專題14波粒二象性及原子結(jié)構(gòu)

1、物理專題十四波粒二象性及原子結(jié)構(gòu)一、選擇題1在射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽極，會(huì)產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子，其中光子能量最大值等于電子的動(dòng)能，書籍陽極與陰極之間的電勢差為普朗克常量電子電量和光速,則可知該射線管發(fā)出的光的( )A最短波長為 B最長波長為 C最小頻率為 D最大頻率為2諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯的主要成就是發(fā)明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器。他們的發(fā)明利用了愛因斯坦的光電效應(yīng)原理。如圖所示電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律。圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極。理想電流計(jì)可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩

2、端的電壓?，F(xiàn)接通電源，用光子能量為 10.5eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng)，電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V；現(xiàn)保持滑片P的位置不變，以下判斷正確的是（ ）A光電管陰極材料的逸出功為4.5eVB若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)不為零C若用光子能量為12eV的光照射陰極K，光電子的最大初動(dòng)能一定變大D若用光子能量為9.5eV的光照射陰極K，同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)一定不為零3硅光電池是利用光電效應(yīng)原理制成的器件,下列表述正確的是( )A硅光電池是把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N裝置 B硅光電池中

3、吸收了光子能量的電子都能逸出 C逸出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率無關(guān) D任意頻率的光照射到硅光電池上都能產(chǎn)生光電效應(yīng)4用頻率為光照射大量處于基態(tài)的氫原子，在所發(fā)射的光譜中僅能觀測到頻率分別為的三條譜線，且，則（ ） A B C D5以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為v的普通光源照射陰極k，沒有發(fā)生光電效應(yīng)，換同樣頻率為v的強(qiáng)激光照射陰極k，

4、則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極k接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在kA之間就形成了使光電子減速的電場，逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的（其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量）A B C D6如圖，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中用a光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而用b光照射光電管時(shí)，靈敏電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，則（ ） Aa光的光強(qiáng)一定大于b光的光強(qiáng) B電源極性可能是右邊為正極，左邊為負(fù)極 C電源極性可能是左邊為正極，右邊衛(wèi)負(fù)極 D發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電流計(jì)中的光電流沿方向7氫原子在某三個(gè)相鄰能級(jí)之間躍遷時(shí)，可發(fā)出三種不同波長的輻射光,

5、已知其中的兩個(gè)波長分別為和且,則另一個(gè)波長可能是( )A B C D 8負(fù)電子對(duì)撞后湮滅成三個(gè)頻率相同的光子，已經(jīng)普朗克常量為h，電子質(zhì)量為m，電荷量為e，電磁波在真空中傳播速度為c。則生成的光子所形成的一束光射人折射率為的水中，其波長為A B C D 9盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是（ ） A粒子的散射實(shí)驗(yàn) B對(duì)陰極射線的研究 C天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) D質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)10下列關(guān)于原子和原子核的說法正確的是（ ）A衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分B波爾理論的假設(shè)之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短D比結(jié)合能越小表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固11201

6、1年3月11日，日本發(fā)生里氏9.0級(jí)大地震，造成福島核電站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有和兩種放射性元素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射，其中的衰變方程為，其半衰期為8天。下列說法正確的是 ( )A該核反應(yīng)是衰變B原子核中含有78個(gè)中子C經(jīng)過16天，75的原子核發(fā)生了衰變D雖然該反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但核反應(yīng)前后的原子核總質(zhì)量數(shù)不變12下列說法中正確的是( )A黑體熱輻射強(qiáng)度的極大值隨溫度的升高向波長較大的方向移動(dòng) B物質(zhì)波和光波都是概率波 C原子核越大，它的結(jié)合能越高，原子核中核子結(jié)合得越牢固 D衰變的實(shí)質(zhì)是放射性原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子13用頻率為的單色光照射某

7、種金屬表面，發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象?，F(xiàn)改為頻率為的另一單色光照射該金屬表面，下面說法正確的是（ ） A如果，能夠發(fā)生光電效應(yīng) B如果，不能夠發(fā)生光電效應(yīng) C如果，逸出光電子的最大初動(dòng)能增大 D如果，逸出光電子的最大初動(dòng)能不受影響14下列說法中正確的是（ ）A天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)B射線是波長很短的電磁波，它的穿透能力比射線要弱C若能測出核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損，就能根據(jù)計(jì)算出核反應(yīng)中釋放的核能D一個(gè)氘核()與一個(gè)氚核()聚變生成一個(gè)氦核()的同時(shí)放出一個(gè)電子15關(guān)于核力與結(jié)合能，下列說法中正確的是（ ）A核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，有時(shí)表現(xiàn)為引 力，有時(shí)表現(xiàn)為斥力B核力具有飽

