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專題能力訓(xùn)練13　近代物理 (時間:45分鐘　滿分:100分) 一、選擇題(本題共10小題,每小題6分,共60分。在每小題給出的四個選項中,1~5題只有一個選項符合題目要求,6~10題有多個選項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分) 1.(2018北京卷)在核反應(yīng)方程24He+714N→817O+X中,X表示的是(　　) A.質(zhì)子　　　　　　　　　B.中子 C.電子 D.α粒子 2.已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng),比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的(　　) A.波長 B.頻率 C.能量 D.動量 3.右圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物質(zhì)發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡,氣泡室中磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里。以下判斷可能正確的是(　　) A.a、b為β粒子的徑跡 B.a、b為γ粒子的徑跡 C.c、d為α粒子的徑跡 D.c、d為β粒子的徑跡 4.汞原子的能級如圖所示,現(xiàn)用一束單色光照射到大量處于基態(tài)的汞原子,汞原子只發(fā)出三種不同頻率的單色光。關(guān)于入射光的能量,下列說法正確的是(　　) A.等于4.9 eV　　　　　B.等于7.7 eV C.等于8.8 eV D.大于或等于10.4 eV 5.(2018天津卷)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進的研究平臺。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　) A.714N俘獲一個α粒子,產(chǎn)生817O并放出一個粒子 B.1327Al俘獲一個α粒子,產(chǎn)生1530P并放出一個粒子 C.511B俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生48Be并放出一個粒子 D.36Li俘獲一個質(zhì)子,產(chǎn)生23He并放出一個粒子 6.下列說法正確的是(　　) A.原子的核式結(jié)構(gòu)是湯姆生發(fā)現(xiàn)的 B.鈾核(92238U)衰變?yōu)殂U核(82206Pb)的過程中,要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變 C.一個氫原子從量子數(shù)n=3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時最多可產(chǎn)生2條不同頻率的譜線 D.用加熱、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期 7.下列說法正確的是(　　) A.氡的半衰期為3.8天,若取4個氡原子核,經(jīng)7.6天后就剩下1個原子核了 B.原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子,這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外,就是β粒子,這就是β衰變的實質(zhì) C.光子的能量由光的頻率所決定 D.只要有核反應(yīng)發(fā)生,就一定會釋放出核能 8.關(guān)于近代物理的相關(guān)內(nèi)容,下列說法正確的是(　　) A.α射線是高速運動的氦原子 B.核聚變反應(yīng)方程12H+13H→24He+01n中,01n表示中子 C.玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域,其理論能夠解釋氫原子光譜的特征 D.比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時一定放出能量 9.氫原子的能級圖如圖所示,大量處于n=5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,一共可以輻射出10種不同頻率的光子。其中萊曼系是指氫原子由高能級向n=1能級躍遷時釋放的光子,則(　　) A.10種光子中波長最短的是n=5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的 B.10種光子中有4種屬于萊曼系 C.使n=5能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量 D.從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于n=3能級躍遷到n=2能級釋放光子的能量 10.按如圖的方式連接電路,當用某種紫光照射陰極K時,電路中的電流表有示數(shù)。則下列敘述正確的是(　　) A.如果僅將紫光換成黃光,則電流表一定沒有示數(shù) B.如果僅將紫光換成紫外線,則電流表一定有示數(shù) C.僅將滑動變阻器的滑片向右滑動,則電流表的示數(shù)一定增大 D.僅將滑動變阻器的滑片向左滑動,則電流表的示數(shù)可能不變 二、非選擇題(本題共2小題,共40分) 11.(20分)一靜止的氡核(86222Rn)發(fā)生α衰變,放出一個速度為v0、質(zhì)量為m的α粒子和一個質(zhì)量為m0的反沖核釙(Po),若氡核發(fā)生衰變時,釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能。 (1)寫出衰變方程; (2)求出反沖核的速度; (3)求出這一衰變過程中虧損的質(zhì)量。 12.(20分)海水中含有豐富的氘,完全可充當未來的主要能源。兩個氘核的核反應(yīng)產(chǎn)生一個23He核和一個粒子,其中氘核的質(zhì)量為2.013 0 u,氦核的質(zhì)量為3.015 0 u,粒子的質(zhì)量為1.008 7 u。