各地名校物理高考模拟试题分类及详解十五、原子物理

2009年各地名校物理高考模拟试题分类及详解十五、原子物理互动：本考点知识的特点是“点多面宽”，“考点分散”，因此高考对本点考的考查主要是从对基本概念的理解、辨别方面进行，包括阅读理解部分；题型主要以选择题为主，有单选向多选转化的趋势，在近几年高考试卷中几乎每年都考．其中重点考查的有能级与光谱、核反应方程及规律、质能方程及核能、相关物理史，光子论等内容的题目；还有与磁场中带电粒子的运动、动量守恒、能的转化与守恒等知识综合考查的问题；同时，有的试题还以与现代科学技术有着密切联系的近代物理为背景来考查原子物理的重点知识．预测2009年高考原子物理命题主要表现在：1．原子物理中物理学史、著名实验和重要的物理理论；2．原子的核式结构、氢原子的跃迁和能级、核反应方程和核能等重点内容；3．以原子物理知识为基础，以高科技背景为素材的联系实际问题有可能出现；4．与带电粒子在电场和磁场中运动综合和与力学中的动量守恒、能量守恒综合的问题要引起注意．1．（南京市2009年高三总复习试卷．物理．9）月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（32He）”的化学元素，是热核聚变重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3（32He）”与氘核聚变，下列说法中正确的是A．核反应方程为32412121HeHHeHB．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量C．氨3（32He）一个核子的结合能大于氦4（42He）一个核子的结合能D．氦3（32He）的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量2．（2009年安徽高考信息交流试卷．物理．8）2008年10月12日，安徽芜湖核电有限公司成立，以推进安徽首个核电站建设。关于核电站获取核能的基本核反应方程可能是（）A．HeThU422349023892B．nHeHH10423121C．HOHeN1117842147D．n10XeSrnU1013654903810235923．（广东省华南师大附中2009届高三综合测试卷．物理．7）一个铍原子核（74Be）从最靠近核的K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核（73Li），并放出一个不带电的中微子νe（质量不计），人们把这种衰变叫铍核的EC衰变。核反应方程为：74Be0713eeLiv。已知一个铍原子质量为m1，一个锂原子质量为m2，一个电子质量为me，光速为c，则一个铍原子核发生上述核反应释放的能量为（）A．(m1—m2)c2B．(m1＋me＋m2)c2C．(m1＋me—m2)c2D．(m2—m1—me)c24．（江苏盐城市2008年第二次调研卷．物理．26）镭（Ra）是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知Ra22688能自发地放出α粒子而变成新核Rn，已知Ra22688的质量为M1=3.7533×10－25kg，新核Rn的质量为M2=3.6867×10－25kg，α粒子的质量为m=6.6466×10－27kg，现有一个静止的Ra22688核发生α衰变，衰变后α粒子的速度为3.68×105m/s。则：（计算结果保留两位有效数字）①写出该核反应的方程式。②此反应过程中放出的能量是多少？③反应后新核Rn的速度是多大？5．（江苏省南京市2008届高三质量检测卷．物理．31）一个静止的铀核U23292（原子质量为232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核Th22890（原子质量为228.0287u）。（已知：原子质量单位1u=1.67×10—27kg，1u相当于931MeV）（1）写出核衰变反应方程；（2）算出该核衰变反应中释放出的核能；（3）假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？6．（淮安、连云港、宿迁、徐州四市2008第三次调研卷．物理．27）⑴有以下说法：A．原子核放出β粒子后，转变成的新核所对应的元素是原来的同位素B．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核具有复杂的结构C．光电效应实验揭示了光的粒子性D．玻尔在研究原子结构中引进了量子化的观念E．氢原子从低能级跃迁到高能级要放出光子F．原子核的比结合能越大，表示原子核越稳定其中正确的说法是___▲____⑵静止在匀强磁场中的23892U，放出α粒子，衰变成23490Th，衰变后23490Th的速度方向与磁场方向垂直。①写出衰变方程；②计算衰变后23490Th的轨道半径与α粒子的轨道半径之比。7．（青岛市2008年质量检测卷．物理—选修3—5）某实验室工作人员，用初速为v0=0.09c（c为真空中的光速）的α粒子，轰击静止在匀强磁场中的钠原子核2311Na，产生了质子。若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核的运动方向与α粒子的初速方向相同，质子的运动方向与新核运动方向相反，它们在垂直于磁场的平面内分别做匀速圆周运动。通过分析轨迹半径，可得出新核与质子的速度大小之比为1：10，已知质子质量为m。（1）写出核反应方程；（2）求出质子的速度v（结果保留两位有效数字）。8．（临沂市2008年质量检测卷．物理—物理3—5）静止在匀强磁场中的Li63核俘获一个运动方向垂直于磁场，速度大小为7.7×104m/s的中子，若发生核反应后只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核（He42）。反应前后各粒子在磁场中的运动轨迹如图5所示。He42核与另一种未知新粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为40：3。则：图5（1）写出此核反应的方程式图5（2）求产生的未知新粒子的速度。