2021高考物理人教版一轮考评训练:《波粒二象性》《原子物理》检测题

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2021高考物理人教版一轮考评训练:《波粒二象性》《原子物理》检测题

《波粒二象性》《原子物理》检测题 (本试卷满分 100 分) 一、单项选择题(本题包括 8 小题,每小题 3 分,共 24 分) 1.下列说法正确的是( ) A.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 B.β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子 C.结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定 D.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关 2.2019 年 4 月 23 日,人民海军成立 70 周年阅兵式上,中国海军 多款核潜艇公开亮相.核潜艇是以核反应堆为动力源.关于核反应, 下列说法正确的是( ) A.在核反应中,质量守恒、电荷数守恒 B.核反应方程 23892U―→23490Th+42He 属于α衰变 C.核反应方程 147N+42He→178O+11H 属于核聚变,是核潜艇的动力 原理 D.核反应方程 126C―→127N+ 0-1e 属于β衰变,而β射线来自原子 外层的电子 3.影片《流浪地球》中提到太阳大约在五十亿年后,会逐渐进入 红巨星时期,核心温度逐渐升高,当升至某一温度时,太阳内部的氦 元素开始聚变成碳,即氦闪.氦闪的核反应方程为 342He→126C,已知 126C 和 42He 的质量分别为 mC=12.000 0 u 和 mHe=4.002 6 u,1 u 相当于 931 MeV.则 3 个 42He 发生氦闪时释放的能量约为( ) A.5 MeV B.7 MeV C.10 MeV D.14 MeV 4.我国科学家潘建伟院士预言再过十年左右量子通信将“飞”入 千家万户.在通往量子论的道路上,一大批物理学家做出了卓越的贡 献,下列有关说法正确的是( ) A.玻尔在 1900 年把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化” 的传统观念 B.爱因斯坦最早认识到了能量子的意义,提出光子说,并成功地 解释了光电效应现象 C.德布罗意第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁 的概念 D.普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒 子也具有波动性 5. 2018 年 7 月 10 日,我国成功发射了第三十二颗北斗导航卫星,该 卫星采用的星载氢原子钟是利用氢原子能级跃迁时辐射出来的光子(电 磁波)去控制石英钟的.如图为氢原子的能级图,以下说法正确的是 ( ) A.一群处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁,辐射的光子最多 有 12 种 B.处于较低能级的氢原子可以吸收能量为 13 eV 的光子发生跃迁 C.氢原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程,是 吸收光子的过程 D.要使处于基态的氢原子跃迁,可用能量为 10.2 eV 的光子照射 6.用相同频率的光照射两块不同材质的金属板 M、N,金属板 M 能发生光电效应,金属板 N 不能发生光电效应.则( ) A.金属板 M 的逸出功大于金属板 N 的逸出功 B.若增加光的照射强度,则金属板 N 有可能发生光电效应 C.若增加光的照射强度,则从金属板 M 中逸出的光电子的最大 初动能会增大 D.若增加光的照射强度,则单位时间内从金属板 M 中逸出的光 电子数会增加 7. [2020·广西桂林、百色、崇左模拟]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的关系图象如图所示.则由图象可 知( ) A.入射光的频率越大,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=U ν0 D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 8.