高考物理专项分类预热试卷 11 原子物理(2021年最新整理)

高考物理专项分类预热试卷11 原子物理
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原子物理
第I 卷（选择题）
一、选择题
1．下列说法正确的是
A 。

质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，则质子与中子结合为氘核的反应是人工核转变，放出的能量为（m 3－m 1－m 2）c 2
B. 玻尔将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律
C. 紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大
D 。

半衰期是反映放射性元素天然衰变的统计快慢，若使放射性物质的温度升高,其半衰期将减小
2．氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中 A. 原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大 B. 原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小 C 。

原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小 D 。

原子要吸收光子，电子的动能减小,原子的电势能增大
3．μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子（hydrogen muon atom ）,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1ν、2ν、3ν、4ν、5ν和6ν的不同频率光，且频率依次增大,则E 等于( ）
A 。

h （3ν—1ν) B. h （5ν+6ν) C 。

h 3ν D 。

h 4ν
4． Na 是人工产生的放射性元素， Na 产生后会自发的衰变为Mg 。

关于Na 衰变为Mg,下列描述正确的是
A 。

上述核反应属于α衰变
B 。

Na 的半衰期随温度升高、压强增大而变小 C. 上述核反应属于β衰变
D. Na 的半衰期随着数量的减少而增大
5．质子的质量为m p ，中子的质量为m n ，氦核的质量为m α,两个质子和两个中子聚变成一个氦核时，会释放出能量.下列关系正确的是
A 。

m α＜2m p ＋2m n B. m α＝2m p ＋2m n C. m α＞2m p ＋2m n D. 以上关系都不对
6．某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为H ＋C→7N ＋Q 1； H ＋N→C ＋X ＋Q 2；方程中Q 1、Q 2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表,下列判断正确的是
A 。

X 是He ，Q 2>Q 1 B. X 是He,Q 2〉Q 1 C. X 是He ，Q 2<Q 1 D 。

X 是He,Q 2<Q 1
7．原子从A 能级跃迁到B 能级时吸收波长为λ1的光子；原子从B 能级跃迁到C 能级时发射波长为λ2的光子。

已知λ1 ＞λ2，那么原子从A 能级跃迁到C 能级时将要（ ）
A. 发出波长为λ1－λ2的光子
B. 发出波长为
12
12
λλλλ-的光子
C. 吸收波长为λ1－λ2的光子
D. 吸收波长为12
12
λλλλ-的光子
8．以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是
A. 比结合能越小,表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
B. 光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量
C 。

某原子核经过一次α
衰变和两次β衰变后,核内中子数减少6个
D. 21083Bi 的半衰期是5天，1221083g Bi 经过15天后衰变了210
831.5g Bi
9．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆,两圆的直径之比为7：1,如图所示，那么碳14的衰变方程为 （ )
A. 14014615C e B →+
B. 14410624C He Be →+
C. 14214615C He B →+ D 。

14014617C e N -→+
10．某实验室工作人员，用初速度v 0＝0。

09c (c 为真空中的光速)的α粒子轰击静止的氮原子
核147N ,产生了质子11H 。

若某次碰撞可看作对心正碰，碰后新核与质子同方向运动，垂直磁场
方向射入磁场，通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1:20，已知质子质量为
m 。

( )
A 。

该核反应方程4141612781He+N O+H →
B 。

质子的速度v 为0.20c
C. 若用两个上述质子发生对心弹性碰撞，则每个质子的动量变化量是0。

20mc
D 。

若用两个上述质子发生对心弹性碰撞,则每个质子的动量变化量方向与末动量方向相反
第II 卷（非选择题）
二、计算题
11．氡22286n R 是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤，它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一，它发生衰变之后生成21884O P 已知氡的半衰期约为3．8天，则完成下列问题
（1）写出氡的衰变方程； (2）16g 氡经过多少天变成1g ？
12．一个静止的原子核a R 22688，衰变时放出一个质量为m 1速率为v 1的粒子，同时产生一个质量为m 2的反冲新核n R 22286和一个光子，测得新核的速率为v 2、光子与新核运动方向相同．已知普朗克常量为h ，写出该衰变的方程并求出光子的波长λ．
13．太阳现在正处于主序星演化阶段。