9．（济南市2008年5月质量检测着卷．物理——选修3—5）静止的锂核（63Li）俘获一个速度为7.7×106m/s的中子，发生核反应后若只产生了两个新粒子，其中一个粒子为氦核（42He），它的速度大小是8.0×106m/s，方向与反应前的中子速度方向相同。（1）写出此核反应的方程式；（2）求反应后产生的另一个粒子的速度大小及方向；（3）此反应过程中是否发生了质量亏损，说明依据。10．（山东省烟台市2008年诊断性测试卷．物理—物理3—5）两个动能均为1MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应21H+21H→31H+11H，已知：氘核的质量为2.0136u，氚核的质量为3.0156u，氢核的质量为1.0073u，1原子质量单位（u）相当于931.5MeV.试求（1）此核反应中放出的能量△E为多少MeV？（2）若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核所具有的动能为多少Mev11．（山东省淄博市2008届模拟卷．物理——选修3—5）如图6所示，垂直于纸面向里的匀强磁场的磁感应强度B=0.500T，MN是磁场的左边界。在磁场中的A点有一静止镭核)(22688Ra，A距MN的距离OA=1.00m。D是放置在MN边缘的粒子接收器，OD=1.00m。Ra22688发生放射性衰变，放出某种x粒子后变为一氡)(22686Rn，接收器D接收到了沿垂直于MN方向射来的粒子x。已知衰变过程释放的能量全部转化为两新核的动能。（1）写出上述过程中的衰变方程（衰变方程必须写出x的具体符号）。图6（2）求该镭核在衰变为氡核和x粒子时释放的能量。（保留三位有效数字，电子电荷量e=1.60×10-19C,1u可近似取1.6×10-27kg）答案：1．【解析】“氦323He”与氘核聚变的核反应时符合质量数与电荷数守恒，且聚变是放能反应。【答案】AD2．【解析】A为α衰变方程，B为聚变方程，C为发现质子的人工核反应方程，D为裂变方程，现在核电站获取核能的方式为裂变，D正确。【答案】D3．【解析】已知一个铍原子质量为m1，则铍核的质量为m1－4me。一个锂原子质量为m2，则锂核的质量为m1－3me。题述核反应的质量亏损Δm＝[(m1－4me)＋me]－(m1－3me)＝m1—m2，故题述核反应释放的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1—m2)c2，A正确。【答案】A4．【解析】①RnHeRa222864222688(3分)②JcmMMmcE122212102.1)(（2分）③220Mm（2分）322/6.610/mMms(1分)【答案】（1）RnHeRa222864222688（2）JcmMMmcE122212102.1)(（3）322/6.610/mMms5．【解析】（1）HeThU422289023292（2）质量亏损△m=0.0059u△E=△mc2=0.0059×931MeV=5.49MeV（3）系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即ppppThTh0)(mpEmpEkThThkTh2222EEEkThk所以钍核获得的动能MeVEEmmmEThkTh09.022844【答案】（1）HeThU422289023292（2）5.49MeV（3）MeVEEmmmEThkTh09.0228446．【解析】⑴CDF⑵①238234492902UThHe②洛伦兹力提供带电粒子在匀强磁场运动的向心力得：2vBqvmR由上式得：mvRBq因23490Th和42He的动量等大，所在磁场相同，有：ThHeHeThRqRq即：145ThHeRR【答案】（1）CDF（2）238234492902UThHe（3）145ThHeRR7．【解析】（1）42He+2311Na→2612Mg+11H（2）α粒子、新核的质量分别为4m、26m，质子的速率为v，对心正碰，由动量守恒定律得：mvvmmv102640解出：v=0.23c【答案】（1）42He+2311Na→2612Mg+11H（2）v=0.23c8．【解析】（1）HHenLi314210632分（2）设中子，氢核（He42）、氘核（H31）的质量分别为m1、m2、m3，速度大小分别为v1、v2、v3，粒子做匀速圆周运动的半径为R，由qBmvRRmvqvB:2得由3803402:,3403233221HHeHHeBRqBRqvmvmRR可得………………①由动量守恒定律得：332211vmvmvm……………………②由径迹图象可知1312,vvvv与同向与反向即：333311380vmvmvm解得smv/10133方向与中子速度方向相反【答案】（1）HHenLi31421063（2）smv/101339．【解析】（1）HHenLi31421063（2）用m1、m2和m3分别表示中子（n10）、氦核（He42）和氚核的速度，由动量守恒定律得332211vmvmvm代入数值，得smv/101.863即反应后生成的氚核的速度大小为sm/101.86方向与反应前中子的速度方向相反（3）反应前的总动能211121vmE反应后的总动能23322222121vmvmE经计算知E2E1，故可知反应中发生了质量亏损。【答案】（1）HHenLi31421063（2）sm/101.86（3）E2E1，故可知反应中发生了质量亏损10．【解析】（1）2mcE28)103()0073.10156.30136.22(uuuMev005.4（2）相互作用过程中动量守恒P1=P2…121211221mpvmEK…222222222mpvmEK由能量定恒得212KKKEEEEMevEK5.4211．【解析】（1）HeRnRa422228622688（2）根据题意可知，a粒子在磁场中做原半径R=1.06m,设a粒子的速度为v1带电量为g，质量为m则有RvmBqv21119191060.100.1500.01060.12qBRpkg·m/sa粒子的动能12211000.22mpEJ镭核衰变满足动量守恒，设氡核的质量为M，速度为v2有021Mvmv氡核能的动能122221EMmMvE镭核衰