8、和性和短程性，原子核為了穩(wěn)定，故重核在形成時(shí)其中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)C比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原 子核時(shí)一定釋放核能D原子核的結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子越穩(wěn)定16下列關(guān)于衰變射線裂變與聚變的說法中，正確的是（ ）。 A射線在電場和磁場中都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn) B射線比射線更容易使氣體電離 C太陽輻射的能量主要來源于重核裂變 D目前各地核電站產(chǎn)生的能量大多來自輕核聚變17普朗克常量，鋁的逸出功，現(xiàn)用波長的光照射鋁的表面(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。 (1)求光電子的最大初動(dòng)能； (2)若射出的一個(gè)具有最大初動(dòng)能的光電子正對(duì)一個(gè)原來靜止的電子運(yùn)動(dòng)，求在此運(yùn)動(dòng)過程中兩電子電勢能增加的最大值

9、(電子所受的重力不計(jì))。18氫原子模型中，軌道的量子化條件為：，其中為n級(jí)軌道半徑，為n級(jí)的物質(zhì)波的波長。已知電子電量e靜電力恒量k電子質(zhì)量m普朗克常量h（1）求第n級(jí)的電子軌道半徑 （2）求第n級(jí)的電子的運(yùn)動(dòng)周期。 （3）偶電子素的量子化條件為（偶電子素是指反電子與電子構(gòu)成的體系，它們繞兩點(diǎn)中心做圓周運(yùn)動(dòng)），求偶電子素中第n級(jí)的電子軌道半徑19(1)氫原子第能級(jí)的能量為，其中是基態(tài)能量，而=1，2，。若一氫原子發(fā)射能量為的光子后處于比基態(tài)能量高出的激發(fā)態(tài)，則氫原子發(fā)射光子前后分別處于第幾能級(jí)?(2)一速度為的高速粒子()與同方向運(yùn)動(dòng)的氖核()發(fā)生彈性正碰，碰后粒子恰好靜止。求碰撞前后氖核的速

10、度(不計(jì)相對(duì)論修正)。20“人造太陽”并不是像太陽一樣懸掛在天空，而是建造在地球上的受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)堆或核聚變電站，它能像太陽一樣通過核聚變反應(yīng)放出能量，進(jìn)而發(fā)電，在合肥科學(xué)島，我國最新一代核聚變實(shí)驗(yàn)裝置“EAST”首次成功獲得電流超過200 kA時(shí)間近3 s的高溫等離子放電，人造太陽能來自下面的反應(yīng)：4個(gè)質(zhì)子(氫核)聚變成1個(gè)a粒子，同時(shí)發(fā)射2個(gè)正電子和2個(gè)沒有靜止質(zhì)量的中微子，“人造太陽”的總功率為P，質(zhì)子、氫核、正電的質(zhì)分別為，真空中的光速為c (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)求核反應(yīng)所釋放的能量E (3)求在時(shí)間內(nèi)參與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目。21靜止在勻強(qiáng)磁場中的放射性原子核X發(fā)生衰變，

11、衰變后帶電粒子運(yùn)動(dòng)速度和磁感線垂直，兩軌跡圓半徑之比，帶電粒子在軌跡圓上運(yùn)動(dòng)的周期之比。設(shè)衰變過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)化成射線粒子和反沖核的動(dòng)能，已知該衰變過程前后原子核的質(zhì)量虧損為m。(1)該衰變?yōu)?衰變。(填“”或“”)(2)寫出核反應(yīng)方程(反沖核的元素符號(hào)可用Y表示)： 。(3)計(jì)算射線粒子和反沖核的動(dòng)能。22利用反應(yīng)堆工作時(shí)釋放出的熱能使水汽化以推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，這就是核電站。核電站消耗的“燃料”很少，但功率卻很大，目前，核能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，我國已具備了發(fā)展核電的基本條件。(1)核反應(yīng)堆中的“燃料”是，完成下面的核反應(yīng)方程式：；(2)一座100萬千瓦的核電站，每年需要多少濃縮鈾? 已知

12、鈾核的質(zhì)量為235.043 9 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u，鍶(sr)核的質(zhì)量為89.907 7 u，氙(Xe)核的質(zhì)量為135.907 2 u。1u=1.66×10-27kg，濃縮鈾中鈾235的含量占2。(3)同樣功率(100萬千瓦)的火力發(fā)電站，每年要消耗多少噸標(biāo)準(zhǔn)煤?(已知標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為2.93×104KJ/kg)(4)為了防止鈾核裂變產(chǎn)物放出的各種射線對(duì)人體的危害 和對(duì)環(huán)境的污染，需采取哪些措施?(舉兩種)23（1）下列有關(guān)說法正確的是（ ）A核內(nèi)的眾多核子是靠萬有引力和靜電力結(jié)合在一起的B壓力、溫度對(duì)放射性元素衰變的快慢具有一定的影響C盧瑟福是利用放射源放出

