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高考专题训练原子物理(选修3－5)时间：40分钟分值：100分1．(多选题)(2013·河北保定期末)下列说法正确的是()A．汤姆生发现了电子，表明原子具有核式结构B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应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．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并升高其温度，增加压强，它的半衰期也会相应发生改变E．两个质量较轻的原子核聚变成一个中等质量的原子核必然释放核能解析汤姆生发现了电子，不能表明原子具有核式结构，选项A错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，选项B正确；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长，选项C错误；将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并升高其温度，增加压强，它的半衰期不变，选项D错误；两个质量较轻的原子核聚变成一个中等质量的原子核必然释放核能，选项E正确．答案BE2．(2013·江苏省质检)热辐射是指所有物体在一定的温度下都要向外辐射电磁波的现象．辐射强度指垂直于电磁波方向的单位面积在单位时间内所接收到的辐射能量．在研究同一物体于不同温度下向外辐射的电磁波的波长与其辐射强度的关系时，得到如图所示的图线：图中横轴λ表示电磁波的波长，纵轴Mλ表示物体在不同温度下辐射电磁波的强度，则由Mλλ图线可知，同一物体在不同温度下，将：()A．向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度相同B．向外辐射的电磁波的波长范围是相同的C．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而减小D．向外辐射的最大辐射强度的电磁波的波长随温度升高向短波方向偏移解析由Mλλ图线可知，同一物体在不同温度下，向外辐射相同波长的电磁波的辐射强度随温度的升高而增大，选项A错误；向外辐射的电磁波的波长范围是不相同的，选项B错误．向外辐射的最大辐射强度随温度升高而增大，向外辐射的最大辐射强度的电磁波的波长向短波方向偏移，选项C错误，D正确．答案D3．一个氢原子从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．放出光子，能量减少C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少解析本题考查玻尔原子模型中跃迁假设，意在考查学生的理解能力．氢原子从高能级向低能级跃迁时，将以辐射光子的形式向外放出能量，故B正确．答案B4．(多选题)(2013·河南名校质检)已知金属钙的逸出功为2.7eV，氢原子的能级图如图所示．一群氢原子处于量子数n＝4能级状态，则()A．氢原子可能辐射6种频率的光子B．氢原子可能辐射5种频率的光子C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应解析因为一群氢原子能产生的光谱线种类为6种，而在这6种中，从4、3、2跃迁到1的发光能量都大于已知金属钙的逸出功2.7eV，都能使钙发生光电效应，而辐射的其他光子的能量都小于金属钙的逸出功2.7eV，都不能使钙发生光电效应，因此只有3种．A、C正确．答案AC5．(多选题)(2013·江苏苏南四校联考)下列说法正确的是()A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定释放核能B．一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多C．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大D．β射线的速度接近光速，普通一张白纸就可挡住解析比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时一定释放核能，选项A正确；一定强度的入射光照射某金属发生光电效应时，入射光的强度越高，单位时间内逸出的光电子数就越多，而入射光的频率越高，则逸出的光电子的初动能越大，选项B错误；根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子的运动速度增大，选项C正确；β射线的速度接近光速，普通一张白纸可挡住α射线，不能挡住β射线，选项D错误．答案AC6．(多选题)(2013·甘肃省五市联考)关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是()A．核反应堆发生的是轻核聚变反应B．核反应堆发生的是重核裂变反应C．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关D．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关解析核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A错误，B正确；放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关，选项C正确，D错误．答案BC7．(2013·天星调研卷)核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险．已知钚的一种同位素23994Pu的半衰期为24100年，其衰变方程为23994Pu→X＋42He＋γ，下列有关说法正确的是()A．X原子核中含有92个中子B．100个23994Pu经过24100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量增加D．衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力解析根据核反应方程遵循的规律，X原子核中含有92个质子，235个核子，143个中子，选项A错误．