2020版高考物理一轮复习 第十二章 波粒二象性 原子结构与原子核章末综合测试

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2020版高考物理一轮复习 第十二章 波粒二象性 原子结构与原子核章末综合测试

第十二章 波粒二象性 原子结构与原子核 章末综合测试(十二)‎ ‎(时间:45分钟 分数:100分)‎ 一、选择题(本题共10小题,每小题6分.在每小题给出的四个选项中,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~10题有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)‎ ‎1.下列说法中正确的是(  )‎ A.光是一种概率波,物质波也是概率波 B.麦克斯韦首次通过实验证实了电磁波的存在 C.某单色光从一种介质进入到另一种介质,其频率和波长都将改变 D.紫光照射某金属时有电子向外发射,红光照射该金属时也一定有电子向外发射 解析:A 麦克斯韦预言了电磁波的存在,赫兹首次通过实验证实了电磁波的存在,故B错误;单色光从一种介质进入到另一种介质时,其频率是不变的,但由于光速不同,所以波长会改变,C错误;由于紫光的频率大于红光,则根据爱因斯坦的光电效应方程可知,红光照射该金属时不一定有电子向外发射,故D错误.‎ ‎2.根据爱因斯坦的光子说,光子能量E等于(h为普朗克常量,c为真空中的光速,λ为光在真空中的波长)(  )‎ A.h B.h C.hλ D. 解析:B 根据爱因斯坦的光子说,光子能量E=hν,根据光的传播速度和频率的关系c=λν得E=h,B正确.‎ ‎3.(2017·河南信阳息县一中段考)下列对题中四幅图的分析,其中正确的是 ‎(  )‎ A.从图①可知,光电效应实验中b光的频率比a光的大 6‎ B.从图②可知,能量为5 eV的光子不能被处于n=2能级的氢原子吸收 C.从图③可知,随着放射性物质质量的不断减少,其半衰期不断增大 D.从图④可知,α粒子散射实验表明原子核由中子和质子组成 解析:A eUc=hν-W0,从图①可知,Ub>Ua,故νb>νa,A正确;5 eV>3.4 eV,所以能量为5 eV的光子能被处于n=2能级的氢原子吸收并发生电离,B错误;半衰期与物质质量无关,故C错误;α粒子散射实验不能得出原子核由质子和中子组成,故D错误;故选A.‎ ‎4.如图,天然放射源铀发出的一束射线经过匀强电场时分裂成1、2、3三种射线,下列说法正确的是(  )‎ A.三种射线都是带电粒子流 B.射线1实质是高速的质子流 C.射线3是原子核外电子电离后形成的电子流 D.三种射线都具有很高的能量,说明原子核是一个能量宝库 解析:D 射线2是γ射线,不带电,A错误;射线1带正电,是氦核流,B错误;射线3是电子流,是原子核内部变化产生的,C错误.‎ ‎5.要使氘核聚变,必须使氘核之间的距离接近到核力能够发生作用的范围r0,物质温度很高时,氘原子将变为等离子体,等离子体的分子平均动能为Ek=,K叫玻耳兹曼常数,T为热力学温度,两个氘核之间的电势能为Ep=,r为电荷之间的距离,则氘核聚变的温度至少为(  )‎ A. B. C. D. 解析:C 若两氘核从相距无穷远处到相距r0,有ΔEk减=ΔEp增,这里要注意,如果两氘核恰好接近到r0,动能变为零,则2Ek=,即:2×=,解得T=,所以选项C正确.‎ ‎6.以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实.‎ 光电效应实验装置示意图如图所示.用频率为ν的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率ν 6‎ 的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电量)(  )‎ A.U=- B.U=- C.U=2hν-W D.U=- 解析:B 本题中,“当增大反向电压U,使光电流恰好减小到零时”,即为:从阴极K逸出的具有最大初动能的光电子,恰好不能到达阳极A.‎ 以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得:-Ue=0-mv2①‎ 由光电效应方程得:nhν=mv2+W(n=2,3,4…)②‎ 由①②式解得:U=-(n=2,3,4…)‎ 故选项B正确.‎ ‎7.(2017·江苏单科)原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线,下列判断正确的有(  )‎ A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C.两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 解析:BC 由图象可知,He的比结合能约为7 MeV,其结合能应为28 MeV,故A错误.比结合能较大的核较稳定,故B正确.比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量,故C正确.比结合能就是平均结合能,故由图可知D错误.‎ ‎8.(2017·福建厦门质检)静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示,大小圆半径分别为R1、R2;则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值判断正确的是 ‎(  )‎ A.Bi→Tl+He B.Bi→Po+e 6‎ C.R1∶R2=84∶1 D.R1∶R2=207∶4‎ 解析:BC 原子核发生衰变时,根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反,由图可知粒子的运动轨迹在同一侧,根据左手定则可以得知,衰变后的粒子带的电性相反,所以原子核发生的应该是β衰变,衰变方程为:Bi→Po+e,故A错误,B正确;根据R=,结合两粒子动量大小相等,故R1∶R2=q2∶q1=84∶1,故C正确,D错误;故选B、C.