【走向高考】2022屆高三物理人教版一輪復(fù)習(xí)習(xí)題：選修3-5-第2講波粒二象性-原子結(jié)構(gòu)與原子核

選考內(nèi)容選修3-5第2講一、選擇題1．(2022·北京朝陽區(qū)一模)關(guān)于α、β、γ三種射線，下列說法正確的是()A．α射線是一種波長很短的電磁波B．γ射線是一種波長很短的電磁波C．β射線的電離力量最強(qiáng)D．γ射線的電離力量最強(qiáng)[答案]B[解析]α射線電離本事最大，貫穿本事最小，但不屬于電磁波，A錯(cuò)誤；γ射線是原子核在發(fā)生α衰變和β衰變時(shí)產(chǎn)生的能量以γ光子的形式釋放，是高頻電磁波，波長很短，B正確；β射線是具有放射性的元素的原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子同時(shí)釋放出一個(gè)高速電子即β粒子，但電離力量沒有α射線強(qiáng)，C錯(cuò)誤；γ射線不帶電，沒有電離力量，D錯(cuò)誤。2．(2022·福建理綜)如圖，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場中，下列說法正確的是________。(填選項(xiàng)前的字母)A．①表示γ射線，③表示α射線B．②表示β射線，③表示α射線C．④表示α射線，⑤表示γ射線D．⑤表示β射線，⑥表示α射線[答案]C[解析]α帶正電，β帶負(fù)電，γ不帶電，γ射線在磁場中肯定不偏轉(zhuǎn)，②⑤為γ射線；如左圖所示的電場中，α射線向右偏，β射線向左偏，①為β射線，③為α射線；在如右圖所示磁場中，由左手定則推斷，α射線向左偏，β射線向右偏，即④為α射線，⑥為β射線，故正確選項(xiàng)是C。3．(2022·廣東江門一模)汞原子的能級如圖，現(xiàn)有一束單色光照射到大量處于基態(tài)的汞原子上，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4.9eVB．等于7.7eVC．等于8.8eVD．大于或等于10.4eV[答案]B[解析]汞原子只發(fā)出三種不同頻率的單色光，所以汞原子躍遷到第3能級，則吸取的光子能量ΔE＝－2.7eV＋10.4eV＝7.7eV。B正確，A、C、D錯(cuò)誤。4．(2022·山東菏澤一模)依據(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)eq\f(λ,c) B．E＋heq\f(λ,c)C．E－h(huán)eq\f(c,λ) D．E＋heq\f(c,λ)[答案]C[解析]依據(jù)兩軌道的能級差等于光子能量，E－E′＝hν＝heq\f(c,λ)，所以E′＝E－h(huán)eq\f(c,λ)，故C正確。5．(2022·廣東肇慶一模)如圖所示為氫原子的能級結(jié)構(gòu)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外輻射出光子，用這些光子照射逸出功為2.49eV的金屬鈉。下列說法正確的是()A．這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光，其中從n＝3能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出的光波長最短B．這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能削減，電勢能增加C．能發(fā)生光電效應(yīng)的光有三種D．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能是9.60eV[答案]D[解析]依據(jù)Ceq\o\al(2,3)＝3知，這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光子，從n＝3向n＝2躍遷的光子頻率最小，波長最長，A錯(cuò)誤。氫原子輻射光子的過程中，能量削減、軌道半徑減小，依據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)知，電子動(dòng)能增加，則電勢能削減，B錯(cuò)誤。只有從n＝3躍遷到n＝1，以及從n＝2躍遷到n＝1輻射的光子能量大于逸出功，所以能發(fā)生光電效應(yīng)的光有兩種，C錯(cuò)誤。從n＝3躍遷到n＝1輻射的光子能量最大，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能最大，光子能量最大值為13.6eV－1.51eV＝12.09eV，依據(jù)光電效應(yīng)方程得，Ekm＝hν－W0＝12.09eV－2.49eV＝9.60eV，D正確。6．(2022·廣東深圳一模)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．愛因斯坦用光子說成功解釋了光電效應(yīng)B．入射光的頻率低于極限頻率就不能發(fā)生光電效應(yīng)C．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比D．