量亏损为Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55) u＝0.026 6 u＝4.43×10－
29
kg，故选项C正确，B错误；由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2 J≈4×10－12 J，
故选项D正确。
13．据媒体报道，叛逃英国的俄罗斯前特工利特维年科在伦敦离奇身亡．英国警方调查认为毒杀利特维年科的是超级毒药——放射性元素钋(210若元素钋发生某种衰变，其半衰期是138 84Po)。
206天，衰变方程为210 84Po→ 82Pb＋Y＋γ，则下列说法正确的是( )
A．该元素发生的是β衰变 B．Y原子核含有4个核子
C．γ射线是衰变形成的铅核释放的
D．200 g的210 84Po经276天，已发生衰变的质量为150 g 【答案】BCD
【解析】根据衰变反应遵循质量数守恒和电荷数守恒，放出的粒子Y的质量数为210－206＝4，电荷数为84－82＝2，即Y为α粒子，Y原子核含有4个核子，即该元素发生的是α衰变，选项A错误，B正确；衰变形成的铅核处于激发态，回到基态时释放出γ射线，选项C正确；根1
据半衰期的意义，经过两个半衰期后，剩余，即200 g的210 84Po经276天，已发生衰变的质量为
4150 g，选项D正确。
二、(本题共4小题，共48分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作答。解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(10分)已知镭的原子序数是88，原子核质量数是226.试问： (1)镭核中有几个质子？几个中子？ (2)镭核所带的电荷量是多少？
(3)若镭原子呈中性，它核外有几个电子？
228
(4)228让226 88Ra是镭的一种同位素， 88Ra和 88Ra以相同速度垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中，
它们运动的轨道半径之比是多少？
【解析】原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，原子核的质量数等于核内质子数与中子数之和。由此可得：
(1)镭核中的质子数等于其原子序数，故质子数Z为88，中子数N等于原子核的质量数A与
质子数Z之差，即
N＝A－Z＝226－88＝138 (2分) (2)镭核所带电荷量为
Q＝Ze＝88×1.6×10－19C≈1.41×10－17C (2分) (3)核外电子数等于核电荷数，故核外电子为88 (2分)
v2mv(4)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有qvB＝m，故r＝ (2
rqB分)
两种同位素具有相同的核电荷数，但质量数不同，故
r226226113
＝＝。(2分) r228228114
235
15．(12分)钚的放射性同位素239并放出能量为0.097 MeV 94Pu静止时衰变为铀核 92U和α粒子，235
的γ光子。已知2391 u、mU＝235.043 9 u、mα＝4.002 94Pu、 92U、α粒子的质量分别为mPu＝239.052
6 u，1 u相当于931.5 MeV/c2。
(1)写出衰变方程；
(2)若衰变放出光子的动量可忽略，求α粒子的动能。 【解析】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得，衰变方程为：
239
94
4
Pu→235 92U＋2He＋γ。(2分)
(2)设衰变放出的能量为ΔE，这些能量是铀核的动能EU，α粒子的动能Eα和γ光子的能量
Eγ之和，即为：
ΔE＝EU＋Eα＋Eγ (2分)
即：EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ (1分)
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 (2分)
112又由动能的定义知：EU＝mUv2U，Eα＝mαvα (2分)
22解得：＝
EUmα
EαmU
mUmU＋mα[(mPu－mU－mα)c2－Eγ] (1分)
联立解得：Eα＝
代入数据解得：Eα≈5.03 MeV。 (2分)
7
16．(12分)用质子流轰击固态的重水D2O，当质子和重水中的氘核发生碰撞时，系统损失的动能如果达到核反应所需要的能量，将发生生成32He核的核反应。
(1)写出质子流轰击固态的重水D2O的核反应方程；
(2)当质子具有最小动能E1＝1.4 MeV时，用质子流轰击固态的重水D2O(认为氘核是静止的)刚好可发生核反应；若用氘核轰击普通水的固态冰(认为质子是静止的)时，也能发生同样的核反应，求氘核的最小动能E2。(已知氘核质量等于质子质量的2倍)
23
【解析】(1)核反应方程为11H＋1D→2He (2分)
(2)设质子、氘核的质量分别为m、M，当质子和氘核发生完全非弹性碰撞时，系统损失的动能最大。由动量守恒定律得mv0＝(m＋M)v (1分)
121
质子轰击氘核损失的动能：ΔE1＝mv0－(m＋M)v2 (1分)
2212
E1＝mv0 (1分)
2解得：ΔE1＝
MM＋mE1 (2分)
mM＋mE2 (1分)
同理可得，氘核轰击质子系统损失的动能：ΔE2＝
由于用质子轰击氘核和用氘核轰击质子核反应方程相同，故发生核反应所需的最小能量相同，由题意有
