2022年新教材高考物理一轮复习 章末目标检测卷15 原子结构和波粒二象性 原子核（含解析）新人教版.docx

1、章末目标检测卷十五原子结构和波粒二象性原子核(时间:90分钟满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.下列说法正确的是()A.普朗克提出了微观世界量子化的观念,并获得诺贝尔奖B.爱因斯坦最早发现光电效应现象,并提出了光电效应方程C.德布罗意提出并通过实验证实了实物粒子具有波动性D.卢瑟福等人通过粒子散射实验,提出了原子具有核式结构2.下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的是()3.居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装饰材料含有放射性元素。这些放射性元素会发生衰变,放射出、射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病。关于

2、放射性元素及三种射线,下列说法正确的是()A.射线是高速电子流B.发生衰变时,生成的原子核与原来的原子核相比,中子数减少了2C.衰变中释放的电子是核外电子D.三种射线中射线的穿透能力最强,电离能力最弱4.(2020山东卷)氚核13H发生衰变成为氦核23He。假设含氚材料中13H发生衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2104 s时间内形成的平均电流为5.010-8 A。已知电子电荷量为1.610-19 C,在这段时间内发生衰变的氚核13H的个数为()A.5.01014B.1.01016C.2.01016D.1.010185.(2020山西孝义一模)从1907年起,美国物理学家密立根就开始测量

3、光电效应中几个重要的物理量。他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率,作出如图乙所示的Uc-图像,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。已知电子的电荷量为e,则下列普朗克常量h的表达式正确的是()A.h=e(Uc2-Uc1)2-1B.h=Uc2-Uc1e(2-1)C.h=2-1e(Uc2-Uc1)D.h=e(2-1)Uc2-Uc16.一个静止的铀核,放在匀强磁场中,它发生一次衰变后变为钍核,粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动。某同学作出如图所示的运动径迹示意图,以下判断正确的是()A.1是粒子的径迹,2是钍核的

4、径迹B.1是钍核的径迹,2是粒子的径迹C.3是粒子的径迹,4是钍核的径迹D.3是钍核的径迹,4是粒子的径迹7.如图所示,图甲为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光,谱线b可能是氢原子在下列哪种跃迁情形时的辐射光()甲乙A.从n=3的能级跃迁到n=2的能级B.从n=5的能级跃迁到n=2的能级C.从n=4的能级跃迁到n=3的能级D.从n=5的能级跃迁到n=3的能级二、多项选择题(本题共3小题,每小题5分,共15分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得5分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)8.(2020首都师范大学附属中学期末)关于

5、光谱,下列说法正确的是()A.炽热的固体发射线状光谱B.太阳光谱中的暗线说明太阳外层大气中含有与这些暗线相应的元素C.连续光谱和吸收光谱都可用于对物质成分进行分析D.氢原子光谱是由于氢原子发生能级跃迁形成的9.下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是()甲乙丙丁A.图甲:用红光照射到金属锌板表面时不能发生光电效应,当增大红光的照射强度时能发生光电效应B.图乙:卢瑟福通过分析粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型C.图丙:氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,会释放出一定频率的光子D.图丁:原有10个氡222,经过一个半衰期的时间,一定还剩余5个10.处于第2激发态的大量氢原子向低能级跃迁

6、辐射多种频率的光子。已知普朗克常量为h,氢原子能级公式为En=E1n2,不同轨道半径为rn=n2r1,E1为基态能量,r1为第1轨道半径,n=1,2,3,则下列说法错误的是()A.共产生3种频率的光子B.电子由第2激发态跃迁到基态时,电势能减小,动能增加,总能量减小C.处于第2激发态的电子和处于基态的电子做圆周运动的线速度大小之比为18D.发出光子最长波长为m=-4hc3E1三、非选择题(本题共5小题,共57分)11.(7分)图甲为光电管的原理图,当频率为的可见光照射到阴极K上时,电流表中有电流通过。(1)当滑动变阻器的滑片P向(选填“左”或“右”)滑动时,通过电流表的电流将会减小。(2)由图

