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高二物理选修3-5第十七—十九章测试卷 A卷
(考查内容:波粒二象性、原子结构、原子核)
满分100分,考试时间90分钟
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题给出的四个选项中,只有一个选项正确,全部选对的得3分,错选或不答的不得分。)
1.下列说法不正确的是 ( )
A.一般物体辐射电磁波的情况与温度无关,只与材料的种类及表面情况有关
B.黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波,不反射
C.带电微粒辐射和吸收的能量,只能是某一最小能量值的整数倍
D.普朗克最先提出了能量子的概念
2.对于原子光谱,下列说法正确的是 ( )
A.原子光谱是连续的
B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的原子光谱是相同的
C.各种原子的原子结构不同,但是各种原子的原子光谱是相同
D.分析物质发光的光谱,可以鉴别物质中含哪些元素
3.关于光电效应的规律,下列说法中正确的是 ( )
A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长,光电效应才能产生
B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C.发生光电效应的反应时间一般都大于10-7 s
D.发生光电效应时,单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
4.根据玻尔理论,下列说法不正确的是 ( )
A.电子绕核运动有加速度,就要向外辐射电磁波
B.处于定态的原子,其电子绕核运动,但它并不向外辐射能量
C.原子内电子的可能轨道是不连续的
D.原子能级跃迁时,辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差
5.如图所示为氢原子能级示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光,下列说法正确的是 ( )
A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光
B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光频率最小
C.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光最容易表现出衍射现象D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应
6.关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有 ( )
A.是原子核质量减少一半所需的时间
B.是原子核有半数发生衰变所需的时间
C.把放射性元素放在密封的容器中,可以减小放射性元素的半衰期
D.可以用来测定地质年代、生物年代和生物种类等
7.已知氦原子的质量为MHe u,电子的质量为me u,质子的质量为mp u,中子的质量为mn u,u为原子质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知:1 u对应于931.5 MeV的能量,若取光速c=3×108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为 ( )
A.[2(mp+mn)-MHe]×931.5 MeV
B.[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV
C.[2(mp+mn+me)-MHe]·c2 J
D.[2(mp+mn)-MHe]·c2 J
8.裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核92U为燃料的反应堆中,当92U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为:
92U + n→ 54Xe + Sr+ 3n
235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子核的静止质量(以原子质量单位u为单位).已知1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV,此裂变反应释放出的能量是 ( )
A.1.8×104 MeV. B.1.8×103 MeV. C.1.8×102 MeV. D.18MeV.
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题给出的四个选项中,有的只有一个选项正确,有的有多个选项正确,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错的或不答的不得分。)
9.下列说法正确的是 ( )
A.汤姆孙首先发现了电子,并测定了电子电荷量,且提出了“枣糕”式原子模型
B.卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,只有少数α粒子发生大角度偏转
C.α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
D.卢瑟福提出了原子“核式结构”模型,并解释了α粒子发生大角度偏转的原因
10.下列说法正确的是 ( )
A.光电效应反映了光的粒子性
B.大量光子产生的效果往往显示出粒子性,个别光子产生的效果往往显示出波动性
C.光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性
D.只有运动着的小物体才有一种波和它相对应,大的物体运动是没有波和它对应的
11.由于放射性元素Np的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工的方法制造后才被发现.已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi,下列判断中正确的是 ( )
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B.Bi的原子核比Np的原子核少18个中子
C.衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D.衰变过程中共发生了4次α衰变和7次β衰变
12.氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3和m4,如果氘核和氚核结合生成氦核,则下列说法中正确的是 ( ).
A.核反应方程式为H+H→He+n
B.这是一个裂变反应
C.核反应过程中的质量亏损Δm=m1+m2-m3
D.核反应过程中释放的核能ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2
三、填空和实验(本题3个小题,共20分;把答案填在题中的横线上或按题目要求作答)
13.(6分)2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器.他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理.如图所示电路可研究光电效应规律.图中标有A和K的为光电管,其中K为阴极,A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流,理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源,用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K,电流计中有示数;若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动,电流计的读数逐渐减小,当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为6.0 V;现保持滑片P位置不变,光电管阴极材料的逸出功为________,若增大入射光的强度,电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”).
