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1、單元綜合測試十六(波粒二象性 原子結構和原子核)
本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分,試卷滿分為100分.考試時間為90分鐘.
第Ⅰ卷(選擇題,共40分)
一、選擇題(本題共10小題,每題4分,共40分.有的小題只有一個選項正確,有的小題有多個選項正確,把正確選項前的字母填在題后的括號內(nèi))
1.(2020·浙江高考)氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成,這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力,則3種力從大到小的排列順序是( )
A.核力、萬有引力、庫侖力 B.萬有引力、庫侖力、核力
C.庫侖力、核力、萬有引力 D.核力、庫侖力、萬有引力
解析:本題考查三
2、種相互作用及庫侖定律、萬有引力定律,意在考查考生知道三種相互作用和對兩定律的理解.在原子核大小范圍內(nèi),有強相互作用存在即核力是最大的,由于質(zhì)子的質(zhì)量比較小,由萬有引力定律和庫侖定律可知,庫侖力比萬有引力大,所以選D.
答案:D
2.下面是一核反應方程式:12H+13H―→24He+X,用c表示光速,則( )
A.X是質(zhì)子,核反應放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2
B.X是中子,核反應放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2
C.X是質(zhì)子,核反應放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和,再乘c2
D.X是中子,核反應放出的能量等于氘核與氘核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和,再乘c2
解
3、析:由荷電核數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒,和愛因斯坦質(zhì)能方程可以求解.
答案:D
3.據(jù)媒體報道,叛逃英國的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡,英國警方調(diào)查認為毒殺利特維年科的是超級毒藥——放射性元素釙(84210Po),若該元素發(fā)生α衰變,其半衰期是138天,衰變方程為84210Po→X+24He+γ,則下列說法中正確的是( )
A.X原子核含有124個中子
B.X原子核含有206個核子
C.γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級向較低能級躍遷時發(fā)出的
D.100 g的84210Po經(jīng)276天,已衰變的質(zhì)量為75 g
解析:X原子核中的核子數(shù)為210-4=206個,B正確.中子數(shù)為20
4、6-(84-2)=124個,A正確.γ射線是由于核反應前后因質(zhì)量損虧釋放的能量以γ光子的形式放出,C錯.經(jīng)過兩個半衰期,剩余的釙的質(zhì)量為原來的四分之一,則已衰變的質(zhì)量為原來的四分之三,D正確.
答案:ABD
4.根據(jù)有關放射性方面的知識可知,下列說法正確的是( )
A.隨著氣溫的升高,氡的半衰期會變短
B.許多元素能自發(fā)地放出射線,使人們開始認識到原子是有復雜結構的
C.放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子來源于核外電子
D.氫核、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,當氫核與中子結合為氘核時,放出的能量為(m1+m2-m3)c2
解析:半衰期是由原子核內(nèi)部結構決定的,與化學、
5、物理性質(zhì)無關,故A項錯.β衰變是核內(nèi)的一個中子轉化為一個質(zhì)子和一個電子,電子被釋放出來,故C項錯.氫核和中子結合成氘核放出的能量為(m1+m2-m3)c2是正確的,故D項正確,放射性使人們認識到原子核有復雜結構,B錯.
答案:D
5.關于天然放射現(xiàn)象,下列說法正確的是( )
A.放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時間就是半衰期
B.放射性物質(zhì)放出的射線中,α粒子動能很大,因此貫穿物質(zhì)的本領很強
C.當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時,將發(fā)生β衰變
D.放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時,輻射出γ射線
解析:半衰期是指放射性元素的原子核有
6、半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間,故A錯;α、β、γ三種射線中,α粒子速度最小,其貫穿本領最小,故B錯;β衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉化為質(zhì)子時產(chǎn)生了電子,故C錯;衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時,釋放能量,輻射出γ射線,故D對.
答案:D
圖1
6.氫原子的能級如圖1所示,已知可見光的光子能量范圍約為1.62~3.11 eV,下列說法錯誤的是( )
A.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并發(fā)生電離
B.大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發(fā)出的光具有顯著的熱效應
C.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出6種不同頻率的光
D.大量處于n=4能級的
7、氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出3種不同頻率的可見光
解析:要使處于n=3能級的氫原子電離,其光子的能量必須大于或等于1.51 eV,而紫外線光子的能量大于3.11 eV,故能使n=3能級的氫原子電離;大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,放出的光子在紅外線區(qū),故具有顯著的熱效應;大量氫原子由n=4能級向低能級躍遷時,可能放出6種不同頻率的光,其中有2種不同頻率的可見光,D選項錯誤.
