【绝杀2013】2013届高考物理模拟+权威预测：专题十九波粒二象性原子结构和原子核【模拟演练】1.(2012·银川模拟)如图为氢原子能级的示意图，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若干不同频率的光．关于这些光下列说法正确的是()A.由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大B.由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最小C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.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2.(2012·昌平模拟)北京时间2011年3月11日13时46分，在日本本州岛附近海域发生里氏9.0级强烈地震，地震和海啸引发福岛第一核电站放射性物质泄漏，其中放射性物质碘131的衰变方程为13153I―→13154Xe+Y．根据有关放射性知识，下列说法正确的是()A.Y粒子为β粒子B.13153I的半衰期大约是8天，则若取4个碘原子核，经16天就一定剩下1个碘原子核了C.生成的13154Xe处于激发态，还会放射γ射线，γ射线的穿透能力最强，电离能力也最强D.13153I中有53个质子和131个中子3.(2012·宝鸡模拟)在匀强磁场中有一个静止的氡原子核(22286Rn)，由于衰变它放出一个粒子，此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆，大圆与小圆的直径之比为42∶1，如图所示，那么氡核的衰变方程应是下列方程中的哪一个()13\nA.22286Rn―→22287Fr+0-1eB.22286Rn―→21884Po+42HeC.22286Rn―→22285At+01eD.22286Rn―→22085At+21H4.(2012·徐州模拟)下列说法中正确的是()A.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应B.原子核式结构模型是由汤姆孙在α粒子散射实验基础上提出的C.放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态没有关系D.用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害5.(2012·广州模拟)如图为氢原子的能级示意图，图中①、②、③分别表示氢原子由所处激发态向低能级的跃迁，跃迁时所发射的光子的频率分别为ν1、ν2、ν3．下列说法正确的是()A.ν1<ν2B.ν2<ν3C.ν1=ν2+ν3D.ν3=ν1+ν26.(2012·嘉兴模拟)如图所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场(不计射线粒子的重力)，则下列说法中正确的有()A.打在图中a、b、c三点的依次是β射线、γ射线和α射线13\nB.α射线和β射线的轨迹是圆弧C.α射线和β射线的轨迹是抛物线D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向上的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b7.(2012·东城区模拟)一块含23892U(铀238)的矿石质量为M，其中23892U的质量为m．已知23892U的半衰期为T，则下列说法正确的是()A.经过时间2T后这块矿石中基本不再含有23892U了B.经过时间2T后矿石中的23892U有发生了衰变C.经过时间2T后该矿石的质量剩下D.经过时间3T后矿石中23892U的质量还剩8.(2012·延庆模拟)用光子能量为E的一束单色光照射处于基态的一群氢原子，这群氢原子吸收光子后能发出6种不同频率的光，在这6种光中(h是普朗克常数，c是真空中光速)()A.频率最低的光，频率是B.光子能量最小的光，频率是C.在真空中波长最大的光，波长是D.频率为的光在水中的折射率最大9.(2012·嘉兴模拟)三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核.则下面说法正确的是()A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍10.(2012·台州模拟)用图示装置研究光电效应现象，阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，当滑动头P从a移到c的过程中，光电流始终为零．为了产生光电流，可采取的措施是()A.增大入射光的强度B.增大入射光的频率C.把P向a移动D.把P从c向b移动11.(2012·13\n西城区模拟)一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c．下列说法中正确的是()A.这个反应的核反应方程是21H+31H―→42He+10n+γB.这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应C.辐射出的γ光子的能量E=(m3+m4－m1－m2)c2[D.辐射出的γ光子的波长λ=12.(2011·太原模拟)下列说法正确的是()A.157N+11H―→126C+42He是α衰变方程B.11H+21H―→32He+γ是核聚变反应方程C.23892U―→23490Th+42He是核裂变反应方程D.42He+2713Al―→3015P+10n是原子核的人工转变方程13.