1、1专题六 第 15 讲 原子与原子核限时：40 分钟一、选择题(本题共 12 小题，其中 19 题为单选，1012 题为多选)1(2018四川省凉山州高三第三次诊断试题)关于近代物理学，下列说法正确的是( A )A氢核聚变过程释放能量，一定伴随着质量亏损B放射性物质的半衰期受环境温度的影响C 粒子散射实验揭示了原子核是可分的D能量为 4.0eV 的光子射到某一金属表面时，从金属表面逸出的电子最大初动能为0.5eV，为使该金属发生光电效应，入射光的能量可以为 1.5eV解析 根据爱因斯坦质能方程 E mc 2，聚变过程释放能量，一定伴随着质量亏损，故 A 正确；放射性物质的半衰期与一切物理变化，
2、化学变化无关，故 B 错误； 粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型，天然放射现象揭示了原子核是可分的，故 C 错误；根据 Ek h h 0， h 04.5eV1.5eV3eV，可知为使该金属发生光电效应，入射光的能量要大于 3eV。2(2018福建省莆田市高三下学期模拟)下列说法正确的是( C )A组成原子核的核子越多，原子核越稳定B U 衰变为 Rn 经过 2 次 衰变、4 次 衰变23892 22286C诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子D结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定解析 原子比结合能越大，原子核越稳定，核子越多的原子核不一定稳定，选项
3、A错误；因为 衰变时质量数不变，所以 衰变的次数 n 4，在 衰变的过238 2224程中电荷数总共少 428，则 衰变的次数 m 2，故 B 错误；诊断甲8 92 861状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子，选项 C 正确；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项 D 错误；故选 C。3(2018山东省潍坊市高三下学期一模)2017 年 12 月 29 日，中国首个快堆核电示范工程在福建霞浦开工建设。 “快堆”核反应进程依次为 U U Np Pu，下23892 23992 2399 23994列说法正确的是( D )A U 和 U 是同位素，其原子核内
4、中子数相同23892 23992B U 变为 U 发生了 衰变23892 23992C U 变为 U 发生了 衰变23892 23992D1g U 经过一个半衰期， U 原子核数目变为原来的一半23992 23992解析 U 的质子数为 92，质量数为 238，则中子数为 146， U 的质子数为 92，23892 239922质量数为 239，则中子数为 147，所以 U 和 U 是同位素，其原子核内中子数不相同，23892 23992故 A 错误；经过 1 次 衰变，电荷数少 2，质量数少 4，发生 1 次 衰变，电荷数多 1，质量数不变， U U 反应过程中，质子数不变，质量数增加 1，
5、既不是 衰变也不是23892 23992 衰变，故 BC 错误；1g U 经过一个半衰期， U 原子核数目变为原来的一半，故 D 正23992 23992确；故选 D。4(2018陕西省西交大附中高三下学期期中)下列描绘两种温度下黑体辐射强度与频率关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是( B )解析 根据黑体辐射实验规律，黑体热辐射的强度与波长的关系为：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，则各种频率的辐射强度也都增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，即频率较大的方向移动，分析图象，只有 B 项符合黑体辐射实验规律，故 B 项正确。故选 B。5(2018北京市平谷区
6、高三下学期理综模拟)2017 年 11 月 30 日，国际权威学术期刊自然发表了中国首颗暗物质探测卫星“悟空”的首批成果：发现太空中的反常电子信号。 “悟空”采用的是由中国科学家自主提出的分辨粒子种类的新探测技术方法，既能探测低能区，也能探测高能区，特别是首次走进能量为1TeV(1TeV1.010 12eV， e1.610 19 C)以上的“无人区” ， “悟空”首次直接测量到了能谱在 1TeV 处的“拐折”及在 1.4TeV 处的“尖峰” 。从目前数据分析来看，产生“奇异”电子信号的来源很可能是暗物质湮灭或衰变。如果进一步证实了这种观点，人们就可以根据“悟空”的探测结果获知暗物质粒子的质量和
7、湮灭率。结合上述信息，下列说法正确的是( B )A “拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达 1.61031JB电子宇宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转C假设暗物质湮灭亏损的质量为 m ，则湮灭过程中释放的能量为 E mc (c 为光在真空中的传播速度)D若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，则其半衰期随温度的升高而减小解析 “拐折”处的电子宇宙射线粒子的能量高达1.01012eV1.010 121.61019 J1.610 7 J，故 A 错误；根据左手定则，电子宇3宙射线从地球赤道上空垂直射向地面时，在地球磁场的作用下会向西偏转，故 B 正确；假设暗物质湮灭亏