答案:D
7.根據(jù)玻爾理論,某原子的電子從能量為E的軌道躍遷到能量為E′的軌道,輻射出波長為λ的光,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,則E′等于( )
A.E-h(huán) B.E+h
C.E-h(huán)
8、D.E+h
解析:根據(jù)玻爾理論,原子從一種定態(tài)(設能量為E)躍遷到另一種定態(tài)(設能量為E′)時,它輻射(或吸收)一定頻率的光子,光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定,即hν=E-E′,又光在真空中傳播時ν=,聯(lián)立得E′=E-h(huán).
答案:C
8.(2020·天津高考)下列關于原子和原子核的說法正確的是( )
A. β衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分
B.玻爾理論的假設之一是原子能量的量子化
C.放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短
D.比結合能越小表示原子核中的核子結合得越牢固
解析:β衰變是原子核內(nèi)一個中子轉化為一個質(zhì)子,同時放出一個電子,核反應方程為01n→11H+-10e
9、,選項A錯誤;放射性元素的半衰期不隨外界溫度、壓強等發(fā)生改變,選項C錯誤;比結合能越大,核子結合的越牢固,選項D錯誤.
答案:B
9.(2020·全國卷Ⅱ)原子核ZAX與氘核12H反應生成一個α粒子和一個質(zhì)子.由此可知( )
A.A=2,Z=1 B.A=2,Z=2
C.A=3,Z=3 D.A=3,Z=2
解析:核反應方程為ZAX+12H→24He+11H,根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒有A+2=4+1,Z+1=2+1.解得A=3,Z=2,本題只有選項D正確.
答案:D
10.(2020·上海虹口區(qū)期末)如圖2所示是查德威克實驗示意圖,在這個實驗中發(fā)現(xiàn)了一種不可見的貫穿能力很強的
10、粒子,這種粒子是( )
圖2
A.正電子 B.中子
C.光子 D.電子
解析:查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程式:24He+49Be→612C+01n,是用釙(Po)放出的α粒子轟擊鈹(Be),選項B正確.
答案:B
第Ⅱ卷(非選擇題,共60分)
二、填空題(本題共2小題,每題8分,共16分)
11.(2020·山東高考)歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應,是用加速后動能為0.5 MeV的質(zhì)子11H轟擊靜止的ZAX,生成兩個動能均為8.9 MeV的24He.(1 MeV=1.6×10-13J)
①上述核反應方程為________.
②質(zhì)量虧損為________kg.
11、
解析:11H+37X→24He+24He或11H+37Li→24He+24He①
Δm=3.0×10-29 kg②
答案:見解析
12.(2020·福建高考)隨著現(xiàn)代科學的發(fā)展,大量的科學發(fā)現(xiàn)促進了人們對原子、原子核的認識,下列有關原子、原子核的敘述正確的是________.(填選項前的編號)
①盧瑟福α粒子散射實驗說明原子核內(nèi)部具有復雜的結構
②天然放射現(xiàn)象表明原子核內(nèi)部有電子
③輕核聚變反應方程有:12H+13H―→24He+01n
④氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級和從n=2能級躍遷到n=1能級,前者躍遷輻射出的光子波長比后者的長
解析:本題考查原子的基本結構和原子核
12、的基本組成,核反應方程式的寫法以及玻爾的氫原子能級量子化理論.
①選項錯誤,盧瑟福的α粒子散射實驗說明了原子應該具有核式結構.選項②錯誤,天然放射現(xiàn)象放射出的β射線是高速運動的電子流,是由原子核中的中子變成質(zhì)子后產(chǎn)生的.選項③正確,寫核反應方程時應遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則.選項④錯誤,由氫原子能級方程hν=Em-En,而ν=,則=Em-En得λ=,當氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級時,λ1=,從n=2能級躍遷到n=1能級時,λ2=,E3-E1>E2-E1,所以λ1<λ2.
答案:③
三、計算題(本題共4小題,13、14題各10分,15、16題各12分,共44分,計算時必須有必要
13、的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)
圖3
13.(2020·江蘇高考)(1)研究光電效應的電路如圖3所示.用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K),鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收,在電路中形成光電流.下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中,正確的是________.
(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量,從金屬表面逸出,這就是光電子.光電子從金屬表面逸出的過程中,其動量的大小________(選填“增大”、“減小”或“不變”),原因是________.
(3)已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.40eV和-1.51eV,
14、金屬鈉的截止頻率為5.53×1014Hz,普朗克常量h=6.63×10-34J·s.請通過計算判斷,氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板,能否發(fā)生光電效應.
解析:(1)由于光的頻率相同,所以對應的反向截止電壓相同,選項A、B錯誤;發(fā)生光電效應時,在同樣的加速電壓下,光強度越大,逸出的光電子數(shù)目越多,形成的光電流越大,所以選項C正確,D錯誤.