7、乙中的I-U图像可知光电子的最大初动能为。(3)如果不改变入射光的频率,而减小入射光的强度,则光电子的最大初动能(选填“增加”“减小”或“不变”)。12.(10分)低氘水对人体健康有诸多好处,有益于生命体的生存和繁衍。原子能核电站或制造原子弹的所谓重水反应堆,用的重水就是氘水,其中两个氘核可以聚变,其核反应方程为12H+12HHe+01n。已知氘核的质量mH=2.013 u,氦核(23He)的质量mHe=3.015 0 u,中子的质量mn=1.008 7 u,1 u相当于931.5 MeV能量。(1)求该核反应中释放的核能。(2)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV发生正碰,核反应中释放的核

8、能完全转化为氦核与中子的动能,则产生的中子和氦核的动能分别为多少?13.(12分)(2020浙江湖州中学、嘉兴一中联考)氦原子被电离一个核外电子,形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为E1=-54.4 eV,氦离子能级的示意图如图所示。普朗克常量h=6.610-34 Js。(1)要使氦离子能从第二能级向第四能级跃迁,需要用频率多大的电磁波照射?(2)已知钠的逸出功为 2.3 eV,今用一群处于第三能级的氦离子发射的光照射钠,则光电子的最大初动能的最大值是多少?(3)若某次射出的动能为 1.2 eV的光电子正对一个原来静止的电子运动,电子所受重力忽略不计,求此运动过程中两电子电势能增加的最

9、大值。14.(12分)卢瑟福用粒子轰击氮核时发现质子,发现质子的核反应方程为714N+24He817O+11H。已知氮核质量为mN=14.007 53 u,氧核质量为mO=17.004 54 u,氦核质量为mHe=4.003 87 u,质子(氢核)质量为mp=1.008 15 u,1 u相当于931 MeV的能量,结果保留2位有效数字。(1)这一核反应是吸收能量还是放出能量?相应的能量变化为多少?(2)若入射氦核以v=3107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应生成的氧核和质子同方向运动,且速度大小之比为150,求氧核的速度大小。15.(16分)(2020山东青岛统考)在磁感应强

10、度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次衰变,放射出粒子在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨迹半径为R。以m、q分别表示粒子的质量和电荷量。已知真空中的光速为c,不考虑相对论效应。(1)放射性原子核用ZAX表示,新核元素符号用Y表示,写出该衰变的核反应方程。(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求环形电流的大小。(3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能,新核的质量为m,求衰变过程的质量亏损m。章末目标检测卷十五原子结构和波粒二象性原子核1.D解析:普朗克最先提出能量子的概念,爱因斯坦提出了微观世界量子化的观念,A错误。最早发现光电效应现象的是赫兹,B错误。德布罗意

11、只是提出了实物粒子具有波动性的假设,并没有通过实验验证,C错误。卢瑟福等人通过粒子散射实验,提出了原子具有核式结构,D正确。2.A解析:X射线被石墨散射后部分波长变长,这是康普顿效应,说明光具有粒子性,A正确。阴极射线是实物粒子,衍射图样说明实物粒子具有波动性,B错误。粒子散射实验,说明原子具有核式结构,C错误。氢原子发射的光经三棱镜分光后,呈现线状光谱,与光的粒子性无关,D错误。3.B解析:射线是高速电子流,A错误。发生衰变时,生成的原子核电荷数少2,质量数少4,故中子数少2,所以生成的原子核与原来的原子核相比,中子数少2,B正确。衰变时所释放的电子是原子核中中子转变成质子放出的,C错误。三

12、种射线中,射线的穿透能力最强,电离能力最弱,D错误。4.B解析:氚核的衰变方程为13HHe+-10e,又由于q=It=5.010-83.2104C=1.610-3C,则发生衰变的氚核个数n=qe=1.610-31.610-19=1.01016,选项A、C、D错误,选项B正确。5.A解析:根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0及动能定理eUc=Ek,得Uc=he-W0e,所以图像的斜率k=Uc2-Uc12-1=he,则h=e(Uc2-Uc1)2-1,A正确。6.B解析:由动量守恒可知,静止的铀核发生衰变后,生成的均带正电的粒子和钍核的动量大小相等,但方向相反,由左手定则可知它们的运动轨迹应为外切