它主要是由电子和H 11、He 42等原子核组成.维持太阳辐
射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是：He H e 4
21101
42→+-+释放核能，这些核能最后转化为辐射能。

①已知质子质量m p ，氦核的质量m α，电子质量m e ，光速c 。

试求每发生一次上述核反应所释放的核能;
②用上述辐射中产生的波长为400nm 某一单色光去照射逸出功为3．0×10-19
J 金属材料铯时，能否产生光电效应？若能，试求出产生的光电子的最大初动能。

（保留三位有效数字，普朗克常量h=6．63×10
—34
J·s）
14．一个静止的氡核22286Rn,放出一个α粒子后衰变为钋核218
84Po,同时放出能量为E ＝0．26 MeV
的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能,不计光子的动量．已知M 氡＝
222．08663 u、mα＝4．0026 u、M钋＝218．0766 u,1 u相当于931．5 MeV的能量．
（1）写出上述核反应方程；
（2）求出发生上述核反应放出的能量；
（3)确定钋核与α粒子的动能．
参考答案
1．B
【解析】质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，则质子与中子结合为氘核的反应是人工核转变，放出的能量为（m1+m2-m3）c2，选项A错误；玻尔将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念,成功地解释了氢原子光谱的实验规律,选项B正确；紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时，单位时间从锌板表面逸出的光电子的数量增加，最大初动能不变，选项C错误；半衰期是反映放射性元素天然衰变的统计快慢，外界环境对半衰期无影响，若使放射性物质的温度升高,其半衰期将不变,选项D错误；故选B。

2．D
【解析】从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道过程中，原子要吸收光子，能级增大，总能
量增大,D正确，ABC错误．故选D．3．C
【解析】μ子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高m能级，然后从m能级向较低能级跃迁,若从m能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态n=1能级,则辐射的能量最大，否则跃迁到其它较低的激发态时μ子仍不稳定,将继续向基态和更低的激发态跃迁，即1、2、3…m任意两个轨道
之间都可以产生一种频率的辐射光，
解得m=4，即μ子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级，然后从n=4能级向低能级跃迁．辐
射光子的按能量从小到大的顺序排列为4能级到3能级，能级3到能级2，能级4到能级2,能级2到能级1，能级3到能级1，能级4到能级1，所以能量E 与3h ν相等。

故C 正确 ，ABD 错误. 4．C
5
．A
【解析】因反应释放能量，故反应物总质量大于生成物质量,即m α＜2m p ＋2m n ，故选项A 正确；BCD 错误;故选A. 6．B
【解析】11213
167H C N +→中质量亏损为：△m 1=1。

0078+12.0000-13。

0057=0。

0021（u ），根据电荷数守恒和质量数守恒可知：11512176H N C X +→+中X 的电荷数为2、质量数为4，故X 为α
粒子即42He ，质量亏损为:△m 2=1.0078+15。

0001—12.0000-4。

0026=0.0053（u ）．根据爱因斯坦的质能方程可知：Q 1=△m 1C 2
，Q 2=△m 2C 2
,则Q 1＜Q 2，故B 正确,ACD 错误；故选B 。

点睛：本题考查核反应方程的书写和计算核反应能量，意在考查考生推理判断和运算能力,核反应方程的书写和质能方程的应用是原子物理中的重点知识，要加强这方面的练习和应用． 7．B
【解析】因为λ1＞λ2，根据c
γλ＝，知γ1＜γ2．A 到B 吸收光子的能量小于B 到C 辐射光子
的能量,所以A 能级能量比C 能级能量大，跃迁时辐射光子,A 、C 间的能级差2
1
c
c
E h
h
λλ-＝．又
知3
c
E h
λ＝，解得12312λλλλλ-＝
，那么原子从A 能级跃迁到C 能级时将要发出波长为1212
λλ
λλ-的光子,故选B 。