13、的射線發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子,其核反應(yīng)方程為D處在基態(tài)的氫原子可連續(xù)吸收光子，積累一定的能量后就會(huì)發(fā)生電離 （2） 靜止的鋰核（Li）俘獲一個(gè)速度為7.7×106m/s的中子，發(fā)生核反應(yīng)后若只產(chǎn)生了兩個(gè)新粒子，其中一個(gè)粒子為氦核（He），它的速度大小是8.0×106m/s，方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同。求：寫出此核反應(yīng)的方程式； 求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個(gè)粒子的速度大小及方向；物理答案專題十四 波粒二象性及原子結(jié)構(gòu)1.BD 2.AC 【解析】本題考查了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。由電路圖可知圖中所加電壓為反向減速電壓，根據(jù)題意可知遏止電壓為6 V，由得=4.5V，選項(xiàng)A正確；當(dāng)電壓達(dá)到遏止電壓時(shí)，所有電

14、子都不能到達(dá)A極，無論光強(qiáng)如何變化，電流計(jì)示數(shù)仍為零，選項(xiàng)B錯(cuò)；若光子能量增大，根據(jù)光電效應(yīng)方程，光電子的最大初動(dòng)能一定變大，選項(xiàng)C正確；若光子能量為9.5 eV的光照射陰極K，則遏止電壓為5V，滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的讀數(shù)仍為零，選項(xiàng)D錯(cuò)。3.A 4.B5.【答案】B 【 解析】由題意可知，用強(qiáng)激光照射發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)有（n=2,3,4,5,6-），在kA之間逐漸增大U，當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，由動(dòng)能定理可得，聯(lián)立可得（n=2,3,4,5,6-），對(duì)比各選項(xiàng)可知選B。 6.BC 7.CD 8. D 【解析】由質(zhì)能方程可知正負(fù)電子湮滅時(shí)放出的核能,生成三個(gè)頻率相同的光子，即,光在真空中波長,

15、由得在水中的波長,D正確.9.A10.B 11.BCD【解析】本題考查的是原子核的組成.核反應(yīng).半衰期等原子物理知識(shí)。該核反應(yīng)是衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；的中子數(shù)為131-53=78，選項(xiàng)B正確；16天為兩個(gè)半衰期，有的發(fā)生了衰變，選項(xiàng)C正確；核反應(yīng)前后，電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，選項(xiàng)D正確。12.BD 13.AC14.C15.ABC 【解析】 本題考查了核力.比結(jié)合能的概念。由核力的概念可知，選項(xiàng)AB正確；比結(jié)合能越大，核子的平均質(zhì)量越小，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放能量，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。16.AB17.（1）

16、（2）增加的電勢能來自系統(tǒng)損失的動(dòng)能，當(dāng)兩電子的速度相等時(shí)電勢能最大，由動(dòng)量守恒定律得損失的動(dòng)能：所以，電勢能增加的最大值為 18.（1） （2） （3）19.(1)設(shè)氫原子發(fā)射光子前后分別位于第與第能級(jí)，依題意有：和 解得(2)設(shè)碰撞前后氖核速度分別為.，由動(dòng)量守恒與機(jī)械能守恒定律得：和且：解得：。20.（1） （2） （3）解析：（1）核反應(yīng)方程式：。 （2）質(zhì)量虧損為，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，核反應(yīng)所釋放的能量為。 （3）設(shè)時(shí)間內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為,依據(jù)能量關(guān)系有,解得。21.解：(1) (2)回旋半徑， a和b初動(dòng)量大小相等，回旋周期 該核反應(yīng)是衰變；b的電荷數(shù)2，質(zhì)量數(shù)4；a的電荷數(shù)90，質(zhì)量數(shù)234衰變方程(3)由得又 得 22.(1)根據(jù)核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可得：Xe的質(zhì)量數(shù)為136，Sr的核電荷數(shù)為38(2)該反應(yīng)的質(zhì)量虧損為=235.0439u+1.0087u-89.9077u-135.9072u-10×1.0087u=0.1507u 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程=0.1507×1.66×10-27×(3×108)2=2.3×10-11(J) 核電站每年所需的能量=1.0×109