专题训练 原子物理综合应用—人教版高中物理选修3-5系列同步训练题精选

知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根
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人教版
高中物理选修3-5习题精选
特色专题训练
[原子物理综合应用]
[时间:60分钟　分值:100分]
一、选择题(共10小题,1-8题为单选，9-12.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确)
1.人们在研究原子结构时提出过许多模型,其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型,它们的模型示意图如图所示.下列说法中正确的是(　　)
A.α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关
B.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型,建立了核式结构模型
C.科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型,建立了枣糕模型
D.科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型,建立了玻尔的原子模型
2.太阳光谱是吸收光谱,这是因为太阳内部发出的白光(　　)
A.经过太阳大气层时某些特定频率的光子被吸收后的结果
B.穿过宇宙空间时部分频率的光子被吸收的结果
C.进入地球的大气层后,部分频率的光子被吸收的结果
D.本身发出时就缺少某些频率的光子
3.可见光光子的能量在1.61~3.10eV范围内.若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光,根据氢原子能级图(如图所示)可判断n为
(　)
A.1
B.
2
C.3
D.4
4.现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的.科学家预测,大约在40亿年以后,太阳内部还将会启动另一种释放能量的核反应,其核反应方程为HeHe+C,已知He的质量为m1C的质量为m2,则
(　　)
A.m1=3m2
B.3m1=m2
C.3m1D.3m1>m2
5.下列说法正确的是
(　　)
A.在铀核的裂变中,当铀块的体积小于“临界体积”时,不能发生链式反应
B.铀元素的半衰期为T,当温度发生变化时,铀元素的半衰期也发生变化
C.轻核聚变的过程质量增大,重核裂变的过程有质量亏损
D.比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时一定吸收能量
6.一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,该氢原子(　　)
A.放出光子,能量增加
B.放出光子,能量减少
C.吸收光子,能量增加
D.吸收光子,能量减少
7.氢原子从能级A跃迁到能级B,吸收频率为ν1的光子,从能级A跃迁到能级C释放频率为ν2的光子,若ν2>ν1则当它从能级C跃迁到能级B将(　　)
A.吸收频率为ν2+ν1的光子
B.吸收频率为ν2-ν1的光子
C.放出频率为ν2+ν1的光子
D.放出频率为ν2-ν1的光子
8.自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态,而是要发生一系列连续的衰变,最终达到稳定状态.某些原子核的衰变情况如图Z-2-5所示(N表示中子数,Z表示质子数),则下列说法正确的是
(　　)
A.由Ra到Ac的衰变是α衰变
B.已知Ra的半衰期是T,则8个Ra原子核经过2T时间后还剩2个
C.从Th到Pb共发生5次α衰变和2次β衰变
D.图中发生的α衰变和β衰变分别只能产生α和β射线
9.(多选)关于如图Z-2-1所示的四个装置,下列说法正确的是
(　　)
A.图甲实验可以说明α粒子的贯穿本领很强
B.图乙的实验现象可以用爱因斯坦的质能方程解释
C.图丙是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图,工厂生产的是厚度为1mm的铝板,利用β射线来监控铝板厚度的变化
D.图丁中进行的是裂变反应
10.(多选)图Z-2-3为一光电管的工作原理图,当用波长为λ的光照射阴极K时,电路中有光电流,则
(　　)
A.换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流
B.换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,电路中一定有光电流
C.增加电路中电源的路端电压,电路中的光电流一定增大
D.将电路中电源的极性反接,电路中可能还有光电流
11.下列说法中正确的是(　　)
A.康普顿发现了电子
B.卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C.密立根提出原子的枣糕模型
D.密立根通过“油滴实验”测出了电子的电荷量
12.如图所示是玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,设普朗克常量为h,下列说法正确的是(
　)
A.能产生3种不同频率的光子
B.产生的光子的最大频率为
C.当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,氢原子的能量变大
D.若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3-E2
　二、计算题(共3小题,第13题10分,第14题12分,第15题13分,共35分.要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的题要注明单位)
13.爱因斯坦的相对论指出,物体的能量和质量之间存在着一个定量关系:E=mc2,其中c为光在真空中的速度.计算频率为ν=5×1014Hz的光子具有的动量.若一电子的动量与该光子相同,该电子的运动速度是多少?该电子的物质波波长λe是多少?(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108m/s,电子的质量me=9.1×10-31kg)
14.某个光子是氢原子核外电子从n=4跃迁到n=1时所发出的,已知普朗克常量h=6.63×10-34
J·s,求:
(1)该光子的能量为多少eV?频率为多少Hz?
(2)该光子的动量大小为多少?
15.玻尔在卢瑟福的原子核式结构学说的基础上,提出具有量子特征的氢原子模型,其能级图如图所示.有一个发光管里装有大量处于
n=4能级的氢原子,利用这个发光管的光线照射金属钠的表面.已知金属钠的极限频率是5.53×1014
Hz,普朗克常量h=6.63×
10-34
J·s,1
eV=1.6×10-19
J.
(1)发光管可能发射几种不同能量的光子?
(2)发光管能使金属钠发生光电效应吗(通过计算回答)?
(3)求出发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能.
