章末质量检测(十二)

(时间：40分钟)

一、选择题(本题共13小题。1～9题为单项选择题，10～13题为多项选择题)

1．(2019·名师原创预测)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是将标记有短寿命放射性元素的物质(一般是生物生命代谢中必要的物质)注入人体后，短寿命的放射性元素衰变产生的正电子与体内的电子发生湮灭辐射，产生两个方向相反的γ光子，被探测器采集后，经计算机处理产生图像。已知电子质量me＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，真空中的光速c＝3.0×108 m/s，则产生的γ光子的频率约为(　　)

A．1.2×1020 Hz   B．1.2×1018 Hz

C．4.1×1011 Hz   D．4.1×108 Hz

解析　正、负电子发生湮灭的核反应方程为e＋e→2γ，发生湮灭后产生的每个光子的能量为E＝×Δmc2，其中Δm为两个电子的总质量，又因为E＝hν，联立并代入数据可解得ν＝1.24×1020 Hz，故A正确。

答案　A

2．(2017·天津理综，1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是(　　)

图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是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；7N＋He→8O＋H是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；He＋Al→P＋n是约里奥居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，同时发现中子的核反应方程，属于人工核反应，故C错误；92U＋n→56Ba＋Kr＋3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误。

答案　A

3．(2019·名师原创预测)2018年8月23日，国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目通过国家验收，投入正式运行，并将对国内外各领域的用户开放。有关中子的研究，下列说法正确的是(　　)

A．卢瑟福发现中子的核反应方程为Be＋He→C＋n

B．中子和其他微观粒子一样，都具有波粒二象性

C．核反应方程Po→X＋He中的y＝206，X中中子个数为128

D.U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程中，原子核中核子的平均质量变大

解析　卢瑟福通过分析α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型，查德威克通过α粒子轰击铍核获得碳核的实验发现了中子，A错误；所有粒子都具有波粒二象性，B正确；y＝210－4＝206，X中中子数为206－82＝124，C错误；裂变反应释放能量，根据质能方程可知，核反应过程中存在质量亏损，原子核中核子的平均质量变小，D错误。

答案　B

4．如图2所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49 eV的金属钠。下列说法中正确的是    (　　)

图2

A．这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n＝3能级跃迁到n＝2能级所发出的光波长最短

B．这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大

C．能发生光电效应的光有三种

D．金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是9.60 eV

解析　这群氢原子向低能级跃迁有三种可能，从n＝3到n＝2放出光子波长最长，A错误；因向低能级跃迁电场力做正功，电势能减小，动能增大，B错误；能使钠发生光电效应只有两种，能量为12.09 eV和10.20 eV，C错误；最大初动能Ek＝12.09 eV－2.49 eV＝9.60 eV，D正确。

答案　D

5．根据所给图片结合课本相关知识，下列说法正确的是(　　)

图3

A．图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有粒子性

B．图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同

C．图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在α、β、γ三种射线中，最有可能使用的射线是β射线

D．图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，由图可知中等大小的核的比结合能最大，即(核反应中)平均每个核子的质量亏损最小

解析　题图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有波动性，选项A错误；题图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同，选项B正确；题图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在α、β、γ三种射线中，由于γ射线穿透能力最强，最有可能使用的射线是γ射线，选项C错误；题图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，可知中等大小的核的比结合能最大，即在核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量最大，平均每个核子的质量亏损最大，选项D错误。

答案　B

6．关于核反应方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2 min，则下列说法正确的是(　　)

A．此反应为β衰变

B.Pa核和Th核具有相同的质量

C.Pa不具有放射性

D．64 g的Th经过6 min还有1 g Th尚未衰变

解析　根据核反应方程质量数和电荷数守恒可判断出X为e，所以此反应为β衰变，A正确；Pa核与Th核质量并不同，B错误；根据化学元素周期表及化学知识知，Pa为放射性元素，C错误；利用半衰期公式m余＝()m原，解得m余＝2 g，则D错误。

答案　A

7．如图4是光电管的原理图。已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则(　　)

图4

A．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大

B．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生

C．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流

D．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流

解析　若光电流已经达到饱和，增加电路中电源电压，电路中光电流也不再增大，选项A错误；将电源极性反接，若加在光电管上的电压小于遏止电压，电路中仍然有光电流产生，选项B错误；换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，即便光子的能量小，但若波长小于极限波长，仍然有光电流产生，选项C错误，D正确。

答案　D

8．某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图5所示。则由图象可知(　　)

