2y-2)是Y核電荷(y-1)的2倍,D對。
【答案】CD
6.【解析】本題考查放射性元素衰變的有關(guān)知識,本題為較容易的題目。由衰變方程: ,由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得:232=220+4x,90=86+2x-y可解得:x=3、 y=2.
【答案】D
7.【解析】核反應(yīng)中釋放的能量可由愛因斯坦方程先計算出質(zhì)量虧損后進而求得。
(1)核反應(yīng)方程為 H+H→He+n
(2)質(zhì)量虧損為
△m=2×2.0136?1.0087?3.0150
=0.0035(u)
而對應(yīng)于1u的質(zhì)量虧損,釋放的核能為931.5MeV,于是上述核反應(yīng)中釋放的能量為
△E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV
(3)設(shè)氘核H,氦核He,中子n的質(zhì)量數(shù)分別為m、m1、m2,于是有
mσ-mσ=m1σ1-m2σ2
mσ2=Ek=0.35MeV
m1σ=
m2σ=
2Ek+△E=+
由此解得
=2.97MeV
=0.99MeV
【答案】(1) H+H→He+n (2) △E=0.0035×931.5MeV=3.26MeV (3) =2.97MeV=0.99MeV
8.【解析】u帶+e電量,帶+e電量,(+e)+(+e)=+e,而π+帶+e電量,帶電量守恒,所以A選項正確,同理,D選項正確。
【答案】AD
9.【解析】質(zhì)子帶電為+e,所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的.按題意,三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處.這時上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為 、
代入數(shù)值,得 Fm=46N,為斥力.、
上夸克與下夸克之間的靜電力為 ③
代入數(shù)值,得 Fnd=23N,為吸力.④
【答案】Fnd=23N,為吸力
10.【解析】⑴由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得:B+n→He+Li
⑵由于α粒子和反沖核都帶正電,由左手定則知,它們旋轉(zhuǎn)方向都是順時針方向,示意圖如圖8所示
⑶由動量守恒可以求出反沖核的速度大小是103m/s方向和α粒子的速度方向相反,由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式可求得它們的半徑之比是120∶7
⑷由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期公式可求得它們的周期之比是6∶7
【答案】(1)B+n→He+Li (2) 見圖8 (3)6∶7
11.【解析】帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑公式r=mv/qB,K-介子和π-介子電荷量又相同,說明它們的動量大小之比是2∶1,方向相反。由動量守恒得π0介子的動量大小是π-介子的三倍,方向與π-介子的速度方向相反。選C。
【答案】C
12.【解析】設(shè)構(gòu)成鈹“輻射”的中性粒子的質(zhì)量和速度分別為m和v,氫核的質(zhì)量為mH。構(gòu)成鈹“輻射”的中性粒子與氫核發(fā)生彈性正碰,碰后兩粒子的速度分別為v和v。由動量守恒與能量守恒定律得
mv=m v+mH v ①
②
解得v= ③
同理,對于質(zhì)量為mN的氮核,其碰后速度為
v= 、
由③④式可得m= ⑤
根據(jù)題意可知v=7.0v ⑥
將上式與題給數(shù)據(jù)代入⑤式得
m=1.2u
【答案】m=1.2u
13.【解析】α射線不能穿過
【答案】(1)β射線 (2)調(diào)節(jié)得大些
14.【解析】(1)
(2)反應(yīng)堆每年提供的核能 ①
其中T表示1年的時間
以M表示每年消耗的 ②
解得: ③
【答案】(1) (2)1
15.【解析】(1)要估算太陽的質(zhì)量M,研究繞太陽運動的任一顆行星的公轉(zhuǎn)均可,現(xiàn)取地球為研究對象。設(shè)T為地球繞日心運動的周期,則由萬有引力定律和牛頓定律可知
地球表面處的重力加速度
得
以題給數(shù)值代入,得 M=2×1030 kg
(2)根據(jù)質(zhì)量虧損和質(zhì)能公式,該核反應(yīng)每發(fā)生一次釋放的核能為
△E=(4mp+2me-mα)c2
代入數(shù)值,得 △E=4.2×10-12 J
(3)根據(jù)題給假設(shè),在太陽繼續(xù)保持在主序星階段的時間內(nèi),發(fā)生題中所述的核聚變反應(yīng)的次數(shù)為
因此,太陽總共輻射出的能量為 E=N?△E
設(shè)太陽輻射是各向同性的,則每秒內(nèi)太陽向外放出的輻射能為 ε=4πr2w
所以太陽繼續(xù)保持在主星序的時間為
由以上各式解得
以題給數(shù)據(jù)代入,并以年為單位,可得t=1×1010年=1百億年
【答案】(1)M=2×1030 kg (2)△E=4.2×10-12 J (3)t=1×1010年=1百億年
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