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第十二章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)與原子核 章末綜合測試(十二) (時(shí)間：45分鐘　分?jǐn)?shù)：100分) 一、選擇題(本題共10小題，每小題6分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～5題只有一項(xiàng)符合題目要求，第6～10題有多項(xiàng)符合題目要求．全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分) 1．下列說法中正確的是(　　) A．光是一種概率波，物質(zhì)波也是概率波 B．麥克斯韋首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在 C．某單色光從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)，其頻率和波長都將改變 D．紫光照射某金屬時(shí)有電子向外發(fā)射，紅光照射該金屬時(shí)也一定有電子向外發(fā)射 解析：A　麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，赫茲首次通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故B錯(cuò)誤；單色光從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)時(shí)，其頻率是不變的，但由于光速不同，所以波長會(huì)改變，C錯(cuò)誤；由于紫光的頻率大于紅光，則根據(jù)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程可知，紅光照射該金屬時(shí)不一定有電子向外發(fā)射，故D錯(cuò)誤． 2．根據(jù)愛因斯坦的光子說，光子能量E等于(h為普朗克常量，c為真空中的光速，λ為光在真空中的波長)(　　) A．h B．h C．hλ D. 解析：B　根據(jù)愛因斯坦的光子說，光子能量E＝hν，根據(jù)光的傳播速度和頻率的關(guān)系c＝λν得E＝h，B正確． 3．(2017河南信陽息縣一中段考)下列對題中四幅圖的分析，其中正確的是 (　　) A．從圖①可知，光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中b光的頻率比a光的大 B．從圖②可知，能量為5 eV的光子不能被處于n＝2能級的氫原子吸收 C．從圖③可知，隨著放射性物質(zhì)質(zhì)量的不斷減少，其半衰期不斷增大 D．從圖④可知，α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子核由中子和質(zhì)子組成 解析：A　eUc＝hν－W0，從圖①可知，Ub>Ua，故νb>νa，A正確；5 eV>3.4 eV，所以能量為5 eV的光子能被處于n＝2能級的氫原子吸收并發(fā)生電離，B錯(cuò)誤；半衰期與物質(zhì)質(zhì)量無關(guān)，故C錯(cuò)誤；α粒子散射實(shí)驗(yàn)不能得出原子核由質(zhì)子和中子組成，故D錯(cuò)誤；故選A. 4.如圖，天然放射源鈾發(fā)出的一束射線經(jīng)過勻強(qiáng)電場時(shí)分裂成1、2、3三種射線，下列說法正確的是(　　) A．三種射線都是帶電粒子流 B．射線1實(shí)質(zhì)是高速的質(zhì)子流 C．射線3是原子核外電子電離后形成的電子流 D．三種射線都具有很高的能量，說明原子核是一個(gè)能量寶庫 解析：D　射線2是γ射線，不帶電，A錯(cuò)誤；射線1帶正電，是氦核流，B錯(cuò)誤；射線3是電子流，是原子核內(nèi)部變化產(chǎn)生的，C錯(cuò)誤． 5．要使氘核聚變，必須使氘核之間的距離接近到核力能夠發(fā)生作用的范圍r0，物質(zhì)溫度很高時(shí)，氘原子將變?yōu)榈入x子體，等離子體的分子平均動(dòng)能為Ek＝，K叫玻耳茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度，兩個(gè)氘核之間的電勢能為Ep＝，r為電荷之間的距離，則氘核聚變的溫度至少為(　　) A. B. C. D. 解析：C　若兩氘核從相距無窮遠(yuǎn)處到相距r0，有ΔEk減＝ΔEp增，這里要注意，如果兩氘核恰好接近到r0，動(dòng)能變?yōu)榱?，則2Ek＝，即：2＝，解得T＝，所以選項(xiàng)C正確． 6.以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出．強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)． 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場．逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)(　　) A．U＝－ B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ 解析：B　本題中，“當(dāng)增大反向電壓U，使光電流恰好減小到零時(shí)”，即為：從陰極K逸出的具有最大初動(dòng)能的光電子，恰好不能到達(dá)陽極A. 以從陰極K逸出的且具有最大初動(dòng)能的光電子為研究對象，由動(dòng)能定理得：－Ue＝0－mv2① 由光電效應(yīng)方程得：nhν＝mv2＋W(n＝2,3,4…)② 由①②式解得：U＝－(n＝2,3,4…) 故選項(xiàng)B正確． 7．(2017江蘇單科)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示．根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(　　) A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 解析：BC　由圖象可知，He的比結(jié)合能約為7 MeV，其結(jié)合能應(yīng)為28 MeV，故A錯(cuò)誤．比結(jié)合能較大的核較穩(wěn)定，故B正確．比結(jié)合能較小的核結(jié)合成比結(jié)合能較大的核時(shí)釋放能量，故C正確．比結(jié)合能就是平均結(jié)合能，故由圖可知D錯(cuò)誤． 8.(2017福建廈門質(zhì)檢)靜止的Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，大小圓半徑分別為R1、R2；則下列關(guān)于此核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值判斷正確的是 (　　) A.Bi→Tl＋He B.Bi→Po＋e C．