2020高考物理 章末質(zhì)量檢測(cè)（十二）第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核（含解析）魯科版

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1、第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核 (時(shí)間：50分鐘) 一、選擇題(本題共13小題。1～9題為單項(xiàng)選擇題，10～13題為多項(xiàng)選擇題) 1.下列說(shuō)法正確的是(　　) A.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道，所以實(shí)物不具有波粒二象性 B.康普頓效應(yīng)說(shuō)明光子既有能量又有動(dòng)量 C.光是高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子，單個(gè)光子不具有波粒二象性 D.宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，極易觀察到它的波動(dòng) 解析　由德布羅意理論知，宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小，實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性，但仍具有波粒二象性，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤；康普頓效應(yīng)說(shuō)明光子除了具有能量之外還有動(dòng)量，選項(xiàng)B正確；波粒二象性是光子的特性，單個(gè)光子也具有波粒

2、二象性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案　B 2.(2017·天津理綜，1)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過(guò)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是(　　) 圖1 A.H＋H→He＋n B.N＋He→O＋H C.He＋Al→P＋n D.U＋n→Ba＋Kr＋3n 解析　H＋H→He＋n是一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)放出一個(gè)中子，屬于聚變反應(yīng)，故A正確；N＋He→O＋H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，是人類第一次實(shí)現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤；He＋Al→P＋n是約里奧居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時(shí)發(fā)現(xiàn)了放射

3、性磷(磷30)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程，屬于人工核反應(yīng)，故C錯(cuò)誤；92U＋n→56Ba＋Kr＋3n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。 答案　A 3.14C發(fā)生放射性衰變?yōu)?4N，半衰期約為5 700年。已知植物存活期間，其體內(nèi)14C與12C的比例不變；生命活動(dòng)結(jié)束后，14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過(guò)測(cè)量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說(shuō)法正確的是(　　) A.該古木的年代距今約為5 700年 B.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù) C.14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出α射線 D.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變 解析　因古木

4、樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一，則可知經(jīng)過(guò)的時(shí)間為一個(gè)半衰期，即該古木的年代距今約為5 700年，選項(xiàng)A正確；12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)，中子數(shù)不同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)核反應(yīng)方程可知，14C衰變?yōu)?4N的過(guò)程中放出電子，即發(fā)出β射線，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；外界環(huán)境不影響放射性元素的半衰期，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　A 4.如圖2所示為氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外輻射出光子，用這些光子照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉。下列說(shuō)法中正確的是 (　　) 圖2 A.這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光，其中從n＝3能級(jí)

5、躍遷到n＝2能級(jí)所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短 B.這群氫原子在輻射光子的過(guò)程中電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大 C.能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種 D.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能是9.60 eV 解析　這群氫原子向低能級(jí)躍遷有三種可能，從n＝3到n＝2放出光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)，A錯(cuò)誤；因向低能級(jí)躍遷電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，B錯(cuò)誤；能使鈉發(fā)生光電效應(yīng)只有兩種，能量為12.09 eV和10.20 eV，C錯(cuò)誤；最大初動(dòng)能Ek＝12.09 eV－2.49 eV＝9.60 eV，D正確。 答案　D 5.根據(jù)所給圖片結(jié)合課本相關(guān)知識(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 　 圖3 A.圖甲是電

6、子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有粒子性 B.圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈，原因是各種氣體原子的能級(jí)不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量不同，光子的頻率不同 C.圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測(cè)金屬板厚度的裝置，在α、β、γ三種射線中，最有可能使用的射線是β射線 D.圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象，由圖可知中等大小的核的比結(jié)合能最大，即(核反應(yīng)中)平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最小 解析　題圖甲是電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，證明電子具有波動(dòng)性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；題圖乙是利用不同氣體制成的五顏六色的霓虹燈，原因是各種氣體原子的能級(jí)不同，躍遷時(shí)發(fā)射光子的能量不同，光子的頻率不同，選項(xiàng)B正確