8、损的质量为 m ，根据质能方程则湮灭过程中释放的能量为 E mc 2，故 C 错误；若暗物质衰变的规律与普通放射性元素相同，衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，故 D 错误；故选 B。6(2018广东省汕头市高三下学期 4 月模拟)紫外光电管是利用光电效应原理对油库等重要场所进行火灾报警的装置，其工作电路如图所示，其中 A 为阳极， K 为阴极，只有当明火中的紫外线照射到 K 极时， c、 d 端才会有信号输出，已知地球表面太阳光中紫外线波长主要在 3l5nm400nm 之间。而明火中的紫外线波长主要在 200nm280nm 之间，下列说法正确的是( C )A要实现有效报警，照射光电
9、管的紫外线波长应大于 280nmB明火照射到 K 极时间要足够长， c、 d 端才会有输出电压C仅有太阳光照射光电管时， c、 d 端输出的电压为零D火灾报警时，照射光电管的紫外线波长越大，逸出的光电子最大初动能越大解析 根据题意要实现有效报警，照射光电管的紫外线波长应介于 200nm280nm 之间，故 A 错；光电效应的发生具有瞬时性，故 B 错；仅有太阳光照射光电管时，由于波长大于明火的波长即频率小于明火的频率，所以不能发生光电效应，回路中没有电流， c、 d端也就没有电压，故 C 正确；火灾报警时，照射光电管的紫外线波长越大，则频率越小，那么逸出的光电子最大初动能就越小，故 D 错误；
10、故选 C。7(2018厦门市高三下学期第二次质量检测)根据玻尔原子理论，氢原子的能级公式为 En (E1为氢原子在基态时的能量)，一群氢原子从 n4 能级向低能级跃迁时，辐射E1n2出的光子中能量最大值为( B )A B 15E116 15E116C D7E1144 7E1144解析 从 n4 能级跃迁到 n1 能级光子能量最大，最大为 E E4 E1 E1E116，B 正确。15E1168(2018全国押题卷二)在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图中 a、 b 所示，由图可以判定( B )4A该核发生的是 衰变B该核发生的是 衰
11、变C a 表示反冲核的运动轨迹D磁场方向一定垂直纸面向里解析 放射性元素放出 粒子时， 粒子与反冲核的速度相反，而电性相同，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相反，两个粒子的轨迹应为外切圆。而放射性元素放出 粒子时， 粒子与反冲核的速度相反，而电性相反，则两个粒子受到的洛伦兹力方向相同，两个粒子的轨迹应为内切圆，故放出的是 粒子 A 错误，B 正确；根据动量守恒定律，质量大的速度小，而速度小的，运动半径较小，而 b 的质量较大，因此 b 是反冲核的运动轨迹，故 C 错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，磁场方向不同，粒子旋转的方向相反，由于粒子的速度方向未知，不能判断磁场的方向，故 D 错误。故选 B。
12、9(2018北京市平谷区高三下学期理综模拟)LED，英文 lightemittingdiode 的简称，又称发光二极管。LED 的心脏是一个半导体的晶片，它由两部分组成，一部分是 P 型半导体，里面拥有多余的带正电荷的空穴，另一端是 N 型半导体，里面拥有多余的电子。电流通过导线作用于这个晶片，自由电子在通过二极管时会陷入 P 型层中的空穴，这一过程中电子会从传导带向低轨道跃迁，因而电子会以光子的形式释放出能量。晶片材料的传导带与低轨道之间的能级差，决定光子的频率，当二极管由某些特定材料制成时，就能发出可见光子。LED 因其独特的构造，多数光子不会被半导体材料自身吸收，因而能向外释放大量的光子
13、。根据以上信息，下列说法正确的是( C )A白炽灯是通过加热灯丝发光的，LED 灯也需要通过加热才能发光，它们工作时都会散发大量的热B传导带与低轨道之间的能级差越大，电子跃迁时辐射出光子的波长越长C普通硅二极管工作时不能产生可见光，而只会发出红外线，是由于该材料的传导带与低轨道之间的能级差太小DLED 灯与普通灯泡一样，没有正负极解析 荧光灯的发光效率比白炽灯高，用起来比白炽灯省电，其原因在于荧光灯和白炽灯的发光方式不同，荧光灯的发光原理就有所不同，故 A 错误；传导带与低轨道之间的能级差越大，电子跃迁时辐射出光子的频率越高，电子跃迁时辐射出光子的波长越短，故 B 错误；普通硅二极管工作时不能
14、产生可见光，而只会发出红外线，是由于该材料的传导带与低轨道之间的能级差太小，电子跃迁时辐射出光子的频率太低，故 C 正确；单个LED 灯是分正负极的，反向不能发光，LED 节能灯就不分正负，直接用在交流电上，故 D 错误；故选 C。510(2018山东省历城高三下学期模拟)下列四幅图的有关说法中正确的是( BC )A图(1)中的人用大锤连续敲打，小车能在光滑的水平面上持续向右运动B图(2)中若改用绿光照射，验电器金属箔可能不张开C图(3)为氢原子能级示意图，一群氢原子处于 n4 的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，能使逸出功为 2.21eV 的金属钾发生光电效应的光谱线有 4 条D图(4)
