高考物理波粒二象性原子结构原子核单元综合练习

高考物理波粒二象性原子结构原子核单元综合练习

单元练15 波粒二象性 原子结构 原子核 一、单项选择题（每小题3分，共15分，每小题只有一个选项符合题意）‎ ‎1．关于天然放射现象，下列说法中正确的是（ ）‎ A．放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期 B．放射性物质放出的射线中，粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强 C．当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变 D．放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线 ‎2．铀裂变的产物之一氪90（）是不稳定的，它经过一系列衰变最终成为稳定的锆90（），这些衰变是（ ）‎ A．4次β衰变 B.1次α衰变，6次β衰变 C．2次α衰变 D.2次α衰变，2次β衰变 ‎3．氢原子核外电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，下列说法中正确的是（ ）‎ A．电子动能增大，电势能减少，且减少量等于增大量 B．电子动能增大，电势能减少，且减少量大于增大量 C．电子动能增大，电势能减少，且减少量小于增大量 D．电子动能减小，电势能增大，且减少量等于增大量 ‎4．用频率为的光照射光电管内的金属材料甲，发生光电效应，调节滑片P，当电流计G的示数为零时记下电压表V的示数（U表示），然后更换频率不同的光重复上述实验过程，可测出一组-U数据，作出图线甲，将光电管内的金属材料更换成乙，按同样方法作出图线乙.下列说法中正确的是（ ）‎ A．金属甲的逸出功比乙大 B.金属甲的逸出功比乙小 C．甲、乙两条图线不应该相互平行 D.以上说法都不正确 ‎5．1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量传给了电子，如图所示.若簇X射线的波长为λ，散射后X射线的波长为λ′，电子静止时的质量为m0，按相对论原理可知散射后的质量为m.已知普朗克恒量为h，光速为c，下列判断中正确的是（ ）‎ A．题中描述的现象说明了原子具有核式结构 B．X射线与电子碰撞后，X射线的频率变大了 C．X射线散射前后的能量差值为 D．X射线散射前后，X射线和电子组成的系统增加的能量为（m-m0）c2‎ 二、多项选择题（每题4分，共16分.每小题有11 个选项符合题意）‎ ‎6．下列核反应方程中，符号“X”表示中子的是（ ）‎ A． B.‎ C． D.‎ ‎7．按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是（ ）‎ A．第m个定态和第n个定态的轨道半径rm和rn之比为rm:rn=m2:n2‎ B．第m个定态和第n个定态的能量Em和En之比为Em:En=n2:m2‎ C．电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是，则其发光频率也是 D．若氢原子处于能量为E的定态，则其发光频率为=‎ ‎8．有些元素的原子核有可能从很靠近它的核外电子中“俘获”一个电子形成一个新原子（例如从离原子核最近的K层电子俘获电子，叫“K俘获”），当发生这一过程时（ ）‎ A．新原子是原来原子的同位素 B.新原子核比原来的原子核少一个质子 C．新原子核将带负电 D.新原子有可能发出X射线 ‎9．用大量具有一定能力的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线，调高电子的能力在此进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条.用表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量.根据氢原子的能级图可以判断，和E的可能值为（ ）‎ A．=1,13.22eV＜E＜13.32eV B. =2,13.22eV＜E＜13.32Ev C．=1，12.75V＜E＜13.06eV D. =2，12.75V＜E＜13.06eV 三、简答题（每小题9分，共18分.把答案填在相应的横线上或按题目要求作答）‎ ‎10．带电粒子的比荷是一个重要的物理量.