2020高考物理 章末質(zhì)量檢測(十二)第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核(含解析)魯科版
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1、第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核 (時(shí)間:50分鐘) 一、選擇題(本題共13小題。1~9題為單項(xiàng)選擇題,10~13題為多項(xiàng)選擇題) 1.下列說法正確的是( ) A.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道,所以實(shí)物不具有波粒二象性 B.康普頓效應(yīng)說明光子既有能量又有動(dòng)量 C.光是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子,單個(gè)光子不具有波粒二象性 D.宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小,極易觀察到它的波動(dòng) 解析 由德布羅意理論知,宏觀物體的德布羅意波的波長太小,實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性,但仍具有波粒二象性,選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;康普頓效應(yīng)說明光子除了具有能量之外還有動(dòng)量,選項(xiàng)B正確;波粒二象性是光子的特性,單個(gè)光子也具有波粒
2、二象性,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案 B 2.(2017·天津理綜,1)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證,這是我國對(duì)國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是( ) 圖1 A.H+H→He+n B.N+He→O+H C.He+Al→P+n D.U+n→Ba+Kr+3n 解析 H+H→He+n是一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核,同時(shí)放出一個(gè)中子,屬于聚變反應(yīng),故A正確;N+He→O+H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程,是人類第一次實(shí)現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變,屬于人工核反應(yīng),故B錯(cuò)誤;He+Al→P+n是約里奧居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時(shí)發(fā)現(xiàn)了放射
3、性磷(磷30),同時(shí)發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程,屬于人工核反應(yīng),故C錯(cuò)誤;92U+n→56Ba+Kr+3n是一種典型的鈾核裂變,屬于裂變反應(yīng),故D錯(cuò)誤。 答案 A 3.14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N,半衰期約為5 700年。已知植物存活期間,其體內(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動(dòng)結(jié)束后,14C的比例持續(xù)減少?,F(xiàn)通過測量得知,某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是( ) A.該古木的年代距今約為5 700年 B.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C.14C衰變?yōu)?4N的過程中放出α射線 D.增加樣品測量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變 解析 因古木
4、樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一,則可知經(jīng)過的時(shí)間為一個(gè)半衰期,即該古木的年代距今約為5 700年,選項(xiàng)A正確;12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù),中子數(shù)不同,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;根據(jù)核反應(yīng)方程可知,14C衰變?yōu)?4N的過程中放出電子,即發(fā)出β射線,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 A 4.如圖2所示為氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖,一群氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),在向較低能級(jí)躍遷的過程中向外輻射出光子,用這些光子照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉。下列說法中正確的是 ( ) 圖2 A.這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光,其中從n=3能級(jí)
5、躍遷到n=2能級(jí)所發(fā)出的光波長最短 B.這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小,電勢(shì)能增大 C.能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種 D.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能是9.60 eV 解析 這群氫原子向低能級(jí)躍遷有三種可能,從n=3到n=2放出光子波長最長,A錯(cuò)誤;因向低能級(jí)躍遷電場力做正功,電勢(shì)能減小,動(dòng)能增大,B錯(cuò)誤;能使鈉發(fā)生光電效應(yīng)只有兩種,能量為12.09 eV和10.20 eV,C錯(cuò)誤;最大初動(dòng)能Ek=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV,D正確。 答案 D 5.根據(jù)所給圖片結(jié)合課本相關(guān)知識(shí),下列說法正確的是( ) 圖3 A.圖甲是電