‎ ‎9.已知氢原子的能级如图所示,现用光子能量在10~12.9 eV范围内的光去照射一群处于基态的氢原子,则下列说法中正确的是(  )‎ A.在照射光中可能被吸收的光子能量有无数种 B.在照射光中可能被吸收的光子能量只有3种 C.照射后可观测到氢原子发射不同波长的光有6种 D.照射后可观测到氢原子发射不同波长的光有3种 解析:BC n=1→n=5,hν=E5-E1=13.06 eV,故能量在10~12.9 eV范围内的光子,仅被吸收符合n=1→n=2,n=1→n=3,n=1→n=4的能级差的三种光子,A错B对;照射后处于最高能级的氢原子的量子数n=4,故向低能级跃迁能辐射的光波长种类为N==6种,C对D错.‎ ‎10.原来静止的原子核X,质量为m1,处在区域足够大的匀强磁场中,经α衰变变成质量为m2的原子核Y,α粒子的质量为m3,已测得α粒子的速度垂直于磁场B,且动能为E0.假定原子核X衰变时释放的核能全部转化为动能,则下列四个结论中,正确的是(  )‎ A.核Y与α粒子在磁场中运动的周期之比为 B.核Y与α粒子在磁场中运动的半径之比为 C.此衰变过程中的质量亏损为m1-m2-m3‎ D.此衰变过程中释放的核能为 解析:BCD 原子核发生α衰变时质量数减小4,电荷数减小2,由题意知X核原先静止,则衰变后α粒子和反冲核Y的动量大小相筹,由R=知,RY∶Rα=qα∶qY=2∶(Z-2),故B项正确;周期之比由T=知,TY∶Tα=·= 6‎ ‎,故A项错误;该过程质量亏损Δm=m1-(m2+m3),故C项正确;由Ek=知,Y核的动能EkY=,则释放的核能ΔE=Ekα+EkY=,故D项正确.‎ 二、非选择题(本大题共2小题,每题20分,共40分.)‎ ‎11.(2017·湖北襄阳调研)氢原子基态能量E1=-13.6 eV,电子绕核做圆周运动的半径r1=0.53×10-‎10 m.求氢原子处于n=4激发态时:‎ ‎(1)原子系统具有的能量;‎ ‎(2)电子在n=4轨道上运动的动能;(已知能量关系Ee=E1,半径关系rn=n2r1,k=9.0×109 N·m2/C2,e=1.6×10-‎19 C)‎ ‎(3)若要使处于n=2轨道上的氢原子电离,至少要用频率为多大的电磁波照射氢原子?(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s)‎ 解析:(1)由En=E1得(3分)‎ E4==-0.85 eV(3分)‎ ‎(2)因为rn=n2r1,所以r4=42r1,由圆周运动知识得(3分)‎ k=m(3分)‎ 所以EK4=mv2== J(3分)‎ ‎≈0.85 eV ‎(3)要使处于n=2的氢原子电离,照射光的光子能量应能使电子从第2能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量应为 hν=0-(3分)‎ 得ν≈8.21×1014 Hz(2分)‎ 答案:(1)-0.85 eV (2)0.85 eV (3)8.21×1014 Hz ‎12.天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明,宇宙中氦生成的途径有两条:一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的;二是在宇宙演化到恒星诞生后,由恒星内部的氢核聚变反应生成的.‎ ‎(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(H)聚变成氦核(He),同时放出2个正电子(e)和2个中微子(νe),请写出该氢核聚变反应的方程,并计算一次反应释放的能量.‎ ‎(2)研究表明,银河系的年龄约为t=3.8×1017 s,每秒银河系产生的能量约为1×1037 J(即P=1×1037 J/s).现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应,试估算银河系中氦的含量(最后结果保留一位有效数字).‎ 6‎ ‎(3)根据你的估算结果,对银河系中氦的主要生成途径做出判断.‎ ‎(可能用到的数据:银河系质量约为M=3×‎1041 kg,原子质量单位1 u=1.66×10-‎27 kg,1 u对应于1.5×10-10 J的能量,电子质量me=0.000 5 u,氦核质量mα=4.002 6 u,氢核质量mp=1.007 8 u,中微子νe质量为零.)‎ 解析:(1)4H→He+2e+2νe(3分)‎ Δm=4mP-mα-2me(3分)‎ ΔE=Δmc2=4.14×10-12 J(3分)‎ ‎(2)m=mα≈6.1×‎1039 kg(3分)‎ 氦的含量k==≈2%(3分)‎ ‎(3)由估算结果可知,2%远小于25%的实际值,所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的.(5分)‎ 答案:(1)4H→He+2e+2νe 4.14×10-12 J (2)2%‎ ‎(3)银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 6‎
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