(2011·海淀区模拟)下列说法中正确的是()A.实物粒子只具有粒子性，不具有波动性B.卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型C.光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量能够同时确定D.在工业和医疗中经常使用激光，是因为其光子的能量远大于γ光子的能量14.(2012·太原模拟)正电子断层显像发射计算机(PET)．它的基本原理是：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程．15O在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象．根据PET原理，回答下列问题：(1)写出15O的衰变的方程式___________________________________．(2)将放射性同位素15O注入人体，15O的主要用途()A.利用它的射线B.作为示踪原子C.参与人体的代谢过程D.有氧呼吸(3)设电子质量为m，电量为q，光速为c，普朗克常量为h，则探测到的正负电子湮灭后生成的光子的波长λ=_________．(4)PET中所选的放射性同位素的半衰期应___________．(填“长”、“短”或“长短均可”)13\n15.(2012·盐城模拟)(1)原子核的比结合能与质量数的关系如图所示.核子组合成原子核时____________.A.小质量数的原子核质量亏损最大B.中等质量数的原子核质量亏损最大C.大质量数的原子核质量亏损最大D.不同质量数的原子核质量亏损相同(2)在核反应堆中用石墨做慢化剂使中子减速，中子以一定速度与静止碳核发生正碰，碰后中子反向弹回，则碰后碳核的运动方向与此时中子运动的方向__________(选填“相反”或“相同”)，碳核的动量___________(选填“大于”、“等于”或“小于”)碰后中子的动量.(3)氢原子的能级如图所示.氢原子从能级n=3向n=1跃迁所放出的光子，正好使某种金属材料产生光电效应.有一群处于n=4能级的氢原子向较低能级跃迁时所发出的光照射该金属.求该金属的截止频率和产生光电子最大初动能的最大值.普朗克常量h=6.63×10-34J·s，结果保留两位有效数字.【高考预测】黑体辐射、光电效应、波粒二象性、原子结构、能级、光谱、天然放射性衰变、半衰期、核反应方程、核能计算是高中物理重要的知识点，是高考考查的重点，高考命题经常与其他知识综合命题，常以新情境来考查，一般为选择题或填空题，难度中等或偏易．对该部分内容的命题预测点如下：13\n考查知识及角度高考预测黑体辐射、光电效应4原子结构、能级1、3、7、8天然放射性衰变、半衰期5、9核反应方程、核能计算2、61.许多物质在紫外线照射下能发出荧光，紫外线照射时，这些物质的原子先后发生两次跃迁，其能量变化分别为ΔE1和ΔE2，则下列说法正确的是()A.两次跃迁均向高能级跃迁，且ΔE1＞ΔE2B.两次跃迁均向低能级跃迁，且ΔE1＜ΔE2C.先向高能级跃迁，再向低能级跃迁，且ΔE1＞ΔE2D.先向低能级跃迁，再向高能级跃迁，且ΔE1＜ΔE22.太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波(场)的形式向四面八方辐射出去，其总功率达到3.8×1026W.根据爱因斯坦的质能方程估算，单纯地由于这种辐射，太阳每秒钟减少的物质质量的数量级最接近于()A.1018kgB.109kgC．10-10kgD.10-17kg3.原子从一个高能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化表示为式中n=1，2，3，……表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是()A．AB．AC．AD．A4.如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能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ED.入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为5.23692U经过一系列α衰变和β衰变，最后变成20882Pb，衰变方程可写为：23692U―→20882Pb＋nα13\n＋kβ＋γ，则()A.n＝7，k＝4B.n＝5，k＝0C.n＝6，k＝4D.n＝4，k＝76.中子和质子结合成氘核时,质量亏损为Δm,相应的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的结合能.下列说法正确的是()A.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零C.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零D.用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和不为零7．如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子，问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？