习第13章波粒二象性原子结构原子核(时间：60分钟满分：100分)一、选择题(本题共13小题，每小题5分，共65分．每小题列出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的，全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．) 1．关于光的本性，下列说法中正确的是( )A．光电效应反映光的粒子性B．光电子的最大初动能和照射光的频率成正比C．光子的能量与光的频率成正比D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子ACD[光电效应反映光的粒子性，故A正确；根据光电效应方程E km＝hν－W0可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故B错误；根据E＝hν，可知：光子的能量与光的频率成正比，故C正确；由爱因斯坦的光子说：光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份光叫做一个光子，故D正确．]2．(2016·富阳选考模拟)根据玻尔理论，以下说法正确的是( )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，其电子做变速运动，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BCD[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，故选项A错误，选项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，选项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轨道的能量差，故选项D正确．]3．下列光的波粒二象性的说法中，正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著C．光的粒子性说明每个光子就像极小的小球体一样D．光波不同于宏观概念中的那种连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波BD[光既是波又是粒子，故A错误；光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，选项B正确；光具有波动性，但不是经典理论中的波，光具有粒子性，也不是传统概念中的粒子，光与物质作用时，即发生能量交换时，不是连续进行的，而是“一份一份”进行的，表现出粒子性，光在空间的分布规律符合波动规律，表现出波动性，故选项C错误；光的波粒二象性学说是建立在麦克斯韦的光的电磁说和爱因斯坦的光子说的基础上，由光子说中提出的光子能量的计算公式E＝hν可知，反映粒子的特征的E与反映波动特征的ν相联系，进一步分析可知，当光子的能量比较小即频率ν较小，波长λ较大，波动性明显，粒子性不明显，反之，当光子的能量比较大，频率ν较大，波长λ较小，粒子性明显，波动性不明显，故选项D正确．]4．光电效应实验中，下列表述正确的是( )A．光照时间越长光电流越大B．入射光足够强就可以有光电流C．遏止电压与入射光的频率有关D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子CD[在光电效应中，若照射光的频率小于极限频率，无论光照时间多长，光照强度多大，都无光电流，当照射光的频率大于极限频率时，立刻有光电子产生，故A、B错误，D 正确．由－eU＝0－E k，E k＝hν－W，可知U＝(hν－W)/e，即遏止电压与入射光频率ν有关，C正确．]5．下列说法正确的是( )【导学号：81370439】A．根据天然放射现象，卢瑟福提出了原子的核式结构B．一个氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，该氢原子吸收光子，能量增加C．铀(238 92U)经过多次α、β衰变形成稳定的铅(206 82Pb)的过程中，有6个中子转变成质子D．机场、车站等地进行安全检查时，能轻而易举地窥见箱内物品，利用了γ射线较强的穿透能力C[卢瑟福提出原子的核式结构的实验依据是α粒子散射实验，A错误；氢原子从n ＝3能级跃迁到n＝2能级，氢原子要放出光子，能量减小，B错误；机场、车站等地进行安全检查，利用的是X射线的穿透本领，D错误．]6．氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为ν1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为ν2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能极k跃迁到能级m，则( ) A．吸收光子的能量为hν1＋hν2B．辐射光子的能量为hν1＋hν2C．吸收光子的能量为hν2－hν1D．辐射光子的能量为hν2－hν1D[由题意可知：E m－E n＝hν1，E k－E n＝hν2.因为紫光的频率大于红光的频率，所以ν2＞ν1，即k能级的能量大于m能级的能量，氢原子从能级k跃迁到能级m时向外辐射能量，其值为E k－E m＝hν2－hν1，故只有D项正确．]7. (多选)如图1所示给出了氢原子的6种可能的跃迁，则它们发出的光( )图1A ．a 的波长最长B ．d 的波长最长C ．f 的光子比d 的光子能量大D ．a 的频率最小ACD [由玻尔理论知，原子跃迁时，h c λ＝ΔE ，从能级图知ΔE a 最小，a 的波长最长，频率最小，则B 错误，A 、D 正确；hνd ＝ΔE d ＝(132－122)E 1＝－536E 1，hνf ＝ΔE f ＝(122－112)E 1＝－34E 1，因此，f 的光子的能量比d 的光子的能量大，C 正确．] 8．以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是( )A ．太阳内部发生的核反应是热核反应B ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小C ．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大D ．原子核发生一次β衰变，该原子外层就失去一个电子AC [太阳内部发生的核反应是热核反应，A 正确；一束光照射到金属表面不能发生光电效应，是因为光的频率小于金属的截止频率，与光强无关，B 错误；按照玻尔理论，C 正确；原子核发生一次β衰变，是核内一个中子转变为一个质子时，放出一个电子，D 错误．]9．太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，核反应方程是411H→42He ＋2X ，这个核反应释放出大量核能．已知质子、氦核、X 的质量分别为m 1、m 2、m 3，真空中的光速为c .下列说法中正确的是( )【导学号：81370440】A ．方程中的X 表示中子(10n)B ．方程中的X 表示电子(0－1e)C ．这个核反应中质量亏损Δm ＝4m 1－m 2D ．