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，100个23994Pu经过24100年后不一定还剩余50个，选项B错误；由于衰变时释放巨大能量，衰变过程总质量不变，放出粒子的质量和生成新核的质量之和小于衰变前核的质量，选项C错误；衰变发出的γ放射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力，选项D正确．答案D8．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(hydrogenmuonatom)，它在原子核物理的研究中有重要作用．图为μ氢原子的能级示意图，假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n＝2能级的μ氢原子，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于()A．h(ν3－ν1)B．h(ν5＋ν6)C．hν3D．hν4答案C9．(多选题)(2013·甘肃嘉峪关检测)对聚变反应21H＋31H―→42He＋10n，下列说法中正确的是()A.21H和31H是两种不同元素的原子核B.21H和31H是氢的两种同位素的原子核C．这个反应过程中有质量亏损D．这个反应既是核反应，又是化学反应解析21H和31H是氢元素的两种不同的同位素的原子核，选项A错误，B正确；聚变反应21H＋31H―→42He＋10n有质量亏损，释放核能，这个反应是核反应，不是化学反应，选项C正确，D错误．答案BC10．(多选题)(2013·广东省十校联考)右图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知：()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2ED．入射光的频率为12ν0时，产生的光电子的最大初动能为12E解析根据爱因斯坦光电效应方程，结合题给光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图象，该金属的逸出功等于E，等于hν0，选项A、B正确．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E，入射光的频率为12ν0时，不能产生光电效应，选项C、D错误．答案AB11．(2013·江苏省连云港市期末)一个静止的氮核147N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，A又衰变成B、C两个新核．设B、C的速度方向与中子速度方向相同，B的质量是中子的11倍，B的速度是106m/s，B、C两原子核的电荷数之比为求：(1)C为何种粒子？(2)C核的速度大小．解析(1)静止的氮核147N俘获一个速度为2.3×107m/s的中子生成一个复核A，复核A质量数为15，B的质量数是11，则C核的质量数是4.根据B、C两原子核的电荷数之比为可知C核的电荷数为2，所以C为α粒子(氦原子核42He)；(2)设中子质量为m，B的质量为11m，C的质量为4m.由动量守恒定律，mv＝11mvB＋4mvC，解得vC＝3×106m/s.答案(1)α粒子(氦原子核42He)(2)3×106m/s12．钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子，而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U，并放出能量为0.097MeV的γ光子．已知：23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为mPu＝239.0521u、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u.1u＝931.5MeV/c2(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能．解析(1)衰变方程为23994Pu―→23592U*＋α，23592U*―→23592U＋γ.或合起来有23994Pu―→23592U＋α＋γ.(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，放出的能量为ΔE＝Δmc2，这能量转化为铀核23592U的动能EU、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝EU＋Eα＋Eγ，故EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ.设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为vU和vα，则由动量守恒有mUvU＝mαvα，又由动能的定义知EU＝12mUv2U，Eα＝12mαv2α，所以EUEα＝mαmU，解得Eα＝mUmU＋mα[(mPu－mU＋mα)c2－Eγ]，代入题给数据得Eα＝5.034MeV.答案(1)23994Pu―→23592U＋α＋γ(2)5.034MeV13．如图所示，在直角坐标系虚线以下区域内有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，虚线平行于x轴，虚线与x轴相距为h.某一时刻静止于坐标原点的原子核X发生α衰变，α粒子沿x轴方向射入磁场，射出磁场时与x轴正方向的夹角为120°.已知α粒子质量为m，电荷量为2，剩余核的质量为M.设衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和剩余核的动能，求原子核X的质量．解析设X衰变时放出的α粒子的速度为vα，在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，则由几何关系可得r＋rsin30°＝h①由牛顿第二定律得2eBvα＝mv2αr②由①②两式解得vα＝4eBh3m③设衰变后新核的速率为v，由动量守恒定律得mvα－Mv＝0④由③④解得v＝4eBh3M⑤衰变过程中释放的能量为E＝12mv2α＋12Mv2＝8e2B2h29·m＋MmM⑥由爱因斯坦质能方程得质量亏损Δm＝Ec2＝8e2B2h29c2·m＋MmM⑦故原子核X的质量为mX＝m＋M＋Δm＝(m＋M)1＋8e2B2h29mMc2⑧答案(m＋M)1＋8e2B2h29mMc2