江苏专版2019版【高考物理一轮复习】精选提分-单元检测-十三动量波粒二象性原子结构与原子核

单元检测十三动量波粒二象性原子结构与原子核
考生注意：
1．本试卷共4页．
2．答卷前，考生务必用蓝、黑色字迹的钢笔或圆珠笔将自己的姓名、班级、学号填写在相应位置上．
3．本次考试时间90分钟，满分100分．
4．请在密封线内作答，保持试卷清洁完整．
一、选择题(本题共6小题，每小题4分，共计24分．每小题至少有一个选项符合题意，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，错选或不答的得0分)
1．(2018·泰州中学模拟)下列说法中正确的是( )
A．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大B．查德威克发现中子的核反应是：94Be＋42He→126C＋10n
C．β衰变说明了β粒子(电子)是原子核的组成部分
D．“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变
2．(2018·徐州三中月考)下列说法正确的是( )
A．太阳辐射的能量来自太阳内部的热核反应
B．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短
C．氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能减小，电势能增加
D．将放射性元素掺杂到其它稳定元素中，并降低其温度，它的半衰期不发生改变3．(2018·虹桥中学调研)下列说法正确的是( )
A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象
B．天然放射性现象说明原子核具有复杂的结构
C．一个氘核的质量小于一个质子和一个中子的质量和
D．已知钴60的半衰期为5.27年，则任一个钴60原子核都将在5.27年内发生衰变4．图1中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里．以下判断可能正确的是( )
图1
A．a、b为β粒子的径迹B．a、b为γ粒子的径迹
C．c、d为α粒子的径迹D．c、d为β粒子的径迹
5．(2018·常熟市模拟)下列说法中正确的是( )
A．某放射性原子核经两次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少3个
B．玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象
C．氢原子的核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，原子的能量增大D．放射性元素发生β衰变，新核的化学性质不变
6．(2017·淮安市高三年级信息卷试题)下列说法中正确的是( )
A．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都在增加，同时辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
B．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变短
C．放射性元素原子核的半衰期长短与原子所处的化学状态和外部条件有关
D．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的
二、非选择题(本题共12小题，共计76分)
7．(4分)(2018·高邮市段考)如图2所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知普朗克常量为________J·s(保留两位有效数字)．
图2
8．(4分)(2018·泰州中学调研)研究发现，在核辐射形成的污染中影响最大的是铯137(137 55Cs)，可广泛散布到几百公里之外，且半衰期大约是30年左右．请写出铯137发生β衰变的核反应方程(新核可用X表示)：______________________.如果在该反应过程中释放的核能为E，光速为c，则其质量亏损为________．
9．(4分)(2018·南通市如东县质量检测)如图3所示为氢原子的能级图，n为量子数．若氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，则一群处于n＝4能级的氢原子在向基态跃迁时，产生的光子中有________种频率的光子能使该金属产生光电效应，其中光电子的最大初动能E k＝________ eV.
图3
10．(4分)(2017·南通市高三第一次调研测试)核电站所需的能量是由铀核裂变提供的，裂变过程中利用__________(选填“石墨”或“镉棒”)吸收一定数量的中子，控制反应堆的反应速度．核反应堆产物发生β衰变产生反电子中微子(符号νe)，又观察到反电子中微子(不带电，质量数为零)诱发的反应：νe＋p→n＋x，其中x代表________________(选填“电子”或“正电子”)．
11．(4分)(2017·南京市、盐城市高三第二次模拟考试)用频率为ν的光照射光电管阴极时，产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图4所示，U c为遏止电压．已知电子电荷量为－e，普朗克常量为h，则光电子的最大初动能为________，该光电管发生光电效应的极限频率为________．
图4
12．(6分)(2017·扬州市高三上学期期末检测)某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图5所示，试求：
图5
(1)普朗克常量h(用图中字母表示)；
(2)入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能．
13．(8分)(2018·南通市如东县质量检测)如图6甲所示，A、B两物体与水平面间的动摩擦因数相同，A的质量为3 kg，A以一定的初速度向右滑动，与B发生碰撞，碰前的A速度变化如图乙中图线Ⅰ所示，碰后A、B的速度变化分别如图线Ⅱ、Ⅲ所示，g取10 m/s2，求：
图6
(1)A与地面间的动摩擦因数；
(2)判断A、B间发生的是弹性碰撞还是非弹性碰撞．
14.(8分)(2018·淮安市、宿迁市学业质量检测)如图7，滑块A、B的质量分别为m A和m B，由轻质弹簧相连，置于光滑水平面上，把两滑块拉近，使弹簧处于压缩状态并用一轻绳绑紧，两滑块一起以恒定的速率v0向右滑动．若轻绳突然断开，弹簧第一次恢复到原长时滑块A的动量为p，方向向左，求在弹簧第一次恢复到原长时：
图7
(1)滑块B的动量p B大小和方向；
(2)若m A＝m B＝m，滑块B的速度大小v.
