【紅對(duì)勾】2020高考物理 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核單元綜合測(cè)試 新課標(biāo)

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1、單元綜合測(cè)試十六(波粒二象性　原子結(jié)構(gòu)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(shí)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(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確，把正確選項(xiàng)前的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)) 1．(2020·浙江高考)氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫(kù)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(kù)侖力　 B．萬有引力、庫(kù)侖力、核力 C．庫(kù)侖力、核力、萬有引力 D．核力、庫(kù)侖力、萬有引力 解析：本題考查三

2、種相互作用及庫(kù)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(duì)兩定律的理解．在原子核大小范圍內(nèi)，有強(qiáng)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(kù)侖定律可知，庫(kù)侖力比萬有引力大，所以選D. 答案：D 2．下面是一核反應(yīng)方程式：12H＋13H―→24He＋X，用c表示光速，則(　　) A．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2 B．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2 C．X是質(zhì)子，核反應(yīng)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(yīng)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(bào)道，叛逃英國(guó)的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡，英國(guó)警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級(jí)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(gè)中子 B．X原子核含有206個(gè)核子 C．γ射線是由處于激發(fā)態(tài)的釙核從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí)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(gè)，B正確．中子數(shù)為20

4、6－(84－2)＝124個(gè)，A正確．γ射線是由于核反應(yīng)前后因質(zhì)量損虧釋放的能量以γ光子的形式放出，C錯(cuò)．經(jīng)過兩個(gè)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(guān)放射性方面的知識(shí)可知，下列說法正確的是(　　) A．隨著氣溫的升高，氡的半衰期會(huì)變短 B．許多元素能自發(fā)地放出射線，使人們開始認(rèn)識(shí)到原子是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的 C．放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)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(dāng)氫核與中子結(jié)合為氘核時(shí)，放出的能量為(m1＋m2－m3)c2 解析：半衰期是由原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與化學(xué)、

5、物理性質(zhì)無關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)．β衰變是核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子被釋放出來，故C項(xiàng)錯(cuò)．氫核和中子結(jié)合成氘核放出的能量為(m1＋m2－m3)c2是正確的，故D項(xiàng)正確，放射性使人們認(rèn)識(shí)到原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，B錯(cuò)． 答案：D 5．關(guān)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(shí)間就是半衰期 B．放射性物質(zhì)放出的射線中，α粒子動(dòng)能很大，因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng) C．當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時(shí)，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(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，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(shí)間，故A錯(cuò)；α、β、γ三種射線中，α粒子速度最小，其貫穿本領(lǐng)最小，故B錯(cuò)；β衰變的原因是原子核內(nèi)部的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生了電子，故C錯(cuò)；衰變后產(chǎn)生的新核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，釋放能量，輻射出γ射線，故D對(duì)． 答案：D 圖1 6．氫原子的能級(jí)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(cuò)誤的是(　　) A．處于n＝3能級(jí)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(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng) C．大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光 D．大量處于n＝4能級(jí)的

7、氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，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(jí)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(jí)的氫原子電離；大量氫原子從高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，放出的光子在紅外線區(qū)，故具有顯著的熱效應(yīng)；大量氫原子由n＝4能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，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(xiàng)錯(cuò)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(zhǎng)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(shè)能量為E)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E′)時(shí)，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(shí)ν＝，聯(lián)立得E′＝E－h(huán). 答案：C 8．(2020·天津高考)下列關(guān)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(shè)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(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固 解析：β衰變是原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子，同時(shí)放出一個(gè)電子，核反應(yīng)方程為01n→11H＋－10e

