2023届高考物理二轮复习专题5近代物理初步作业含答案

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第一部分　专题五 近代物理初步基础题——知识基础打牢1．(2022·湖南，1)关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是(　C　)A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C．光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性【解析】　卢瑟福的核式结构模型解释了α粒子散射实验，故A错误；玻尔的原子理论解释了氢原子光谱，故B错误；光电效应揭示了光的粒子性，故C正确；电子的衍射揭示了电子的波动性，故D错误．2．(2022·山东，1)碘125衰变时产生γ射线，医学上利用此特性可治疗某些疾病．碘125的半衰期为60天，若将一定质量的碘125植入患者病灶组织，经过180天剩余碘125的质量为刚植入时的(　B　)A．　 B．C．　 D．【解析】　本题考查半衰期的理解和计算．m＝m0＝m0×＝m0，选项B正确．3．(2022·山西大附中模拟)一块铀矿石中含U的质量为m，铀衰变后生成铅Pb，U的半衰期为T．则下列说法正确的是(　C　)A．一个U原子核中含有92个中子B．加热该铀矿石能使铀核衰变速度变快C．经过2T时间后该矿石含U的质量还剩D．400个U原子核经半衰期T后还剩余200个【解析】　一个U原子核中含有92个质子，中子个数为238－92＝146个，故A错误；半衰期是由放射性元素本身决定的，与环境的温度无关，故B错误；总质量为m，衰变后U的剩余质量为m1，衰变时间、半衰期之间关系为m1＝mn，n为半衰期次数，经过2T剩余U质量为m1＝m2＝m，故C正确；半衰期具有统计意义，对少数的原子核不一定成立，故D错误．4．(2022·山东烟台预测)在核反应堆中，U吸收一个中子后生成Pu，Pu衰变方程为Pu→U＋X．以下说法正确的是(　C　)A．衰变方程中的X是β粒子B．降低温度可以减缓Pu的衰变C．Pu衰变过程中产生的质量亏损Δm＝mPu－(mU＋mX)D．U＋n→Pu＋2Y是α衰变【解析】　根据核反应过程中质量数守恒和核电荷数守恒可知X是α粒子，A错误；Pu的衰变周期不会受温度影响，B错误；由题意Pu衰变过程中产生的质量亏损为Δm＝mPu－(mU＋mX)，C正确；根据核反应过程中质量数守恒和核电荷数守恒可知Y是β粒子，结合α衰变特点可知，该反应方程不属于α衰变，D错误．5．(多选)(2020·全国Ⅲ卷)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为：He＋Al→X＋n．X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e，则(　AC　)A．X的质量数与Y的质量数相等B．X的电荷数比Y的电荷数少1C．X的电荷数比Al的电荷数多2D．X的质量数与Al的质量数相等【解析】　设X和Y的电荷数分别为n1和n2，质量数分别为m1和m2，则反应方程为He＋Al→m1n1X＋n，m1n1X→m2n2Y＋e根据反应方程电荷数守恒和质量数守恒，解得2＋13＝n1，n1＝n2＋14＋27＝m1＋1，m1＝m2＋0解得n1＝15，n2＝14，m1＝30，m2＝30X的质量数(m1＝30)与Y的质量数(m2＝30)相等，比Al的质量数多3，故A正确，D错误；X的电荷数(n1＝15)比Y的电荷数(n2＝14)多1，比Al的电荷数多2，故B错误，C正确．故选AC．6．(多选)(2022·湖北襄阳预测)原子核的比结合能与质量数的关系图象如图所示，下列说法正确的是(　ABD　)A．原子核的结合能等于把其完全分解成自由核子所需的最小能量B．比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定C．Li核比He核的比结合能小，所以Li核比He核更稳定D．U裂变成中等质量的核，会发生质量亏损，释放能量【解析】　根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫作原子核结合能，所以原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，A正确；比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定，B正确；Li核比He核的比结合能小，所以Li核比He核更不稳定，C错误；U裂变成中等质量的核，会发生质量亏损，释放能量，D正确．