2020高考物理 章末质量检测（十二）第十二章 波粒二象性 原子结构和原子核（含解析）鲁科版

第十二章 波粒二象性 原子结构和原子核(时间：50分钟)一、选择题(本题共13小题。19题为单项选择题，1013题为多项选择题)1.下列说法正确的是()A.实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性B.康普顿效应说明光子既有能量又有动量C.光是高速运动的微观粒子，单个光子不具有波粒二象性D.宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动解析由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，但仍具有波粒二象性，选项A、D错误；康普顿效应说明光子除了具有能量之外还有动量，选项B正确；波粒二象性是光子的特性，单个光子也具有波粒二象性，选项C错误。答案B2.(2017天津理综，1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()图1A.HHHenB.NHeOHC.HeAlPnD.UnBaKr3n解析HHHen是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；NHeOH是卢瑟福发现质子的核反应方程，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；HeAlPn是约里奥居里夫妇用粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，同时发现中子的核反应方程，属于人工核反应，故C错误；92Un56BaKr3n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误。答案A3.14C发生放射性衰变为14N，半衰期约为5 700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A.该古木的年代距今约为5 700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出射线，选项C错误；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。答案A4.如图2所示为氢原子的能级结构示意图，一群氢原子处于n3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外辐射出光子，用这些光子照射逸出功为2.49 eV的金属钠。下列说法中正确的是 ()图2A.这群氢原子能辐射出三种不同频率的光，其中从n3能级跃迁到n2能级所发出的光波长最短B.这群氢原子在辐射光子的过程中电子绕核运动的动能减小，电势能增大C.能发生光电效应的光有三种D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能是9.60 eV解析这群氢原子向低能级跃迁有三种可能，从n3到n2放出光子波长最长，A错误；因向低能级跃迁电场力做正功，电势能减小，动能增大，B错误；能使钠发生光电效应只有两种，能量为12.09 eV和10.20 eV，C错误；最大初动能Ek12.09 eV2.49 eV9.60 eV，D正确。答案D5.根据所给图片结合课本相关知识，下列说法正确的是()图3A.图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有粒子性B.图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同C.图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在、三种射线中，最有可能使用的射线是射线D.图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，由图可知中等大小的核的比结合能最大，即(核反应中)平均每个核子的质量亏损最小解析题图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样，证明电子具有波动性，选项A错误；题图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯，原因是各种气体原子的能级不同，跃迁时发射光子的能量不同，光子的频率不同，选项B正确；题图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置，在、三种射线中，由于射线穿透能力最强，最有可能使用的射线是射线，选项C错误；题图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图象，可知中等大小的核的比结合能最大，即在核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量最大，平均每个核子的质量亏损最大，选项D错误。答案B6.关于核反应方程ThPaXE(E为释放的核能，X为新生成的粒子)，已知Th的半衰期为1.2 min，则下列说法正确的是()A.此反应为衰变B.Pa核和Th核具有相同的质量C.Pa不具有放射性D.64 g的Th经过6 min还有1 g Th尚未衰变解析根据核反应方程质量数和电荷数守恒可判断出X为e，所以此反应为衰变，A正确；Pa核与Th核质量并不同，B错误；根据化学元素周期表及化学知识知，Pa为放射性元素，C错误；利用半衰期公式m余()m原，解得m余2 g，则D错误。答案A7.如图4是光电管的原理图。已知当有波长为0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()图4A.若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B.若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C.若换用波长为1(10)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流D.若换用波长为2(20)的光照射阴极K时，即便光子的能量小，但若波长小于极限波长，仍然有光电流产生，选项C错误，D正确。答案D8.某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率的关系图象如图5所示。