(2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．8.原子可以从原子间的碰撞中获得能量，从而发生能级跃迁(在碰撞中，动能损失最大的是完全非弹性碰撞)．一个具有13.6eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰．(1)是否可以使基态氢原子发生能级跃迁(氢原子能级如图所示)?(2)若上述碰撞中可以使基态氢原子发生电离，则氢原子的初动能至少为多少？13\n9.一个静止的氮核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，速度是106m/s，B、C在同一匀强磁场中做圆周运动的半径比为RB∶RC=11∶30.求:(1)C核的速度大小;(2)根据计算判断C核是什么核;(3)写出核反应方程.答案解析【模拟演练】1.【解析】选A、D.大量的氢原子处于n=4的激发态，向低能级跃迁有多种可能，由C42=6得6种可能，选项C错；跃迁时能级能量差越大辐射出的光子能量也就越大，选项A对；n=4能级向n=3能级跃迁时产生的光子能量最小，B错；n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光能量为10.2eV，能使金属铂发生光电效应，选项D对.2.【解析】选A.根据电荷数和质量数守恒可得Y为电子，A对；β衰变同时放出γ射线，γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，C错；半衰期是描述大量原子核衰变快慢的物理量，是大量原子核的统计规律，少数原子核就没有这样的规律，选项B错.13153I中有53个质子，78个中子，D错.【误区警示】解答本题易产生的两个误区(1)γ射线总是伴随着α、β衰变同时进行的，是衰变反应产生的处于激发态的新原子核跃迁时释放的能量.(2)半衰期是描述衰变快慢的物理量，是大量的原子核的统计结果.3.【解析】选B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r=13\n因为衰变满足动量守恒,且衰变前原核静止,故衰变后两核圆运动半径之比为电荷量的反比.又因为衰变后径迹为两外切圆,且衰变后瞬间两带电粒子速度反向,故衰变后两核均为正电荷,故只有B项正确.【方法技巧】如何分析磁场中的α、β衰变问题(1)抓住几个要点：两圆相切点即衰变点；左手定则判断α衰变径迹为两外切圆、β衰变径迹为两内切圆，其中大圆为α、β粒子的径迹；衰变时由动量守恒可得α、β粒子与新核动量大小相等.(2)选用对应规律：该问题涉及到的知识点较多，应用的规律也较多，要注意选择对应规律.4.【解析】选C、D.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，A错；原子核式结构模型是由卢瑟福在α粒子散射实验基础上提出的，B错；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，跟原子所处的物理状态和化学状态没有关系，C对；利用γ射线的穿透能力和高能量治疗肿瘤，严格控制剂量使其能量不至于太大，以免对人体正常组织造成太大的伤害，D对.5.【解析】选C.根据氢原子能级跃迁的能量差可以判断放出的光子频率大小为ν1>ν2>ν3，且hν1=hν2+hν3，则ν1=ν2+ν3，A、B、D错，C对.6.【解析】选B.根据左手定则可得打在a、b、c三点的射线分别是α、γ、β射线，A错.α、β粒子在磁场中做圆周运动，C错，B对.再加一个竖直向上的匀强电场，则α、β粒子向上、下偏转更大，D错.7.【解析】选D.含23892U质量为m的矿石中的铀238发生衰变，变成的新核质量和没有发生衰变的部分质量仍存在于矿石中，减少的质量就是释放出的射线粒子质量，再根据半衰期的定义即可以判断出，A、B、C错，D对.【误区警示】解答本题容易出现以下错误:(1)矿石质量为M与23892U的质量为m相混淆导致错误.(2)对半衰期理解不清，将矿石中铀的剩余质量误认为发生衰变的质量而导致错误.8.【解析】选D.辐射光子能量最大为E，又E=hν，故最大频率为A、B错.最小波长为λ=C错.频率最大为ν=折射率最大，D对.9.【解析】选C、D.依题意写出核反应方程为：yxX―→yx-1Y+0+1eyx-1Y+11H―→y-3x-2Z+42He，由上述方程得X核比Y核多一个质子，Y核比Z核多一个质子，所以X核比Z核多两个质子，X核比Z核中子数多1，故选项A、B错.X核与Y核质量数相等，Y核比Z核质量数多3，选项C对.由题意可知X、Y、Z原子核的电荷数分别为qX、qY、qZ，则qX=qY+e，qY=qZ+e，则qX+qZ=2qY，故D正确.【方法技巧】判断多个核变化时中子数和质子数变化的方法(1)写出各个核变化方程，找质子数和中子数之间的联系.13\n(2)根据电荷数守恒、质量数守恒列方程组，即可找出各个核之间质子数、中子数之间的关系.10.【解析】选B.由题图可看出当滑动头P在a、c之间移动时，光电管上加正向电压，在a点时正向电压最大都没有光电流，说明没有产生光电效应，所以只有增大入射光的频率，才能产生光电流，A、C错，B对；当滑动头P在c、b之间移动时，光电管上加反向电压，更不能产生光电流，D错.11.【解析】选A.这是一个核聚变反应，方程是21H+31H42He+10n+γ，所以A对，B错.辐射出的γ光子的能量为E=(m1+m2－m3－m4)c2，C错.γ光子的波长D错.12.【解析】选B、D.选项A和D都是原子核人工转变方程，A错，D对；B表示核聚变反应方程，选项B对；C表示衰变方程，选项C错.13.