鲁科版高中物理选修3-5 第四至五章 核能 波和粒子 测试卷(AB卷)

鲁科版高中物理选修3-5 第四至五章 核能 波与粒子 测试卷（AB 卷）
核能 波与粒子（A 卷）
1．(多选)如图，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )
A ．有光子从锌板逸出
B ．有电子从锌板逸出
C ．验电器指针张开一个角度
D ．锌板带负电
2．(多选)波长为λ1和λ2的两束可见光入射到双缝，在光屏上观察到干涉条纹，其中波长为λ1的光的条纹间距大于波长为λ2的条纹间距。

则（下列表述中，脚标“1”和“2”分别代表波长为λ1和λ2的光所对应的物理量），则（ ） A ．这两束光的光子的动量p 1>p 2
B ．这两束光从玻璃射向真空时，其临界角
C 1>C 2
C ．这两束光都能使某种金属发生光电效应，则遏止电压U c1>U c2
D ．这两束光由氢原子从不同激发态跃迁到n=2能级时产生，则相应激发态的电离能Δ
E 1>ΔE 2 3．大科学工程“人造太阳”主要是将氚核聚变反应释放的能量用来发电，氚核聚变反应方程
是22311120H H He n ++→，已知21H 的质量为2.0136u ，32He 的质量为3.0150u ，1
0n 的质量为
1.0087u ，1u ＝931MeV/c 2。

氚核聚变反应中释放的核能约为（ ） A ．3.7MeV B ．3.3MeV C ．
2.7MeV
D ．0.93MeV
4．(多选）我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。

下列关于聚变的说法正确的是（ ） A ．核聚变比核裂变更为安全、清洁 B ．任何两个原子核都可以发生聚变
C ．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D ．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加 5．(多选）下列说法正确的是（ ） A ．电子的衍射现象说明实物粒子的波动性 B ．原子核内部某个质子转变为中子时，放出β射线
C ．235U 的半衰期约为7亿年，其半衰期不随地球环境的变化而变化
D ．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，同时电子的动能增加，电势能增大
6．(多选)图甲是光电效应的实验装置图，已知黄光和蓝光都能使某种金属发生光电效应，利用黄光、蓝光及该金属做实验，探究遏止电压、饱和光电流与入射光频率、光照强度的关系，得到图乙所示的图像，纵坐标表示光电流，横坐标表示加在阴极K 和阳极A 上的电压，
下列说法正确的是( )
A ．图线①、③为黄光的实验图像，图线②为蓝光的实验图像
B ．图线①对应的光照强度大于图线③对应的光照强度
C ．由图乙可知，用黄光照射该金属时的逸出功比蓝光照射时小
D ．用黄光照射该金属时，光电子的最大初动能2K c
E eU =
7．(多选）以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实. 光电效应实验装置示意如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K ，没有发生光电效应．换用同样频率ν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，所加反向电压U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电量) ( )
A ．U ＝hνe －W e
B ．U ＝2hνe －W e
C ．U ＝5hν2e －W e
D ．U ＝3hνe －W
e
8．光电效应实验中，用波长为的单色光A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A 、B 两种光子的动量之比为_____． （已知普朗克常量为h 、光速为c ）
9．为确定爱因斯坦的质能方程的正确性，设计了如下实验：用动能为0MeV 的质子轰击静止的锂核，生成两个粒子，测得两个粒子的动能之和为
MeV ，已知质子、粒子、锂粒子的质量分别取、
、，求：（1）写出该反应方程。

（2）通过计算说明正确。

（1u =
1.6606×10-27㎏）
2
mc E ∆=∆6
.01=E Li 7
3αα9.192=E αu m p 0073.1=u m 0015.4=αu m Li 0160.7=2mc E ∆=∆
核能 波与粒子（B 卷）
1. (多选）静止在匀强磁场中的原子核X 发生α衰变后变成新原子核Y 。

已知核X 的质量数为A ，电子数为Z ，核X 、核Y 和α粒子的质量分别为m X 、m Y 和m α，α粒子在磁场中运动的半径为R 。

则（ ）
A ．衰变方程可表示为He Y X A Z A
Z 4
24
2+→-- B ．核Y 的结合能为（m X -m Y -m α）c 2 C ．核Y 在磁场中运动的半径为
2
2-Z R
D ．核Y 的动能为α
αm m c m m m m E Y Y X Y KY
+--=
2
）（
2. (多选）实物粒子和光都具有波粒二象性。

下列事实中突出体现波动性的是( ) A ．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B ．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
3． “约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成。

若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为v 的电磁波，且与U 成正比，即v = kU 。

已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关。

你可能不了解此现象为机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为（ ） A ．h 2e
B ．2e
h
C ．2eh
D ．
12e h
4．(多选)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是( ) A ．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子
B ．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
C ．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关
D ．石墨对X 射线散射时，部分X 射线的散射光波长会变长，这个现象称为康普顿效应
5. 100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。

后来，人们用α粒子轰击Ni 60
28核也打出了质子：X H Cu Ni He 1
162
2960
284
2++→+；该反应中的X 是 （选填“电子”、“正电子”或“中子”）。

此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。

目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”、“核裂变”或“核聚变”）。

6.小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意如图甲所示．已知普朗克常量h ＝6.63×10
－34
J·s.
(1)图甲中电极A 为光电管的________(填“阴极”或“阳极”)；
(2)实验中测得铷的遏止电压U C 与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νC ＝________Hz ，逸出功W 0＝________ J ；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz ，则产生的光电子的最大初动能E k ＝________J.
7.光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。