13、圆,又R=mvBq=pBq,在p和B大小相等的情况下,R1q,因q钍q,则R钍m),C正确。半衰期是原子核衰变时间的统计规律,对少数的原子核无意义,D错误。10.CD解析:由题意知,结合跃迁的频率条件h=En-Em可得,大量处于第2激发态的氢原子向低能级跃迁,可以放出3种不同频率的光子,所以A正确,不符合题意。由氢原子的能级图可以看到,能级越低,能量越小。当电子由第2激发态跃迁到基态时,轨道半径减小,由ke2r2=mv2r得电子的动能为Ek=12mv2=ke22r,所以轨道半径减小时,电子的动能增加,又由于总能量减小,因此电势能减小,所以B正确,不符合题意。由ke2r2=mv2r得电子的速度为

14、v=ekmr,由轨道半径公式rn=n2r1可得,处于第2激发态的电子和处于基态的电子做圆周运动的线速度大小之比为v3v1=1321=13,所以C错误,符合题意。产生的光子的波长最长,对应的光子的频率最小,为=E3-E2h,则最长波长为=c=-36hc5E1,所以D错误,符合题意。11.解析:(1)由题图可知光电管两端所加的电压为反向电压,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,反向电压增大,光电子到达左端的速度减小,则通过电流表的电流变小。(2)当通过电流表的电流刚减小到零时,电压表的读数为U,根据动能定理得eU=12mvm2则光电子的最大初动能为2eV。(3)根据光电效应方程知Ekm=h-W0,知入

15、射光的频率不变,则光电子的最大初动能不变。答案:(1)右(2)2 eV(3)不变12.解析:(1)核反应中的质量亏损为m=2mH-mHe-mn=0.0023u则释放的核能为E=0.0023931.5MeV=2.14MeV。(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒。由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应前后系统的总动量都为零,即mHevHe+mnvn=0反应前后系统的总能量守恒,即12mHevHe2+12mnvn2=E+EkH又因为mHemn=31,所以vHevn=13由以上各式代入已知数据得EkHe=0.71MeV,Ekn=2.13MeV。答案:(1)2.14 MeV

16、(2)2.13 MeV0.71 MeV13.解析:(1)由n=2能级到n=4能级,h=E4-E2=10.2eV则=E4-E2h=10.21.610-196.610-34Hz=2.471015Hz。(2)最大光子能量hm=E3-E1=48.4eV根据光电效应方程Ek=h-W0解得最大初动能Ekm=hm-W0=46.1eV。(3)速度相等时,两电子距离最近,电势能最大,根据动量守恒定律有mv=2mv根据能量守恒定律有12mv2=122mv2+Ep解得Ep=0.6eV。答案:(1)2.471015 Hz(2)46.1 eV(3)0.6 eV14.解析:(1)由m=mN+mHe-mO-mp得m=-0.

17、00129u。由于核反应后质量增加,所以这一核反应是吸收能量的反应,吸收能量E=0.00129931MeV=1.2MeV。(2)该过程满足动量守恒的条件,由动量守恒定律可得mHev=mOvO+mpvp又vOvp=150可解得vO=1.8106m/s。答案:(1)吸收能量1.2 MeV(2)1.8106 m/s15.解析:(1)该衰变的核反应方程为Y+-10e。(2)洛伦兹力提供向心力qvB=mv2R,得v=qBRmT=2Rv=2mqB环形电流I=qT=q2B2m。(3)衰变过程动量守恒,有0=pY+p所以pY=-p,“-”表示方向相反因为p=mv,Ek=12mv2所以Ek=p22m即EkYEk=mm由能量守恒mc2=EkY+Ekm=Ekc2m+mm其中Ek=12mv2=q2B2R22m所以m=q2B2R2(m+m)2mmc2。答案:(1)ZAXY+-10e(2)q2B2m(3)q2B2R2(m+m)2mmc2