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1、单元质检十二 近代物理单元质检十二 近代物理 (时间:45 分钟 满分:100 分) 一、选择题(本题共 7 小题,每小题 8 分,共 56 分。在每小题给出的四个选项中,第 14 题只有一项 符合题目要求,第 57 题有多项符合题目要求。全部选对的得 6 分,选对但不全的得 3 分,有选错的 得 0 分) 1 1.下列说法正确的是( ) A.汤姆孙发现电子,表明原子具有核式结构 B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应 C.一束光照射到某金属上不能发生光电效应,是因为该束光的波长太短 D.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,原 子总能量增
2、大 答案 D 解析汤姆孙发现了电子,表明原子是可以分割的, 粒子的散射实验表明原子具有核式结构,故 A 错 误。太阳辐射的能量主要来自太阳内部的轻核聚变,故 B 错误。一束光照射到某金属上不能发生光 电效应,是因为该束光的能量值太小,即该光的频率小,波长太长,故 C 错误。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,要吸收能量,所以原子总能量增大;由于库仑 力提供电子的向心力,可得,所以电子的动能Ek= mv2=,随半径的增大而减小,故 D 正确。 ke2 r2 = mv2 r 1 2 ke2 2r 2 2.下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的是( ) 答案 A
3、解析 X 射线被石墨散射后部分波长变大,这是康普顿效应,说明光具有粒子性,A 正确;阴极射线是实 物粒子,衍射图样说明实物粒子具有波动性,B 错误; 粒子散射实验,说明原子具有核式结构,C 错 误;氢原子发射的光经三棱镜分光后,呈现线状光谱,与光的粒子性无关,D 错误。 3 3.光电效应的实验装置示意图如图所示。用频率为的普通光源照射阴极 K,没有发生光电效应, 换用同样频率的强激光照射阴极 K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极 K 接 电源正极,阳极 A 接电源负极,在 KA 之间就形成了使光电子减速的电场;逐渐增大U,光电流会逐渐 减小,当光电流恰好减小到零时,则所加反向
4、电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e 为电子电荷量)( ) A.U= h e - W e B.U= 2h e - W e C.U=2h-W D.U= 5h 2e - W e 答案 B 解析同频率的光照射 K 极,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电效应,说明一个 电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek,由光电效应方程知 Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服电场做功,由动能定理知Ek=eU,联立上述两式得U=,当 nh e - W e n=2 时,即为 B 选项,其他选项均不可能。 4 4.(2018天津卷)氢原子光谱在可见光区
5、域内有四条谱线 H、H、H和 H,都是氢原子中电子从 量子数n2 的能级跃迁到n=2 的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定( ) A.H对应的前后能级之差最小 B.同一介质对 H的折射率最大 C.同一介质中 H的传播速度最大 D.用 H照射某一金属能发生光电效应,则 H也一定能 答案 A 解析能级跃迁时辐射光子的能量E=h=h,可得光子波长越长,光子频率越低、能量越小,光谱线 c 对应的能级差越小,选项 A 正确;同一介质对频率最低的 H折射率最小,选项 B 错误;H的波长最短, 频率最高,对同一介质的折射率最大,由n=可得在同一介质中的传播速度最小,选项 C 错误;H的波
6、c v 长大于 H的波长,故 H的频率小于 H的频率,故用 H照射某金属发生光电效应时,用 H照射不 一定能发生光电效应,选项 D 错误。 5 5. 根据 粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型,图中虚线表示原子核所形成的电场的等 势线,实线表示一个 粒子的运动轨迹。在 粒子从a运动到b、再运动到c的过程中,下列说法 正确的是( ) A.动能先减小,后增大 B.电势能先减小,后增大 C.电场力先做负功,后做正功,总功等于零 D.加速度先变小,后变大 答案 AC 解析 粒子带正电荷,所以原子核对 粒子的电场力先做负功后做正功,电势能先增大后减小,电 场力先变大后变小,所以加速度先变大后变小
