1、單元練15 波粒二象性 原子結構 原子核一、單項選擇題（每小題3分，共15分，每小題只有一個選項符合題意）1關于天然放射現象，下列說法中正確的是（ ）A放射性元素的原子核內的核子有半數發生變化所需的時間就是半衰期B放射性物質放出的射線中，粒子動能很大，因此貫穿物質的本領很強C當放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時，將發生衰變D放射性的原子核發生衰變后產生的新核從高能級向低能級躍遷時，輻射出射線2鈾裂變的產物之一氪90（）是不穩定的，它經過一系列衰變最終成為穩定的鋯90（），這些衰變是（ ）A4次衰變B.1次衰變，6次衰變C2次衰變D.2次衰變，2次衰變3氫原子核外電子由外層軌道躍遷到內層軌

2、道時，下列說法中正確的是（ ）A電子動能增大，電勢能減少，且減少量等于增大量B電子動能增大，電勢能減少，且減少量大于增大量C電子動能增大，電勢能減少，且減少量小于增大量D電子動能減小，電勢能增大，且減少量等于增大量4用頻率為的光照射光電管內的金屬材料甲，發生光電效應，調節滑片P，當電流計G的示數為零時記下電壓表V的示數（U表示），然后更換頻率不同的光重復上述實驗過程，可測出一組-U數據，作出圖線甲，將光電管內的金屬材料更換成乙，按同樣方法作出圖線乙.下列說法中正確的是（ ）A金屬甲的逸出功比乙大B.金屬甲的逸出功比乙小C甲、乙兩條圖線不應該相互平行D.以上說法都不正確51922年，美國物理學家

3、康普頓在研究石墨中的電子對X射線的散射時發現，有些散射波的波長比入射波的波長略大，他認為這是光子和電子碰撞時，光子的一些能量傳給了電子，如圖所示.若簇X射線的波長為，散射后X射線的波長為，電子靜止時的質量為m0，按相對論原理可知散射后的質量為m.已知普朗克恒量為h，光速為c，下列判斷中正確的是（ ）A題中描述的現象說明了原子具有核式結構BX射線與電子碰撞后，X射線的頻率變大了CX射線散射前后的能量差值為DX射線散射前后，X射線和電子組成的系統增加的能量為（m-m0）c2二、多項選擇題（每題4分，共16分.每小題有11 個選項符合題意）6下列核反應方程中，符號“X”表示中子的是（ ）AB.C D

4、.7按照玻爾理論，下列關于氫原子的論述正確的是（ ）A第m個定態和第n個定態的軌道半徑rm和rn之比為rm:rn=m2:n2B第m個定態和第n個定態的能量Em和En之比為Em:En=n2:m2C電子沿某一軌道繞核運動，若其圓周運動的頻率是，則其發光頻率也是D若氫原子處于能量為E的定態，則其發光頻率為=8有些元素的原子核有可能從很靠近它的核外電子中“俘獲”一個電子形成一個新原子（例如從離原子核最近的K層電子俘獲電子，叫“K俘獲”），當發生這一過程時（ ）A新原子是原來原子的同位素B.新原子核比原來的原子核少一個質子C新原子核將帶負電D.新原子有可能發出X射線9用大量具有一定能力的電子轟擊大量處于

5、基態的氫原子，觀測到了一定數目的光譜線，調高電子的能力在此進行觀測，發現光譜線的數目比原來增加了5條.用表示兩次觀測中最高激發態的量子數n之差，E表示調高后電子的能量.根據氫原子的能級圖可以判斷，和E的可能值為（ ）A=1,13.22eVE13.32eVB. =2,13.22eVE13.32EvC=1，12.75VE13.06eVD. =2，12.75VE13.06eV三、簡答題（每小題9分，共18分.把答案填在相應的橫線上或按題目要求作答）10帶電粒子的比荷是一個重要的物理量.某中學物理興趣小組且設計了一個實驗，探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響，以求得電子的荷比，實驗裝置如圖所示.（1）他