15．(8分)(2018·海安中学段考)质量为2 kg的物体B静止在光滑水平面上，一质量为1 kg的物体A以2.0 m/s的水平速度和B发生正碰，碰撞后A以0.2 m/s的速度反弹，求碰撞过程中系统损失的机械能．
16．(9分)(2017·南京市、盐城市高三第二次模拟)如图8所示，木块A和半径为r＝0.5 m的四分之一光滑圆轨道B静置于光滑水平面上，A、B质量m A＝m B＝2.0 kg.现让A 以v0＝6 m/s的速度水平向右运动，之后与墙壁碰撞，碰撞时间为t＝0.2 s，碰后速度大小变为v1＝4 m/s.取重力加速度g＝10 m/s2.求：
图8
(1)A与墙壁碰撞过程中，墙壁对木块平均作用力的大小；
(2)A滑上圆轨道B后到达最大高度时的共同速度大小．
17.(9分)(2017·苏北四市高三上学期期末)如图9所示，光滑水平面上质量为1 kg的小球A以2.0 m/s的速度与同向运动的速度为1.0 m/s、质量为2 kg的大小相同的小球B 发生正碰，碰撞后小球B以1.5 m/s的速度运动．求：
图9
(1)碰后A球的速度；
(2)碰撞过程中A、B系统损失的机械能．
18．(8分)(2018·南通市调研)一静止的钚核发生衰变后放出一个α粒子变成铀核．已知钚核质量为m1，α粒子质量为m2，铀核质量为m3，光在真空中的传播速度为c.
(1)如果放出的α粒子的速度大小为v，求铀核的速度大小v′.
(2)求此衰变过程中释放的总能量．
答案精析
1．BD [光电子的最大初动能与入射光的频率有关，随着入射光频率增大而增大，用不可见光照射金属不一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大，比如红外线照射金属比用红光照射同种金属产生的光电子的最大初动能小，故A错误；查德威克发现中子的核反应为用α粒子轰击铍核，产生126C和中子，故B正确；β衰变中产生的β粒子是原子核中的中子转变为质子时产生的，故C错误；“探究碰撞中的不变量”的实验中得到的结论是碰撞前后两个物体mv的矢量和保持不变，故D正确．] 2．AD [太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，又称热核反应，故A正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太长，故B错误；核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增加，电势能减小，故C错误；半衰期是元素本身的性质，与它所处的物理、化学环境无关，故D正确．]
3．BC [光电效应是光照射金属，电子吸收能量后飞出金属表面的现象，故A错误；天然放射性现象中的射线来自原子核，可知天然放射性现象说明原子核有复杂结构，故B 正确；一个质子和一个中子结合成氘核，向外辐射能量，有质量亏损，知一个质子和一个中子的总质量大于一个氘核的质量，故C正确；大量的原子核经过一个半衰期有半数发生衰变，不是经过一个半衰期任何一个原子核都发生衰变，故D错误．]
4．D [γ粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；α粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项C错误；β粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确，A错误．]
5．AB [某放射性原子核经两次α衰变和一次β衰变，核内质子数减少3个，选项A 正确；玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象，但是不能解释其它原子光谱现象，选项B正确；氢原子的核外电子从半径较大的轨道跃迁到半径较小的轨道时，释放出光子，原子的能量减小，选项C错误；放射性元素发生β衰变，新核的原子序数要变化，化学性质改变，选项D错误．]
6．AD [黑体辐射的强度按波长的分布只与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，A正确；康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据
λ＝h p
，知波长变长，故B 错误；放射性元素原子核的半衰期长短与原子所处的化学状态和外部条件无关，只和自身因素有关，C 错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时所产生的，D 正确．]
7．6.5×10－34
解析 根据光电效应方程得，E k ＝hν－W 0，当入射光的频率为5.5×1014 Hz 时，最大初动能为0.5 eV.当入射光的频率为4.27×1014 Hz 时，光电子的最大初动能为0. 则h ×5.5×1014－W 0＝0.5×1.6×10－19，h ×4.27×1014－W 0＝0
联立解得h ＝6.5×10－34 J·s.