6、子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,證明電子具有粒子性 B.圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈,原因是各種氣體原子的能級(jí)不同,躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量不同,光子的頻率不同 C.圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測金屬板厚度的裝置,在α、β、γ三種射線中,最有可能使用的射線是β射線 D.圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象,由圖可知中等大小的核的比結(jié)合能最大,即(核反應(yīng)中)平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最小 解析 題圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,證明電子具有波動(dòng)性,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;題圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈,原因是各種氣體原子的能級(jí)不同,躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量不同,光子的頻率不同,選項(xiàng)B正確
7、;題圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測金屬板厚度的裝置,在α、β、γ三種射線中,由于γ射線穿透能力最強(qiáng),最有可能使用的射線是γ射線,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;題圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象,可知中等大小的核的比結(jié)合能最大,即在核子結(jié)合成原子核時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量最大,平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 B 6.關(guān)于核反應(yīng)方程Th→Pa+X+ΔE(ΔE為釋放的核能,X為新生成的粒子),已知Th的半衰期為1.2 min,則下列說法正確的是( ) A.此反應(yīng)為β衰變 B.Pa核和Th核具有相同的質(zhì)量 C.Pa不具有放射性 D.64 g的Th經(jīng)過6 min還有1 g Th尚未衰
8、變 解析 根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷出X為e,所以此反應(yīng)為β衰變,A正確;Pa核與Th核質(zhì)量并不同,B錯(cuò)誤;根據(jù)化學(xué)元素周期表及化學(xué)知識(shí)知,Pa為放射性元素,C錯(cuò)誤;利用半衰期公式m余=()m原,解得m余=2 g,則D錯(cuò)誤。 答案 A 7.如圖4是光電管的原理圖。已知當(dāng)有波長為λ0的光照到陰極K上時(shí),電路中有光電流,則( ) 圖4 A.若增加電路中電源電壓,電路中光電流一定增大 B.若將電源極性反接,電路中一定沒有光電流產(chǎn)生 C.若換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí),電路中一定沒有光電流 D.若換用波長為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí),電路中一定
9、有光電流 解析 若光電流已經(jīng)達(dá)到飽和,增加電路中電源電壓,電路中光電流也不再增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;將電源極性反接,若加在光電管上的電壓小于遏止電壓,電路中仍然有光電流產(chǎn)生,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;換用波長為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí),即便光子的能量小,但若波長小于極限波長,仍然有光電流產(chǎn)生,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。 答案 D 8.某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng),其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖5所示。則由圖象可知( ) 圖5 A.入射光頻率越大,該金屬的逸出功越大 B.入射光的頻率越大,則遏止電壓越大 C.由圖可求出普朗克常量h= D.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比
10、 解析 金屬的逸出功只與金屬本身有關(guān),與入射光的頻率無關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W,由動(dòng)能定理,eUc=Ek,聯(lián)立解得Uc=ν-,由此可知,入射光的頻率越大,則遏止電壓越大,選項(xiàng)B正確;將遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式Uc=ν-,對(duì)照題給的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象,可知圖象斜率為=,得出普朗克常量h=e,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W,可知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性增大關(guān)系,但不是成正比關(guān)系,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案 B 9.如圖6所示為氫原子能級(jí)圖,氫原子中的電子從n=4能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)可產(chǎn)生a光;從n=3能級(jí)躍遷到
11、n=1能級(jí)可產(chǎn)生b光,a光和b光的波長分別為λa和λb,a、b兩光照射逸出功為4.5 eV的金屬鎢表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng),遏止電壓分別為Ua和Ub,則( )
圖6
A.λa>λb