6、們的主要實驗步驟如下：A首先在兩極板M1M2之間任何電場、磁場，開啟陰極射線管電源，發射的電子從兩極板中央通過，在熒幕的正中心處觀察到一個亮點；B在M1M2兩極板間加合適的電場，加極性如圖所示的電壓，并逐步調節增大，使熒幕上的亮點逐漸向熒幕下方偏移，直至熒幕上恰好看不見亮點為止，記下此時外加電壓為U.請問本步驟目的是什么？C保持步驟B中的電壓U不變，對M1M2區域加一個大小、方向合適的磁場B，使熒幕正中心重現亮點，試問外加磁場的方向如何？（2）根據上述實驗步驟，同學們正確推算處電子的比荷與外加電場、磁場及其他相關量的關系為.一位同學說，這表明電子的比荷將由外加電壓決定，外加電壓越大則電子的比荷

7、越大，你認為他的說法正確嗎？為什么？11美國物理學家密立根以精湛的技術測量光電效應中的幾個重要物理量.其中之一是通過測量金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率，由此計算普朗克恒量h，他由此計算結果與普朗克根據黑體輻射得到的h相比較，以檢驗愛因斯坦方程式的正確性.實驗結果是，在0.5%的誤差范圍內兩者是一致的.Uc/V0.5410.6370.7140.8090.8785.6445.8886.0986.3036.501（1）作出Uc與的關系圖像；（2）這種金屬的截止頻率是 ；普朗克恒量是 .四、計算或論述題（本題共4小題，共53分.解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟.只寫出最后答案的不能得

8、分.有數值計算的題，答案中必須寫出明確的數值和單位）.12（10分）要使氚核聚變，必須使它們之間的距離接近到核力能夠發生作用的范圍.物質溫度很高時，氚原子將變成等離子體，等離子體的分子的平均動能為叫玻耳茲曼常數，T為熱力學溫度.兩個氚核之間的電勢能為靜電力常量，r為電荷之間的距離，則氚核聚變的距離至少為多少？13（10分）已知鋅鐵的極限波長，氫原子的基態能量為-13.6eV.若氫原子的核外電子從量子數n=2躍遷到n=1時所發出的光子照射到該鋅板上，此時能否產生光電效應？若能，光電子的最大初動能是多少電子伏？（真空中光速c=3×108m/s，普朗克恒量h=6.63×10-19

9、J·s）14（11分）一個靜止的鈾核（原子質量為232.0372u）232.0372u）放出一個粒子（原子質量為4.0026u）后衰變成釷核（原子質量為228.0287u）.（已知：原子質量單位1u=1.67×10-27kg，1u相當于931MeV）（1）寫出核衰變反應方程；（2）算出該核衰變反應中釋放出的核能；（3）假設反應中釋放出的核能全部轉化為釷核和粒子的動能，則釷核獲得的動能有多大？15（12分）人類認識原子結構和開發利用原子能經歷了十分曲折的過程，請按要求回答下列問題.（1）盧瑟福、玻爾、查德威克等科學家在原子結構或原子核的研究方面做出卓越的貢獻.請選擇其中的兩位

10、，指出他們的主要成就. 在貝克勒爾發現天然放射現象后，人們對放射張的性質進行了深入研究，如圖為三種射線在同一磁場中的運動軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途. .（2）在可控核反應堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑.中子在重水中可與H核碰撞減速，在石墨中與核碰撞減速.上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型.某反應堆中快中子與靜止的靶核發生對心正碰，通過計算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？16（13分）圖為氫原子能級示意圖，現有每個電子的動能都是Ee=12.89eV的電子束與處在基態的氫原子束射入同一區域，使電子與氫原子發生迎頭正碰.已知碰