某中学物理兴趣小组且设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷比，实验装置如图所示.‎ ‎（1）他们的主要实验步骤如下：‎ A．首先在两极板M‎1M2‎之间任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子从两极板中央通过，在荧幕的正中心处观察到一个亮点；‎ B．在M‎1M2‎两极板间加合适的电场，加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧幕上的亮点逐渐向荧幕下方偏移，直至荧幕上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压为U.请问本步骤目的是什么？‎ C．保持步骤B中的电压U不变，对M‎1M2‎区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧幕正中心重现亮点，试问外加磁场的方向如何？‎ ‎（2）根据上述实验步骤，同学们正确推算处电子的比荷与外加电场、磁场及其他相关量的关系为.一位同学说，这表明电子的比荷将由外加电压决定，外加电压越大则电子的比荷越大，你认为他的说法正确吗？为什么？‎ ‎11．美国物理学家密立根以精湛的技术测量光电效应中的几个重要物理量.其中之一是通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率，由此计算普朗克恒量h，他由此计算结果与普朗克根据黑体辐射得到的h相比较，以检验爱因斯坦方程式的正确性.实验结果是，在0.5%的误差范围内两者是一致的.‎ Uc/V ‎0.541‎ ‎0.637‎ ‎0.714‎ ‎0.809‎ ‎0.878‎ ‎5.644‎ ‎5.888‎ ‎6.098‎ ‎6.303‎ ‎6.501‎ ‎（1）作出Uc与的关系图像；‎ ‎（2）这种金属的截止频率是 ；普朗克恒量是 .‎ 四、计算或论述题（本题共4小题，共53分.解答时请写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须写出明确的数值和单位）.‎ ‎12．（10分）要使氚核聚变，必须使它们之间的距离接近到核力能够发生作用的范围.物质温度很高时，氚原子将变成等离子体，等离子体的分子的平均动能为叫玻耳兹曼常数，T为热力学温度.两个氚核之间的电势能为静电力常量，r为电荷之间的距离，则氚核聚变的距离至少为多少？‎ ‎13．（10分）已知锌铁的极限波长，氢原子的基态能量为-13.6eV.若氢原子的核外电子从量子数n=2跃迁到n=1时所发出的光子照射到该锌板上，此时能否产生光电效应？若能，光电子的最大初动能是多少电子伏？（真空中光速c=3×‎108m/s，普朗克恒量h=6.63×10-19J·s）‎ ‎14．（11分）一个静止的铀核（原子质量为232.0372u）232.0372u）放出一个α粒子（原子质量为4.0026u）后衰变成钍核（原子质量为228.0287u）.（已知：原子质量单位1u=1.67×10‎-27kg，1u相当于931MeV）‎ ‎（1）写出核衰变反应方程；‎ ‎（2）算出该核衰变反应中释放出的核能；‎ ‎（3）假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？‎ ‎15．（12分）人类认识原子结构和开发利用原子能经历了十分曲折的过程，请按要求回答下列问题.‎ ‎（1）卢瑟福、玻尔、查德威克等科学家在原子结构或原子核的研究方面做出卓越的贡献.请选择其中的两位，指出他们的主要成就.‎ ‎① ‎ ‎② ‎ 在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射张的性质进行了深入研究，如图为三种射线在同一磁场中的运动轨迹，请从三种射线中任选一种，写出它的名称和一种用途. ‎ ‎ .‎ ‎（2）在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂.中子在重水中可与H核碰撞减速，在石墨中与核碰撞减速.上述碰撞可简化为弹性碰撞模型.某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？‎ ‎16．（13分）图为氢原子能级示意图，现有每个电子的动能都是Ee=12.89eV的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰.已知碰撞前一个电子和一个原子的总动量为零.碰撞后氢原子受激发，跃迁n=4的能级.求碰撞后一个电子和一个受激氢原子的总动能.已知电子的质量me与氢原子的质量mH之比为 ‎17．（15分）材料：如图所示是证实玻尔关于原子内部能量量子化的一种实验装置示意图，由电子枪A射出的电子，射入充有氦气的容器B中，电子在O点与氦原子发生碰撞后进入速度选择器C，而氦原子由低能级被激发到高能级.速度选择器C由两个同心的圆弧形电极P1和P2组成，电极间场强方向沿同心圆的半径，当两极间加电压u时，只允许具有确定能量的电子通过，并进入检测装置口，由检测装置口测出电子产生的电流I，改变电压，同时测出I的数值，即可确定碰撞后进入速度选择器的电子能量分布.为了方便研究，作如下假设：设电子与原子碰撞前，原子是静止的.原子质量比电子质量大很多，碰撞后，原子虽然稍微被碰动，但忽略这一能量损失，设原子未动，当电子与原子发生弹碰撞时，电子改变运动方向，但不损失动能.当发生非弹性碰撞时，电子损失的动能传给原子，使原子内部的能量增大.‎ 请根据以上材料和假设回答下列问题 ‎（1）设速度选择器两极间的电压为u(V)时，允许通过的电子的动能为Ek（eV），写出Ek与u的关系式，设通过选择器的电子轨道半径r=‎20.0cm,电极P1和P2的间隔d=‎10.0mm,两极间场强大小处处相同，都为E.‎ ‎（2）如果电子枪射出电子的动能Ek=50.0eV，改变P1、P2间电压，测得电流I，得到如图乙所示的I-U图线，图线表明，当电压u为5.00V、2.88V、2.72V、2.64V时电流出现峰值，试说明在u=5.00V和u=2.88V时电子与氦原子碰撞时电子能量的变化？‎ ‎（3）求氦原子3个激发态的能级En（设基态的能级E1=0）.‎ 单练15 波粒二象性 原子结构 原子核 ‎1.D 2.A 3.B 4.A ‎5.C 解析 X射线散射前后，射线和电子组成的系统的动量和能量守恒，X光子的能量减小，电子的能量增加 ‎6．AC ‎7．AB 解析 根据玻尔理论，电子绕核做圆周运动时，处于定态，不会辐射光子 ‎8．BD 解析 原子核“俘获”一个电子后，核内一个质子转变为中子，新原子核比原来的原子核少一个质子，不是原来原子的同位素，K层缺少一个电子后，相当于内层电子受到激发，可能发出X射线 ‎9．AD ‎10．（1）B 使电子刚好落在正极板的近荧光屏端边缘，利用已知量表达 C.垂直电场方向向外（垂直纸面向外）‎ ‎（2）说法不正确，电子的比荷是电子的固有参数.‎ ‎11．4.27×1014Hz 6.30×10-34J·s ‎12．2Ek=△Ep,即2×‎ ‎13．‎ ‎14．（1）‎ ‎（2）质量亏损△m=0.0059u ‎△E=△mc2=0.0059×931MeV=5.49MeV ‎（3）系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等，即 ‎ ‎ 所以钍核获得的动能 ‎=‎ ‎15．（1）卢瑟福提出了原子的核式结构模型（或其他成就）玻尔把量子理论引入原子模型，并成功解释了氢光谱（或其他成就）‎ 查德威克发现了中子（或其他成就）.‎ ‎（2）设中子质量为Mn，靶核质量为M 由动量守恒定律Mnv0=Mnv1+Mv2‎ 由能量守恒定律 解得 在重水中靶核质量MH=2Mn v1H=‎ 在石墨中靶核质量MC=12Mn 与重水靶核碰后中子速度较小，故重水减速效果更好.‎ ‎16．已表示碰撞前电子的速率和氢原子的速率，根据题意有meve-mHvH=0‎ 碰撞前，氢原子与电子的总动能为 由上两式并代入数据得 氢原子从基态激发到n=4的能级所需要能量由能级图得 碰撞后电子和受激氢原子的总动能 ‎17．（1）对于在P1P2间运动的电子，根据牛顿第二定律得 ‎，则 ‎（2）电子与氦原子碰撞时能量的变化，等于电子进入B时的能量50.0eV减去进入检测装置D时的能量.即 由于电压u为5.00V、2.88V、2.72V、2.64V时电流出现峰值，所以进入检测装置口时电子的能量符合，所以电压为5.00V、2.88V时，电子与氦原子碰撞时电子的能量变化分别为 ‎（3）由于电子与原子发生弹性碰撞时，忽略电子的能量损失，而电子与原子发生非弹性碰撞时，电子损失的动能传给原子，使原子能量增大，所以氦原子得到的能量与电子的能量变化相等，故当u为2.88V、2.72V、2.64V时，氦原子在三个激发态的能量分别E2=21.2eV,E3=22.8eV,E4=23.6eV