B.Ua 12、項(xiàng)A、C錯(cuò)誤;由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W和Ek=eUc可知,頻率越大,對(duì)應(yīng)遏止電壓Uc越大,即Ua>Ub,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;Ekb=hνb-W=7.59 eV,選項(xiàng)D正確。
答案 D
10.圖示7為氫原子能級(jí)圖以及從n=3、4、5、6能級(jí)躍遷到n=2 能級(jí)時(shí)輻射的四條光譜線,已知從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)輻射光的波長為656 nm,下列敘述正確的有( )
圖7
A.四條譜線中頻率最大的是Hδ
B.用633 nm的光照射能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)
C.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),最多產(chǎn)生3種譜線
D.如果Hδ可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),只要照射時(shí)間足夠 13、長,光的強(qiáng)度足夠大,Hβ也可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)
解析 頻率最大的光子對(duì)應(yīng)的能量最大,即躍遷時(shí)能量差最大,故從n=6躍遷到n=2的頻率最大,選項(xiàng)A正確;原子躍遷過程中,吸收光子的能量應(yīng)剛好等于兩能級(jí)的能量差,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;從n=3能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),可以是從3―→2、2―→1或者是3―→1,即可發(fā)生三種頻率不同的光子,選項(xiàng)C正確;光電效應(yīng)與光照的時(shí)間無關(guān),Hδ光子的能量最大,故其他光子不一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
答案 AC
11.一靜止的原子核U發(fā)生了某種衰變,衰變方程為U→Th+X,其中X是未知粒子,下列說法正確的是( )
A.U發(fā)生的是α衰變
B.U發(fā)生的是β衰 14、變
C.衰變后新核Th和粒子X的動(dòng)能相等
D.衰變后新核Th和粒子X的動(dòng)量大小相等
解析 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,未知粒子X的質(zhì)量數(shù)為4,電荷數(shù)為2,即未知粒子X是He,因此發(fā)生的是α衰變,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;衰變前后動(dòng)量守恒,即:0=pTh-pX,即pTh=pX,選項(xiàng)D正確;根據(jù)動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系p=,由于Th和X的質(zhì)量數(shù)不同,因此衰變后新核Th和粒子X的動(dòng)能不同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。
答案 AD
12.如圖8所示為用某金屬研究光電效應(yīng)規(guī)律得到的光電流隨電壓變化關(guān)系的圖象,用單色光1和單色光2分別照射該金屬時(shí),逸出的光電子的最大初動(dòng)能分別為Ek1和Ek2,普朗克常量為h,則下列說法 15、正確的是( )
圖8
A.Ek1<Ek2
B.單色光1的頻率比單色光2的頻率高
C.增大單色光1的強(qiáng)度,其遏止電壓會(huì)增大
D.單色光1和單色光2的頻率之差為
解析 由于Ek1=e|Uc1|,Ek2=e|Uc2|,所以Ek1 16、為1∶16,下列判斷正確的是( )
圖9
A.該原子核發(fā)生了α衰變 B.反沖原子核在小圓上逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)
C.原來靜止的核,其原子序數(shù)為15 D.放射性的粒子與反沖核運(yùn)動(dòng)周期相同
解析 衰變后產(chǎn)生的新核——即反沖核及放射的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng),軌道半徑r=,因反沖核與放射的粒子動(dòng)量守恒,而反沖核電荷量較大,所以其半徑較小,并且反沖核帶正電荷,由左手定則可以判定反沖核在小圓上做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),在大圓上運(yùn)動(dòng)的放射粒子在衰變處由動(dòng)量守恒可知其向上運(yùn)動(dòng),且順時(shí)針旋轉(zhuǎn),由左手定則可以判定一定帶負(fù)電荷。因此,這個(gè)衰變?yōu)棣滤プ?,放出的粒子為電子,衰變方程為A→B+e,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B 17、正確;由兩圓的半徑之比為1∶16 可知,B核的核電荷數(shù)為16。原來的放射性原子核的核電荷數(shù)為15,其原子序數(shù)為15。即A為P(磷)核,B為S(硫)核,選項(xiàng)C正確;由周期公式T=可知,因電子與反沖核的比荷不同,它們?cè)趧驈?qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期不相同,反沖核的周期較大,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
答案 BC
二、非選擇題
14.(2017·北京理綜,23)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。
(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符號(hào)用Y表示,寫出該α衰變的核反應(yīng)方程;
(2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大??;
(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。
解析 (1)X→Y+He
(2)洛倫茲力提供向心力,
有qvB=m
所以v=,T==
等效電流I==。
(3)α衰變過程動(dòng)量守恒Mv1=mv2
得v1=,v2=
由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2=Mv+mv
得Δm=。
答案 (1)X→Y+He (2) (3)
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