[2020·北京西城区模拟]被誉为“中国天眼”的世界最大单口径 射电望远镜(简称 FAST)坐落在贵州省平塘县,用来接收来自宇宙深处 的电磁波.“中国天眼”的存在,使得深空通讯能力延伸至太阳系外 缘行星,对探索宇宙的起源和地外文明具有重要意义.如果为天眼配 备一部发射功率为百万瓦级(106 W)的发射机,其发射的无线电波波长 为 126 厘米,那么该发射机每秒钟发射的光子数量的数量级约为(取真 空光速 c=3×108 m/s,普朗克常量 h=6.6×10-34 J·s)( ) A.1023 B.1027 C.1031 D.1035 二、多项选择题(本题共 4 小题,每小题 4 分,共 16 分) 9.[2020·辽宁五校联考]氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢 结构的氦离子,其能级示意图如图所示,当分别用能量均为 48.4 eV 的 电子和光子作用于处在基态的氦离子时( ) A.氦离子可能辐射能量为 40.8 eV 的光子 B.氦离子可能从基态跃迁到 n=3 的能级 C.氦离子一定能从基态跃迁到 n=2 的能级 D.若仅以能量为 60 eV 的电子入射,氦离子一定不会辐射光子 10.[2020·吉林五校联考]用同一光电管研究 a、b、c 三束单色光 产生的光电效应,得到光电流 I 与光电管两极间的电压 U 的关系曲线 如图所示,由此可判断 ( ) A.a、b、c 的频率关系为νa> νb>νc B.a、b、c 的频率关系为νa=νc<νb C.用三束单色光照射光电管时,a 光使其逸出的光电子最大初动 能大 D.用三束单色光照射光电管时,b 光使其逸出的光电子最大初动 能大 11. [2020·湖北七市州联考]如图所示是氢原子的能级图,大量处于 n =5 激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出 10 种不同频率 的光子.其中莱曼系是指氢原子由高能级向 n=1 能级跃迁时释放的光 子,则( ) A.10 种光子中波长最短的是从 n=5 能级跃迁到 n=1 能级时产 生的 B.10 种光子中有 4 种属于莱曼系 C.使 n=5 能级的氢原子电离至少要 0.85 eV 的能量 D.从 n=2 能级跃迁到基态释放光子的能量等于从 n=3 能级跃迁 到 n=2 能级释放光子的能量 12.中子和质子结合成氘核时,质量亏损为Δm,相应的能量ΔE= Δmc2=2.2 MeV 是氘核的结合能.下列说法正确的是( ) A.用能量小于 2.2 MeV 的光子照射静止的氘核时,氘核不能分解 为一个质子和一个中子 B.用能量等于 2.2 MeV 的光子照射静止的氘核时,氘核可能分解 为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零 C.用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止的氘核时,氘核可能分解 为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零 D.用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止的氘核时,氘核可能分解 为一个质子和一个中子,它们的动能之和不为零 三、非选择题(本题共 6 小题,共 60 分) 13.(7 分)[2019·江苏卷](1)100 年前,卢瑟福用α粒子轰击氮核打出 了质子.后来,人们用α粒子轰击 6028Ni 核也打出了质子:42He+6028Ni→6229Cu +11H+X,该反应中的 X 是______________(填“电子”“正电子”或 “中子”).此后,对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能.目 前人类获得核能的主要方式是______________(填“核衰变”“核裂 变”或“核聚变”). (2)在“焊接”视网膜的眼科手术中,所用激光的波长λ=6.4×10- 7 m,每个激光脉冲的能量 E=1.5×10-2 J.求每个脉冲中的光子数 目.(已知普朗克常量 h=6.63×10-34 J·s,光速 c=3×108 m/s.计算结果 保留一位有效数字) 14.