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝207∶4 解析：BC　原子核發(fā)生衰變時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒可知兩粒子的速度方向相反，由圖可知粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡在同一側(cè)，根據(jù)左手定則可以得知，衰變后的粒子帶的電性相反，所以原子核發(fā)生的應(yīng)該是β衰變，衰變方程為：Bi→Po＋e，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)R＝，結(jié)合兩粒子動(dòng)量大小相等，故R1∶R2＝q2∶q1＝84∶1，故C正確，D錯(cuò)誤；故選B、C. 9．已知?dú)湓拥哪芗壢鐖D所示，現(xiàn)用光子能量在10～12.9 eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，則下列說法中正確的是(　　) A．在照射光中可能被吸收的光子能量有無數(shù)種 B．在照射光中可能被吸收的光子能量只有3種 C．照射后可觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有6種 D．照射后可觀測到氫原子發(fā)射不同波長的光有3種 解析：BC　n＝1→n＝5，hν＝E5－E1＝13.06 eV，故能量在10～12.9 eV范圍內(nèi)的光子，僅被吸收符合n＝1→n＝2，n＝1→n＝3，n＝1→n＝4的能級差的三種光子，A錯(cuò)B對；照射后處于最高能級的氫原子的量子數(shù)n＝4，故向低能級躍遷能輻射的光波長種類為N＝＝6種，C對D錯(cuò)． 10．原來靜止的原子核X，質(zhì)量為m1，處在區(qū)域足夠大的勻強(qiáng)磁場中，經(jīng)α衰變變成質(zhì)量為m2的原子核Y，α粒子的質(zhì)量為m3，已測得α粒子的速度垂直于磁場B，且動(dòng)能為E0.假定原子核X衰變時(shí)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，則下列四個(gè)結(jié)論中，正確的是(　　) A．核Y與α粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期之比為 B．核Y與α粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑之比為 C．此衰變過程中的質(zhì)量虧損為m1－m2－m3 D．此衰變過程中釋放的核能為 解析：BCD　原子核發(fā)生α衰變時(shí)質(zhì)量數(shù)減小4，電荷數(shù)減小2，由題意知X核原先靜止，則衰變后α粒子和反沖核Y的動(dòng)量大小相籌，由R＝知，RY∶Rα＝qα∶qY＝2∶(Z－2)，故B項(xiàng)正確；周期之比由T＝知，TY∶Tα＝＝，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；該過程質(zhì)量虧損Δm＝m1－(m2＋m3)，故C項(xiàng)正確；由Ek＝知，Y核的動(dòng)能EkY＝，則釋放的核能ΔE＝Ekα＋EkY＝，故D項(xiàng)正確． 二、非選擇題(本大題共2小題，每題20分，共40分．) 11．(2017湖北襄陽調(diào)研)氫原子基態(tài)能量E1＝－13.6 eV，電子繞核做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r1＝0.5310－10 m．求氫原子處于n＝4激發(fā)態(tài)時(shí)： (1)原子系統(tǒng)具有的能量； (2)電子在n＝4軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能；(已知能量關(guān)系Ee＝E1，半徑關(guān)系rn＝n2r1，k＝9.0109 Nm2/C2，e＝1.610－19 C) (3)若要使處于n＝2軌道上的氫原子電離，至少要用頻率為多大的電磁波照射氫原子？(普朗克常量h＝6.6310－34 Js) 解析：(1)由En＝E1得(3分) E4＝＝－0.85 eV(3分) (2)因?yàn)閞n＝n2r1，所以r4＝42r1，由圓周運(yùn)動(dòng)知識得(3分) k＝m(3分) 所以EK4＝mv2＝＝ J(3分) ≈0.85 eV (3)要使處于n＝2的氫原子電離，照射光的光子能量應(yīng)能使電子從第2能級躍遷到無限遠(yuǎn)處，最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為 hν＝0－(3分) 得ν≈8.211014 Hz(2分) 答案：(1)－0.85 eV　(2)0.85 eV　(3)8.211014 Hz 12．天文學(xué)家測得銀河系中氦的含量約為25%.有關(guān)研究表明，宇宙中氦生成的途徑有兩條：一是在宇宙誕生后3分鐘左右生成的；二是在宇宙演化到恒星誕生后，由恒星內(nèi)部的氫核聚變反應(yīng)生成的． (1)把氫核聚變反應(yīng)簡化為4個(gè)氫核(H)聚變成氦核(He)，同時(shí)放出2個(gè)正電子(e)和2個(gè)中微子(νe)，請寫出該氫核聚變反應(yīng)的方程，并計(jì)算一次反應(yīng)釋放的能量． (2)研究表明，銀河系的年齡約為t＝3.81017 s，每秒銀河系產(chǎn)生的能量約為11037 J(即P＝11037 J/s)．現(xiàn)假定該能量全部來自上述氫核聚變反應(yīng)，試估算銀河系中氦的含量(最后結(jié)果保留一位有效數(shù)字)． (3)根據(jù)你的估算結(jié)果，對銀河系中氦的主要生成途徑做出判斷． (可能用到的數(shù)據(jù)：銀河系質(zhì)量約為M＝31041 kg，原子質(zhì)量單位1 u＝1.6610－27 kg,1 u對應(yīng)于1.510－10 J的能量，電子質(zhì)量me＝0.000 5 u，氦核質(zhì)量mα＝4.002 6 u，氫核質(zhì)量mp＝1.007 8 u，中微子νe質(zhì)量為零．) 解析：(1)4H→He＋2e＋2νe(3分) Δm＝4mP－mα－2me(3分) ΔE＝Δmc2＝4.1410－12 J(3分) (2)m＝mα≈6.11039 kg(3分) 氦的含量k＝＝≈2%(3分) (3)由估算結(jié)果可知，2%遠(yuǎn)小于25%的實(shí)際值，所以銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的．(5分) 答案：(1)4H→He＋2e＋2νe　4.1410－12 J　(2)2% (3)銀河系中的氦主要是宇宙誕生后不久生成的