7、。 6 6.以下有关近代物理内容的若干叙述,正确的是( ) A.紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应,则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸 出的光电子的最大初动能也随之增大 B.有 10 个放射性元素的原子核,经过一个半衰期一定有 5 个原子核发生衰变 C.氢原子由第三激发态直接跃迁到基态时,会释放频率一定的光子 D.质子和中子结合成新原子核释放出能量,一定有质量亏损 答案 CD 解析根据光电效应方程知,光电子的最大初动能Ekmax=h-W0,与入射光的频率有关,与照射光的强 度无关,故 A 错误。半衰期具有统计意义,对大量的原子适用,对个别的原子不适用,故 B 错误。根 据玻尔理论
8、可知,氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,要释放一定频率的光子,故 C 正确。质子和 中子结合成新原子核一定有质量亏损,释放出能量,故 D 正确。 7 7.分别用波长为和 2的光照射同一种金属,产生的光电子最大速度之比为 21,普朗克常量和 真空中光速分别用h和c表示,那么下列说法正确的有( ) A.该种金属的逸出功为 hc 3 B.该种金属的逸出功为 hc C.波长超过 2的光都不能使该金属发生光电效应 D.波长超过 4的光都不能使该金属发生光电效应 答案 AD 解析由h=W0+Ek知h =W0+,h=W0+,又v1=2v2,得W0=,A 正确,B 错误。光的波长小于 c 1 2mv1 2 c
9、 2 1 2mv2 2 hc 3 或等于 3时都能使该金属发生光电效应,C 错误,D 正确。 二、非选择题(本题共 3 小题,共 44 分) 8 8.(12 分)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果,核反应方程e+e是太阳内部 11H + 1 1HbaX + 0 1 的许多核反应中的一种,其中e 为正电子,e为中微子。 01 (1)确定核反应方程中a、b的值; (2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力。设质子的质量为m, 电子质量相对很小可忽略,中微子质量为零,克服库仑力做功为W。若一个运动的质子与一个速度为 零的质子发生上述反应,运动质子速度至少多大? 答案(1
10、)1 2 (2) 4W m 解析(1)根据核反应的质量数及电荷数守恒可知 a=1,b=2。 (2)由动量守恒定律得mv0=2mv 由能量关系得-W=(2m)v2- 1 2 1 2mv0 2 解得v0=。 4W m 9 9.(16 分)已知氢原子基态的电子轨道半径为r1=0.52810-10 m,量子数为n的能级值为En=- eV。 13.6 n2 (1)求电子在基态轨道上运动的动能。 (2)有一群氢原子处于量子数n=3 的激发态,画一张能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪 几种光谱线? (3)计算这几种光谱线中波长最短的波长。(静电力常量k=9109 Nm2/C2,电子电荷量e=1.61
11、0- 19 C,普朗克常量h=6.6310-34 Js,真空中光速c=3.00108 m/s) 答案(1)13.6 eV (2)见解析 (3)1.0310-7 m 解析(1)核外电子绕核做匀速圆周运动,静电引力提供向心力, 则,又知Ek= mv2 ke2 r12 = mv2 r1 1 2 故电子在基态轨道的动能为 Ek=J= ke2 2r1 = 9 109 (1.6 10 - 19)2 2 0.528 10 - 10 2.1810-18J=13.6eV (2)当n=1 时,能级值为 E1=eV=-13.6eV - 13.6 12 当n=2 时,能级值为 E2=eV=-3.4eV - 13.6
12、22 当n=3 时,能级值为 E3=eV=-1.51eV - 13.6 32 能发生的能级跃迁分别为 32,21,31,所以能发出的谱线共 3 种,能级图如图所示。 (3)由E3向E1跃迁时发出的光子频率最大,波长最短,由h=E3-E1和=,则有= c hc E3- E1 =1.0310-7m。 1010.(16 分)卢瑟福用 粒子轰击氮核时发现质子,发现质子的核反应方程为HeH。 14 7N + 4 2 178O + 1 1 已知氮核质量为mN=14.007 53 u,氧核质量为mO=17.004 54 u,氦核质量为mHe=4.003 87 u,质子 (氢核)质量为mp=1.008 15
13、u。(已知:1 u 相当于 931 MeV 的能量,结果保留 2 位有效数字) (1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应?相应的能量变化为多少? (2)若入射氦核以v=3107 m/s 的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应生成的氧核和质子 同方向运动,且速度大小之比为 150,求氧核的速度大小。 答案(1)吸收能量 1.2 MeV (2)1.8106 m/s 解析(1)由 m=mN+mHe-mO-mp得 m=-0.00129u。 由于核反应后质量增加,所以这一核反应是吸收能量的反应,吸收能量 E=|m|c2=0.00129uc2=1.2MeV。 (2)该过程满足动量守恒条件,由动量守恒定律可得mHev=mOvO+mpvp 又vOvp=150 可解得vO=1.8106m/s。