11、撞前一個電子和一個原子的總動量為零.碰撞后氫原子受激發，躍遷n=4的能級.求碰撞后一個電子和一個受激氫原子的總動能.已知電子的質量me與氫原子的質量mH之比為17（15分）材料：如圖所示是證實玻爾關于原子內部能量量子化的一種實驗裝置示意圖，由電子槍A射出的電子，射入充有氦氣的容器B中，電子在O點與氦原子發生碰撞后進入速度選擇器C，而氦原子由低能級被激發到高能級.速度選擇器C由兩個同心的圓弧形電極P1和P2組成，電極間場強方向沿同心圓的半徑，當兩極間加電壓u時，只允許具有確定能量的電子通過，并進入檢測裝置口，由檢測裝置口測出電子產生的電流I，改變電壓，同時測出I的數值，即可確定碰撞后進入速度選擇

12、器的電子能量分布.為了方便研究，作如下假設：設電子與原子碰撞前，原子是靜止的.原子質量比電子質量大很多，碰撞后，原子雖然稍微被碰動，但忽略這一能量損失，設原子未動，當電子與原子發生彈碰撞時，電子改變運動方向，但不損失動能.當發生非彈性碰撞時，電子損失的動能傳給原子，使原子內部的能量增大.請根據以上材料和假設回答下列問題（1）設速度選擇器兩極間的電壓為u(V)時，允許通過的電子的動能為Ek（eV），寫出Ek與u的關系式，設通過選擇器的電子軌道半徑r=20.0cm,電極P1和P2的間隔d=10.0mm,兩極間場強大小處處相同，都為E.（2）如果電子槍射出電子的動能Ek=50.0eV，改變P1、P2

13、間電壓，測得電流I，得到如圖乙所示的I-U圖線，圖線表明，當電壓u為5.00V、2.88V、2.72V、2.64V時電流出現峰值，試說明在u=5.00V和u=2.88V時電子與氦原子碰撞時電子能量的變化？（3）求氦原子3個激發態的能級En（設基態的能級E1=0）.單練15 波粒二象性 原子結構 原子核1.D 2.A 3.B 4.A5.C 解析 X射線散射前后，射線和電子組成的系統的動量和能量守恒，X光子的能量減小，電子的能量增加6AC7AB 解析 根據玻爾理論，電子繞核做圓周運動時，處于定態，不會輻射光子8BD 解析 原子核“俘獲”一個電子后，核內一個質子轉變為中子，新原子核比原來的原子核少一

14、個質子，不是原來原子的同位素，K層缺少一個電子后，相當于內層電子受到激發，可能發出X射線9AD10（1）B 使電子剛好落在正極板的近熒光屏端邊緣，利用已知量表達C.垂直電場方向向外（垂直紙面向外）（2）說法不正確，電子的比荷是電子的固有參數.114.27×1014Hz 6.30×10-34J·s122Ek=Ep,即2×1314（1）（2）質量虧損m=0.0059uE=mc2=0.0059×931MeV=5.49MeV（3）系統動量守恒，釷核和粒子的動量大小相等，即 所以釷核獲得的動能=15（1）盧瑟福提出了原子的核式結構模型（或其他成就）玻爾把

15、量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜（或其他成就）查德威克發現了中子（或其他成就）.（2）設中子質量為Mn，靶核質量為M由動量守恒定律Mnv0=Mnv1+Mv2由能量守恒定律解得在重水中靶核質量MH=2Mn v1H=在石墨中靶核質量MC=12Mn與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好.16已表示碰撞前電子的速率和氫原子的速率，根據題意有meve-mHvH=0碰撞前，氫原子與電子的總動能為由上兩式并代入數據得氫原子從基態激發到n=4的能級所需要能量由能級圖得碰撞后電子和受激氫原子的總動能17（1）對于在P1P2間運動的電子，根據牛頓第二定律得，則（2）電子與氦原子碰撞時能量的變化，等于電子進入B時的能量50.0eV減去進入檢測裝置D時的能量.即由于電壓