2011届状元之路物理选修3-5二章

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1、1第二章第二章 波粒二象性波粒二象性 原子结构原子结构 原子核原子核一、选择题(每小题 4 分，共 40 分) 1(2009宜昌模拟)如图 21(a)是 、 三种射线穿透能力的示意图，图(b)是工业上 利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图(b)中的检查是利用了哪种射线( ) 图 21 A. 射线 B 射线 C 射线 D三种射线都可以 解析：由图(a)可知 射线和 射线都不能穿透钢板， 射线的穿透力最强，可用来检查 金属内部的伤痕，答案为 C.答案：C 2欲使处于基态的氢原子电离，下列措施可行的是( ) A用能量为 11.0 eV 的电子碰撞 B用能量为 10.2 eV 的光子照

2、射 C用能量为 14.0 eV 的光子照射 D用能量为 14.0 eV 的电子碰撞 答案：CD 3在 X 射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括 X 光在内的各种 能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能已知阳极与阴极之间的电势差 U、普 朗克常量 h、电子电荷量 e 和光速 c，则可知该 X 射线管发出的 X 光的( )A最短波长为 B最长波长为ceUhhceUC最小频率为 D最大频率为eUheUh 解析：由动能定理知加速电场对电子所做的功等于电子动能的增量由题意知光子的最大能量等于电子的动能，则有：hmaxeU，故 X 光的最大频率 max，D 选项正确X 光的eUh

3、最小波长为：，A 选项错因光子的最小能量无法确定，所以 X 光的最小频率和cmaxcheU 最长波长无法确定，B、C 选项均错答案：D 4.图 22 中画出了氢原子的几个能级，并注明了相应的能量 En，处在 n4 能级的一群 氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波已知金属钾的逸出功为 2.22 eV. 在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有( )2A二种 B三种 C四种 D五种 解析：由题意和能级图知，能够发出 6 种不同频率的光波而逸出功 Wh0EnEm 可产生光电子 代入数据，有 E4E30.66 eV，E3E21.89 eV， E4E22.55 eV，E3E112

4、.09 eV， E4E112.75 eV，E2E110.20 eV，显然总共有 4 种 答案：C 5处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁， 同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射叫做受激辐射原子发生受激 辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就 是激光产生的机理发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量 En、电子的电势能 Ep、电 子的动能 Ek的变化是( ) AEp增大、Ek减小 BEp减小、Ek增大 CEp减小、En减小 DEp增大、En增大 解析：根据激光产生的机理，发生受激辐射而产生激光的原子的总能

5、量 En会降低，由于 从高能态向低能态跃迁时电场力做功所以电势能减少，电子靠近原子核，动能增加，所以 B、C 对答案：BC 6.在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子 和反冲核的运动轨迹分别是图 23 所示的 a、b，由图可以判定( )A该核发生的是 衰变 B该核发生的是 衰变 C磁场方向一定垂直纸面向里 D磁场方向向里还是向外无法判定3解析：由左手定则，当粒子在磁场中反向运动时，若两粒子电性相同，则所形成的圆轨迹 应外切；电性相反，则所形成的圆轨迹内切，由图知核与粒子电性相反，又因反冲核带正电， 所以带电粒子应带负电，即核反应为 衰变，A 错，B 正确 不

6、管磁场方向向里还是向外，电性相反的粒子轨迹都为内切圆，所以 D 正确综上所述， 本题的正确选项为 B、D.答案：BD 7某原子核X 的质量为 m，若用 mp和 mn分别表示一个质子和一个中子的质量，那A Z么核子组成一个这种原子核释放的核能是( ) AmZmp(AZ)mnc2 BZmp(AZ)mnmc2 CmZmn(AZ)mpc2 DZmn(AZ)mpmc2 解析：核子组成该种原子核后亏损的质量为 Zmp(AZ)mnm，据质能方程可知释放 的能量为Zmp(AZ)mnmc2，故正确答案为 B.答案：B8.Th(钍)经过一系列 衰变和 衰变，变成Pb(铅)，下列说法正确的是( )232902088

7、2A铅核比钍核少 8 个质子 B铅核比钍核少 16 个中子 C共经过 4 次 衰变和 6 次 衰变 D共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变 解析：由原子核的构成，容易判断 A、B 是正确的，至于衰变次数，由于 衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定 衰变的次数：X次6 次，再结合2322084 核电荷数的变化情况和衰变规律判定 衰变的次数 Y,2XY90828，Y4 次，即选项D 也正确 答案：ABD 9.图 24 所示是氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于 n4 的激发态，当向低 能级跃迁时辐射出若干不同频率的光关于这些光下列说法正确的是( )A最容易表现出衍射现象的光是由