(7 分)[2020·武昌调研] 一光电管的阴极用极限波长为λ0 的材料制成,将它连接在如图所 示的电路中,当用波长为λ的光照射阴极 K(λ<λ0),并调节滑动变阻器使 光电管阳极 A 和阴极 K 之间的电势差逐渐增大到 U 时,光电流达到饱 和且饱和电流为 I.则每秒内由阴极 K 发出的电子个数在数值上等于 ______,到达阳极 A 的电子的最大动能为________.(已知普朗克常量 为 h,真空中光速为 c,元电荷的值为 e) 如果阳极 A 和阴极 K 之间的电势差 U 不变,仅将同种照射光的强 度增到原来的三倍,则到达阳极 A 的电子的最大动能________(填“变 大”、“不变”或“变小”). 15.(10 分)一静止原子核发生α衰变,生成一α粒子及一个新核,α 粒子垂直进入磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,其运动轨迹是半径为 R 的圆.已知α粒子的质量为 m,电荷量为 q,新核的质量为 M,光在真 空中的速度大小为 c.求衰变前原子核的质量. 16.(12 分)[2020·湖南十校联考]卢瑟福在 1909 年做了著名的α粒 子散射实验,并提出了原子核式结构模型.在卢瑟福核式结构模型的 基础上,玻尔引入定态假设和量子化条件提出了氢原子的玻尔模型.根 据玻尔模型,可假设静止的基态氢原子的电子的轨迹半径为 r、电子的 质量为 m、电子的电荷量为 e、静电力常量为 k、普朗克常量为 h,电 子绕原子核仅在库仑力的作用下做匀速圆周运动(提示:电子和原子核 均可看成点电荷;以无穷远处的电势为零,电荷量为 Q 的正点电荷在 距离自身 L 处的电势为φL=kQ L ;氢原子的能量为电子绕核运动的动能 和电势能之和).以下问题中氢原子均处于静止状态,则: (1)求在经典理论下,基态氢原子的核外电子绕核运动的线速度 v. (2)求电子绕核运动形成的等效电流 I. (3)已知氢原子处于第一激发态时,电子绕核运动的轨迹半径为 4r, 求氢原子第一激发态与基态能量差ΔE 及氢原子从第一激发态跃迁至 基态时释放的光子的频率ν. 17.(12 分)已知铀核 23592U 俘获一个中子后裂变生成钡(14156Ba)和氪 (9236Kr),23592U、14156Ba、9236Kr 以及中子的质量分别是 235.043 9 u、140.913 9 u、91.897 3 u 和 1.008 7 u. (1)试写出铀核裂变反应方程,并计算一个 23592U 核裂变时放出的核 能. (2)我国秦山核电站的功率为 30 万千瓦,假如全部铀 235 都能够发 生这样的裂变,释放核能的 1.2%可转化为电能,试估算核电站一年要 消耗多少千克铀 235? 18.(12 分)用质子轰击锂核 73Li,生成 2 个α粒子,已知质子的初 动能是 E=0.6 MeV,质子、α粒子和锂核的质量分别为 mH=1.007 3 u, mα=4.001 5 u,mLi=7.016 0 u,试回答: (1)写出核反应方程. (2)核反应前后发生的质量亏损? (3)核反应中释放的能量为多少? (4)若核反应释放的能量全部用来增加两个α粒子的总动能,则求核 反应后两个α粒子具有的总动能. 《波粒二象性》《原子物理》检测题 1.B 太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应,选项 A 错误;β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子,选项 B 正确;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定, 选项 C 错误;放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的, 与原子所处的化学状态和外部条件无关,选项 D 错误. 2.B 在核反应中,质量数和电荷数守恒,质量不守恒,A 错误; 核反应 23892U→23490Th+42He 属于α衰变,B 正确;核反应 147N+42He→178O+ 11H,属于原子核的人工转变,C 错误;β射线由核反应放出,D 错误. 3.B 由核反应方程知Δm=3mHe-mC=0.007 8 u,则ΔE=0.007 8×931 MeV≈7 MeV,故 B 选项符合题意. 