14.(6分)氢原子第n能级的能量为En=,其中E1为基态能量.当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的频率为ν1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为ν2,则=________.
15.(8分)众所周知,核电站的最核心部分是核反应堆,核反应堆中的燃料U产生裂变,在短时间内释放出大量的核能可供人类利用.核反应堆中的镉棒起________作用,核反应方程应为U+________→Kr+Ba+3n.若其质量分别为mU=390.313 9×10-27 kg,mn=1.674 9×10-27 kg,mBa=234.001 6×10-27 kg,mKr=152.604 7×10-27 kg,核反应中释放的能量为ΔE=________ J.
四、计算与论述题(本题4个小题,共40分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位。)
16.(8分)如图所示,当开关S断开时,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P,发现电流表读数不为零.合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零.
(1)求此时光电子的最大初动能的大小;
(2)求该阴极材料的逸出功.
[来源:]
17.(8分)氢原子的能级如图所示,有一群处于n=4能级的氢原子.如果原子n=2向n=1跃迁所发出的光正好使某种金属材料产生光电效应,则:
(1)这群氢原子发出的光谱中共有几条谱线能使该金属产生光电效应?
(2)从能级n=4向n=1发出的光照射该金属材料,所产生的光电子的最大初动能为多少?
18.(12分)2010年上海世博会太阳能应用技术引领了世界.太阳能屋顶、太阳能幕墙、太阳能汽车、太阳能动态景观……科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应,即在太阳内部4个氢核(H)转化成一个氦核(He)和两个正电子(e)并放出能量.已知质子质量mp=1.007 3 u,α粒子的质量mα=4.001 5 u,电子的质量me=0.000 5 u,1 u的质量相当于931.5 MeV的能量.
(1)写出该热核反应方程;
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能量?(结果保留四位有效数字)
19.(12分)U受中子轰击时会发生裂变,产生Ba和Kr,同时放出能量.已知每个铀核裂变释放的平均能量为200 Mev.
(1)写出核反应方程;
(2)现在要建设发电功率为5×105 kW的核电站,用U作为核燃料,假设核裂变释放的能量一半转化为电能,那么该核电站一天消耗U多少千克?(阿伏加德罗常数取6.0×1023 mol-1)
参考解答:
1.A 解析:一般物体辐射电磁波的情况与温度无关,还与材料的种类及表面情况有关,A错;B、C、D项说法都正确。
2.D 解析:原子光谱为线状谱,是不连续的,选项A错误;各种原子都有自己的特征谱线,故选项B错误;各种原子的原子结构不同,所以各种原子的原子光谱是不相同的,选项C错;根据各种原子的特征谱线进行光谱分析可鉴别物质的组成,选项D正确.
3.D解析:由ε=hν=h知,当入射光波长小于金属的极限波长时,发生光电效应,故A错.由Ek=hν-W0知,最大初动能由入射光频率决定,与入射光强度无关,故B错.发生光电效应的时间一般不超过10-9 s,故C错.
4.A 解析:根据玻尔理论,电子绕核运动有加速度,但并不向外辐射能量,也不会向外辐射电磁波,故A错误,B正确.玻尔理论中的第二条假设,就是电子绕核运动可能的轨道半径是量子化的,不连续的,C正确.原子在发生能级跃迁时,要放出或吸收一定频率的光子,光子能量取决于两个能级之差,故D正确.
5.D 解析:这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C==6种光子,选项A错误;由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光子能量最小,所以频率最小,选项B错误;由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最小,最不容易表现出衍射现象,选项C错误;从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV,所以能使金属铂发生光电效应,选项D正确.