表中给出了6次实验的结果。

组 次 入射光子的能量/eV 相对光强 光电流大小/mA 逸出光光子的最大动能/eV
第 一 组 1 4.0 弱 29 0.9 2 4.0 中 43 0.9 3 4.0 强 60 0.9 第 二 组
4 6.0 弱 27 2.9
5 6.0 中 40 2.9 6
6.0
强
55
2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是（ ） A ．两组实验采用了不同频率的入射光 B ．两组实验所用的金属板材质不同
C ．若入射光子的能量为5.0 eV ，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D ．若入射光子的能量为5.0 eV ，相对光强越强，光电流越大
8．在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×107m ，每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2J 。

求每个脉冲中的光子数目。

（已知普朗克常量h=6.63×l0-34J·s ，光速c=3×108m/s 。

计算结果保留一位有效数字）
9． (II)钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核，并放出能量为的光子。

已知：、和
粒子的质量分别为、和
（1）写出衰变方程；
（2）已知衰变放出的光子的动量可忽略，球粒子的动能。

10．一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子，设正负电子对撞前的
23994Pu 23592U *
α23592
U *23592U 0.097MeV γ23994Pu 235
92U α239.0521u Pu m =235.0439u u m = 4.0026u m α=21931.5MeV/c u =α
质量均为m ，动能均为E k ，光速为c ，普朗克恒为h 。

求：（1）写出该反应方程；（2）对
撞过程中的质量亏损和转化成的光子在真空中波长λ．
参考答案
核能 波与粒子（A 卷）
1．BC 2．BD 3．B 4．AD 5．AC
6． ABD
【解析】金属的逸出功为一定值，与入射光的频率和光照强度无关，根据光电效应方程有
K hv W E -=，当具有最大初动能的光电子被遏止时，所有光电子都被遏止，c K eU E =，
遏止电压大的，入射光频率就大，故A 选项正确，C 选项错误，D 选项正确；饱和光电流与入射光的光照强度有关，光照强度越大，饱和光电流越大，故B 选项正确；
7． BD
【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E k ，由光电效应方程知：E k ＝nhν－W (n ≥2) ①；光电子逸出后克服减速电场做功，由动能定理知E k ＝eU ②
联立上述两式得U ＝nhνe －W
e ，当n ＝2、3、6时，即为BD 选项，其他选项均不可能。

8．1:2.
【解析】根据光电效应方程
，又
，所以有
，
解得
；
又光子动量，所以A 、B 两种光子的动量之比为1:2.
9．【解析】（1）核反应方程为:
（2）核反应的质量亏损:
=
7.0160u+1.0073u -2×4.0015u=0.0203u
由质能方程可得与质量亏损相当的能量：
MeV
而系统增加的能量： MeV
这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以正确。

m ∆He H Li 4
211732→+α
m m m m p Li 2-+=∆9.189310203.02=⨯=∆=∆MeV mc E 3.1912=-='∆E E E 2
mc E ∆=∆
核能 波与粒子（B 卷）
1．AC 2．ACD
【解析】干涉和衍射体现的是波动性，A 、C 正确；β射线在云室中留下清晰的径迹，体现的是粒子性，不能体现波动性，B 错误；电子显微镜利用电子束衍射工作，体现的是波动性，D 正确。

3．B
【解析】由普朗克能量子E=hv= hkU ,又W = qU 得k = q h = 2e
h 或从单位制判断，由v = kU
知k 的单位为Hz V = 1Vs ，B 选项 2e h 中单位为 C J s = C CV s = 1
Vs
本题属于新信息题，考查普朗克能量子E= hv 公式， 同时也考查单位制。

属于中等难度题。

4． BD
【解析】光电效应中，金属板向外发射的电子叫光电子，光子是光量子的简称，A 错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率，B 正确；根据光电效应方程hν＝W 0＋eU c 可知，对于同种金属而言(逸出功一样)，入射光的频率越大，遏止电压也越大，即遏止电压与入射光的频率有关，C 错误；在石墨对X 射线散射时，部分X 射线的散射光波长会变长的现象称为康普 顿效应，D 正确。

5． 中子 核裂变
6．答案：(1)阳极 (2) (5.12～5.18)×1014 (3.39～3.43)×10-19 (3)(1.21～1.25)×10-19 【解析】
(1)由光电管的结构知，A 为阳极；
(2)U C －ν图象中横轴的截距表示截止频率νC ，逸出功W 0＝hνc ； (3)由爱因斯坦的光电效应方程E k ＝hν－W 0，可求结果。

7． B 8． 光子能量 hc
ελ=
光子数目 n =E
ε，代入数据得n =5×1016
9． 【解析】 （1）衰变方程为
或合起来有
（2）上述衰变过程的质量亏损为
放出的能量为
这能来那个是轴核的动能、粒子的动能和光子的能量之和
239235
*94
92Pu U α→+235
*235
92
92U U λ→+239
235
94
92Pu U αγ→++Pu U m m m m α∆=--2
E c m ∆=⋅∆235
92U U E αa E y y E
由④⑤⑥式得
设衰变后的铀核和a 粒子的速度分别为，由动量守恒有m u v u =m a v a
又由动能的定义知
221u u U v m E =
2
2
1a
a a v m E = 由此可得u a a u m m E E = 由上述式子可得 ])[(2γE c m m m m m m E a u pu a
u u
a -+--=
代入数据得：Mev E a 034.5=
10．【解析】
（1）该反应方程为：
（2）由于光子的静止质量为零，所以质量的亏损为：△m =2m ， 由质能方程，对应的能量为：ΔE =2mC 2 根据能量守恒可知2hv =2E K +△E ，即有：
所以光子在真空中波长：
U y E E E E α∆=++2
()U Pu U y
E E m m m c E αα+=---γ20
101→+-e e 222/2mc E hc k +=λ)/(2
mc E hc k +=λ。