7．(2022·河北石家庄二中预测)一个中子n被U捕获后生成Xe和Sr的过程中释放出ΔE的核能．已知真空中的光速为c，则下列有关叙述正确的是(　A　)A．该反应属于原子核的裂变B．U没有放射性C．该反应过程中的质量亏损为D．U的比结合能为【解析】　由质量数守恒、电荷数守恒可得，核反应方程为n＋U→Xe＋Sr＋10n，该反应属于原子核的裂变，故A正确；原子序数大于83的所有天然存在的元素都具有放射性，U有放射性，故B错误；已知真空中光速为c，根据ΔE＝Δmc2，可得反应过程中的质量亏损为Δm＝，故C错误；U的结合能并不是它衰变时放出的能量ΔE，所以U的比结合能不是，故D错误．8．(2022·四川成都七中预测)如图所示为氢原子能级图以及从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线．已知从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的波长为658nm，下列叙述正确的有(　A　)A．四条谱线中频率最大的是HδB．用633nm的光照射能使氢原子从n＝2跃迁到n＝3的能级C．一群处于n＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生5种谱线D．如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，Hβ也可以使该金属发生光电效应【解析】　四种跃迁中，由n＝6到n＝2能级间的能级差最大，辐射的光子能量最大，辐射光子频率最大，即四条谱线中频率最大的是Hδ，故A正确；由题可知，从n＝2跃迁到n＝3的能级，需要吸收波长为λ＝658nm的光子，故B错误；根据N＝＝3，所以一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能产生3种谱线，故C错误；由图可知，Hδ的能量值大于Hβ的能量值，所以如果Hδ可以使某种金属发生光电效应，Hβ不一定能使该金属发生光电效应，能否产生光电效应与光的强度和照射时间无关，故D错误．9．(2022·江苏南通三模)在光电效应实验中，某同学用同一光电管在不同实验条件下得到三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则(　D　)A．甲光的强度小于乙光的强度B．乙光的频率大于丙光的频率C．丙光照射时，逸出的所有光电子的物质波波长都最短D．当电压等于U0时，甲、乙光对应的光电子的最大动能相等【解析】　根据eUc＝mv＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的截止电压Uc越大，甲光、乙光的截止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，丙的截止电压最大，所以丙光的频率最高；甲的饱和电流值大于乙光，说明甲光的强度大于乙光的强度，故A、B错误；光电子动能越大，动量越大，由物质波波长公式λ＝可知其波长越短．丙光照射时，不是所有逸出的光电子的动能都是最大的，所以不是所有光电子的物质波波长都最短，故C错误；当电压等于U0时，电场力对甲、乙光对应的光电子做的功相等，甲光和乙光对应的光电子的最大初动能相等，由动能定理知电压等于U0时甲、乙光对应的光电子的最大动能相等，故D正确．应用题——强化学以致用10．(2022·河北石家庄模拟)1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了爱因斯坦质能关系的正确性．在实验中，锂原子核俘获一个粒子X后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个Y原子核，核反应方程Li＋X→Be→2Y．已知Li、X、Y的质量分别为m1＝7.01601u、m2＝1.00728u、m3＝4.00151u,1u的质量亏损时放出的能量为931.5MeV，则下列说法中正确的是(　D　)A．X粒子为中子B．Y粒子为HeC．Be的核子平均质量小于Y的核子平均质量D．在此核反应过程中释放的核能为18.9MeV【解析】　由质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为8－7＝1，电荷数为4－3＝1，则X为质子，故A错误；由质量数守恒和电荷数守恒可知Y的质量数为＝4，电荷数为＝2，则Y为α粒子，即为He，故B错误；由题意可知在Be→2Y的核反应中有核能释放，所以质量有亏损，所以Be的核子平均质量大于Y的核子平均质量，故C错误；由题意可以求得此反应中质量亏损Δm＝m1＋m2－2m3＝7.01601u＋1.00728u－2×4.00151u＝0.02027u，根据质能方程E＝Δmc2可得，此核反应过程中释放的核能为ΔE＝18.9MeV，故D正确．