第13 14 15章 原子物理 单元测验-【帮课堂】2024-2025学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第13、14、15章 原子物理 单元测验 （考试时间：60分钟，分值：100分） 一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分） 1． 如图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是（　　） A．放在C位置时屏上观察不到闪光 B．放在D位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少 C．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少 D．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 【答案】B 【解析】AB．放在C、D位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少。说明极少数α粒子有较大偏折，可知原子内部带正电的体积小且质量大，故A错误，B正确； C．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数α粒子基本不偏折，可知金箔原子内部很空旷，故C错误； D．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，比放在A位置时少，说明较少α粒子发生偏折，可知原子内部带正电的体积小，故D错误。 2． 根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大 B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞 C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D．根据α粒子散射实验，还可以知道原子核由质子和中子组成 【答案】C 【解析】A．图中大角度偏转的α粒子受到的电场力先做负功，后做正功，则其电势能先增大后减小，A错误； B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核之间的库仑斥力作用，并没有发生碰撞，故B错误； C．从绝大多数α粒子几乎不发生偏转，可以推测使粒子受到排斥力的核体积极小，所以带正电的物质只占整个原子的很小空间，故C正确； D．卢瑟福的α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，不能证明原子核是由质子和中子组成的，D错误。 3．1916年密立根测量金属的遏止电压（即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压）与入射光频率v的对应关系，实验中推导计算出普朗克常量h。图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压与入射光频率v的关系图像，已知光电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　） A．电极K的金属材料的截止频率为 B．普朗克常量 C．电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小 D．光电子最大初动能与入射光频率成正比 【答案】B 【解析】A．根据可知因此当时取得截止频率为b，故A错误； B．图像斜率表示因此普朗克常量故B正确；C．逸出功只与金属材本身类有关，C错误； D．根据可知，光电子最大初动能与入射光频率成一次函数关系，故D错误。 4．图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱。已知谱线b对应氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时的辐射光，则谱线a可能对应氢原子的能级跃迁是（　　） A．从n=2能级跃迁到n=1能级 B．从n=3能级跃迁到n=2能级 C．从n=3能级跃迁到n=1能级 D．从n=5能级跃迁到n=2能级 【答案】B 【解析】从图乙看出，谱线a对应的波长大于b对应的波长，所以谱线a对应的光子频率小于b对应的光子频率，谱线a对应的光子能量小于b对应的光子能量，因谱线b对应氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时的辐射光，所以谱线a对应的光子能量小于n=4与n=2间的能极差，结合选项知B正确，ACD错误。 5．一个氢原子中的电子从一个半径为的轨道自发地直接跃迁至另一半径为的轨道，已知，则在此过程中（　　） A．原子辐射一系列频率的光子 B．原子吸收一系列频率的光 C．原子吸收某一频率的光子 D．原子辐射某一频率的光子 【答案】D 【详解】由于，可知轨道能级高，因此从高能级向低能级跃迁为辐射能量，题目中为一个氢原子，故只能辐射某一特定频率的光子，即轨道能级差为定值，如果是一群氢原子从高能级跃迁至低能级，则可能出现多个频率的光子。 故选D。 6．质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2和 m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是（ ） A. m3c2 B (m1 +m2)c2 C.(m3-m2-m1)c2 D.(m1 +m2-m3)c2 【答案】D 【详解】 △m=（m1+m2 -m3），△E=△mc²，故D正确。 