9、，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期不隨外界溫度、壓強(qiáng)等發(fā)生改變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，核子結(jié)合的越牢固，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：B 9．(2020·全國(guó)卷Ⅱ)原子核ZAX與氘核12H反應(yīng)生成一個(gè)α粒子和一個(gè)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(yīng)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)示意圖，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種不可見的貫穿能力很強(qiáng)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(yīng)方程式：24He＋49Be→612C＋01n，是用釙(Po)放出的α粒子轟擊鈹(Be)，選項(xiàng)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(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5 MeV的質(zhì)子11H轟擊靜止的ZAX，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.9 MeV的24He.(1 MeV＝1.6×10－13J) ①上述核反應(yīng)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(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了人們對(duì)原子、原子核的認(rèn)識(shí)，下列有關(guān)原子、原子核的敘述正確的是________．(填選項(xiàng)前的編號(hào)) ①盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明原子核內(nèi)部具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 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(yīng)方程有：12H＋13H―→24He＋01n ④氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)和從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)，前者躍遷輻射出的光子波長(zhǎng)比后者的長(zhǎng) 解析：本題考查原子的基本結(jié)構(gòu)和原子核

12、的基本組成，核反應(yīng)方程式的寫法以及玻爾的氫原子能級(jí)量子化理論． ①選項(xiàng)錯(cuò)誤，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)說明了原子應(yīng)該具有核式結(jié)構(gòu)．選項(xiàng)②錯(cuò)誤，天然放射現(xiàn)象放射出的β射線是高速運(yùn)動(dòng)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(xiàng)③正確，寫核反應(yīng)方程時(shí)應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的原則．選項(xiàng)④錯(cuò)誤，由氫原子能級(jí)方程hν＝Em－En，而ν＝，則＝Em－En得λ＝，當(dāng)氫原子從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，λ1＝，從n＝2能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，λ2＝，E3－E1>E2－E1，所以λ1<λ2. 答案：③ 三、計(jì)算題(本題共4小題，13、14題各10分，15、16題各12分，共44分，計(jì)算時(shí)必須有必要

13、的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 圖3 13．(2020·江蘇高考)(1)研究光電效應(yīng)的電路如圖3所示．用頻率相同、強(qiáng)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(yáng)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(guān)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(dòng)量的大小________(選填“增大”、“減小”或“不變”)，原因是________． (3)已知?dú)湓犹幵诘谝弧⒌诙ぐl(fā)態(tài)的能級(jí)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(qǐng)通過計(jì)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(yīng)． 解析：(1)由于光的頻率相同，所以對(duì)應(yīng)的反向截止電壓相同，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，在同樣的加速電壓下，光強(qiáng)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(xiàng)C正確，D錯(cuò)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(dòng)量減小． (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?yàn)?/p>

15、E

16、電站．請(qǐng)用物理學(xué)知識(shí)，指出建造哪種類型的發(fā)電站更合適，并請(qǐng)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　②ΔE＝[(m1＋mX)－(m3＋m4)]c2 (2)優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：核裂變反應(yīng)造成的核廢料具有放射性，難處理；建造成本高． (3)建風(fēng)能發(fā)電站比較合理 理由：在使用風(fēng)能發(fā)電時(shí)，根據(jù)能量守恒知識(shí)，風(fēng)能一方面轉(zhuǎn)化為電能，另一方面可以減弱風(fēng)速，減小對(duì)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(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中11H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在． (1)中微子與水中的11H發(fā)生核反應(yīng)，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(xiàng)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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)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(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為________ J．正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是_______________． (3)試通過分析比較，具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)的大?。? 解析：(1)在核反應(yīng)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(dòng)量守恒，如果是產(chǎn)生一個(gè)光子，合動(dòng)量為零，光子的速度為零，與實(shí)際光子的運(yùn)動(dòng)狀況矛盾． (3)粒子的動(dòng)量p＝，物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ＝ 由mn>me，知pn>pe，則λn<λe. 答案：(1)A　(2)8.2×10－14　遵循動(dòng)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(zhuǎn)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(zhǎng)都是560 nm，計(jì)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(shí)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(dòng)量可忽略，求α粒子的動(dòng)能． 解析：(Ⅰ)一波長(zhǎng)為λ的光子能量為 Eγ＝① 設(shè)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(dòng)能EU、α粒子的動(dòng)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(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動(dòng)量守恒有 mUvU＝mαvα⑧ 又由動(dòng)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