(2)光電子受到金屬表面層中力的阻礙作用(或需要克服逸出功),所以光電子的動量減?。?
(3)氫原子放出的光子能量E=E3-E2,代入數(shù)據(jù)得E=1.89 eV
金屬鈉的逸出功W0=hνc,代入數(shù)據(jù)得W0=2.3 eV
因為
15、E
16、電站.請用物理學知識,指出建造哪種類型的發(fā)電站更合適,并請說明理由.
解析:(1)由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X核是36Li
由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2可得.
(2)(3)見答案.
答案:(1)①36Li?、讦=[(m1+mX)-(m3+m4)]c2
(2)優(yōu)點:核裂變產(chǎn)生的能源比使用煤和石油更加清潔;產(chǎn)能更多.
缺點:核裂變反應造成的核廢料具有放射性,難處理;建造成本高.
(3)建風能發(fā)電站比較合理
理由:在使用風能發(fā)電時,根據(jù)能量守恒知識,風能一方面轉化為電能,另一方面可以減弱風速,減小對城市的破壞.
15.(2020·江蘇高考)在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的
17、粒子放出.中微子的性質(zhì)十分特別,因此在實驗中很難探測.1953年,萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng),利用中微子與水中11H的核反應,間接地證實了中微子的存在.
(1)中微子與水中的11H發(fā)生核反應,產(chǎn)生中子(01n)和正電子(+10e),即
中微子+11H―→01n++10e
可以判定,中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________.(填寫選項前的字母)
A.0和0 B.0和1
C.1和0 D.1和1
(2)上述核反應產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇,與電子形成幾乎靜止的整體后,可以轉變?yōu)閮蓚€光子(γ),即
+10e+-10e―→2γ
已知正電子和電子的質(zhì)量都
18、為9.1×10-31kg,反應中產(chǎn)生的每個光子的能量約為________ J.正電子與電子相遇不可能只轉變?yōu)橐粋€光子,原因是_______________.
(3)試通過分析比較,具有相同動能的中子和電子的物質(zhì)波波長的大小.
解析:(1)在核反應中,由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A正確.
(2)2mc2=2E
E=mc2=8.2×10-14 J,碰撞過程中遵循動量守恒,如果是產(chǎn)生一個光子,合動量為零,光子的速度為零,與實際光子的運動狀況矛盾.
(3)粒子的動量p=,物質(zhì)波的波長λ=
由mn>me,知pn>pe,則λn<λe.
答案:(1)A (2)8.2×10-14 遵循動量守恒 (3
19、)λn<λe
16.(2020·海南高考)(Ⅰ)已知:功率為100 W的燈泡消耗的電能的5%轉化為所發(fā)出的可見光的能量,光速c=3.0×108 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34J·s.假定所發(fā)出的可見光的波長都是560 nm,計算燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù).
(Ⅱ)钚的放射性同位素94239Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)92235U*和α粒子,而鈾核激發(fā)態(tài)92235U*立即衰變?yōu)殁櫤?2235U,并放出能量為0.097 MeV的γ光子.已知:94239Pu、92235U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu=239.0521 u、mU=235.0439 u和mα=-4.0026 u,1 u=931.
20、5 MeV/c2.
(1)寫出衰變方程;
(2)已知衰變放出的光子的動量可忽略,求α粒子的動能.
解析:(Ⅰ)一波長為λ的光子能量為
Eγ=①
設燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n,燈泡電功率為P,則n=②
式中,k=5%是燈泡的發(fā)光效率.聯(lián)立①②式得
n=③
代入題給數(shù)據(jù)得
n=1.4×1019 s-1.④
(Ⅱ)(1)衰變方程為
94239Pu→92235U*+α①
92235U*→92235U+γ②
或合起來有
94239Pu→92235U+α+γ.③
(2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為
Δm=mPu-mU-mα④
放出的能量為
ΔE=c2·Δm⑤
這能量是鈾核92235U的動能EU、α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和
ΔE=EU+Eα+Eγ⑥
由④⑤⑥式得
EU+Eα=(mPu-mU-mα)c2-Eγ⑦
設衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα,則由動量守恒有
mUvU=mαvα⑧
又由動能的定義知
EU=mUvU2,Eα=mαvα2⑨
由⑧⑨式得=⑩
由⑦⑩式得
Eα=[(mPu-mU-mα)c2-Eγ]?
代入題給數(shù)據(jù)得Eα=5.034 MeV.?
答案:(Ⅰ)1.4×1019 (Ⅱ)(1)94239Pu→92235U+α+γ
(2)5.034 MeV