(1 u相當于931.5 MeV) (1)寫出核反應(yīng)方程; (2)核反應(yīng)中釋放的核能; (3)在兩個氘核以相等的動能0.35 MeV進行對心碰撞,并且核能全部轉(zhuǎn)化為動能的情況下,求反應(yīng)中產(chǎn)生的粒子和氦核的動能。 答案： 1.A　解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得,X的質(zhì)量數(shù)=4+14-17=1,X的電荷數(shù)=2+7-8=1,即X是質(zhì)子,故選項A正確。 2.A　解析 光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W=hν-hν0,鈣的截止頻率大,因此鈣中逸出的光電子的最大初動能小,其動量p=2mEkm,故動量小,由λ=hp可知波長較大,則頻率較小,選項A正確。 3.D　解析 γ射線是不帶電的光子流,在磁場中不偏轉(zhuǎn),故選項B錯誤;α粒子為氦核,帶正電,由左手定則知受到向上的洛倫茲力,向上偏轉(zhuǎn),故選項A、C錯誤;β粒子是帶負電的電子流,應(yīng)向下偏轉(zhuǎn),選項D正確。故選D。 4.B　解析 因為汞原子只發(fā)出三種頻率不同的單色光,可知原子發(fā)生的是從能級3到低能級的躍遷,所以單色光的照射使原子從基態(tài)躍遷到了n=3的能量狀態(tài),所以單色光的能量等于能級3與基態(tài)的能級差:-2.7 eV-(-10.4 eV)=7.7 eV,故選項B正確。 5.B　解析 本題考查核反應(yīng)方程式的書寫,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可快速選出答案。根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可得:714N+24He→817O+11H,選項A錯誤;1327Al+24He→1530P+01n,選項B正確;511B+11H→48Be+24He,選項C錯誤;36Li+11H→23He+24He,選項D錯誤。 6.BCD　解析 原子的核式結(jié)構(gòu)是盧瑟福通過α粒子散射實驗發(fā)現(xiàn)的,A錯;質(zhì)量數(shù)238=206+48守恒,電荷數(shù)92=82+28-6守恒,B正確;只有一個氫原子躍遷時最多可產(chǎn)生兩條譜線是從3→2和從2→1躍遷時產(chǎn)生的,C正確;衰變是原子核內(nèi)部的變化,由其本身決定,與外界環(huán)境無關(guān),D正確。 7.BC　解析 因半衰期是對大量原子核的衰變作出的統(tǒng)計規(guī)律,對于少數(shù)原子核是沒有意義的,所以A項錯誤;因為β衰變的本質(zhì)是核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子并將電子發(fā)射出來的過程,所以B項正確;由光子的能量式ε=hν,知C項正確;并不是所有核反應(yīng)都放出核能,有些核反應(yīng)過程需要吸收能量,D項錯誤。 8.BCD　解析 α粒子是高速運動的氦原子核,A項錯誤;由核反應(yīng)過程的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,01n表示中子,B項正確;由玻爾理論可知,C項正確;由核聚變和核裂變規(guī)律可知,D項正確。 9.AB　解析 n=5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的光子的能量最大、頻率最大,所以波長最短,A正確;由題意知,從n=5、4、3、2激發(fā)態(tài)躍遷到n=1時發(fā)出的4種光子屬于萊曼系,所以B正確;由題圖知,n=5能級的電離能為0.54 eV,所以C錯誤;從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量大于n=3能級躍遷到n=2能級釋放光子的能量,所以D錯誤。 10.BD　解析 當換用黃光后,入射光的頻率減小,但入射光的頻率可能仍大于金屬的極限頻率,發(fā)生光電效應(yīng),電路中可能有光電流,A錯誤;當換用紫外線后,入射光的頻率增大,一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,則微安表一定有示數(shù),B正確;滑動變阻器的滑片向右滑動,則光電管兩極間的電壓增大,電路中的光電流可能已經(jīng)達到飽和值,保持不變,C錯誤;滑動變阻器的滑片向左滑動,則光電管兩極間的電壓減小,電路中的光電流可能仍為飽和值,保持不變,D正確。 11.答案 (1)86222Rn→84218Po+24He　(2)mv0m0 (3)Δm=(m0+m)mv022m0c2 解析 (1)由已知得86222Rn→84218Po+24He (2)設(shè)反沖核的速度為v,由動量守恒可知mv0=m0v 即v=mv0m0。 (3)由質(zhì)能方程可知 E=Δmc2=12mv02+12m0v2 Δmc2=12mv02+12m0mv0m02 解得Δm=(m0+m)mv022m0c2 12.答案 (1)12H+12H→23He+01n (2)2.14 MeV (3)2.13 MeV　0.71 MeV 解析 (1)核反應(yīng)方程為12H+12H→23He+01n。 (2)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損 Δm=2mH-mHe-mn 由ΔE=Δmc2可知釋放的核能 ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV。 (3)把兩個氘核作為一個系統(tǒng),碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒,由于碰撞前兩氘核的動能相等,其動量等大反向,因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量為零,設(shè)碰撞后瞬間氦核、中子的速度分別為vHe、vn,動能分別為EkHe、Ekn,碰撞前氘核的動能ΔEkH=0.35 MeV,則 mHevHe+mnvn=0 反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒,則 12mHevHe2+12mnvn2=ΔE+2ΔEkH 又有mHe∶mn=3∶1 EkHe=12mHevHe2,Ekn=12mnvn2, 解得EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV。