2020高中物理 第2、3、4、5章 原子結(jié)構(gòu) 原子核與放射性 核能 波與粒子 1單元測(cè)試 魯科版選修3-5

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1、第2、3、4、5章《原子結(jié)構(gòu)》《原子核與放射性》《核能》《波與粒子》單元測(cè)試 選擇題部分共10小題，每小題6分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確. 1.在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，α粒子可以表示為He，則He中的4和2分別表示(　　) A.4為核子數(shù)，2為中子數(shù) B.4為質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和，2為質(zhì)子數(shù) C.4為核外電子數(shù)，2為中子數(shù) D.4為中子數(shù)，2為質(zhì)子數(shù) 答案：B 2.關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A.不僅光子具有波粒二象性，一切運(yùn)動(dòng)的微觀粒子都具有波粒二象性 B.高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子跟光子一樣，它們都不會(huì)發(fā)生衍

2、射現(xiàn)象 C.波粒二象性中的波動(dòng)性，是大量光子或大量高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子的行為，這種波動(dòng)性與機(jī)械波在本質(zhì)上是完全不相同的 D.波動(dòng)性和粒子性在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的，但在微觀現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 解析：在微觀領(lǐng)域，各種粒子均具有波粒二象性，即出現(xiàn)各個(gè)位置的概率不同，均會(huì)出現(xiàn)加強(qiáng)區(qū)和減弱區(qū)，形成干涉、衍射現(xiàn)象；從公式E＝hν可知，微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性是統(tǒng)一的，故選項(xiàng)A、C、D正確. 答案：B 3.在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列結(jié)果正確的是(　　) A.當(dāng)光照時(shí)間增大為原來(lái)的兩倍時(shí)，光電流強(qiáng)度也增大為原來(lái)的兩倍 B.當(dāng)入射光頻率增大為原來(lái)的兩倍時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能也增大為原來(lái)的兩倍 C.當(dāng)

3、入射光的強(qiáng)度增大為原來(lái)的兩倍時(shí)，可能不產(chǎn)生光電效應(yīng) D.當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增大為原來(lái)的兩倍時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射光電子的數(shù)量也增大為原來(lái)的兩倍 解析：電流是瞬時(shí)量，與時(shí)間的積累無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W逸可知，Ek′＝h·2ν－W逸，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率時(shí)，無(wú)論入射光的強(qiáng)度多大都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C正確；當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增大為原來(lái)的兩倍時(shí)，有可能不發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案：C 4.在盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，某一α粒子經(jīng)過(guò)某一金原子核附近的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中的實(shí)線所示.圖中P、Q是軌跡上的兩點(diǎn)，虛線是經(jīng)過(guò)P、Q兩點(diǎn)并與軌跡相切的直線，兩虛線和軌跡將平

4、面分為四個(gè)區(qū)域.不考慮其他原子核和α粒子的作用，則原子核的位置(　　) A.一定在①區(qū)　　　　　　　　B.可能在②區(qū) C.可能在③區(qū) D.一定在④區(qū) 解析：原子核和α粒子的庫(kù)侖力沿兩者連線方向，以P和Q兩點(diǎn)為例，庫(kù)侖力又應(yīng)指向軌跡曲線“凹”的一側(cè)，滿足要求的只有①區(qū). 答案：A 5.分別用波長(zhǎng)為λ和λ的單色光照射同一金屬板，發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功為(　　) A.　　　B.　　　C.hcλ　　　D. 解析：由光電效應(yīng)方程得：－W＝2(－W) 解得：W＝. 答案：B 6.如圖所示，a、b、c分別表示

5、氫原子不同能級(jí)間的三種躍遷，發(fā)生a、b、c三種躍遷時(shí)，釋放光子的波長(zhǎng)分別是λa、λb、λc，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.從n＝3能級(jí)躍遷到n＝1能級(jí)時(shí)，釋放光子的波長(zhǎng)可表示為λb＝ B.從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)，核外電子的電勢(shì)能減小，動(dòng)能也減小 C.若用波長(zhǎng)為λa的光照射某金屬恰好能發(fā)生光電效應(yīng)，則波長(zhǎng)為λc的光照射該金屬時(shí)也一定能發(fā)生光電效應(yīng) D.若用11 eV的光子照射時(shí)，至少可以使處于某一能級(jí)上的氫原子吸收光子而發(fā)生躍遷 解析：由波爾理論可知h＝E2－E1，h＝E3－E2，h＝E3－E1＝hc(＋) 可得：λb＝ 故選項(xiàng)A正確. 從n＝3能級(jí)躍遷到n＝2能級(jí)電子

6、的電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，總能量減小，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤. h＞h，故波長(zhǎng)為λc的光不一定能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤. 氫原子任意兩能級(jí)之差都不等于11 eV，故11 eV的光子不能使任一能級(jí)的氫原子發(fā)生躍遷，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案：A 7.使氫原子能級(jí)受激發(fā)躍遷有兩種途徑——光照和實(shí)物粒子撞擊.氫原子輻射能量時(shí)每個(gè)原子的每一次躍遷輻射一個(gè)光子.欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)，下列措施可行的是(E1＝13.6 eV，En＝)(　　) A.用10.2 eV的光子照射 B.用11 eV的光子照射 C.用14 eV的光子照射 D.用11 eV的電子碰撞 解析：氫原子能級(jí)躍遷時(shí)，只能吸收能量

7、值剛好等于某兩能級(jí)之差的光子，故選項(xiàng)A正確.對(duì)于14 eV的光子，其能量大于氫原子的電離能(13.6 eV)，足以使氫原子電離，故選項(xiàng)C正確.用電子去碰撞氫原子時(shí)，入射電子的動(dòng)能可全部或部分被氫原子吸收，所以只要入射電子的動(dòng)能大于或等于基態(tài)和某個(gè)激發(fā)態(tài)量的能量之差，也可使氫原子激發(fā)，故選項(xiàng)D正確. 答案：ACD 8.氦原子被電離一個(gè)核外電子，形成類(lèi)似氫結(jié)構(gòu)的氦離子.已知基態(tài)的氦離子能量E1＝－54.4 eV，氦離子能級(jí)的示意圖如圖所示.在具有下列能量的光子中，不能被基態(tài)氦離子吸收而發(fā)生躍遷的是(　　) A.40.8 eV　　B.43.2 eV　　C.51.0 eV　　D.54.4 e

8、V 解析：大于等于基態(tài)能級(jí)的絕對(duì)值或等于兩能級(jí)差的光子能被吸收，選B. 答案：B 9.某同學(xué)采用了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究光電效應(yīng)現(xiàn)象.當(dāng)用某單色光照射光電管的陰極K時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象.閉合開(kāi)關(guān)S，在陽(yáng)極A和陰極K之間加上反向電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計(jì)中電流恰為零，此電壓表的電壓值U稱(chēng)為反向截止電壓，根據(jù)反向截止電壓，可以計(jì)算到光電子的最大初動(dòng)能Ekm.現(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測(cè)量到反向截止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，則下列關(guān)系式正確的是(　　) A.頻率為ν1的光照射時(shí)，光電子的最大初速度v＝ B.陰極K

9、金屬的逸出功W＝hν1－eU1 C.陰極K金屬的極限頻率ν0＝ D.普朗克常數(shù)h＝ 解析：反向截止電壓的物理意義為恰好使具有最大初動(dòng)能的光電子不能達(dá)到A極，由此得eU1＝mv＝hν1－W；eU2＝mv＝hν2－W.故選項(xiàng)A、B正確. 又因?yàn)榻饘俚囊莩龉＝hν0，故有： eU1＝hν1－h(huán)ν0 eU2＝hν2－h(huán)ν0 解得：ν0＝ h＝ 故選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確. 答案：ABD 10.氫原子的能級(jí)如圖所示，已知可見(jiàn)光的光子能量范圍約為1.62 eV～3.11 eV，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A.處于n＝3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離 B.大量氫原子從高

10、能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng) C.大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光 D.大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見(jiàn)光 解析：處于n＝3能級(jí)的氫原子吸收光子而發(fā)生電離的最小能量是1.51 eV，又因紫外線的頻率大于可見(jiàn)光的頻率，所以紫外線的光子能量E≥3.11 eV，故選項(xiàng)A正確. 由能級(jí)躍遷理論知，氫原子由高能級(jí)向n＝3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光子的能量E≤1.51 eV，所以發(fā)出光子能量小于可見(jiàn)光的光子能量.由E＝hν知，發(fā)出光子頻率小于可見(jiàn)光的光子頻率，發(fā)出光子為紅外線，具有較強(qiáng)的熱效應(yīng)，故選項(xiàng)B正確. 　　