点睛：解决本题的关键知道高能级向低能级跃迁，辐射光子,低能级向高能级跃迁，吸收光子,
知道能级差与光子频率间的关系m n c
E E h λ
-＝.
8．B
9．D
【解析】试题分析：核衰变过程动量守恒，反冲核与释放出的粒子的动量大小相等,根据左手定则判断粒子与反冲核的电性关系．结合带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得粒子与反冲核的电荷量之比．
原子核的衰变过程满足动量守恒,粒子与反冲核的速度方向相反，根据左手定则判断得知，粒子与反冲核的电性相反,则知粒子带负电，所以该衰变是β衰变，此粒子是β粒子,符号为．可得两带电粒子动量大小相等,方向相反，就动量大小而言有：1122m v m v =，由带电粒子在匀强磁场中圆周运动的半径公式可得:mv
r qB
=
，可见r 与q 成反比．由题意，大圆与小圆的直径之比为7：1，半径之比为7：1，则得:粒子与反冲核的电荷量之比为1：7．所以反冲核的电荷量为
7e ，电荷数是7,其符号为147N ，所以碳14的衰变方程为14140
671C N+e -→,故D 正确．
10．B
【解析】根据电荷数守恒、质量数守恒得，4141712781He+N O+H →，选项A 正确； α粒子、新
核的质量分别为4m 、17m ，质子的速度为υ，对心正碰,由动量守恒定律得：
041720
v
mv m mv ⋅
+＝．解出υ=0。

2c,选项B 正确；质量相等且弹性碰撞，交换速度．对某一质子，选其末动量方向为正方向，则P 2=mυ，P l =—mυ，△P=P 2—P 1，故解出△P=0。

4mc ，方向与末动量方向一致，选项CD 错误;故选B ．
11．（1）222218
4
86842n
O e R P H →+（2)15．2天
【解析】
试题分析：(1）氡的衰变方程222218
4
86842n O e R P H →+
（2）根据电荷数守恒、质量数守恒知，未知粒子的电荷数为2,质量数为4，为α粒子(42e H )． 根据m ＝m 0（
12
）n
得，011()216n m m ＝＝，解得n=4,则t=4T=4×3．8天=15．2天
考点：衰变方程；半衰期
【名师点睛】对于衰变规律可注意掌握:电荷数守恒、质量数守恒，知道半衰期的定义，知道衰变后的质量与衰变前质量的关系,即m ＝m 0（
12
）n
12．（1）226
222
4
8886
2 a n e R R H →
+（2)1122
h
m v m v λ-＝
【解析】
考点：核反应方程;动量守恒定律
【名师点睛】质量数守恒、电荷数守恒是解决核反应方程的基本规律；另外核反应遵循能量守恒、动量守恒。

13．①()224c m m m e p α-+②能1．97×10-19
J
【解析】
试题分析：①根据爱因斯坦质能方程得，()2242p e E mc m m m c α∆=∆=+- （2)单色光的能量为834
191973106.6310
J 4.9710J 3.010J 410
c
E h
λ
----⨯==⨯⨯=⨯>⨯⨯
所以可以产生光电效应．最大初动能为1919190 4.972510 3.010 1.9710km E hv W J ---=-=⨯-⨯=⨯． 考点：考查了质能方程，光电效应方程
【名师点睛】根据爱因斯坦质能方程,结合质量亏损求出释放的核能．根据光电效应的条件判断能否发生光电效应,通过光电效应方程求出光电子的最大初动能．
14．（1）22286Rn→218
84Po ＋42
He ＋γ；(2)6．92 MeV （3)6．54 MeV ． 【解析】
（3）设α粒子、钋核的动能分别为E kα、E k 钋,动量分别为p α、p 钋，由能量守恒定律得：ΔE ＝E kα＋E k 钋＋E
不计光子的动量，由动量守恒定律得：0＝p α＋p 钋
又E k ＝22p m
故E kα∶E k 钋＝218∶4
联立上面式子解得E k 钋＝0．21 MeV ，E kα＝6．54 MeV ． 考点：核反应方程；动量守恒定律及能量守恒定律；质能方程
【名师点睛】本题考查了衰变方程的书写以及核能的运算，注意动量守恒在近代物理中的应用，同时掌握质能方程与质量亏损的应用。