鲁科版（2019）高中物理选择性必修第三册 第5~6章《原子核与核能》《波粒二象性》练习

2024鲁科版高中物理选择性必修第三册同步第5章　原子核与核能第6章　波粒二象性注意事项　1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。2.无特殊说明,本试卷中g取10 m/s2。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.我国科学家潘建伟院士预言未来十年左右量子通信将“飞”入千家万户。在通往量子论的道路上,一大批物理学家做出了卓越的贡献,下列有关说法正确的是 (　　)A.玻尔在1900年把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的传统观念B.爱因斯坦提出光子说,并成功地解释了光电效应现象C.德布罗意第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念D.普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性2.1926年,人们首次利用放射性元素氡进行了示踪技术应用,后来又广泛应用于生理、病理和药理等研究领域。氡的放射性同位素中最常用的是 86222Rn,86222Rn经过m次α衰变和n次β衰变后变成稳定的 82206Pb,则 (　　)A.m=4,n=2B.在威尔逊云室中α射线的径迹细,β射线的径迹粗C.86222Rn的比结合能小于 82206Pb的比结合能D.通过改变温度等外部条件,可以控制氡的半衰期3.在垂直于纸面的匀强磁场中,有一个原来静止的 　614C原子核,发生衰变后放出的粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆,如图所示,圆的直径之比为7∶1,那么下列判断正确的是　 (　　)A.　614C原子核发生的是α衰变B.图中1是新核的轨迹C.磁场方向垂直纸面向外D.衰变方程为 614C→714N+−1　0e4.在火星上,太阳能电池板的发电能力有限,因此科学家用放射性材料PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是 94238Pu,具有天然放射性,半衰期为87.7年。已知 94238Pu的衰变方程为 94238Pu→M234X+2NY,则下列说法正确的是 (　　)A.X原子核的中子数为144B.M234X的比结合能大于 94238Pu的比结合能C.衰变过程中质量守恒D.Pu元素的半衰期跟原子所处的化学状态和外部条件有关5.考古学中测定生物死亡年代、医院检测人体内的幽门螺杆菌都是利用14C放射性原理。已知14C发生β衰变的半衰期为5 370年,则下列说法正确的是 (　　)A.14C发生β衰变的电子来自核外电子B.14C发生β衰变是原子核内一个质子转变为中子和一个电子C.14C发生β衰变的衰变方程为 　614C→　714N+−1　0eD.一个14C原子核必须等到5 370年后才会发生衰变6.“东风”导弹的核弹头爆炸时,其中一个核反应方程为 92235U+01n→54139Xe+X+301n。已知 92235U、01n、54139Xe、X的质量分别为m1、m2、m3、m4,真空中的光速为c,下列说法正确的是 (　　)A.该核反应为原子核的人工转变B.X的比结合能比 54139Xe的比结合能小C.发生一次该反应放出的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2D.若X原子核的半衰期为T,则经过3T时间,一定质量的X原子核衰变了的质量占初始质量的八分之一7.研究光电效应现象的实验装置如图(a)所示,用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时测得相应的遏止电压分别为U1和U2,产生的光电流随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示。已知电子的电荷量为-e,黄光和蓝光的频率分别为ν1和ν2,且ν1<ν2。则下列判断正确的是 (　　)A.U1>U2B.图(b)中的乙线对应黄光C.根据题述条件无法算出阴极金属K的极限频率D.用蓝光照射时,光电子的最大初动能为eU28.用a、b两种金属做光电效应实验,产生的光电子的最大初动能Ek和入射光频率ν的关系如图所示,则 (　　)A.金属a的逸出功大于金属b的逸出功B.增加光照强度,可使光电子的最大初动能增大C.不同金属的Ek-ν图像的斜率相同D.若蓝光能使金属a发生光电效应,则紫光一定能使金属b发生光电效应二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,选错或不选得0分)9.