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1、第十五章 物理光学 原子和原子核151 物理光学1光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明A光是电磁波B光具有波动性C光可以携带信息D光具有波粒二象性1511光束P2如图1511，P是一偏振片，P的振动方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向。下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？A太阳光B沿竖直方向振动的光C沿水平方向振动的光D沿与竖直方向成45角振动的光3太阳光中包含的某种紫外线的频率为v1，VCD影碟机中读取光盘数字信号的红色激光的频率为v2，人体透视使用的X光的频率为v3，则下列结论正确的是A这三种频率的大
2、小关系是v1v2v0）的光照射在阴极上，下列说法正确的有A照射光强度越大，单位时间内产生的光电子数目就越多B阴极材料的逸出功等于hvC当在A、K之间加一数值为U的反向电压时，光电流恰好为零，则光电子的最大初动能为eUD当入射光频率增大为原来的2倍时，光电子的最大初动能也增大为2倍7在研究材料A的热膨胀特性时，可采用如图1514所示的干涉实验法A的上表面是一光滑平面，在A的上方放一个两面平整的玻璃板B，B与A上表面平行，在它们之间形成一厚度均匀的空气薄膜现用波长为的单色光垂直照射玻璃板B，同时对A缓慢加热，在B上方观察到B板的亮度发生周期性变化当温度为t1时最亮，然后亮度逐渐减弱至最暗；当温度升
3、到t2时，亮度再一次增到最亮则BA1514A出现最亮时，B上表面反射光与B下表面反射光叠加后加强B出现最亮时，B下表面反射光与A上表面反射光叠加后加强C温度从t1升至t2过程中，A的高度增加/4D温度从t1升至t2过程中，A的高度增加/28真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为1和2制成，板面积为S，间距为d。现用波长为（12）的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电量Q正比于ABCD15159用如图1515所示的实验装置观察光的薄膜干涉现象。图（a）是点燃酒精灯（在灯芯上洒些盐），图（b）是竖立的附着一层肥皂液薄膜的金属丝圈。将金属丝圈在其所在的竖直平面内缓慢旋转
4、，观察到的现象是A当金属丝圈旋转30时干涉条纹同方向旋转30B当金属丝圈旋转45时干涉条纹同方向旋转90C当金属丝圈旋转60时干涉条纹同方向旋转30D干涉条纹保持原来状态不变P/W0 1 2 3 4 5 6 7 8 t/109s151610红宝石激光器发射的激光是一道道不连续的闪光（称为光脉冲），其发射功率与时间的关系如图1516所示，设激光器的平均发射功率1.01010W，激光波长=6.93107m，普朗克常量h=6.631034Js，试估算一个光脉冲中所含有的光子数为多少？111801年，托马斯杨用双缝干涉实验研究了光波的性质1834年，洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果（称为洛埃镜实
5、验）1517S光屏LMa（1）洛埃镜实验的基本装置如图1517所示，S为单色光源，M为一平面镜，试用平面镜成像作图法在答题卡上画出S经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域1518（2）设光源S到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a和L，光的波长为，在光屏上形成干涉条纹写出相邻两条亮纹（或暗纹）间距离x的表达式12如图1518所示是做光电效应实验的装置简图在抽成真空的玻璃管内，K为阴极（用金属铯制成，发生光电效应的逸出功为1.9eV），A为阳极在a、b间不接任何电源，用频率为v（高于铯的极限频率）的单色光照射阴极K，会发现电流表指针有偏转这时，若在a、b间接入直流电源，a接正极
6、，b接负极，并使a、b间电压从零开始逐渐增大，发现当电压表的示数增大到2.1V时，电流表的示数刚好减小到零求：（1）a、b间未接直流电源时，通过电流表的电流方向；（2）从阴极K发出的光电子的最大初动能；（3）入射的单色光的频率。152 原子和原子核1关于天然放射现象，下列说法正确的是A放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期B放射性物质放出的射线中，粒子动能很大，因此贯穿物质的本领很强C当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时，将发生衰变D放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时，辐射出射线2据报道：我国科学家研制世界上第一个全超导核聚变“人造太阳”，用来
7、解决人类的能源之需，代替煤、石油等不可再生资源“人造太阳”的实验装置模拟太阳产生能量的方式从海水中提取氘和氚，使其在上亿度的高温下产生聚变反应，反应方程式为：设氘（）的质量为m1，氚（）的质量为m2，氦（）的质量为m3，中子（）的质量为m4，c为光在真空中传播的速度核反应放出的能量E为ABCDB12A15213放射性元素的原子核原来静止在垂直于纸面向里的匀强磁场中的A点处。后来由于发生了某种衰变，放出的射线粒子和新生成的原子核形成了如图1521所示的两个圆形径迹1、2。下列说法中正确的是A该衰变可能是衰变也可能是衰变B新生成的原子核的径迹可能是1，也可能是2C射线粒子和新生成的原子核都是沿逆时
8、针方向旋转的D射线粒子和新生成的原子核在磁场中做圆周运动的周期相同4一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是A核反应方程是H+nH+B聚变反应中的质量亏损1+m2-m1C辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)cD光子的波长15225在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图1522所示图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域不考虑其他原子核对粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是A一定在区域B可能
9、在区域C可能在区域D一定在区域6原子核A发生衰变后变为原子核，原子核B发生衰变后变为原子核，已知原子核A和原子核B的中子数相同，则两个生成核X和Y的中子数以及a、b、c、d的关系可能是AX的中子数比Y少1BX的中子数比Y少3C如果，则D如果，则7氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可发生三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为1和2，且12，则另一个波长可能是A12 B12C D2529.6632.4281.1158.1101.2012345nE/eV15238子与氢原子核（质子）构成的原子称为氢原子（hydrogen muon atom），它在原子核物理的研究中有重要作用。图1523为氢
10、原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n2能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为1、2、3、4、5、和6的光，且频率依次增大，则E等于Ah（31 ） Bh（56）Ch3 Dh415249约里奥居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是_。是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术。1mg 随时间衰变的关系如图1524所示，则4mg的经_天的衰变后还剩0.25mg。152510在可控核反应堆中需要给快中子减速，轻水、重水和石墨等常用作减速剂。中子在重水中可与核碰撞减速，在石墨中与核碰撞减速。上述碰撞可简
11、化为弹性碰撞模型。某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰，通过计算说明，仅从一次碰撞考虑，用重水和石墨作减速剂，哪种减速效果更好？11氢原子的能级的示意图如图1525所示，现有每个电子的动能都为Ee=12.89eV的电子束与处在基态的氢原子束射入同一区域，使电子与氢原子发生迎头正碰已知碰撞前一个电子与一个氢原子的总动量为零碰撞后，氢原子受到激发，跃迁到n=4的能级求碰撞后1个电子与1个受激氢原子的总动能已知电子的质量me与氢原子的质量mH之比为12天文学家测得银河系中氦的含量约为25%有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后2分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星
12、内部的氢核聚变反应生成的（1）把氢核反应简化为4个氢核（）聚变成氦核（），同时放出2个正电子（）和2个中微子（ve），请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量（2）研究表明，银河系的年龄约为t=3.81017s，每秒钟银河系产生的能量约为11037J（即P=11037J/s）现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量（最后结果保留一位有效数字）（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断（可能用到数据：银河系质量约为M=31041kg，原子质量单位1u=1.661027kg，1u相当于1.51010J的能量，电子质量me=0.0005u，氦核质量m=4.0026u，氢核质量mP=1.0078u，中微子ve质量为零）单元检测一、选择题（本题包括10小题每小题4分，共40分每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分）1下列说法正确的是A用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