7．能自发进行β衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。则（　　） A．发生β衰变的产物是 B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化 D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年 【答案】D 【详解】A．发生β衰变的方程为 即产物是，故A错误； B．β衰变辐射出的电子来自原子核内的中子转化为质子时放出的电子，故B错误； C．半衰期与外部因素无关，故C错误； D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木已经经历了2个半衰期，即距今约为5730年×2=11460年，故D正确。 故选D。 8．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程式为 B．该核反应能够吸收大量能量 C．该反应能够在常温下进行 D．反应前平均核子质量比反应后大 【答案】D 【解析】A．根据电荷数守恒、质量数守恒可知，新核的电荷数为：1+1-0=2，质量数为：2+3-1=4，新核为，此反应属于轻核的聚变，故A错误； B．此反应属于轻核的聚变，该核反应能够放出大量能量，故B错误； C．此核聚变发生反应时，压力需要非常大，温度需要高达5000万度以上，因此该反应不能在常温下进行，故C错误； D．因反应放出核能，反应后核子的平均质量减小，故D正确。 9．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He→2H＋He.关于He聚变，下列表述正确的是（ ） A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核 C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用He聚变反应发电 【答案】B 【解析】聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在实验阶段。 10．玻尔运用经典理论结合量子化假设描述了氢原子的轨道和能级。n为量子数，rn、En分别表示第n条可能的轨道半径和电子在半径为rn轨道上运动时氢原子的能量，r1为核外电子第1条（离原子核最近的一条）可能的轨道半径。以下符合玻尔理论的是（ ） A．    B．   C．    D．   【答案】C 【解析】AB．根据波尔的氢原子轨道量子化的假设，有 可知，，由于其轨道量子化，，故AB错误； CD．一般规定无穷远处为0势能点，因此氢原子的能量为负值，这个负值表示电子在该能级状态下的能量小于它脱离原子并静止于无穷远处的能量，氢原子的能量由电子绕核运动的动能和电子与核之间的电势能组成，电子从低能级向高能级跃迁的过程中电场力对其做负功，电势能减小，其任意轨道上的能量 可知其任意轨道上的能量与成反比，故C正确，D错误。 故选C。 二、填空题（本题共5小题，每空2分，共24分） 11．反应堆主要由核燃料棒、 、控制棒、 和防护层等构成。 【答案】 镉棒 冷却剂 【详解】[1][2]原子核反应堆由燃料棒、镉棒、控制棒、冷却剂和水泥防护层等组成。 12．磷 30 具有放射性，其衰变方程为 3015P→3014Si + ______。3015P 的半衰期是 2.5 min，4g 3015P 经过 10 min 后还剩______g。 【答案】01e； 0.25 【解析】由电荷数和质量数守恒得知为电子；10min是4个半衰期， 13．光电门传感器是根据光电效应，利用光电转换元件将光信号转换成电信号的器件。如图所示为某种金属在各种频率单色光照射下反向遏止电压 Uc 与入射光频率 ν 之间的关系。从图中数据可知该金属的极限频率为_______Hz（计算结果保留 2 位有效数字）。已知红外线的波长范围约在 7×10−7 ~ 1×10−3 m，用红外线照射该金属_________（选填“能”或“不能”）产生光电效应。（普朗克常量 h = 6.626×10−34 J·s，电子电量 e = 1.6×10−19 C） 1.0 8.0 ν/1014 Hz Uc/V 0 【答案】5.6×1014， 不能 【解析】，代入（8.0×1014，1.0）解出W0，代入，解出 ，波长不在红外线范围，所以不能。 14．氢原子光谱是指氢原子内的电子在不同能级跃迁时所发射或吸收不同波长的光子而得到的光谱。玻尔理论对其进行了解释，如图为氢原子的能级图。（普朗克常量 h = 6.63×10−34 J·s，元电荷e = 1.6×10-19C） 一群处于 n = 4 能级上的氢原子，跃迁到基态最多能发出______种不同频率的光，其中最小频率为______Hz（保留 2 位有效数字）。 【答案】6； 1.6×1014 【解析】C42=6，最小频率即最小能量，从第4级跃迁到第3级， 15．根据三张图中的信息，回答下列问题 （1）根据图甲，可知电子从跃迁到需要吸收 J能量。 （2）如图乙是正在进行 （选填：“核裂变”或“核聚变”）的原子，如果图中进行的是的裂变，生成的元素是和，请写出其核裂变方程： 。 （3）图丙应该是关于 实验图像。 【答案】 （1） （2） 核裂变 （3）光电效应 【解析】（1）[1]根据图甲，可知电子从跃迁到需要吸收的能量为 （2）[2][3]如图乙是正在进行核裂变的原子。如果图中进行的是的裂变，生成的元素是和，根据反应过程满足质量数和电荷数守恒可知核裂变方程为 （3）[4]根据光电效应方程可得 可知图丙应该是关于光电效应实验图像。 三、情景综合题（本题共2大题，20分+16分，共36分） 16．烟雾探测器 大部分的公共场所都需要安装烟雾探测器，其原理不尽相同。 (1)有一类防火常用的烟雾探测器，原理是其放射源处的镅放出的粒子，使壳内气室中的空气电离而导电，当烟雾粒子进入壳内气室时，就会阻挡部分粒子，使电流减小从而触发警报。 ①半衰期为433年的镅0.3微克，经过866年后剩余镅的质量为 微克。 ②发生一次衰变所产生的新核的中子数比质子数多 个。 (2)另一类光电烟雾探测器的原理如图（a），当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。传感器检测到光电流大于预设范围便会触发警报。金属钠的截止电压随入射光频率的变化规律如图（b）所示。 ①光源S发出的光波波长应小于 m。 ②图（b）中图像的斜率为k，普朗克常量 。（电子电荷量e） 【答案】(1) 0.075 51 (2) ke 【详解】（1）①半衰期为433年的镅0.3微克，经过866年即两个半衰期后剩余镅的质量为 ②发生一次衰变所产生的新核的质子数为93，质量数为237，中子数为144， 则中子数比质子数多51个。 （2）① 由图可知光电管对应的极限频率为6×1014Hz，光源S发出的光波波长应小于 ② 根据光电效应方程 整理得 则图像的斜率为 解得普朗克常量为 h=ke 原子物理 19、20世纪之交，电子的发现揭开了人类探索物质微观结构的序幕。 17．在真空中，X射线与红外线相比，X射线的（　　） A．频率更大 B．波长更大 C．传播速度更大 D．光子能量更高 18．原子核的平均结合能随质量数的变化图像如图所示，根据该图像和对核能的认识，下列说法正确的是（　　） A．质量数越大，平均结合能越大 B．质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要吸收能量 C．平均结合能越大的原子核，核子平均质量越小 D．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量 19．某放射性元素发生α衰变，经过9天还剩下，则该元素的半衰期 天；该衰变产生的射线照射带电验电器，电荷很快消失，是利用了射线的 （选填“穿透”或“电离”）本领。若将该元素和另一元素（半衰期大于T）化学反应后形成化合物，化合物中该元素的半衰期为，则 T（选填：“>”、“=”或“<”） 【答案】17．AD 18．C 19．3 电离 = 【解析】17．X射线比红外线频率更大，各种频率的光在真空中的传播速度都相等，均为c， 根据 可知X射线比红外线的波长更短， 根据 可知X射线比红外线的光子能量更高。 故选AD。 18．A．根据图像可知，随着质量数的增大，平均结合能先增大后减小，A错误； B．质量数较小的轻核结合成中等质量的核时，平均结合能变大，要放出能量，B错误； C．平均结合能越大，核子结合成原子核时放出的能量越多，根据质能方程，核子的平均质量越小，C正确； D．α衰变的过程是一个放能反应，一定有质量亏损，因此衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量，D错误。 故选C。 19．[1]该过程经过了3个半衰期，因此半衰期为 [2]用该衰变产生的α射线照射带电验电器，电荷很快消失，是利用了射线的电离本领。 [3]半衰期非常稳定，与所处的物理、化学状态无关，因此发生化学反应后，半衰期不变。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第13、14、15章 原子物理 单元测验 （考试时间：60分钟，分值：100分） 一、选择题（本题共10小题，每小题4分，共40分） 1． 如图为卢瑟福和他的同事们做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C、D四个位置时，关于观察到的现象，下述说法中正确的是（　　） A．放在C位置时屏上观察不到闪光 B．放在D位置时屏上能观察到一些闪光，但次数极少 C．相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最少 D．相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数比放在A位置时多 2． 根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为α粒子散射图，图中实线表示α粒子的运动轨迹。则关于α粒子散射实验，下列说法正确的是（　　） A．图中大角度偏转的α粒子的电势能先减小后增大 B．图中的α粒子反弹是因为α粒子与原子核发生了碰撞 C．绝大多数α粒子沿原方向继续前进说明了带正电的原子核占据原子的空间很小 D．根据α粒子散射实验，还可以知道原子核由质子和中子组成 3．1916年密立根测量金属的遏止电压（即图甲所示电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压）与入射光频率v的对应关系，实验中推导计算出普朗克常量h。图乙为某光电管发生光电效应时遏止电压与入射光频率v的关系图像，已知光电子的电荷量为e，下列说法正确的是（　） A．电极K的金属材料的截止频率为 B．普朗克常量 C．电极K的金属材料逸出功随入射光频率的增大而减小 D．光电子最大初动能与入射光频率成正比 4．图甲所示为氢原子的能级图，图乙为氢原子的光谱。已知谱线b对应氢原子从n=4能级跃迁到n=2能级时的辐射光，则谱线a可能对应氢原子的能级跃迁是（　　） A．从n=2能级跃迁到n=1能级 B．从n=3能级跃迁到n=2能级 C．从n=3能级跃迁到n=1能级 D．从n=5能级跃迁到n=2能级 5．一个氢原子中的电子从一个半径为的轨道自发地直接跃迁至另一半径为的轨道，已知，则在此过程中（　　） A．原子辐射一系列频率的光子 B．