人教版新高考物理一轮总复习训练题原子结构和波粒二象性　原子核

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α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α、β、γ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。关于放射性元素及三种射线,下列说法正确的是(　　)

A.γ射线是高速电子流

B.发生α衰变时,生成的原子核与原来的原子核相比,中子数减少了2

C.β衰变中释放的电子是核外电子

D.三种射线中α射线的穿透能力最强,电离能力最弱

4.(2020·山东卷)氚核H发生β衰变成为氦核He。假设含氚材料中H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动,在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10-8 A。已知电子电荷量为1.6×10-19 C,在这段时间内发生β衰变的氚核H的个数为(　　)

A.5.0×1014 B.1.0×1016

C.2.0×1016 D.1.0×1018

5.(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ν,作出如图乙所示的Uc-ν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= B.h=

C.h= D.h=

6.一个静止的铀核,放在匀强磁场中,它发生一次α衰变后变为钍核,α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α粒子的径迹,2是钍核的径迹

B.1是钍核的径迹,2是α粒子的径迹

C.3是α粒子的径迹,4是钍核的径迹

D.3是钍核的径迹,4是α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α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=,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1∶8

D.发出光子最长波长为λm=-

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ν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HHen。已知氘核的质量mH=2.013 u,氦核He)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=6.6×10-34 J·s。

(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大值。

14.(12分)卢瑟福用α粒子轰击氮核时发现质子,发现质子的核反应方程为HeH。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=3×107 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1∶50,求氧核的速度大小。

15.(16分)(2020·山东青岛统考)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次β衰变,放射出β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β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X表示,新核元素符号用Y表示,写出该β衰变的核反应方程。

(2)β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β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Δm。

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α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。α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:β射线是高速电子流,A错误。发生α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。β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。三种射线中,γ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HHe+

e,又由于q=It=5.0×10-8×3.2×104 C=1.6×10-3 C,则发生衰变的氚核个数n==1.0×1016,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=hν-W0及动能定理eUc=Ek,得Uc=ν-,所以图像的斜率k=,则h=,A正确。

6.B　解析:由动量守恒可知,静止的铀核发生α衰变后,生成的均带正电的α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圆,又R=,在p和B大小相等的情况下,R∝,因q钍>qα,则R钍<Rα,B正确。

7.B　解析:由题图乙可知,谱线a的波长大于谱线b的波长,所以a光的光子频率小于b光的光子频率,则b光的光子能量大于n=4和n=2间的能级差,分析可知A、C、D错误,B正确。

8.BCD　解析:炽热的固体发射连续光谱,A错误。太阳光谱是吸收光谱,所以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,B正确。连续光谱和吸收光谱都能体现元素的特征,所以都可用于对物质成分进行分析,C正确。氢原子外层电子在不同能级之间跃迁过程中,会吸收或辐射不同能量的光子,所以氢原子光谱是由于氢原子发生能级跃迁形成的,D正确。

9.BC　解析:根据光电效应方程Ekm=hν-W0可知,红光频率较低,照射到金属锌板表面时不能发生光电效应,增大光照强度,频率不变,仍然不能发生光电效应,A错误。卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果,提出了原子的核式结构模型,B正确。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,即hν=En-Em(n>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hν=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k=m得电子的动能为Ek=mv2=,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k=m得电子的速度为v=e,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v3∶v1=∶1=1∶3,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ν=,则最长波长为λ==-,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=

则光电子的最大初动能为2 eV。

(3)根据光电效应方程知Ekm=hν-W0,知入射光的频率不变,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

Δm=2mH-mHe-mn=0.002 3 u

则释放的核能为

ΔE=0.002 3×931.5 MeV=2.14 MeV。

(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

mHemn=ΔE+EkH

又因为mHe∶mn=3∶1,所以vHe∶vn=1∶3

由以上各式代入已知数据得

EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV。

答案:(1)2.14 MeV　(2)2.13 MeV    0.71 MeV

13.解析:(1)由n=2能级到n=4能级,hν=E4-E2=10.2 eV

则ν== Hz=2.47×1015Hz。

(2)最大光子能量hνm=E3-E1=48.4 eV

根据光电效应方程Ek=hν-W0

解得最大初动能Ekm=hνm-W0=46.1 eV。

(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mv2=×2mv'2+Ep

解得Ep=0.6 eV。

答案:(1)2.47×1015 Hz　(2)46.1 eV　(3)0.6 eV

14.解析:(1)由Δm=mN+mHe-mO-mp得Δm=-0.001 29 u。

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ΔE=0.001 29×931 MeV=1.2 MeV。

(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vO∶vp=1∶50

可解得vO=1.8×106 m/s。

答案:(1)吸收能量　1.2 MeV　(2)1.8×106 m/s

15.解析:(1)该β衰变的核反应方程为Ye。

(2)洛伦兹力提供向心力qvB=m,得v=

T=

环形电流I=。

(3)衰变过程动量守恒,有0=pY+pβ

所以pY=-pβ,“-”表示方向相反

因为p=mv,Ek=mv2

所以Ek=

即EkY∶Ekβ=m∶m'

由能量守恒Δmc2=EkY+Ekβ

Δm=

其中Ekβ=mv2=

所以Δm=。

答案:(1XYe　(2)　(3)