2019年高考物理二轮专题复习练案：第15讲原子与原子核含解析

2019年高考物理二轮专题复习练案：第15讲原子与原子核

含解析

限时：40分钟

一、选择题(本题共12小题，其中1～9题为单选，10～12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．α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ΔE＝Δmc2，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，化学变化无关，故B错误；α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＝hν－hν0，hν0＝4.5eV－1.5eV＝3eV，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α衰变、4次β衰变

C．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A错误；因为β衰变时质量数不变，所以α衰变的次数n＝＝4，在α衰变的过程中电荷数总共少4×2＝8，则β衰变的次数m＝＝2，故B错误；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，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，下列说法正确的是( D )

A．U和U是同位素，其原子核内中子数相同

B．U变为U发生了α衰变

C．U变为U发生了β衰变

D．1gU经过一个半衰期，U原子核数目变为原来的一半

[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，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，故A错误；经过1次α衰变，电荷数少2，质量数少4，发生1次β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，既不是α衰变也不是β衰变，故BC错误；1gU经过一个半衰期，U原子核数目变为原来的一半，故D正确；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(1TeV＝1.0×1012eV，e＝1.6×10－19C)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1.6×1031J

B．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Δm，则湮灭过程中释放的能量为ΔE＝Δmc(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1.0×1012eV＝1.0×1012×1.6×10－19J＝1.6×10－7J，故A错误；根据左手定则，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，故B正确；假设暗物质湮灭亏损的质量为Δm，根据质能方程则湮灭过程中释放的能量为ΔE＝Δmc2，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3l5nm ～400nm 之间。而明火中的紫外线波长主要在200nm ～

280nm 之间，下列说法正确的是( C )

A ．要实现有效报警，照射光电管的紫外线波长应大于280nm

B ．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200nm －280nm 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；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n ＝4能级向低能级跃迁时，辐射出的光子中能量最大值为

( B )

A ．

B ．－

C ．

D ．－7E1144 [解析] 从n ＝4能级跃迁到n ＝1能级光子能量最大，最大为E

＝E4－E1＝－E1＝－，B 正确。

8．(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 )

A．该核发生的是α衰变

B．该核发生的是β衰变

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α粒子时，α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β粒子时，β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β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。

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。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

D．LED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。

10．(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n＝4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)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n ＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，一共能产生

6条光谱线，其中n ＝4到n ＝3的光子能量不能使钾发生光电效应，

还有n ＝3到n ＝2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 ，

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

B ．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eUc

D ．乙光的频率为W0＋Uce h

[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 ν－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 ν－W0＝Uce ，可得ν＝，选项D 正确。

12．(2018·浙江省杭州市高三下学期预测卷)氢原子的部分能级

如图所示，现有大量的氢原子处于n＝4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n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高

B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光

C．用n＝2能级跃迁到n＝1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n＝4能级跃迁到n＝3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＝hν。从高能级向n＝3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n＝2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n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量E＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6)eV＝10.2eV>6.34eV，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n＝4能级跃迁到n＝3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B＝0.05T，磁场区域足够大。磁场中某点有一个Ra核处于静止状态，某时刻Ra核沿平行纸面的方向放出一个粒子后衰变成Rn核。

(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r＝10m的匀速圆周运动，已知1u＝1.6×10－27kg，e＝1.6×10－19C，求Rn核做圆周运动的动能大小。(结果保留两位有效数字)

[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。

(1)根据质量数与电荷数守恒，可得衰变的方程：Ra→Rn＋He

(2)衰变过程中释放的α粒子在磁场中做匀速圆周运动，半径R

＝10m ，由2evB ＝mv2R

解得：α粒子的速度

v ＝2eBR m 衰变过程中系统动量守恒，Rn 、He 质量分别为222u 、4u

由动量守恒得：222u×v′＝4u×v

解得Rn 速度为v′＝2v 111 故Rn 动能为Ek ＝×222u×v′2

代入数据解得：Ek ＝3.6×10－16J