8．137 55Cs→137 56X＋ 0－1e E c 2 解析 根据核反应中电荷数守恒、质量数守恒得到：
137 55Cs→137 56X＋ 0－1e
根据质能方程E ＝Δmc 2，
解得：Δm ＝E c 2 9．5 10.86
解析 因为氢原子由n ＝3能级跃迁到n ＝2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属产生光电效应，即逸出功W 0＝E 3－E 2＝1.89 eV.
从n ＝4跃迁到n ＝1、2，从n ＝3跃迁到n ＝1、2，从n ＝2跃迁到n ＝1辐射的光子能量大于等于逸出功，则有5种频率的光子能使该金属产生光电效应．
从n ＝4跃迁到n ＝1辐射的光子能量最大，为12.75 eV ，根据光电效应方程得，光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0＝12.75 eV －1.89 eV ＝10.86 eV.
10．镉棒 正电子
11．eU c ν－eU c h
解析 由动能定理可知，光电子的最大初动能E k ＝eU c .
根据光电效应方程，E k ＝hν－hνc
所以νc ＝ν－eU c h
. 12．(1)E
νc
(2)2E
解析(1)由光电效应方程E k＝hν－W0，结合图象可知金属的逸出功W0＝E，极限频率
为νc，所以hνc－W0＝0，解得h＝E
ν
c
.
(2)由光电效应方程E k＝hν－W0，则E km＝h×3νc－W0＝2E.
13．(1)0.1 (2)见解析
解析(1)由题图可知，A的初速度为：v0＝3 m/s，碰撞前的速度为：v1＝2 m/s，时间为：t＝1 s，
由动量定理得：－F f t＝mv1－mv0，
代入数据解得：F f＝3 N，
A与地面间的动摩擦因数：μ＝F f
F N ＝
F
f
m A g＝
3
3×10＝0.1
(2)由题图可知，碰撞后A的速度为：v A＝1 m/s，B的速度为：v B＝3 m/s，碰撞过程系统动量守恒，以A的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m A v
1
＝m A v A＋m B v B，
代入数据解得：m B＝1 kg，
碰撞前后系统的机械能差：ΔE＝1
2
m A v
1
2－
1
2
m A v A2－
1
2
m B v B2
代入数据解得：ΔE＝0 J，则碰撞为弹性碰撞．
14．(1)p＋(m A＋m B)v0，方向向右(2)p
m＋2v0
解析(1)以向右为正方向，由动量守恒定律知：(m A＋m B)v0＝－p＋p B
解得：p B＝p＋(m A＋m B)v0，方向向右
(2)若滑块A、B的质量相等，由动量守恒有：2mv0＝－p＋mv
解得：v＝p
m＋2v0
15．0.77 J
解析取碰撞前物体A的速度方向为正方向，两物体碰撞过程系统的动量守恒，由动量守恒定律得：
m A v
＝－m A v A＋m B v B
得v B ＝m A (v 0＋v A )m B ＝1×(2＋0.2)2
m/s ＝1.1 m/s 由能量守恒定律得：系统损失的机械能
ΔE ＝12m A v 02－(12m A v A 2＋12
m B v B 2 代入数据解得ΔE ＝0.77 J
16．(1)100 N (2)2 m/s
解析 (1)A 与墙壁碰撞过程，规定水平向左为正，对A 由动量定理有Ft ＝m A v 1－m A (－v 0)
解得F ＝100 N
(2)A 从返回到滑上圆轨道到最大高度的过程，对A 、B 组成的系统，水平方向动量守恒： m A v 1＝(m A ＋m B )v 2
解得v 2＝2 m/s
17．(1)1.0 m/s ，方向与原方向相同 (2)0.25 J
解析 (1)碰撞过程，以A 的初速度方向为正，由动量守恒定律得：
m A v A ＋m B v B ＝m A v A ′＋m B v B ′，代入数据解得：
v A ′＝1.0 m/s ，方向与原方向相同
(2)碰撞过程中A 、B 系统损失的机械能为：
E 损＝12m A v A 2＋12m B v B 2－12m A v A ′2－12
m B v B ′2
代入数据解得E 损＝0.25 J 18．(1)m 2m 3
v (2)(m 1－m 2－m 3)c 2 解析 (1)根据动量守恒定律0＝m 2v －m 3v ′
解得v ′＝m 2m 3
v (2)质量亏损Δm ＝m 1－m 2－m 3
释放的总能量ΔE ＝Δmc 2＝(m 1－m 2－m 3)c 2。