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 10页

《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.