2024高考物理一轮复习第十二章波粒二象性原子结构原子核阶段检测含解析新人教版

PAGE8-阶段滚动检测(十一)(第十二章)(45分钟100分)一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。1～6小题为单选,7、8小题为多选)1．下列对物理现象的说法中不正确的是()A．α粒子散射试验现象说明原子核是可以再分的B．压强和温度对放射性元素衰变的快慢都没有影响C．光电效应试验显示了光的粒子性D．依据玻尔理论，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，原子总能量增大【解析】选A。α粒子散射试验现象说明白原子的核式结构模型，自然放射性现象才说明原子核是可以再分的，选项A错误；压强和温度对放射性元素衰变的快慢都没有影响，选项B正确；光电效应试验显示了光的粒子性，选项C正确；依据玻尔理论，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，原子总能量增大，选项D正确，故该题A符合题意。2．下列说法正确的是()A．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长B．γ射线是频率极高的电磁波，其在云室中穿过会留下清楚的径迹C．依据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能将增大D．自然放射现象与原子内部改变有关【解析】选C。依据德布罗意波长公式，λ＝eq\f(h,p)可知，微观粒子的动量越大，其对应的波长就越短，选项A错误；γ射线是频率极高的电磁波，电离作用很弱，云室是依靠带电粒子电离作用留下径迹的，所以γ射线在云室中穿过不会留下清楚的径迹，选项B错误；依据玻尔原子模型，氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子的运动半径将减小，电势能减小，总能量减小，但运动速度增大，电子动能将增大，选项C正确；自然放射现象是原子核内部发生改变自发的放射出α粒子或电子，从而发生α衰变或β衰变，选项D错误。3．(2024·宜宾模拟)某同学在探讨光电效应时测得不同光照耀到同一光电管时得到的光电流与电压的关系图象如图所示。则下列有关说法中正确的是()A.光线1、3为同一色光，光线3的光强更强B．光线1、2为同一色光，光线1的光强更强C．光线1、2为不同色光，光线2的频率较大D．保持光线1的强度不变，光电流强度将随加速电压的增大始终增大【解析】选C。由图象可知，光线1和光线3的遏止电压相同，所以它们是同一色光，电压相同时，光线1对应的光电流更大，说明单位时间内照耀的光电子数更多，即光线1更强，故A项错误；光线1和光线2的遏止电压不同，所以它们是不同色光，故B项错误；由于光线2的遏止电压较大，由eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m))、eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(m))＝hν－W可知，光线2的频率较大，故C项正确；由图可知，在光照条件不变的状况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值(饱和电流)，故D项错误。4．(2024·通辽模拟)关于下列物理问题的理解，正确的是()A．康普顿探讨X射线被较轻物质(石墨)散射后光的成分，发觉散射谱线中除了有波长与原波长相同的成格外，还有波长较长的成分，所以康普顿效应说明光具有波动性B．光电效应试验中，用某一频率的光照耀金属，电压不变时，光照越强，光电流越大，说明遏止电压和光的强度有关C．当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子(E1＝－13.6eV)时，氢原子肯定不能跃迁到激发态D．氘核分别成质子与中子的过程中须要汲取的最小能量就是氘核的结合能【解析】选D。康普顿依据X射线的光子与石墨中的电子碰撞的过程，发觉既满意能量守恒又满意动量守恒，证明白光子不但具有能量还具有动量，揭示了光的粒子性，选项A错误；依据光电效应方程和动能定理有eUc＝Ek＝hν－W，可知入射光的频率越大，遏止电压越大，与入射光的强度无关；入射光的强度影响的是光电流的大小，选项B错误；当用能量为11eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子可以汲取其中的10.2eV的能量，可能跃迁到激发态，选项C错误；质子与中子结合成氘核的过程中放出的能量或者氘核分别成质子与中子的过程中须要汲取的最小能量就是氘核的结合能，选项D正确。故选D。【加固训练】(2024·海淀区模拟)1885年瑞士的中学老师巴耳末发觉，氢原子光谱中可见光部分的四条谱线的波长可归纳成一个简洁的阅历公式：，n为大于2的整数，R为里德伯常量。1913年，丹麦物理学家玻尔受到巴耳末公式的启发，同时还吸取了普朗克的量子假说、爱因斯坦的光子假说和卢瑟福的原子核式结构模型，提出了自己的原子理论。依据玻尔理论，推导出了氢原子光谱谱线的波长公式：，m与n都是正整数，且n>m。当m取定一个数值时，不同数值的n得出的谱线属于同一个线系。如：m＝1，n＝2、3、4、……组成的线系叫赖曼系；m＝2，n＝3、4、5、……组成的线系叫巴耳末系；m＝3，n＝4、5、6、……组成的线系叫帕邢系；m＝4，n＝5、6、7、……组成的线系叫布喇开系；m＝5，n＝6、7、8、……组成的线系叫普丰德系；以上线系只有一个在紫外光区，这个线系是()A．