光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率成正比[答案]AB[解析]愛因斯坦提出了光子說并成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象，A正確；當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率，不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，B正確；依據(jù)光電效應(yīng)方程知Ek＝hν－W0，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是正比關(guān)系，D錯(cuò)誤；依據(jù)光電效應(yīng)方程知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)誤。7．(2022·廣東深圳二模)eq\o\al(238,92)U的衰變方程為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，其衰變曲線如圖，T為半衰期，則()A．eq\o\al(238,92)U發(fā)生的是α衰變B．eq\o\al(238,92)U發(fā)生的是β衰變C．k＝3D．k＝4[答案]AC[解析]eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程，A正確，B錯(cuò)誤；依據(jù)衰變方程可知，經(jīng)過三個(gè)半衰期，質(zhì)量剩下eq\f(1,8)，C正確，D錯(cuò)誤。8．(2022·山東濰坊一模)下列關(guān)于近代物理學(xué)問的說法正確的是()A．發(fā)生α衰變時(shí)，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)削減了2個(gè)B．β射線是原子核外的電子電離形成的電子流，它具有較強(qiáng)的穿透力量C．含有10個(gè)原子核的放射性元素，經(jīng)過一個(gè)半衰期，肯定有5個(gè)原子核發(fā)生衰變D．氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，要釋放肯定頻率的光子，同時(shí)氫原子的電勢能削減，電子的動(dòng)能增加[答案]AD[解析]發(fā)生α衰變時(shí)，質(zhì)量數(shù)少4，電荷數(shù)少2，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)削減了2個(gè)，A正確；β射線是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子同時(shí)釋放一個(gè)電子，B錯(cuò)誤；半衰期是對大量粒子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少數(shù)原子核不適用，C錯(cuò)誤；氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，要釋放肯定頻率的光子，同時(shí)氫原子的電勢能削減，電子的動(dòng)能增加，D正確。二、非選擇題9．(2022·江蘇淮安楚州中學(xué)第一次階段測試)在試驗(yàn)室內(nèi)較精準(zhǔn)地測量到的雙β衰變事例是在1987年公布的，在進(jìn)行了7960小時(shí)的試驗(yàn)后，以68%的置信度認(rèn)出eq\o\al(82,34)Se發(fā)生的36個(gè)雙β衰變事例，已知靜止的eq\o\al(82,34)Se發(fā)生雙β衰變時(shí)，將釋放出兩個(gè)電子和兩個(gè)中微子(中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都為零)，同時(shí)轉(zhuǎn)變成一個(gè)新核X，則X核的中子數(shù)為________；若衰變過程釋放的核能是E，真空中的光速為c，則衰變過程的質(zhì)量虧損是________。[答案]46eq\f(E,c2)[解析]衰變方程為：eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)X＋2eq\o\al(0,－1)e，X核的中子數(shù)為82－36＝46，由質(zhì)能方程有：Δmc2＝E，Δm＝eq\f(E,c2)。10．(2022·山東煙臺(tái)一模)2011年3月11日，日本福島核電站發(fā)生核泄漏事故，其中銫137(eq\o\al(137,35)Cs)對環(huán)境的影響最大，其半衰期約為30年。(1)請寫出銫137(eq\o\al(137,35)Cs)發(fā)生β衰變的核反應(yīng)方程________〔已知53號元素是碘(Ⅰ)，56號元素是鋇(Ba)〕。(2)若在該反應(yīng)過程中釋放的核能為E，則該反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為________(真空中的光速為c)。(3)泄漏出的銫137約要到公元________年才會(huì)有87.5%的原子核發(fā)生衰變。[答案](1)eq\o\al(137,55)Cs→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(0,－1)e(2)eq\f(E,c2)(3)2101[解析](1)發(fā)生β衰變的核反應(yīng)方程eq\o\al(137,55)Cs→eq\o\al(137,56)Ba＋eq\o\al(0,－1)e(2)依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知Δm＝eq\f(E,c2)(3)由半衰期公式N余＝N0×(eq\f(1,2))eq\f(t,τ)知，經(jīng)受了3個(gè)半衰期，即90年，剩余eq\f(1,8)的原子核沒衰變，所以要到公元2101年才會(huì)有87.5%的原子核發(fā)生衰變。