α粒子在很多物理实验中扮演着重要的角色,下列说法正确的是 (　　)A.图甲表示的是α粒子散射实验,该实验揭示了原子核是可再分的B.图乙表示的是磁场对α、β和γ射线的作用情况,其中③是α射线C.图丙表示的是用α粒子轰击氮核发现了质子D.图丁表示的是铀238放出一个α粒子后,质量数减少4,变成钍23410.氢原子的能级示意图如图甲所示,现有大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁共发出三种光子(a、b、c),用这三种光分别照射如图乙所示的实验装置,只有a、b两种光照射能引起电流计的指针偏转,其饱和电流与电压的变化关系如图丙所示。则下列说法正确的是 (　　)甲乙丙A.实验装置中阴极材料的逸出功可能为1.80 eVB.a为氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级释放的光子C.光电效应的实验中,b光的光照强度比a光的强D.处于n=3能级的氢原子至少需要吸收1.51 eV的能量才能电离11.1932年,考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验,验证了质能关系的正确性。在实验中,锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核,随后又蜕变为两个原子核,核反应方程为 37Li+11H→ ZABe→2X。已知 11H、37Li、X的质量分别为m1=1.007 28 u、m2=7.016 01 u、m3=4.001 51 u,其中u为原子质量单位,1 u=931.5 MeV/c2(c为真空中的光速),则在该核反应中 (　　)A.铍原子核内的中子数是4 B.X表示的是氚原子核C.质量亏损Δm=4.021 78 u D.释放的核能ΔE≈18.88 MeV12.关于波粒二象性,下列说法正确的是 (　　)A.图甲中紫光照射到锌板上可以发生光电效应,此时锌板和验电器都带正电B.图乙中入射光的强度越大,在阴极板上产生的光电子的最大初动能越大C.图丙说明光子既有粒子性也有波动性D.戴维孙和汤姆孙利用图丁证明电子具有波动性三、非选择题(本题共6小题,共60分)13.(6分)居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素 1530P衰变成 1430Si的同时放出另一种粒子,这种粒子是　　　 。1532P是 1530P的同位素,被广泛应用于生物示踪技术,1532P的半衰期为14天,请估算4 mg的 1532P经　　　　天的衰变后还剩0.25 mg。 14.(7分)用金属铷制成的光电管观测光电效应的装置如图甲所示。(1)图甲中电极A为光电管的　　　　。(选填“阴极”或“阳极”) (2)要观察遏止电压,电源正、负极的接线为　　　　;要观察饱和电流,电源正、负极的接线为　　　　。(均选填“左负右正”或“左正右负”) (3)用不同频率的光照射该光电管,测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像如图乙所示,则该金属的逸出功W0=　　　　J,截止频率νc=　　　　Hz。已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s。(结果均保留两位有效数字) 15.(10分)我国科学家在兰州重离子加速器上开展的实验中发现,静止的镁核(1222Mg)放出两个质子后变成氖核(Ne),并放出γ射线,核反应方程为 1222Mg→ZANe+211H+γ,氖核的速度大小为v1,质子的速度大小为v2,设质子和γ光子的运动方向相同。已知氖核、质子的质量分别为m1、m2,普朗克常量为h,不考虑相对论效应,求:(1)氖核的质量数A、电荷数Z和物质波波长λ;(2)γ光子的动量大小p。16.(10分)地球上存在3个天然放射系,即钍系、铀系和锕系,它们的母体半衰期很长,其中大多数成员具备α放射性,少数具有β放射性,一般都伴随γ辐射,经过不断衰变最终都变成稳定的铅同位素,其中钍系与铀系的衰变过程如下所示。钍系: 90232Th→88228Ra+24He,88228Ra→89228Ac+X……84212Po→　82208Pb+24He铀系: 92238U→90234Th+24He,90234Th→91234Pa+Y……84210Po→82206Pb+24He已知 92238U、82208Pb、82206Pb、24He、−10e的质量分别为m1、m2、m3、m4、m5,光速用c表示。(1)钍系衰变过程中的X粒子是什么?(2)求钍系衰变成稳定的铅同位素的过程中发生β衰变的次数并写出推导过程;(3)求铀系 92238U衰变成稳定的铅同位素的过程中放出的能量。