7、；題圖丙是工業(yè)上使用的用射線檢測(cè)金屬板厚度的裝置，在α、β、γ三種射線中，由于γ射線穿透能力最強(qiáng)，最有可能使用的射線是γ射線，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；題圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關(guān)系圖象，可知中等大小的核的比結(jié)合能最大，即在核子結(jié)合成原子核時(shí)平均每個(gè)核子釋放的能量最大，平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　B 6.關(guān)于核反應(yīng)方程Th→Pa＋X＋ΔE(ΔE為釋放的核能，X為新生成的粒子)，已知Th的半衰期為1.2 min，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.此反應(yīng)為β衰變 B.Pa核和Th核具有相同的質(zhì)量 C.Pa不具有放射性 D.64 g的Th經(jīng)過(guò)6 min還有1 g Th尚未衰

8、變 解析　根據(jù)核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判斷出X為e，所以此反應(yīng)為β衰變，A正確；Pa核與Th核質(zhì)量并不同，B錯(cuò)誤；根據(jù)化學(xué)元素周期表及化學(xué)知識(shí)知，Pa為放射性元素，C錯(cuò)誤；利用半衰期公式m余＝()m原，解得m余＝2 g，則D錯(cuò)誤。 答案　A 7.如圖4是光電管的原理圖。已知當(dāng)有波長(zhǎng)為λ0的光照到陰極K上時(shí)，電路中有光電流，則(　　) 圖4 A.若增加電路中電源電壓，電路中光電流一定增大 B.若將電源極性反接，電路中一定沒(méi)有光電流產(chǎn)生 C.若換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定沒(méi)有光電流 D.若換用波長(zhǎng)為λ2(λ2<λ0)的光照射陰極K時(shí)，電路中一定

9、有光電流 解析　若光電流已經(jīng)達(dá)到飽和，增加電路中電源電壓，電路中光電流也不再增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；將電源極性反接，若加在光電管上的電壓小于遏止電壓，電路中仍然有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；換用波長(zhǎng)為λ1(λ1>λ0)的光照射陰極K時(shí)，即便光子的能量小，但若波長(zhǎng)小于極限波長(zhǎng)，仍然有光電流產(chǎn)生，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。 答案　D 8.某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖5所示。則由圖象可知(　　) 圖5 A.入射光頻率越大，該金屬的逸出功越大 B.入射光的頻率越大，則遏止電壓越大 C.由圖可求出普朗克常量h＝ D.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比

10、 解析　金屬的逸出功只與金屬本身有關(guān)，與入射光的頻率無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，由動(dòng)能定理，eUc＝Ek，聯(lián)立解得Uc＝ν－，由此可知，入射光的頻率越大，則遏止電壓越大，選項(xiàng)B正確；將遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式Uc＝ν－，對(duì)照題給的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，可知圖象斜率為＝，得出普朗克常量h＝e，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，可知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成線性增大關(guān)系，但不是成正比關(guān)系，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　B 9.如圖6所示為氫原子能級(jí)圖，氫原子中的電子從n＝4能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)可產(chǎn)生a光；從n＝3能級(jí)躍遷到

11、n＝1能級(jí)可產(chǎn)生b光，a光和b光的波長(zhǎng)分別為λa和λb，a、b兩光照射逸出功為4.5 eV的金屬鎢表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub，則(　　) 圖6 A.λa>λb B.Ua

12、項(xiàng)A、C錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W和Ek＝eUc可知，頻率越大，對(duì)應(yīng)遏止電壓Uc越大，即Ua>Ub，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；Ekb＝hνb－W＝7.59 eV，選項(xiàng)D正確。 答案　D 10.圖示7為氫原子能級(jí)圖以及從n＝3、4、5、6能級(jí)躍遷到n＝2 能級(jí)時(shí)輻射的四條光譜線，已知從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)輻射光的波長(zhǎng)為656 nm，下列敘述正確的有(　　) 圖7 A.四條譜線中頻率最大的是Hδ B.用633 nm的光照射能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級(jí) C.一群處于n＝3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多產(chǎn)生3種譜線 D.如果Hδ可以使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，只要照射時(shí)間足夠