11．(2022·山東臨沂二模)在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)格外特殊，因此在試驗(yàn)中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建筑了一個(gè)由大水槽和探測器組成的試驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中eq\o\al(1,1)H的核反應(yīng)，間接地證明白中微子的存在。(1)中微子與水中的eq\o\al(1,1)H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(eq\o\al(1,0)n)和正電子(eq\o\al(0,＋1)e)，即：中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,＋1)e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1C．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eq\o\al(0,＋1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ已知正電子和電子的質(zhì)量都為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行能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，緣由是______________________(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)波波長的大小。[答案](1)A(2)8.2×10－14遵循動(dòng)量守恒(3)λn<λe[解析](1)由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知A正確。(2)由能量守恒有2E＝2mec2，所以E＝mec2＝9.1×10－31×(3.0×108)2J＝8.2×10－14J。反應(yīng)過程中動(dòng)量守恒且總動(dòng)量為零。(3)粒子的動(dòng)量p＝eq\r(2mEk)，物質(zhì)波的波長λ＝eq\f(h,p)由mn>me，知pn>pe，則λn<λe。12．(2022·山東泰安一模)云室處于一個(gè)垂直紙面對外的勻強(qiáng)磁場中，一靜止的原子核eq\o\al(A,Z)X在云室中發(fā)生了一次衰變，其衰變產(chǎn)物在磁場中運(yùn)動(dòng)的圓軌跡如圖所示。已知新核Y的質(zhì)量為M，粒子的質(zhì)量為m，衰變后粒子的速度大小為v，假設(shè)原子核衰變時(shí)釋放的能量都轉(zhuǎn)化為粒子和新核的動(dòng)能。(1)試寫出核衰變方程；(2)求原子核衰變時(shí)釋放的能量。[答案](1)核衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)eq\f(M＋mmv2,2M)[解析](1)圖中衰變后兩圓外切，故發(fā)生的是α衰變，依據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒，則有eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He(2)原子核在衰變前后動(dòng)量守恒，設(shè)衰變后新核的速度為v1則有Mv1＝mv依據(jù)題意可知，衰變釋放的總能量E＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mv2聯(lián)立得：E＝eq\f(M＋mmv2,2M)13．已知?dú)湓踊鶓B(tài)的電子軌道半徑r1＝0.53×10－10m，基態(tài)的能級值E1＝－13.6eV(1)求電子在n＝1的軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)形成的等效電流；(2)有一群氫原子處于量子數(shù)n＝3的激發(fā)態(tài)，畫一個(gè)能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出哪幾種光譜線；(3)計(jì)算這幾條光譜線中最長的波長。[答案](1)1.05×10－3A(2)見解析圖(3)6.58×10－[解析](1)電子繞核運(yùn)動(dòng)具有周期性，設(shè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期為T，由牛頓其次定律和庫侖定律有keq\f(e2,r\o\al(2,1))＝m(eq\f(2π,T))2r1。①又軌道上任一處，每一周期通過該處的電荷量為e，由電流的定義式可得所求等效電流為I＝eq\f(e,T)，②聯(lián)立①②式得I＝eq\f(e2,2πr1)eq\r(\f(k,mr1))＝eq\f(1.6×10－192,2×3.14×0.53×10