15、可以得知原子核 F 的比结合能小于原子核 E 的比结合能，原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 时会有质量亏损，要释放能量解析 用锤打车，是人(包括铁锤)和车系统的内力，系统在水平方向所受的外力之和为零，所以系统的总动量守恒，人和车的初动量为零，根据动量守恒定律，如果锤头打下去时锤头向右运动，车就向左运动，举起锤头时锤头向左运动，车就向右运动，用锤头连续敲击时，车只是左右运动，锤头不动，车就停下来，故 A 项错误；紫光灯照射时，金属板产生光电效应，换用频率更小的绿光照射，可能不产生光电效应，验电器金属箔可能不张开，故 B 项正确；一群氢原子处于 n4 的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，一
16、共能产生 6 条光谱线，其中 n4 到 n3 的光子能量不能使钾发生光电效应，还有 n3到 n2 的光子能量不能使钾发生光电效应，其余 4 种光子能量都大于 2.21eV 能使钾发生光电效应，故 C 项正确；原子核 F 的平均核子质量小于原子核 E 的平均核子质量，原子核F 的比结合能大于原子核 E 的比结合能，原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 时核子平均质量减小，会有质量亏损，要释放能量，故 D 项错误。11(2018湖北省襄阳市高三下学期模拟)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示。已知普朗克常量为 h，被照射金属的逸出功为 W0，遏止电压为 Uc
17、，电子的电荷量为 e，则下列说法正确的是( AD )A甲光的强度大于乙光的强度6B甲光的频率大于乙光的频率C甲光照射时产生的光电子初动能均为 eUcD乙光的频率为W0 Uceh解析 根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，可判定甲光的强度较大，选项 A 正确；由光电效应方程 Ekm h W0， Ekm Uce，结合题图可知，甲、乙光的遏止电压相同，故甲、乙光的频率相同，选项 B 错误；甲光照射时产生的光电子的最大初动能均为 eUc，选项 C 错误；根据 Ekm h W0 Uce，可得 ，选项 D 正确。Uce W0h12(2018浙江省杭州市高三下学期预测卷)氢原子的部分能级如图
18、所示，现有大量的氢原子处于 n4 的激发态，当向低能级跃迁时辐射出不同频率的光。已知可见光的光子能量在 1.62eV 到 3.11eV 之间。由此可推知( BCD )A从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高B从高能级向 n2 能级跃迁时发出的光均为可见光C用 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光照射逸出功为 6.34eV 的金属铂能发生光电效应D频率最小的光是由 n4 能级跃迁到 n3 能级产生的解析 能级间跃迁时辐射的光子能量等于两能级间的能级差，即 Em En h 。从高能级向 n3 能级跃迁时发出的光的频率最大为 1.51eV，小于可见光的光子能量，A 错误；从高能级向
19、 n2 能级跃迁时辐射的光子能量在 1.62eV 到 3.11eV 之间，故 B 正确；从n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光子的能量 E E2 E13.4eV(13.6)eV10.2eV6.34eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于金属的逸出功，故可以发生光电效应，故 C 正确；由 n4 能级跃迁到 n3 能级产生的光，能量最小，频率最小，故 D 正确。二、计算题(本题共 1 小题，需写出完整的解题步骤)13(2018安徽省蚌埠市高三第三次教学质量检测)某匀强磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度 B0.05 T，磁场区域足够大。磁场中某点有一个 Ra 核处于静止状态，某时22688
20、刻 Ra 核沿平行纸面的方向放出一个粒子后衰变成 Rn 核。22688 22286(1)写出上述衰变方程；(2)若衰变后，质量较小的粒子在磁场中做半径为 r10m 的匀速圆周运动，已知1u1.610 27 kg， e1.610 19 C，求 Rn 核做圆周运动的动能大小。(结果保留两位222867有效数字)解析 (1)根据质量数与电荷数守恒，写出衰变方程；(2)衰变后两个粒子动量大小相等，方向相反，动量守恒，由质量较小的粒子在磁场中做匀速圆周运动求其速度，根据动量守恒求 Rn 的速度，根据动能表达式求出动能的大小。22286(1)根据质量数与电荷数守恒，可得衰变的方程： Ra Rn He22688 22286 42(2)衰变过程中释放的 粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径 R10m，由 2evBmv2R解得： 粒子的速度 v2eBRm衰变过程中系统动量守恒， Rn、 He 质量分别为 222u、4u22286 42由动量守恒得：222u v4u v解得 Rn 速度为 v222862v111故 Rn 动能为 Ek 222uv 2226812代入数据解得： Ek3.610 16 J