【解析】选B.实物粒子既具有粒子性，又具有波动性，A错；卢瑟福通过α粒子散射实验现象，提出了原子的核式结构模型，B对；光波是概率波，光子在前进和传播过程中，其位置和动量不能够同时确定，满足不确定性关系，C错；激光的频率小于γ光子的频率，因而能量小于γ光子的能量，D错.14.【解析】(1)15O衰变的方程式为：158O―→157N+01e.(2)15O在人体内的主要用途是作为示踪原子，B正确.(3)正负电子湮灭后生成一对光子，释放的核能为：ΔE=2m·c2，所以ΔE=2m·c2=光子的波长(4)PET中所选的放射性同位素的半衰期应短，便于测量.答案:(1)158O―→157N+01e(2)B(3)(4)短15.【解析】(1)选B.根据原子核的比结合能与质量数的关系图线可得，中等质量数的原子核比结合能最大，所以核子组合成中等质量数的原子核时质量亏损最大，释放能量最大.故正确答案为B.(2)取中子开始运动的方向为正方向，根据动量守恒可得，p中子=-p′中子+p碳核，所以p碳核>0，且p碳核=p中子+p′中子，则碰后碳核的运动方向与此时中子运动的方向相反，并且p碳核>p′中子.(3)依题意得：E3-E1=hν解得：ν=2.9×1015Hz13\n根据能级图可得，由n=4向n=1跃迁所放出的光子照射金属产生光电子的初动能最大，根据爱因斯坦光电方程得：Ek=hν-W0=(E4-E1)-(E3-E1)得：Ek=0.66eV答案:(1)B(2)相反大于(3)2.9×1015Hz0.66eV【高考预测】1.【解题指南】理清分析思路，分析物理现象：(1)首先是紫外线照射时受激跃迁到较高的能级.(2)然后是自发跃迁辐射可见光到较低的能级.【解析】选C.第一次跃迁是吸收紫外线光子，跃迁到较高能级，第二次跃迁是放出可见光光子．由于hν1＞hν2，故ΔE1＞ΔE2，C项正确．2.【解析】选B.太阳每秒钟辐射的总能量ΔE＝P·t＝3.8×1026J，由质能方程ΔE＝Δmc2，每秒钟减少的质量Δm＝≈4×109kg，故选B.3.【解析】选C.先计算铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时应释放的能量：ΔE=E2－E1=n=4能级上的电子要电离所需的能量E4=则n=4能级上的电子得到ΔE的能量后，首先需要能量使之电离，然后多余的能量以动能的形式存在，所以Ek=ΔE-E4=选项C正确.【误区警示】本题易产生的误区为:根据n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时释放的能量转给n=4能级上的电子使之电离脱离原子,误认为从n=2跃迁到n=1能级时释放的能量全部转化为俄歇电子的动能,从而导致不能得出正确结论4.【解析】选A、B、C.根据爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0，分析图象可得：W0=E=hν0，只有当入射光频率ν>ν0，才能发生光电效应，当ν=2ν0时，Ek=hν0，所以选项D错，A、B、C正确.5.【解析】选A.由核反应方程23692U―→20882Pb＋nα＋kβ＋γ，根据电荷数和质量数守恒可得：2n-k+82=92，4n+208=236，解得n=7，k=4，选项A对.6.【解析】选A、D.用能量小于或等于结合能的光子照射氘核时,氘核一定不能分解，所以A正确，B错误.用能量大于结合能的光子照射氘核时,氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误，D正确.13\n7．【解析】(1)氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n＝2的能级，辐射光子的频率应满足：hν＝En－E2＝2.55eVEn＝hν＋E2＝-0.85eV所以n＝4基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供的能量为ΔE＝E4－E1＝12.75eV.(2)辐射跃迁图如图所示．答案:(1)12.75eV(2)见解析图8.【解析】(1)设运动氢原子的速度为v0，完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被基态氢原子吸收．若ΔE＝10.2eV，则基态氢原子可由n＝1跃迁到n＝2.由动量守恒和能量守恒有：mv0＝2mv①②③Ek＝13.6eV④解①②③④得，ΔE＝＝6.8eV因为ΔE＝6.8eV<10.2eV.所以不能使基态氢原子发生跃迁．(2)若使基态氢原子电离，则ΔE＝13.6eV，13\n代入①②③得Ek＝2ΔE，所以Ek＝27.2eV.答案:(1)不能(2)27.2eV9.【解析】(1)设中子的质量为m,则氮核的质量为14m，B核的质量为11m，C核的质量为4m，根据动量守恒可得：mv0=11mvB+4mvC，代入数值解得vC=3×106m/s.(2)根据带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径公式可得:所以又qC+qB=7e解得:qC=2e，qB=5e,所以C核为42He.(3)核反应方程为147N+10n―→115B+42He.答案:(1)3×106m/s(2)42He(3)147N+10n―→115B+42He【方法技巧】核变化与动量守恒、能量守恒综合问题的分析方法(1)明确核变化规律，写出核反应方程.(2)核变化中释放的核能一部分转化为粒子的动能，另一部分辐射γ光子.(3)核变化过程中遵循动量守恒定律.13