4.B 普朗克在 1900 年把能量子引入物理学,破除了“能量连续 变化”的传统观念,故选项 A 错误;爱因斯坦最早认识到了能量子的 意义,为解释光电效应的实验规律提出了光子说,并成功地解释了光 电效应现象,故选项 B 正确;玻尔第一次将量子观念引入原子领域, 提出了定态和跃迁的概念,故选项 C 错误;德布罗意大胆地把光的波 粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性,故选项 D 错 误. 5.D 根据 C24=6 可知,一群处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃 迁,辐射的光子最多有 6 种,A 错误;由于氢原子的能级的能量差中, 不存在 13 eV 的能量差,所以处于较低能级的氢原子不可以吸收能量 为 13 eV 的光子发生跃迁,B 错误;氢原子从较高的激发态向较低的激 发态或基态跃迁的过程,是释放能量的过程,是放出光子的过程,C 错误;10.2 eV 刚好是 n=1、n=2 两个能级的能量差,所以 D 正确. 6.D 用相同频率的光照射,金属板 M 能发生光电效应,金属板 N 不能发生光电效应,说明入射光的频率大于金属板 M 的极限频率而 小于金属板 N 的极限频率,由 W0=hνc 知金属板 M 的逸出功小于金属 板 N 的逸出功,选项 A 错误;能否发生光电效应取决于入射光的频率 和金属的极限频率的大小关系,与光的照射强度无关,选项 B 错误; 根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W0 可知,在金属板 M 逸出功一定 的情况下,光电子的最大初动能 Ek 只与入射光的频率有关,选项 C 错 误;在能发生光电效应的前提下,若增加光的照射强度,则单位时间 内从金属板 M 中逸出的光电子数增加,选项 D 正确. 7.B 逸出功与入射光频率无关,由金属材料决定,故 A 错误; 根据光电效应方程 Ekm=hν-W0 和 eUc=Ekm 得 Uc=hν e -W0 e ,当入射光 的频率大于极限频率时,入射光的频率越大,则遏止电压越大,故 B 正确;由 Uc=hν e -W0 e ,知图线的斜率 k=h e =U ν0 ,可得普朗克常量 h=Ue ν0 , 故 C 错误;根据光电效应方程 Ekm=hν-W0 可知,光电子最大初动能 与入射光的频率成线性关系,但不成正比,故 D 错误. 8.C 设发射机每秒钟发射的光子数量为 n,则 t0 时间内发射光 子的总能量为 E=nt0ε,由ε=hν和ν=c λ 得 E=nt0hc λ ,则有 nt0hc λ =Pt0, 代入数据,最终可得 n 的数量级约为 1031 故 C 正确. 9.AB 基态的氦离子吸收 48.4 eV 的电子或光子的能量,能跃迁 到第 3 能级(E3-E1=48.4 eV),选项 B 正确,选项 C 错误;氦离子处 于第 3 能级不稳定,可能向外辐射出 3 种不同频率的光子,分别是从 n =3 能级跃迁到 n=2 能级,辐射光子的能量为 7.6 eV,从 n=3 能级跃 迁到 n=1 能级,辐射光子的能量为 48.4 eV,从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级,辐射光子的能量为 40.8 eV,选项 A 正确;若仅以能量为 60 eV 的电子入射,由于氦离子可以吸收一部分实物粒子的能量,另外,氦 离子吸收能量后还会与其他氦离子发生碰撞,因此氦离子可能会辐射 光子,选项 D 错误. 10.BD 由题图可知 a、c 光的遏止电压相同,且小于 b 光的遏止 电压,由公式 1 2mv2c=qUc,可知 b 光照射时光电子的最大初动能大,C 错误,D 正确;又由爱因斯坦光电效应方程有 hν=1 2mv2c+W0,综合以 上分析可知三束单色光的频率关系应为νa=νc<νb,A 错误,B 正确. 11.AB 10 种光子中波长最短的就是频率(能量)最大的,是从 n =5 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光子,A 正确;10 种光子中,从激 发态跃迁到 n=1 能级辐射出的光子有四种,分别为从 n=5、4、3、2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光子,它们都属于莱曼系,B 正确;使 n=5 能级的氢原子电离至少要 0.54 eV 的能量,C 错误;从 n=2 能级 跃迁到基态释放光子的能量为 10.20 eV,而从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级释放光子的能量为 1.89 eV,D 错误. 12.AD 考查结合能的概念及能量守恒定律的简单应用.