2022届高考物理一轮复习单元检测卷十二波粒二象性原子结构和原子核含解析新人教版

word 文档 - 1 - / 11 单元检测卷(十二) 波粒二象性 原子结构和原子核 时间：45 分钟 满分：100 分 一、选择题(本题共 12 小题，每小题 7 分，共 84 分.1～8 题为单选题，9～12 题为多选 题) 1．[2020·某某月考]下列说法正确的是( ) A．诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子 B.235 92 U 的半衰期约为 7 亿年，随着地球温度的升高，其半衰期将变短 C．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量 D．结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核越稳定 2．已知氘核的比结合能为 1.1MeV，氦核的比结合能为 7.1MeV，则两个氘核结合成一 个氦核时( ) word 文档 - 2 - / 11 3.氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于 n＝4 的激发态，当这群氢原子 向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为 4.54eV 的钨时， 下列说法正确的是( ) A．氢原子能辐射出 4 种不同频率的光子 B．氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应 C．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大 D．氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率减小 4.如图所示是卢瑟福设计的一个实验：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射 线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三束，他把这三束 射线分别命名为α射线、β射线、γ射线．基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了 1907 年的诺贝尔奖．以下对这三束射线描述准确的是( ) A．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收 B．β射线在真空中的运动速度是光速 C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强 D．β射线带负电，是来自镭原子的核外电子 5．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核 word 文档 - 3 - / 11 电站建设．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症 的风险．已知钚的一种同位素 239 94 Pu 的半衰期为 24100 年，其衰变方程为 239 94 Pu→X＋4 2He＋γ， 下列有关说法正确的是( ) A．一个 X 原于核中含有 90 个质子 B．100 个 239 94 Pu 经过 24100 年后一定还剩余 50 个 C．由于衰变时释放巨大能量，根据 E＝mc2，衰变过程总质量增加 D．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿透能力 6．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：235 92 U＋1 0n→a＋b＋21 0n 则 a＋b 可能是( ) A.140 54 Xe＋93 36KrB.141 56 Ba＋92 36Kr C.141 56 Ba＋93 38SrD.140 54 Xe＋94 38Sr 7．[2020·某某静海一中期末]下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是( ) A．甲图中，原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 要放出能量 B．乙图中，若氢原子从 n＝2 能级跃迁到 n＝1 能级时辐射出 A 光，只要用波长小于 A 光波长的光照射，都能使氢原子从 n＝1 能级跃迁到 n＝2 能级 word 文档 - 4 - / 11 C．丙图中，卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．丁图中，汤姆孙通过对阴极射线的研究揭示了原子核内还有复杂结构 8.用图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K， 电流计 G 的指针发生偏转．而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时，电流计 G 的指针 不发生偏转，那么( ) A．a 光的波长一定大于 b 光的波长 B．增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转 C．用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由 d 到 c D．只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大 9．