6.B解析:原子核衰变后变成新核,新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半,A错,B对;衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等,但不能测定生物种类。故C、D都错.
7.B 解析:核反应方程为2H+2n→He,质量亏损Δm=2(mp+mn)-(MHe-2me)=2(mp+mn+me)-MHe,所以释放的能量为ΔE=Δm×931.5 MeV=[2(mp+mn+me)-MHe]×931.5 MeV,选项B正确。
8.C 解析:裂变前后的质量亏损是Δm=(235.043 9+1.008 7-138.917 8-93.915 4-3×1.008 7) u=0.193 3 u.,根据爱因斯坦的质能方程,可知亏损质量转化为能量ΔE=Δmc2=0.193 3×9.3×102 MeV=1.8×102 MeV。
9.BCD 解析:汤姆孙首先发现了电子,且提出了“枣糕”式原子模型,是美国物理学家密立根测定了电子电荷量,A错;B、C、D项说法都正确。
10.AC 解析:光电效应反映了光的粒子性,光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性,A、C正确;大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性,B错;运动着的物体,无论大小,都有一种波和它相对应,D错。
11.BC 解析:Bi的中子数为209-83=126,Np的中子数为237-93=144,Bi的原子核比Np的原子核少18个中子,A错,B对;衰变过程中共发生了α衰变的次数为=7次,β衰变的次数是2×7-(93-83)=4次,C对,D错.
12.AD 解析:由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A正确;该核反应为聚变反应,选项B错误;核反应过程中的质量亏损为Δm=m1+m2-m3-m4,选项C错误;由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE=Δmc2,可知选项D正确.
13.答案:4.5 eV,为零
解析:根据当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零,读出此时电压表的示数为U=6.0 V,由动能定理得eU=Ek;由爱因斯坦光电效应方程有Ek=E-W0,解得光电管阴极材料的逸出功为W0=4.5 eV;若增大入射光的强度,电流计的读数仍为零.
14.答案: 解析:根据氢原子的能级公式,hν1=E4-E2=-=-E1,
hν2=E2-E1=-=-E1,所以,解得==。
15.答案:吸收中子控制核反应速度, n, 3.22×10-11
解析:控制中子数可以控制反应速度;Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=0.357 8×10-27 kg,ΔE=Δmc2=3.22×10-11 J。
16.答案:(1)0.6 eV ;(2)1.9 eV
解析:设用光子能量为2.5 eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ekm,阴极材料逸出功为W0,当反向电压达到U0=0.60 V以后,具有最大初动能的光电子达不到阳极,因此eU0=Ekm,由光电效应方程知Ekm=hν-W0,由以上两式得Ekm=0.6 eV,W0=1.9 eV.
17.答案:(1) 3种;(2)2.55 eV
解析:(1)共有3种频率的光能够使金属发生光电效应;
(2)从n=4跃迁到n=1发出光子的能量ΔE=E4-E1=12.75 eV,
该金属的逸出功W=E2-E1=10.2 eV,[来源:]
根据光电方程ΔE=Ekm+W可知,光电子最大初动能Ekm=ΔE-W=2.55 eV
18.答案:(1)4H→He+2e (2)24.87 MeV
解析:(1)4H→He+2e;
(2)Δm=4mp-mα-2me=4×1.007 3 u-4.001 5 u-2×0.000 5 u=0.026 7 u
ΔE=Δmc2=0.026 7×931.5 MeV=24.87 MeV.
19.答案:(1)U+n→Ba+Kr+3n+200 MeV ;(2)1.06 kg
解析:(1)核反应方程U+n→Ba+Kr+3n+200 MeV
(2)电站一天发出的电能E1=Pt
设每天消耗U为m kg,核裂变释放的能量为
E2=×6.0×1023×200×104×1.6×10-19
由能量转化得E1=ηE2
解得m=1.06 kg
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