这个核反应中释放的核能ΔE ＝(4m 1－m 2－2m 3)c 2D [由核质量数守恒、电荷数守恒可推断出X 为0＋1e ，A 、B 错；质量亏损为Δm ＝4m 1－m 2－2m 3，释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝(4m 1－m 2－2m 3)c 2，C 错，D 对．]10．放射性元素234 90Th的衰变方程为234 90Th→234 91Pa＋X，下列表述正确的是( )A．X是由Th原子释放的核外电子B．该衰变是β衰变C．加压或加温不能改变其衰变的快慢D．Th发生衰变时原子核要吸收能量BC[根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为－1，质量数为0，则X为电子，该衰变为β衰变，β衰变的本质是其中的一个中子变成一个质子和一个电子，故A错误，B正确；衰变的快慢与温度压强无关，由原子核内部因素决定，故C正确；衰变时原子核会放出热量．故D错误．]11．(2017·奉化市联考)如图2所示为氢原子能级图，A、B、C分别表示电子三种不同能级跃迁时放出的光子，其中( )图2A．频率最大的是B B．波长最长的是CC．频率最大的是A D．波长最长的是BAB[根据hν＝ΔE和c＝λν可知，ΔE大，频率就大，波长就小，选项A、B正确．] 12．如下的说法中，正确的是( )A.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变反应B．β衰变说明了原子核中有电子C．光电效应说明了光具有粒子性D．γ射线可用来消除静电AC[21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变反应，太阳辐射能量来自于轻核的聚变，故A正确；β衰变是中子转变成质子而放出的电子，故B错误；光电效应说明了光具有粒子性，故C 正确；γ射线是高能光子，即高能电磁波，它是不带电的，所以γ射线的电离作用很弱，故D错误．]13．用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a光照射时验电器的指针偏转，b光照射时指针未偏转，以下说法正确的是( )【导学号：81370441】图3A．增大a光的强度，验电器的指针偏角一定减小B．a光照射金属板时验电器的金属小球带负电C．a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长D．若a光是氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的C D[增大a光的强度，从金属板中打出的光电子数增多，验电器带电荷量增大，指针偏角一定增大，A错误．a光照射到金属板时发生光电效应现象，从金属板中打出电子，金属板带正电，因此，验电器的金属小球带正电，B错误．发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，因此a光的频率大于b光的频率，a光在真空中的波长小于b光在真空中的波长，C正确．氢原子从n＝4的能级向n＝1的能级跃迁时产生的光子能量大于氢原子从n＝5的能级向n＝2的能级跃迁时产生的光子能量，D正确．]二、非选择题(本题共4小题，共35分)14．(6分)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，235 92U是核电站常用的核燃料.235 92U受一个中子轰击后裂变成144 56Ba和8936Kr两部分，并产生________个中子．要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积．【解析】由质量数和电荷数守恒可知：235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积．【答案】 3 大于15．(10分)(2017·台州市联考)现有五个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.235 92U＋10n→X＋9438Sr＋210nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.220 88Ra→216 86Rn＋42HeE.42He＋94Be→10n＋12 6C(1)________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹和氢弹的基本核反应方程．(2)求B项中X的质量数和中子数．(3)判断以上五个核反应的反应类型．【解析】 (1)E 是查德威克发现中子的核反应方程，A 是氢弹的核反应方程，B 是原子弹的核反应方程．(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定X 的质量数为140，电荷数为54，所以中子数为140－54＝86.(3)衰变是原子核自发地放出α粒子或β粒子的反应，C 是β衰变，D 是α衰变，E 是人工控制的原子核的变化，属人工转变，裂变是重核吸收中子后分裂成几个中等质量的核的反应，B 是裂变，聚变是几个轻核结合成较大质量的核的反应，A 是聚变．【答案】 (1)E B 、A (2)质量数为140，中子数为86(3)见解析16．(9分)三个α粒子结合成一个碳12 6C ，已知碳原子的质量为12.000 0 u ，氦原子质量为4.002 6 u.(1)写出核反应方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少MeV?【导学号：81370442】【解析】 (1)342He→12 6C ＋ΔE .(2)Δm ＝3×4.002 6 u－12.000 0u ＝0.007 8 u ，Δm ＝0.007 8×1.66×10－27 kg ＝12.948×10－30 kg ， ΔE ＝Δmc 2＝1.165×10－12 J. (3)ΔE ＝1.165×10－121.6×10－19 eV ＝7.29×106 eV ＝7.29 MeV. 【答案】 (1)342He→12 6C ＋ΔE(2)1.165×10－12 J(3)7.29 MeV17．(10分)在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于放出一个α粒子，结果得到一张两个相切圆的径迹照片(如图4所示)，今测得两个相切圆半径之比r 1∶r 2＝44∶1.求：图4(1)这个原子核原来所含的质子数是多少？(2)图中哪一个圆是α粒子的径迹？(说明理由)【解析】 (1)设衰变后α粒子的电荷量为q 1＝2e ，新生核的电荷量为q 2，它们的质量分别为m 1和m 2，衰变后的速度分别为v 1和v 2，则原来原子核的电荷量q ＝q 1＋q 2，根据轨道半径公式有：r1 r2＝m1v1Bq1m2v2Bq2＝m1v1q2m2v2q1又由于衰变过程中遵循动量守恒定律，则m1v1＝m2v2以上三式联立解得q＝90e.即这个原子核原来所含的质子数为90.(2)由于动量大小相等，因此轨道半径与粒子的电荷量成反比．所以圆轨道1是α粒子的径迹，圆轨道2是新生核的径迹，两者电性相同，运动方向相反．【答案】(1)90 (2)圆轨道1 理由见解析。