m1
ΔE1＝ΔE2，＝ (2分)
M2联立解得：E2＝2.8 MeV。 (2分)
17．(14分)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13.6 eV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)能否使静止氢原子发生能级跃迁？(氢原子能级图如图所示) (2)若上述碰撞中可以使静止氢原子发生电离，则运动氢原子的初动能至少为多少？
【解析】(1)设运动氢原子的速度为v0，发生完全非弹性碰撞后两者的速度为v，损失的动能ΔE被静止氢原子吸收。若ΔE＝10.2 eV，则静止氢原子可由n＝1能级跃迁到n＝2能级。 (2分)
由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0＝2mv (2分) 121212
mv0＝mv＋mv＋ΔE (2分) 22212
mv0＝Ek＝13.6 eV (2分) 2
112
联立解得ΔE＝×mv0＝6.8 eV
22
因为ΔE＝6.8 eV<10.2 eV，所以不能使静止氢原子发生跃迁。(2分) (2)若要使静止氢原子电离，则ΔE≥13.6 eV (2分) 联立解得Ek≥27.2 eV。 (2分)
高考物理专题训练：原子物理
（提高卷）
一、 (本题共13小题，每小题4分，共52分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～13题有多项符合题目要求。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)
1．如图所示是原子物理史上几个著名的实验，关于这些实验，下列说法错误的是( )
A．图1：卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 B．图2：放射线在垂直纸面向外的磁场中偏转，可知射线甲带负电
C．图3：电压相同时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关
1144891
D．图4：链式反应属于核裂变，铀核的一种裂变方式为235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n
【答案】C
【解析】图1为α粒子散射实验示意图，卢瑟福根据此实验提出了原子的核式结构模型，故A正确；图2为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹，根据左手定则可知，射线甲带负电，
9
为β射线，故B正确；根据光电效应方程知：eU＝Ekm＝hν－W0，遏止电压与入射光的频率，及金属的材料有关，与入射光的强弱无关，故C错误；图4为核反应堆示意图即为核裂变，铀核的
1144891
一种裂变方式为235 92U＋0n→ 56Ba＋36Kr＋30n，故D正确。
2．氢原子能级示意图如图所示，光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光。要使处于基态（n＝1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为( )
A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV 【答案】A
【解析】由题意可知，基态（n＝1）氢原子被激发后，至少被激发到n＝3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63 eV～3.10 eV的可见光。故ΔE＝－1.51 eV－(－13.60)eV＝12.09 eV。
3．下列说法正确的是( )
A．光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱无关 B．卢瑟福发现了电子，在原子结构研究方面做出了卓越的贡献
C．大量处于n＝3能级的氢原子在自发跃迁时，会发出3种不同频率的光 D．由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，其核外电子的动能越大 【答案】C
【解析】光电效应实验中，光电流的大小与入射光的强弱有关，饱和光电流的大小只与入射光的强度成正比，故A错误；汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福提出原子的核式结构模型，故B错误；大量处于n＝3能级的氢原子在自发跃迁时，会发出C23＝3种不同频率的光，故C正确；由玻尔的原子模型可以推知，氢原子所处的能级越高，量子数越大，离原子核越远，
qQv2
据k2＝m可知核外电子速度越小，核外电子的动能越小，故D错误。
rr4．如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图象（直线与横轴的交点的横坐标为4.29，与纵轴的交点的纵坐标为0.5），如图乙所示是氢原子的能级图，下列说法不正确的是( )
A．该金属的极限频率为4.29×1014 Hz B．根据该图象能求出普朗克常量 C．该金属的逸出功为0.5 eV
D．用n=3能级的氢原子跃迁到n=2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生光电效应
2020届高考物理专题训练：原子物理(两套 附详细答案解析)