11、由能級(jí)躍遷理論知，n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可發(fā)出6種不同頻率的光子，故選項(xiàng)C正確. 由能級(jí)躍遷理論知，大量處于n＝4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光子的能量分別為：0.66 eV(4→3)，2.55 eV(4→2),12.75 eV(4→1),1.89 eV(3→2),12.09 eV(3→1)，10.2 eV(2→1)，所以只有3→2和4→2躍遷時(shí)發(fā)出的2種頻率的光子屬于可見(jiàn)光，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案：D 非選擇題部分共3小題，共40分. 11.(13分)德國(guó)物理學(xué)家弗蘭克林和赫茲進(jìn)行過(guò)氣體原子激發(fā)的實(shí)驗(yàn)研究.如圖甲所示，他們?cè)陉帢O射線管中充入要考察的汞蒸氣，陰極發(fā)射出

12、的電子經(jīng)陰極K和柵極R之間的電壓UR加速，電子到達(dá)柵極R時(shí)，電場(chǎng)力做的功為eUR.此后電子通過(guò)柵極R和陽(yáng)極A之間的減速電壓UA.通過(guò)陽(yáng)極的電流如圖乙所示，隨著加速電壓增大，陽(yáng)極電流在短時(shí)間內(nèi)也增大，但是電壓達(dá)到一個(gè)特定的值UR后，觀察到電流突然減小.在這個(gè)電壓值上，電子的能量剛好能夠激發(fā)和它們碰撞的原子.而參加碰撞的電子放出能量，速度減小，因此到達(dá)不了陽(yáng)極，陽(yáng)極電流減小.eUR即為基態(tài)氣體原子的激發(fā)能.得到汞原子的各個(gè)能級(jí)比基態(tài)高以下能量值：4.88 eV,6.68 eV,8.87 eV,10.32 eV.由此可知圖乙中的U1＝　　　　V，U2＝　　　　V. 甲　　　　　　　　　　　　乙

13、　　 解析：由題意知，eUR＝En－E1時(shí)電流突然減小，則： U1＝4.88 eV，U2＝6.68 eV. 答案：4.88　6.68 12.(13分)金屬晶體中晶格大小約為1×10－10 m，電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后形成一電子束，電子束照射到該金屬晶格時(shí)，獲得明顯的衍射圖樣，則這個(gè)加速電場(chǎng)的電壓約為多少？(已知電子的電荷量e＝1.6×10－19 C，電子的質(zhì)量me＝9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ＝，p為動(dòng)量.結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) 解析：當(dāng)電子運(yùn)動(dòng)的德布羅意波長(zhǎng)與晶格大小差不多時(shí)，可以得到明顯的衍射圖樣，由此可估算出加速電場(chǎng)的電壓.

14、 設(shè)加速電場(chǎng)的電壓為U，則電子加速獲得的動(dòng)能Ek＝eU，而電子的動(dòng)量p＝. 電子的德布羅意波長(zhǎng)λ＝＝ 加速電壓U＝ 把已知數(shù)據(jù)代入解得：U＝1.5×102 V. 答案：1.5×102 V 13.(14分)(1)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能由光的　　　　 和　　　　決定. (2)圖示為測(cè)定光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子比荷的實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)圖.將兩塊相距為d的平行板放在真空容器中，其中金屬板N受光線照射時(shí)發(fā)射出沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成電流，從而引起電流表指針偏轉(zhuǎn).若調(diào)節(jié)R，逐漸增大極板間的電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小，當(dāng)電壓表的示數(shù)為U時(shí)，電流恰好為零；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，在MN間加上垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，電流恰好為零.由此可算得光電子的比荷＝　　　　.(用已知量U、B、d表示) 解析：(2)當(dāng)電壓表的示數(shù)為U時(shí)，垂直N板并具有最大初動(dòng)能的電子恰好不能到達(dá)M板，則eU＝mv. 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，在M、N兩板間加上垂直紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，電流恰好為零.根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)和幾何關(guān)系有： evmB＝m 聯(lián)立解得：＝. 答案：(1)頻率　金屬的逸出功　(2)