特色专题训练
[原子物理综合应用]答案
1.B
2.A解析:太阳光谱是一种吸收光谱,是因为太阳发出的光穿过温度比太阳本身低得多的太阳大气层,而在这大气层里存在着从太阳里蒸发出来的许多元素的气体,太阳光穿过它们的时候跟这些元素的特征谱线相同的光都被这些气体吸收掉了.
3.B　[解析]由能级公式可得释放的光子能量ΔE=Em-En,而ΔE21=E2-E1=10.2eV,远大于可见光光子的能量,要使1.61eV≤ΔE≤3.10eV,电子只能从较高能级跃迁到第2能级,即n=2,B正确.
4.D　[解析]因释放能量,故存在质量亏损,D正确.
5.A　[解析]在铀核的裂变中,当铀块的体积小于“临界体积”时,不能发生链式反应,故A正确;半衰期由原子核内部因素决定,与温度无关,故B错误;重核裂变和轻核聚变都有质量亏损,向外辐射能量,故C错误;比结合能小的原子核结合成(或分裂成)比结合能大的原子核时有质量亏损,释放能量,故D错误.
6B解析:一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级,即从高能级向低能级跃迁,释放光子,能量减少,故选项B正确.
7.A解析:从能级A跃迁到能级B,吸收频率为ν1的光子,A,B间的能级差为hν1,且能级B的能量高于能级A的能量;从能级A跃迁到能级C释放频率为ν2的光子,A,C间的能级差为hν2,且能级A的能量高于能级C的能量,所以C的能级低于B的能级,两者的能级差为hν1+hν2,所以从能级C跃迁到能级B时,吸收光子,有hν3=hν1+hν2,所以ν3=
ν1+ν2.
8.C　[解析]由Ra到Ac放出电子,则此衰变是β衰变,选项A错误;半衰期是大量原子核衰变的统计规律,对少数的原子核不适应,选项B错误Th变为Pb,质量数少20,则发生了5次α衰变,根据5×2-x=8,解得x=2,则发生了2次β衰变,选项C正确;图中发生的α衰变和β衰变往往伴随γ射线产生,选项D错误.
9.CD　[解析]α粒子散射实验中,α粒子打到金箔上发生了散射,说明α粒子的贯穿本领较弱,故A错误;乙中的实验是光电效应实验,该实验现象可以用爱因斯坦的光电效应方程解释,故B错误;β射线的穿透本领较强,能穿透几毫米的铝板,当铝板的厚度发生变化时,透过铝板的射线强度变化较大,探测器可明显地感应到这种变化,使自动化系统做出相应的反应,故C正确;丁中装置是核反应堆的结构,进行的是核裂变反应,故D正确.
10.BD　[解析]用波长为λ的光照射阴极K,电路中有光电流,表明λ小于或等于该金属的极限波长λc,换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射,λ1不一定小于λc,所以用波长为λ1的光照射时,可能仍有光电流,故A错误;用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时,因λ2<λ<λc,故电路中一定有光电流,B正确;如果电源的路端电压已经足够大,光电流已达到饱和值,此时再增大路端电压,电路中的光电流不再增大,C错误;将电路中电源的极性反接,具有最大初动能的光电子有可能克服静电力到达阳极A,从而形成光电流,D正确.
11.BD解析:汤姆孙研究阴极射线时发现了电子;卢瑟福分析α粒子散射实验结果提出了原子的核式结构模型;汤姆孙提出原子的“枣糕”模型;密立根用“油滴实验”测出了电子的电荷量.选项A,C错误,B,D正确.
12ABD解析:根据可得从n=3能级跃迁能产生=3种光子,选项A正确;产生的光子有最大能量的是从n=3能级向n=1能级跃迁时产生的,根据公式hν=E3-E1,解得ν=,选项B正确;从高能级向低能级跃迁,释放光子,氢原子能量变小,选项C错误;若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3-E2,选项D正确.
13.1.1×10-27kg·m/s　1.2×103m/s　6.0×10-7m
[解析]根据光子说,光子的能量E=hν=mc2
故动量p=mc==1.1×10-27kg·m/s
设电子的质量为me,速度为ve,动量为pe,则pe=meve
依题意pe=p,则电子的速度大小为ve==1.2×103m/s
该电子的物质波波长为λe==6.0×10-7m.
14.解析:(1)根据玻尔的跃迁假说,得
E=E4-E1=12.75
eV,(2分)
由E=hν,得ν==
Hz=3.1×1015
Hz.(2分)
(2)p=mc===
kg·m/s=6.8×10-27
kg·m/s.(2分)
答案:(1)12.75
eV　3.1×1015
Hz　(2)6.8×10-27
kg·
m/s
15.解析:(1)由于发光管里装有大量处于n=4能级的氢原子,则其能发出不同能量光子的数目n==6种.(2分)
(2)金属钠的逸出功为
W0=hν0=3.67×10-19
J≈2.29
eV(3分)
其中ΔE21=10.2
eV,ΔE31=12.09
eV,ΔE41=12.75
eV,ΔE42=2.55
eV都大于逸出功,所以一定能发生光电效应.(2分)
(3)发光管照射金属钠所发射的光电子的最大初动能应为从n=4能级的氢原子跃迁至n=1能级发出的,则
Ek=ΔE41-W0=10.46
eV.(3分)
答案:(1)6种　(2)能　(3)10.46
eV
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