图5

A．入射光频率越大，该金属的逸出功越大

B．入射光的频率越大，则遏止电压越大

C．由图可求出普朗克常量h＝

D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

解析　金属的逸出功只与金属本身有关，与入射光的频率无关，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，由动能定理，eUc＝Ek，联立解得Uc＝ν－，由此可知，入射光的频率越大，则遏止电压越大，选项B正确；将遏止电压Uc与入射光频率ν的关系式Uc＝ν－，对照题给的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象，可知图象斜率为＝，得出普朗克常量h＝e，选项C错误；由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性增大关系，但不是成正比关系，选项D错误。

答案　B

9.如图6所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级可产生a光；从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为λa和λb，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为Ua和Ub，则(　　)

图6

A．λa>λb

B．Ua<Ub

C．a光的光子能量为12.55 eV

D．b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能Ekb＝7.59 eV

解析　氢原子中的电子从n＝4能级跃迁到n＝1能级产生a光，a光的光子能量hνa＝Ea＝E4－E1＝12.75 eV，氢原子中的电子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生b光，b光的光子能量hνb＝Eb＝E3－E1＝12.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即λa<λb，选项A、C错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0和Ek＝eUc可知，频率越大，对应遏止电压Uc越大，即Ua>Ub，选项B错误；Ekb＝hνb－W0＝7.59 eV，选项D正确。

答案　D

10．如图7为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是(　　)

图7

A．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光

B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eV

C．用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态

D．用能量为14.0 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离

解析　从n＝3可跃迁到n＝1和n＝2，从n＝2可跃迁到n＝1，A正确；从氢原子高能级向基态跃迁时发射的光子能量至少为10.2 eV，大于锌的逸出功3.34 eV，最大初动能为(13.6－1.51－3.34)eV＝8.75 eV，B正确；光子能量为10.3 eV，不等于任意两能级差，不能使处于基态的氢原子跃迁到激发态，能量为14.0  eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离，C错误，D正确。

答案　ABD

11．一静止的原子核U发生了某种衰变，衰变方程为U→Th＋X，其中X是未知粒子，下列说法正确的是(　　)

A.U发生的是α衰变

B.U发生的是β衰变

C．衰变后新核Th和粒子X的动能相等

D．衰变后新核Th和粒子X的动量大小相等

解析　根据质量数守恒和电荷数守恒可知，未知粒子X的质量数为4，电荷数为2，即未知粒子X是He，因此发生的是α衰变，选项A正确，B错误；衰变前后动量守恒，即：0＝pTh－pX，即pTh＝pX，选项D正确；根据动量与动能的关系p＝，由于Th和X的质量数不同，因此衰变后新核Th和粒子X的动能不同，选项C错误。

答案　AD

12.如图8所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是(　　)

图8

A．Ek1＜Ek2

B．单色光1的频率比单色光2的频率高

C．增大单色光1的强度，其遏止电压会增大

D．单色光1和单色光2的频率之差为

解析　由于Ek1＝e|Uc1|，Ek2＝e|Uc2|，所以Ek1<Ek2，选项A正确；由Ek＝hν－W0可知，单色光1的频率比单色光2的频率低，选项B错误；只增大照射光的强度，光电子的最大初动能不变，因此遏止电压不变，选项C错误；Ek1＝hν1－W0，Ek2＝hν2－W0，得ν1－ν2＝，选项D正确。

答案　AD

13.一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图9所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断正确的是(　　)

图9

A．该原子核发生了α衰变

B．反冲原子核在小圆上逆时针运动

C．原来静止的核，其原子序数为15

D．放射性的粒子与反冲核运动周期相同

解析　衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动，轨道半径r＝，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷。因此，这个衰变为β衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为A→B＋e，选项A错误，选项B正确；由两圆的半径之比为1∶16 可知，B核的核电荷数为16。原来的放射性原子核的核电荷数为15，其原子序数为15。即A为P(磷)核，B为S(硫)核，选项C正确；由周期公式T＝可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同，反冲核的周期较大，选项D错误。

答案　BC

二、非选择题

14．(2017·北京理综，23)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α衰变。放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。

(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该α衰变的核反应方程；

(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；

(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α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。

解析　(1)X→Y＋He

(2)洛伦兹力提供向心力，

有qvB＝m

所以v＝，T＝＝

等效电流I＝＝。

(3)α衰变过程动量守恒Mv1＝mv2

得v1＝，v2＝

由质能方程ΔE＝Δmc2＝Mv＋mv

得Δm＝。

答案　(1)X→Y＋He　(2)　

(3)