赖曼系B．帕邢系C．布喇开系D．普丰德系【解析】选A。在真空中，电磁波的波长和频率成反比关系，波长最长的频率最小。紫外光区的频率较大，依据氢原子光谱谱线的波长公式：eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,m2)－eq\f(1,n2))得这个线系是赖曼系。故A正确，B、C、D错误。5．静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是()A.eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(06))C→eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋eq\o\al(\s\up1(10),\s\do1(04))BeB．eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(06))C→eq\o\al(\s\up1(0),\s\do1(1))e＋eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(05))BC．eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(06))C→eq\o\al(\s\up1(000),\s\do1(－1))e＋eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(07))ND．eq\o\al(\s\up1(14),\s\do1(06))C→eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H＋eq\o\al(\s\up1(12),\s\do1(05))B【解析】选A。设时间为t，则eq\f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2，①eq\f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4，②而加速度a＝eq\f(qE,m)，则eq\f(①,②)得eq\f(q1,m1v1)∶eq\f(q2,m2v2)＝1∶2，又因为动量守恒m1v1＝m2v2，故q1∶q2＝1∶2，故只有A正确。6．(2024·滁州模拟)重元素的放射性衰变共有四个系列，分别是U238系列(从eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U起先到稳定的eq\o\al(\s\up1(208),\s\do1(082))Pa为止)、Th232系列、U235系列及Np237系列(从eq\o\al(\s\up1(237),\s\do1(93))Np起先到稳定的eq\o\al(\s\up1(209),\s\do1(083))Bi为止)，其中，前三个系列都已在自然界找到，而第四个系列在自然界始终没有被发觉，只是在人工制造出Np237后才发觉的，下面的说法正确的是()A．eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U的中子数比eq\o\al(\s\up1(209),\s\do1(83))Bi的中子数少20个B．从eq\o\al(\s\up1(237),\s\do1(93))Np到eq\o\al(\s\up1(209),\s\do1(83))Bi，共发生7次α衰变和4次β衰变C．Np237系列中全部放射性元素的半衰期随温度的改变而改变D．eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U与eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U是不同的元素【解析】选B。eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U的中子数为238－92＝146个，eq\o\al(\s\up1(209),\s\do1(83))Bi的中子数为209－83＝126个，则eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U的中子数比eq\o\al(\s\up1(209),\s\do1(83))Bi的中子数多20个，A错误；依据质量数守恒有：237－209＝4×7，知发生了7次α衰变，依据电荷数守恒有：93－83＝2×7－4，知发生了4次β衰变，B正确；放射性物质的半衰期不受外界因素的影响，C错误；eq\o\al(\s\up1(238),\s\do1(92))U与eq\o\al(\s\up1(235),\s\do1(92))U的质子数相同，中子数不同，它们是相同的元素，D错误。7．在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(eq\o\al(\s\up1(A),\s\do1(Z))X)发生了一次α衰变。放射出的α粒子(eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示。若原子核衰变时释放的核能全部转化为新核和粒子的动能，下列说法正确的是()A.图甲、乙、丙、丁表示发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中的运动轨迹，其中正确的是图丙B．