原子吸收一系列频率的光 C．原子吸收某一频率的光子 D．原子辐射某一频率的光子 6．质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2和 m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是（ ） A. m3c2 B (m1 +m2)c2 C.(m3-m2-m1)c2 D.(m1 +m2-m3)c2 7．能自发进行β衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。则（　　） A．发生β衰变的产物是 B．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子 C．近年来由于地球的温室效应，引起的半衰期发生微小变化 D．若测得一古木样品的含量为活体植物的，则该古木距今约为11460年 8．2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电，一个D（氘）核和T（氚）核发生聚变反应会产生一个中子，下列说法正确的是（　　） A．该核反应方程式为 B．该核反应能够吸收大量能量 C．该反应能够在常温下进行 D．反应前平均核子质量比反应后大 9．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He→2H＋He.关于He聚变，下列表述正确的是（ ） A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核 C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用He聚变反应发电 10．玻尔运用经典理论结合量子化假设描述了氢原子的轨道和能级。n为量子数，rn、En分别表示第n条可能的轨道半径和电子在半径为rn轨道上运动时氢原子的能量，r1为核外电子第1条（离原子核最近的一条）可能的轨道半径。以下符合玻尔理论的是（ ） A．    B．   C．    D．   二、填空题（本题共5小题，每空2分，共24分） 11．反应堆主要由核燃料棒、 、控制棒、 和防护层等构成。 12．磷 30 具有放射性，其衰变方程为 3015P→3014Si + ______。3015P 的半衰期是 2.5 min，4g 3015P 经过 10 min 后还剩______g。 13．光电门传感器是根据光电效应，利用光电转换元件将光信号转换成电信号的器件。如图所示为某种金属在各种频率单色光照射下反向遏止电压 Uc 与入射光频率 ν 之间的关系。从图中数据可知该金属的极限频率为_______Hz（计算结果保留 2 位有效数字）。已知红外线的波长范围约在 7×10−7 ~ 1×10−3 m，用红外线照射该金属_________（选填“能”或“不能”）产生光电效应。（普朗克常量 h = 6.626×10−34 J·s，电子电量 e = 1.6×10−19 C） 1.0 8.0 ν/1014 Hz Uc/V 0 14．氢原子光谱是指氢原子内的电子在不同能级跃迁时所发射或吸收不同波长的光子而得到的光谱。玻尔理论对其进行了解释，如图为氢原子的能级图。（普朗克常量 h = 6.63×10−34 J·s，元电荷e = 1.6×10-19C） 一群处于 n = 4 能级上的氢原子，跃迁到基态最多能发出______种不同频率的光，其中最小频率为______Hz（保留 2 位有效数字）。 15．根据三张图中的信息，回答下列问题 （1）根据图甲，可知电子从跃迁到需要吸收 J能量。 （2）如图乙是正在进行 （选填：“核裂变”或“核聚变”）的原子，如果图中进行的是的裂变，生成的元素是和，请写出其核裂变方程： 。 （3）图丙应该是关于 实验图像。 三、情景综合题（本题共2大题，20分+16分，共36分） 16．烟雾探测器 大部分的公共场所都需要安装烟雾探测器，其原理不尽相同。 (1)有一类防火常用的烟雾探测器，原理是其放射源处的镅放出的粒子，使壳内气室中的空气电离而导电，当烟雾粒子进入壳内气室时，就会阻挡部分粒子，使电流减小从而触发警报。 ①半衰期为433年的镅0.3微克，经过866年后剩余镅的质量为 微克。 ②发生一次衰变所产生的新核的中子数比质子数多 个。 (2)另一类光电烟雾探测器的原理如图（a），当有烟雾进入时，来自光源S的光被烟雾散射后进入光电管C，光射到光电管中的钠表面时会产生光电流。传感器检测到光电流大于预设范围便会触发警报。金属钠的截止电压随入射光频率的变化规律如图（b）所示。 ①光源S发出的光波波长应小于 m。 ②图（b）中图像的斜率为k，普朗克常量 。（电子电荷量e） 原子物理 19、20世纪之交，电子的发现揭开了人类探索物质微观结构的序幕。 17．在真空中，X射线与红外线相比，X射线的（　　） A．频率更大 B．波长更大 C．传播速度更大 D．光子能量更高 18．原子核的平均结合能随质量数的变化图像如图所示，根据该图像和对核能的认识，下列说法正确的是（　　） A．质量数越大，平均结合能越大 B．质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要吸收能量 C．平均结合能越大的原子核，核子平均质量越小 D．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量 19．某放射性元素发生α衰变，经过9天还剩下，则该元素的半衰期 天；该衰变产生的射线照射带电验电器，电荷很快消失，是利用了射线的 （选填“穿透”或“电离”）本领。若将该元素和另一元素（半衰期大于T）化学反应后形成化合物，化合物中该元素的半衰期为，则 T（选填：“>”、“=”或“<”） / 学科网（北京）股份有限公司 $$