17.(12分)我国可控核聚变技术已经走在了世界前列,“东方超环”是全超导托卡马克核聚变实验装置,又被称为“人造太阳”。其原理是让海水中大量存在的氘和氚原子在高温高密度条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供能源。氘核(12H)和氚核(13H)结合成氦核(24He)时,要放出某种质量m=1.008 7 u的粒子,同时释放出能量。已知氘核质量m氘=2.014 1 u,氚核质量m氚=3.016 0 u,氦核质量m氦=4.002 6 u,根据爱因斯坦的质能方程可知1 u相当于931.5 MeV=1.49×10-10 J,阿伏伽德罗常数NA=6.0×1023 mol−1,氘核的摩尔质量M氘=2 g·mol-1。(1)写出该核聚变反应的核反应方程式,并计算一次核聚变反应中释放的核能;(保留2位有效数字)(2)未来建设一座应用此反应的热核发电站,若该发电站的功率P=50万千瓦,则理论上该发电站一年(3.15×107 s)大约需要多少千克的氘?18.(15分)如图所示为一种研究核反应的设备示意图。容器中为钚的放射性同位素 94239Pu,它可衰变为 92235U并放出能量为E的γ光子(94239Pu衰变前可视为静止,衰变放出的光子动量可忽略),衰变后速度大的粒子沿直线OQ向探测屏MP运动。为简化模型,设衰变生成的 92235U的质量为m、速度均为v,生成的另一种粒子每秒到达探测屏N个,打到Q点后40%穿透探测屏,60%被探测屏吸收,且粒子穿透时能量损失75%,不计粒子重力影响,则:(1)试写出衰变方程;(2)求打到Q点前该粒子的速度大小; (3)求一个 94239Pu核衰变过程的质量亏损;(4)求探测屏受到的撞击力大小。第5章　原子核与核能第6章　波粒二象性1.B　普朗克把能量子引入物理学,破除了“能量连续变化”的传统观念,选项A错误;爱因斯坦提出光子说,并成功地解释了光电效应现象,选项B正确;玻尔第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,选项C错误;德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,预言实物粒子也具有波动性,选项D错误。2.C　核反应过程质量数与核电荷数守恒,由题意可得4m=222-206、86=82+2m-n,联立解得m=4,n=4,故A错误;在威尔逊云室中α射线的径迹粗,β射线的径迹细,故B错误;生成物比反应物更稳定,比结合能更大,86222Rn的比结合能小于 82206Pb的比结合能,故C正确;半衰期由放射性元素本身决定,与环境的温度无关,故D错误。故选C。3.D　由动量守恒定律可知,放出的粒子与反冲核动量大小相等,方向相反,由在磁场中粒子与反冲核的径迹是两个相内切的圆可知,反冲核带正电,放出的粒子带负电,所以应该是β衰变,由qvB=mv2R得R=mvqB=pqB,所以带电荷量小的粒子运动半径大,故图中1应是β粒子的轨迹,选项A、B错误;由左手定则可知,磁场方向垂直纸面向里,选项C错误;由洛伦兹力提供向心力得qvB=mv2R,解得R=mvqB,又已知两圆直径之比为7∶1,可知反冲核的电荷量是放出的粒子的7倍,故衰变方程为 614C→ 　714N+−1　0e,选项D正确。4.C　该反应为原子核的裂变反应,不是人工转变,故A错误;X原子核为 3894Sr,根据比结合能曲线可知,中等质量的原子核比结合能大,则X原子核的比结合能比 54139Xe的大,故B错误;根据质能方程可知,反应后放出的能量为E=(m1-2m2-m3-m4)c2,故C正确;一定质量的X原子核经过3T时间,剩余质量m=m0123=18m0,即衰变了78m0,故D错误。故选C。5.C　β衰变是核内一个中子转变为一个质子和一个电子,电子来自原子核,故A、B错误;14C发生β衰变的衰变方程为 　614C→　714N+−1　0e,C正确;半衰期是大量原子核中有半数发生衰变对应的时间,对于一个原子核无意义,D错误。故选C。6.C　该反应为原子核的裂变反应,不是人工转变,故A错误;X原子核为 3894Sr,根据比结合能曲线可知,中等质量的原子核比结合能大,则X原子核的比结合能比 54139Xe的大,故B错误;根据质能方程可知,反应后放出的能量为E=(m1-2m2-m3-m4)c2,故C正确;一定质量的X原子核经过3T时间,剩余质量m=m0123=18m0,即衰变了78m0,故D错误。故选C。7.D　由爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W及Ekm=eUc可知,入射光子频率越高,产生光电子的最大初动能越大,遏止电压越大,则U1