新核Y在磁场中做圆周运动的半径为RY＝eq\f(2,Z－2)RC．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I＝eq\f(Bq2,2πm)D．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm＝eq\f(A（qBR）2,2m（A－4）c2)【解析】选B、C、D。衰变后产生的α粒子与新核Y运动方向相反，两者运动轨迹圆应外切，由动量守恒定律可知，α粒子与新核动量大小相等，由圆周运动的半径公式r＝eq\f(mv,qB)可知，α粒子轨迹半径大，由左手定则可知α粒子与新核Y做圆周运动的方向相同，图丁正确，选项A错误；由圆周运动的半径公式r＝eq\f(mv,qB)可知，eq\f(RY,R)＝eq\f(2,Z－2)，选项B正确；圆周运动周期T＝eq\f(2πm,qB)，环形电流I＝eq\f(q,T)＝eq\f(Bq2,2πm)，选项C正确；对α粒子，由洛伦兹力供应向心力有qvB＝meq\f(v2,R)，解得v＝eq\f(BqR,m)①，由质量关系可知，衰变后新核Y的质量为M＝eq\f(A－4,4)m②，由衰变过程中动量守恒定律可得Mv′－mv＝0③，系统增加的能量为ΔE＝eq\f(1,2)Mv′2＋eq\f(1,2)mv2④，由质能方程得ΔE＝Δmc2⑤，联立①②③④⑤可得Δm＝eq\f(A（qBR）2,2m（A－4）c2)，选项D正确。8．氘核eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6eq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))H→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He＋2eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H＋2X＋43.15MeV表示。海水中富含氘，已知1kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，以下说法正确的是()A．X粒子是中子B．能够发生聚变反应的条件是反应物的体积超过临界体积C．若1kg海水中含有的氘核全部发生上述聚变反应，释放的能量为4.315×1023MeVD．上述反应过程发生的质量亏损为eq\f(43.15MeV,c2)，其中c为真空中的光速【解析】选A、D。依据质量数守恒和电荷数守恒知，X的质量数为：m＝eq\f(6×2－4×2－1×2,2)＝1，核电荷数：Z＝eq\f(1×6－2×2－1×2,2)＝0，所以X是中子eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(0))n，故A正确；由核聚变的条件可知，发生核聚变时不须要达到临界体积，故B错误；1kg海水中的氘核全部发生聚变反应释放的能量为ΔE＝eq\f(1.0×1022,6)×43.15MeV≈7.19×1022MeV，故C错误；依据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得，质量亏损Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(43.15MeV,c2)，故D正确。二、计算题(本题共2小题，共52分。需写出规范的解题步骤)9．(25分)为确定爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2的正确性，设计了如下试验：用动能为E1＝0.60MeV的质子轰击静止的锂核eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2＝17.9MeV，已知质子、α粒子、锂核的质量分别取mp＝1.0073u、mα＝4.0026u、mLi＝7.0160u。(1)写出核反应方程。(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确。(1u＝1.6606×10－27kg)【解析】(1)核反应方程为eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He(2)核反应的质量亏损：Δm＝mLi＋mp－2mα＝7.0160u＋1.0073u－2×4.0026u＝0.0181u由质能方程可得与质量亏损相当的能量：ΔE＝Δmc2＝0.0181×1.6606×10－27×(3×108)2J＝16.9MeV而系统增加的能量：ΔE′＝E2－E1＝17.3MeV这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以ΔE＝Δmc2正确。答案：(1)eq\o\al(\s\up1(7),\s\do1(3))Li＋eq\o\al(\s\up1(1),\s\do1(1))H→2eq\o\al(\s\up1(4),\s\do1(2))He(2)见解析10．(27分)(带电粒子在磁场中运动)如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度为B，区域足够大，方向垂直于xOy平面，y轴为磁场的左边界，A为固定在x轴上的一个内装镭核(eq\o\al(\s\up1(226),\s\do1(088))Ra)的放射源，放射源垂直于磁场方向释放一个α粒子后衰变成氡(Rn)核。α粒子偏转后从y轴上的