11．核电站是利用反应堆释放出的能量将水变成高温高压的水蒸气来推动汽轮发电机发电的，反应堆的核反应方程为U＋n→Sr＋Xe＋kn．已知铀核、中子、锶(Sr)核、氙(Xe)核的质量分别为mU、mn、mSr、mXe，光在真空中的传播速度为c．则下列说法正确的是(　A　)A．Z＝38，k＝10B．mU＝mSr＋mXeC．U核的比结合能大于Xe核的比结合能D．一个U核裂变时释放的能量为(mU－mSr－mXe)c2【解析】　核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，则有235＋1＝90＋136＋k,92＝Z＋54，解得k＝10，Z＝38，故A正确；题中的核反应方程为核裂变方程，反应过程中释放能量，存在质量亏损，则有mU＋mn＞mSr＋mXe＋10mn，故mU＞mSr＋mXe＋9mn，故B错误；比结合能越大，原子核越稳定，核裂变反应中，发生裂变的原子核的稳定性比新生成的原子核的稳定性差，故U核的比结合能小于Xe核的比结合能，故C错误；一个U核发生裂变的过程，反应前物质的总质量为mU＋mn，反应后物质的总质量为mSr＋mXe＋10mn，释放的能量为(mU－mSr－mXe－9mn)c2，故D错误．故选A．12．氖泡可用于指示和保护电路．在玻璃管中有两个相同的板状金属电极，并充入低压氖气，在两极间接入电压使氖气导电，如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光．将氖泡、保护电阻和电压可调的电源按如图所示的电路连接．氖泡用黑纸包住，黑纸上留出一条狭缝使光可以照射到氖泡．发现在没有光照的暗室中，当电源电压为U0时，氖泡恰能发光；当电源电压为U1(U1＜U0)时，氖泡不发光，但同时用频率为ν1的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光．两次实验中，氖泡恰能发光时回路中的电流可认为相等．已知普朗克常量为h，电子电荷量为e．下列说法正确的是(　B　)A．若保持电压U1不变，用黄光照射氖泡，氖泡也能发光B．通过实验可知，紫光的光子能量hν1＝eU0－eU1C．通过实验可知，电极中的电子脱离金属至少需要eU0的能量D．实验中必须使用直流电源才能观察到上述现象【解析】　如果金属电极发出的电子在电场作用下获得足够的能量，就能使氖气发光，假设恰好能让氖气发光的电子动能为Ek，电极中的电子脱离金属至少需要的能量为W0，在没有光照的暗室中，当电源电压为U0时，氖泡恰能发光，设发光时电路电流为I，保护电阻为R，则有e(U0－IR)＝Ek＋W0，当电源电压为U1(U1＜U0)时，同时用频率为ν1的紫光照射氖泡，氖泡也恰能发光，则有，hν1＋e(U1－IR)＝Ek＋W0，联立解得hν1＝eU0－eU1，B正确；若保持电压U1不变，用黄光照射氖泡，由于黄光的频率小于紫光的频率，则黄光光子能量小于紫光光子能量，可知氖泡不能发光，A错误；通过实验可知，电极中的电子脱离金属需要的能量小于eU0，C错误；实验中如果采用交流电源，当电压到达一定数值时，也能观察到上述现象，D错误．故选B．13．(2022·山东临沂三模)三星堆遗址考古新发现被誉为“20世纪人类最伟大的考古发现之一”．考古学家利用放射性元素C的半衰期可以确定文物的年代．碳元素C能自发释放β射线，衰变方程为C→X＋β，其半衰期约为5730年．则下列说法正确的是(　D　)A．C衰变的实质是碳原子失去核外电子B．当X数量是C数量的3倍时，C衰变所经历时间约为17190年C．随着文物的出土，文物所在环境温度升高，C衰变速度也会增大D．静止的C原子核在某匀强磁场中自发释放β射线，X和β粒子做匀速圆周运动，其半径之比为1∶7【解析】　C衰变的实质是碳原子核中的一个中子转化为一个质子和一个电子，A错误；根据半衰期公式N＝N0，根据题意可得＝，解得t＝2T＝2×5730＝11460年，B错误；半衰期由原子核内部决定，与外界环境温度无关，可知随着文物的出土，文物所在环境温度升高，C衰变速度不变，C错误；静止的C原子核在某匀强磁场中自发释放β射线，设X和β粒子的质量分别为m1，m2，电荷量大小分别为q1和q2，速度大小分别为v1和v2，根据动量守恒可得m1v1＝m2v2，根据衰变过程电荷数守恒可得＝，粒子在磁场中做圆周运动时由洛伦兹力提供向心力，可得qvB＝m，解得r＝∝，可得X和β粒子做匀速圆周运动，其半径之比为＝＝，D正确．