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应 方程，表述正确的有( ) A.3 1H＋2 1H→4 2He＋1 0n 是核聚变反应 B.3 1H＋2 1H→4 2He＋1 0n 是β衰变 C.235 92 U＋1 0n→144 56 Ba＋89 36Kr＋31 0n 是核裂变反应 D.235 92 U＋1 0n→140 54 Xe＋94 38Sr＋21 0n 是α衰变 word 文档 - 5 - / 11 10.如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是 3.34eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中 发射或吸收光子的特征认识正确的是( ) A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应现象 B．一群处于 n＝3 能级的氢原子向基态跃迁时，能放出 3 种不同频率的光 C．一群处于 n D．用能量为 14.0eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子电离 11．如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料 为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应．图乙为其中一个光电管的遏止电压 Uc 随入射光频率ν变化的函数关系图象．对于这两个光电管，下列判断正确的是( ) A．因为材料不同，逸出功不同，所以遏止电压 Uc 不同 B．光电子的最大初动能不同 C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同 D．两个光电管的 Uc－ν图线的斜率可能不同 word 文档 - 6 - / 11 12．[2020·滨州模拟]现有两个动能均为 E0 2 1H 在一条直线上相向运动，两个 2 1H 发生对撞 后能发生核反应，得到 3 2He 和新粒子，且在核反应过程中释放的能量完全转化为 3 2He 和新粒 子的动能．已知 2 1H 的质量为 2.0141u，3 2He 的质量为 3.0160u，新粒子的质量为 1.0087u， 核反应时质量亏损 1u 释放的核能约为 931MeV(如果涉及计算，结果保留整数)．则下列说法 正确的是( ) A．核反应方程为 2 1H＋2 1H→3 2He＋1 1H B．核反应前后满足能量守恒定律 C．新粒子的动能约为 3MeV D.3 2He 的动能约为 4MeV 二、非选择题(本题共 1 个小题，16 分) 13．[2020·东城区一模]目前地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部核聚变时释放的核 能． (1)如果将太阳内部核聚变时的核反应简化为 4 个氢核(1 1H)聚变生成 1 个氦核(4 2He)和 2 个 正电子．请你写出此核反应方程； (2) 目前太阳能已被广泛利用，如图所示的太阳能路灯的额定功率为 P，光电池的光电转换效 率为η.用 P0 表示太阳辐射的总功率，用 r 表示太阳与地球间的距离．太阳光传播到达地面的 过程中大约有 30%的能量损耗．某段时间内，电池板接收太阳垂直照射的有效面积为 S.求这 段时间内路灯正常工作时间 t 与日照时间 t0 之比； word 文档 - 7 - / 11 (3)天文学家估测太阳已有 50 亿年的历史了．有人认为 50 亿年来，因释放核能而带来的 太阳质量变化几乎可以忽略．请你通过计算说明这种观点的合理性． 可能用到的数据：太阳的质量约为 M0＝2×1030kg，太阳辐射的总功率为 P0＝4×1026W,1 年≈3×107 秒． word 文档 - 8 - / 11 单元检测卷(十二) 1．解析：本题考查元素的放射性、半衰期和核反应中的能量变化．放射性同位素可以作 为示踪原子，诊断甲状腺疾病时，给病人注射放射性同位素的目的是将其作为示踪原子，故 A 正确；半衰期由原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关，故 B 错误； 核反应过程中如果核子的平均质量减小，根据爱因斯坦质能方程可知要释放能量，故 C 错误； 比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子中核子结合得越牢固，原子核 越稳定，故 D 错误． 答案：A 2．解析：根据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为 2 1H＋2 1H→4 2He，由于 氘核的比结合能为 1.1 MeV，氦核的比结合能为 7.1 MeV，故结合前氘核的结合能为 E1＝2 ×1.1 MeV，结合后氦核的结合能为 E2＝4×7.1 MeV，故ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，负号 表示释放能量，选项 C 正确． 答案：C 3．解析：当大量处于 n＝4 的激发态的氢原子向低能级跃迁时，会辐射出 C2 4＝6 种不同 频率的光子，选项 A 错误；当辐射光子的能量超过 4.54 eV 时，才能使钨发生光电效应，因 此只有氢原子从高能级跃迁到基态时，辐射的光子才能使钨发生光电效应，选项 B 错误；氢 原子辐射一个光子后，跃迁到低能级，电子动能增大，核外电子的速率增大，选项 C 正确，D 错误． 