13、長(zhǎng)，光的強(qiáng)度足夠大，Hβ也可以使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) 解析　頻率最大的光子對(duì)應(yīng)的能量最大，即躍遷時(shí)能量差最大，故從n＝6躍遷到n＝2的頻率最大，選項(xiàng)A正確；原子躍遷過(guò)程中，吸收光子的能量應(yīng)剛好等于兩能級(jí)的能量差，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從n＝3能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可以是從3―→2、2―→1或者是3―→1，即可發(fā)生三種頻率不同的光子，選項(xiàng)C正確；光電效應(yīng)與光照的時(shí)間無(wú)關(guān)，Hδ光子的能量最大，故其他光子不一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　AC 11.一靜止的原子核U發(fā)生了某種衰變，衰變方程為U→Th＋X，其中X是未知粒子，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.U發(fā)生的是α衰變 B.U發(fā)生的是β衰

14、變 C.衰變后新核Th和粒子X(jué)的動(dòng)能相等 D.衰變后新核Th和粒子X(jué)的動(dòng)量大小相等 解析　根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，未知粒子X(jué)的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，即未知粒子X(jué)是He，因此發(fā)生的是α衰變，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；衰變前后動(dòng)量守恒，即：0＝pTh－pX，即pTh＝pX，選項(xiàng)D正確；根據(jù)動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系p＝，由于Th和X的質(zhì)量數(shù)不同，因此衰變后新核Th和粒子X(jué)的動(dòng)能不同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。 答案　AD 12.如圖8所示為用某金屬研究光電效應(yīng)規(guī)律得到的光電流隨電壓變化關(guān)系的圖象，用單色光1和單色光2分別照射該金屬時(shí)，逸出的光電子的最大初動(dòng)能分別為Ek1和Ek2，普朗克常量為h，則下列說(shuō)法

15、正確的是(　　) 圖8 A.Ek1＜Ek2 B.單色光1的頻率比單色光2的頻率高 C.增大單色光1的強(qiáng)度，其遏止電壓會(huì)增大 D.單色光1和單色光2的頻率之差為 解析　由于Ek1＝e|Uc1|，Ek2＝e|Uc2|，所以Ek1

16、為1∶16，下列判斷正確的是(　　) 圖9 A.該原子核發(fā)生了α衰變 B.反沖原子核在小圓上逆時(shí)針運(yùn)動(dòng) C.原來(lái)靜止的核，其原子序數(shù)為15 D.放射性的粒子與反沖核運(yùn)動(dòng)周期相同 解析　衰變后產(chǎn)生的新核——即反沖核及放射的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑r＝，因反沖核與放射的粒子動(dòng)量守恒，而反沖核電荷量較大，所以其半徑較小，并且反沖核帶正電荷，由左手定則可以判定反沖核在小圓上做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，在大圓上運(yùn)動(dòng)的放射粒子在衰變處由動(dòng)量守恒可知其向上運(yùn)動(dòng)，且順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由左手定則可以判定一定帶負(fù)電荷。因此，這個(gè)衰變?yōu)棣滤プ?，放出的粒子為電子，衰變方程為A→B＋e，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，選項(xiàng)B

17、正確；由兩圓的半徑之比為1∶16 可知，B核的核電荷數(shù)為16。原來(lái)的放射性原子核的核電荷數(shù)為15，其原子序數(shù)為15。即A為P(磷)核，B為S(硫)核，選項(xiàng)C正確；由周期公式T＝可知，因電子與反沖核的比荷不同，它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期不相同，反沖核的周期較大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　BC 二、非選擇題 14.(2017·北京理綜，23)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子(He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。 (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號(hào)用Y表示，寫出該α衰變的核反應(yīng)方程； (2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流，求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大?。? (3)設(shè)該衰變過(guò)程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm。 解析　(1)X→Y＋He (2)洛倫茲力提供向心力， 有qvB＝m 所以v＝，T＝＝ 等效電流I＝＝。 (3)α衰變過(guò)程動(dòng)量守恒Mv1＝mv2 得v1＝，v2＝ 由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2＝Mv＋mv 得Δm＝。 答案　(1)X→Y＋He　(2)　　(3) - 8 -