8、 n4 能级跃迁到 n1 能级产生的 B频率最小的光是由 n2 能级跃迁到 n1 能级产生的 C这些氢原子总共可辐射出 3 种不同频率的光 D用 n2 能级跃迁到 n1 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4解析：波长最长的光最容易发生衍射现象，是由 n4 能级跃迁到 n3 能级产生的，因 此，从 n4 能级跃迁到 n3 能级放出的光子的频率也是最小的，故 A、B 错；由 n4 能级向 低能级跃迁可辐射 6 种不同频率的光，从 n2 能级到 n1 能级跃迁时放出光子的能量为 10.2 eV，能使逸出功为 6.34 eV 的金属铂发生光电效应，故 C 错、D 对答

9、案：D 10.如图 25 所示是原子核的核子平均质量与原子序数 Z 的关系图象下列说法中正确 的是( )A若 D 和 E 能结合成 F，结合过程一定要释放能量 B若 D 和 E 能结合成 F，结合过程一定要吸收能量 C若 A 能分裂成 B 和 C，分裂过程一定要释放能量 D若 A 能分裂成 B 和 C，分裂过程一定要吸收能量 解析：题目图象说明不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原 子序数的关系从图中可以看出，Fe 的核子的平均质量最小，D、E 的核子的平均质量比 F 大， 故 D、E 结合成 F 时，总质量会减少，应释放核能同样的理由，A 分裂成 B 和 C 时，总质量

10、 也会减少，一定会释放核能答案：AC 二、实验题(共 16 分) 11(6 分)关于下列核反应方程，其中属于衰变的是_，属于人工转变的是 _，属于裂变的是_，属于聚变的是_A.N He_ H14 74 21 1B.PSi_30153014C.U nXeSr_235921 0136549038D. H H_ n2 13 11 0解析：根据电荷数守恒和质量数守恒先完成核反应方程，然后可判断出反应类型答案：B A C D O e 10 n He17 80 11 04 212(10 分)一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子，已知铀核的质量为 3.853 1311025kg，钍核的质量为 3.786 5

11、671025 kg， 粒子的质量为 6.646 721027 kg，在 这个衰变过程中释放出的能量等于_J(保留两个有效数字) 解析：衰变前的铀核可认为是静止的，衰变后的产物 粒子是运动的，这表明在衰变过 程中系统的机械能增加了，根据能量守恒定律，这部分机械能是由核能转化而来的，这部分核 能可以根据核反应过程中的质量亏损和爱因斯坦质能方程计算出来设核反应前的质量和能 量分别为 m1、E1，则：E1m1c2， 设核反应后的质量和能量分别为 m2、E2，则：E2m2c2，两式相减得：5Emc2mU(mThm)c2 3.853 131(3.786 5670.066 467 2)1025(3108)2

12、 J8.71013 J. 答案：8.71013 J 三、计算题(共 44 分) 13.(8 分)图 26 所示为氢原子能级示意图，现有动能是 E(eV)的某个粒子与处在基态的 一个氢原子在同一直线上相向运动，并发生碰撞已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大 小相等碰撞后氢原子受激发跃迁到 n4 的能级(粒子的质量 m 与氢原子的质量 mH之比为 k)求：(1)碰前氢原子的动能 (2)若有一群氢原子处在 n4 的能级，会辐射出几种频率的光？其中频率最高的光的光 子能量多大？ 解析：(1)设 v 和 vH分别表示粒子和氢原子的速率，由题意可知mvmHvH0，EH mHv kE.122 H(2)会辐射

13、出 6 种不同频率的光，频率最高的光的光子能量为EE4E10.85 eV(13.60) eV12.75 eV. 答案：(1)kE (2)6 种 12.75 eV 14(10 分)镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知Ra 能自发地放出22688 粒子而变成新核 Rn，已知Ra 的质量 M13.753 31025 kg，新核 Rn 的质量22688M23.686 71025 kg， 粒子的质量 m6.646 61027 kg，现有一个静止的Ra 核发22688生 衰变，衰变后 粒子的速度为 8.68105 m/s.(计算结果保留两个有效数字) (1)写出该核反应的方程； (2)求此

14、反应过程中放出的能量； (3)求反应后新核 Rn 的速度大小 解析：(1)Ra HeRn.226884 222286(2)Emc2(M1M2m)c21.21012 J. (3)M2v2mv0，所以 v2mv/M26.6103 m/s. 答案：(1)见解析 (2)1.21012 J (3)6.6103 m/s 15(12 分)(2009江苏卷)在 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出中微子的 性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953 年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测 器组成的实验系统，利用中微子与水中 H 的核反应，间接地证实了中微子的存在1 1(1)中微子与水中的 H 发生核反

15、应，产生中子( n)和正电子(e)，即1 11 001中微子 H ne1 11 0016可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是_(填写选项前的字母) A0 和 0 B0 和 1 C1 和 0 D1 和 1 (2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以 转变为两个光子()，即ee20101已知正电子和电子的质量都为 9.11031 kg，反应中产生的每个光子的能量约为 _J正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是 _ (3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小 解析：(1)发生核反应前后，粒子的质量数和核电荷数均不变，据此可知中微子的质量数 和电荷数都是 0，A 项正确 (2)产