答案：C 4．解析：α射线穿透能力最弱，电离能力最强，容易被物体吸收，故 A 正确；β射线的 word 文档 - 9 - / 11 速度约是光速的 99%，故 B 错误；γ射线本质是一种波长极短的电磁波，电离能力极弱，故 C 错误；β射线(高速电子流)带负电，是由中子转变成质子后释放的电子组成的，故 D 错误． 答案：A 5．解析：由电荷数守恒知，X 原子核中含有质子数为 94－2＝92，A 错误；半衰期是大 量原子核衰变的统计规律，对少量原子核无意义，B 错误；由于衰变时释放巨大能量，根据 E ＝mc2，衰变过程总质量减少，C 错误；衰变发出的γ射线是波长很短的光子，具有很强的穿 透能力，D 正确． 答案：D 6．解析：根据核反应中的质量数守恒可知，a＋b 的质量数应为 235＋1－2＝234，质子 数应为 92，A 项中的质量数为 140＋93＝233，B 项中质量数是 141＋92＝233，C 项中质 量数为 141＋93＝234，质子数为 56＋38＝94，D 项中质量数为 140＋94＝234，质子数为 54＋38＝92，综上可知，答案为 D. 答案：D 7．解析：本题考查核聚变、氢原子能级跃迁、α粒子散射实验和阴极射线．甲图中，原 子核 D 和 E 聚变成原子核 F 核子平均质量减小，有质量亏损，该反应的过程中要放出能量， 故 A 正确；根据能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差可知，若氢原子从 n＝2 能 级跃迁到 n＝1 能级时辐射出 A 光，只有用波长等于 A 光波长的光照射，才能使氢原子从 n ＝1 能级跃迁到 n＝2 能级，故 B 错误；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，得出原子的核 式结构模型，故 C 错误；汤姆孙通过电子的发现揭示了原子具有一定结构，贝可勒尔发现天 然放射现象揭示了原子核内还有复杂结构，故 D 错误． 答案：A 8．解析：用一定频率的 a 单色光照射光电管时，电流计指针发生偏转，知νa>ν0，a 光 的波长小于 b 光的波长，故 A 项错误；发生光电效应的条件：ν>ν0.增加 b 光的强度不能使电 word 文档 - 10 - / 11 流计 G 的指针发生偏转，故 B 项错误；发生光电效应时，电子从光电管左端运动到右端，而 电流的方向与电子定向移动的方向相反，所以流过电流计 G 的电流方向是 c 流向 d，故 C 项 错误；增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大，故 D 项正确． 答案：D 9．解析：A、B 所列反应是核聚变，不是β衰变，β衰变要放出电子，故 A 对，B 错；C、 D 两种反应都是核裂变，故 C 对，D 错． 答案：AC 10．解析：当氢原子从高能级向低能级跃迁时，辐射出光子的能量有可能大于 3.34 eV， 锌板有可能产生光电效应，选项 A 错误；由跃迁关系可知，选项 B 正确；从 n＝3 能级向基 态跃迁时发出的光子最大能量为 12.09 eV，由光电效应方程可知，发出光电子的最大初动能 为 8.75 eV，选项 C 正确；氢原子在吸收光子能量时需满足两能级间的能量差，14.0 eV>13.6 eV，因此可以使处于基态的氢原子电离，选项 D 正确． 答案：BCD 11．解析：根据光电效应方程 Ek＝hν－W0 和 eUc＝Ek 得出，相同频率，不同逸出功， 则遏止电压也不同，A 正确；根据光电效应方程 Ek＝hν－W0 得，相同的频率，不同的逸出功， 则光电子的最大初动能也不同，B 正确；虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸 出的光电子数可能相同，饱和光电流可能相同，C 正确；由 Uc＝ hν e － W0 e 知图线的斜率为 h e ， 即只与 h 和 e 有关，为常数，一定相同，D 错误． 答案：ABC 12．解析：由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知 2 1H＋2 1H→3 2He＋1 0n，则新粒子为 中子 1 0n，所以 A 错误；核反应过程中质量亏损，释放能量，仍然满足能量守恒定律，B 正确； 由题意可知ΔE＝(2.014 1×2－3.016 0－1.008 7)×931 MeV≈3 MeV，根据核反应中系统的 word 文档 - 11 - / 11 能量守恒有 EkHe＋Ekn＝2E0＋ΔE，根据核反应中系统的动量守恒有 pHe－pn＝0，由 Ek＝ p2 2m ， 可知 EkHe Ekn ＝ mn mHe ，解得 EkHe＝ mn mn＋mHe (2E0＋ΔE)≈1 MeV，Ekn＝ mHe mn＋mHe (2E0＋ΔE)≈3 MeV， 所以 C 正确，D 错误． 答案：BC 13．解析：本题考查核反应以及相关计算． (1)核反应方程的 41 1H→4 2He＋20 1e. (2)路灯正常工作时间 t 需要消耗的太阳能 E＝ Pt η ， 距太阳中心距离为 r 的球面积为 S0＝4πr2，时间 t0 内照射到电池板上的太阳能量 E＝ 70%P0t0S S0 ，联立解得 t t0 ＝ 7P0Sη 40πr2P . (3)50 亿年太阳辐射的总能量为ΔE＝P0t′， 根据ΔE＝Δmc2 可知，50 亿年太阳损失的总质量为Δm＝ ΔE c2 ≈6.7×1026 kg，损失的总质 量与太阳质量之比 Δm M0 ≈0.03%，所以这种观点合理． 答案：(1)41 1H→4 2He＋20 1e (2) 7P0Sη 40πr2P (3)见解析