则由图象可知()图5A.入射光频率越大，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hD.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比解析金属的逸出功只与金属本身有关，与入射光的频率无关，选项A错误；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW，由动能定理，eUcEk，联立解得Uc，由此可知，入射光的频率越大，则遏止电压越大，选项B正确；将遏止电压Uc与入射光频率的关系式Uc，对照题给的遏止电压Uc与入射光频率的关系图象，可知图象斜率为，得出普朗克常量he，选项C错误；由爱因斯坦光电效应方程EkhW，可知光电子的最大初动能与入射光的频率成线性增大关系，但不是成正比关系，选项D错误。答案B9.如图6所示为氢原子能级图，氢原子中的电子从n4能级跃迁到n1能级可产生a光；从n3能级跃迁到n1能级可产生b光，a光和b光的波长分别为a和b，a、b两光照射逸出功为4.5 eV的金属钨表面均可产生光电效应，遏止电压分别为Ua和Ub，则()图6A.abB.UaUbC.a光的光子能量为12.55 eVD.b光照射金属钨产生的光电子的最大初动能Ekb7.59 eV解析氢原子中的电子从n4能级跃迁到n1能级产生a光，a光的光子能量haEaE4E112.75 eV，氢原子中的电子从n3能级跃迁到n1能级产生b光，b光的光子能量hbEbE3E112.09 eV，a光的光子能量高，则a光的频率大，波长小，即aUb，选项B错误；EkbhbW7.59 eV，选项D正确。答案D10.图示7为氢原子能级图以及从n3、4、5、6能级跃迁到n2 能级时辐射的四条光谱线，已知从n3跃迁到n2的能级时辐射光的波长为656 nm，下列叙述正确的有()图7A.四条谱线中频率最大的是HB.用633 nm的光照射能使氢原子从n2跃迁到n3的能级C.一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线D.如果H可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，H也可以使该金属发生光电效应解析频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n6跃迁到n2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n3能级向低能级跃迁时，可以是从32、21或者是31，即可发生三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，H光子的能量最大，故其他光子不一定能使该金属发生光电效应，选项D错误。答案AC11.一静止的原子核U发生了某种衰变，衰变方程为UThX，其中X是未知粒子，下列说法正确的是()A.U发生的是衰变B.U发生的是衰变C.衰变后新核Th和粒子X的动能相等D.衰变后新核Th和粒子X的动量大小相等 解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，未知粒子X的质量数为4，电荷数为2，即未知粒子X是He，因此发生的是衰变，选项A正确，B错误；衰变前后动量守恒，即：0pThpX，即pThpX，选项D正确；根据动量与动能的关系p，由于Th和X的质量数不同，因此衰变后新核Th和粒子X的动能不同，选项C错误。答案AD12.如图8所示为用某金属研究光电效应规律得到的光电流随电压变化关系的图象，用单色光1和单色光2分别照射该金属时，逸出的光电子的最大初动能分别为Ek1和Ek2，普朗克常量为h，则下列说法正确的是()图8A.Ek1Ek2B.单色光1的频率比单色光2的频率高C.增大单色光1的强度，其遏止电压会增大D.单色光1和单色光2的频率之差为解析由于Ek1e|Uc1|，Ek2e|Uc2|，所以Ek1Ek2，选项A正确；由EkhW可知，单色光1的频率比单色光2的频率低，选项B错误；只增大照射光的强度，光电子的最大初动能不变，因此遏止电压不变，选项C错误；Ek1h1W，Ek2h2W，得12，选项D正确。答案AD13.一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图9所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为116，下列判断正确的是()图9A.该原子核发生了衰变B.反冲原子核在小圆上逆时针运动C.原来静止的核，其原子序数为15D.放射性的粒子与反冲核运动周期相同解析衰变后产生的新核即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动，轨道半径r，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷。因此，这个衰变为衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为ABe，选项A错误，选项B正确；由两圆的半径之比为116 可知，B核的核电荷数为16。原来的放射性原子核的核电荷数为15，其原子序数为15。即A为P(磷)核，B为S(硫)核，选项C正确；由周期公式T可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同，反冲核的周期较大，选项D错误。答案BC二、非选择题14.(2017北京理综，23)在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次衰变。放射出的粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质量和电荷量。(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符号用Y表示，写出该衰变的核反应方程；(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小；(3)设该衰变过程释放的核能都转化为粒子和新核的动能，新核的质量为M，求衰变过程的质量亏损m。解析(1)XYHe(2)洛伦兹力提供向心力，有qvBm所以v，T等效电流I。(3)衰变过程动量守恒Mv1mv2得v1，v2由质能方程Emc2Mvmv得m。答案(1)XYHe(2)(3)- 8 -