只有静 止的氘核吸收光子的能量大于其结合能时,才能分解为一个质子和一 个中子,A 项正确,B 项错误;根据能量守恒定律可知,光子的能量 大于氘核的结合能时,多余的能量以核子动能的形式呈现,C 项错误, D 项正确. 13.答案:(1)中子 核裂变 (2)5×1016 解析:根据核反应过程电荷数和质量数守恒,可得 X 的质量数为 60+4-62-1=1,电荷数为 2+28-29-1=0,可以判断 X 是中子(10n); 目前人类获得核能的主要方式是核裂变. (2)解:光子能量ε=hν=hc λ 光子数目 n=E ε 代入数据得 n=5×1016(个). 14.答案:I e hc 1 λ -1 λ0 +eU 不变 解析:由于 I=ne t ,所以每秒内由阴极 K 发出的电子个数在数值上 等于I e.到达阳极 A 的电子最大初动能:Ekm=hc λ -h c λ0 +eU.若不改变阳 极与阴极之间的电势差,仅将同种照射光的强度增加到原来的三倍, 因为照射光的频率不变,故到达阳极的电子最大动能不变. 15.答案:(M+m) 1+q2B2R2 2Mmc2 解析:设衰变产生的α粒子的速度大小为 v,洛伦兹力提供向心力, 有 qvB=mv2 R 设衰变后新核的速度大小为 v′,规定 v′的方向为正方向,因衰 变前后动量守恒,有 0=Mv′-mv 设衰变前原子核的质量为 M0,衰变前后能量守恒,有 M0c2=Mc2+1 2Mv′2+mc2+1 2mv2 联立以上三式,解得 M0=(M+m)(1+q2B2R2 2Mmc2). 16.答案:(1)e k mr (2) e2 2πr k mr (3)3ke2 8r 3ke2 8hr 解析:(1)由库伦力提供向心力有 ke2 r2=mv2 r ,解得 v=e k mr. (2)电子绕核运动的周期 T=2πr v =2πr e mr k ,则 I=e T = e2 2πr k mr. (3)基态氢原子的能量 E1=1 2mv2+ke r(-e)=-ke2 2r ,处于第一激发态 的氢原子有 k= e2 4r2 =mv22 4r ,E2=1 2mv22+k e 4r(-e)=-ke2 8r ,ΔE=E2-E1 =3ke2 8r ,ν=ΔE h =3ke2 8hr. 17 . 答 案 : (1) 23592 U + 10 n→ 14156 Ba + 9236 Kr + 3 10 n 3.2×10 - 11 J (2)9.6×103 kg 解析:(1)根据裂变产物及核反应前后质量数守恒,电荷数守恒可 写出裂变反应方程式为 23592U+10n→14156Ba+9236Kr+310n 核反应中的质量亏损 Δm=235.043 9 u-140.913 9 u-91.897 3 u-2×1.008 7 u=0.215 3 u 释放的核能ΔE=0.215 3×931.5 MeV=200.55 MeV=3.2×10-11 J. (2)核电站一年产生的电能 E=Pt,t=365×24×3 600 s,每摩尔铀 235 全部裂变所释放的能量为 NAΔE(NA 为阿伏伽德罗常数),则消耗的 铀235的物质的量 N= E ηNAΔE = Pt ηNAΔE ,而铀235的摩尔质量 MU=0.235 kg/mol,所以每年消耗的铀 235 的质量 M=NMU= Pt ηNAΔE MU =3×108×365×24×3 600×0.235 0.012×6.02×1023×3.2×10-11 kg=9.6×103 kg. 18.答案:(1)11H+73Li→242He (2)0.020 3 u (3)18.909 45 MeV (4)19.509 45 MeV 解析:(1)根据质量数守恒、电荷数守恒得 11H+73Li→242He. (2)质量亏损: Δm=mLi+mH-2mα =7.016 0 u+1.007 3 u-2×4.001 5 u=0.020 3 u. (3)由爱因斯坦质能方程得 ΔE=0.020 3×931.5 MeV=18.909 45 MeV. (4)根据题意得 Ek=E+ΔE =0.6 MeV+18.909 45 MeV=19.509 45 MeV.
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