2016年高考物理选修3-5专练

专练专练 20 选考选考 3 5 模块模块 题型题型 40 原子结构和能级跃迁原子结构和能级跃迁 1 以下说法中正确的是 A 图甲是 粒子散射实验示意图 当显微镜在 A B C D 中的 A 位置时荧光屏上接收到的 粒子数最多 B 图乙是氢原子的能级示意图 氢原子从 n 3 能级跃迁到 n 1 能级时产生的光子的频率属于 可见光范畴 C 图丙是光电效应实验示意图 当光照射锌板时验电器的指针将发生偏转 此时验电器的金属 杆带的是正电荷 D 图丁是电子束穿过铝箔后的衍射图样 该实验现象说明实物粒子也具有波动性 E 图戊是风力发电的国际通用标志 答案 ACD 解析 图甲是 粒子散射实验示意图 当显微镜在 A B C D 中的 A 位置时荧光屏上接收到 的 粒子数最多 故 A 正确 图乙是氢原子的能级示意图 结合氢原子光谱可知 氢原子从 n 3 能级跃迁到 n 1 能级时产生的光子的频率属于紫外线范畴 故 B 错误 当光照射锌板时 锌板失去电子 将带正电 所以与之相连的验电器的指针将发生偏转 此时验电器的金属杆带的 是正电荷 故 C 正确 图丁是电子束穿过铝箔后的衍射图样 由于衍射是波特有的性质 所以 该实验现象说明实物粒子也具有波动性 故 D 正确 图戊是国际通用的放射性标志 不是风力 发电的国际通用标志 故 E 错误 2 关于近代物理学 下列说法正确的是 A 射线 射线和 射线是三种波长不同的电磁波 B 一群处于 n 4 能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出 6 种不同频率的光 C 重核裂变过程生成中等质量的核 反应前后质量数守恒 但质量一定减少 D 10 个放射性元素的原子核在经过一个半衰期后 一定有 5 个原子核发生衰变 E 光电效应和康普顿效应的实验都表明光具有粒子性 答案 BCE 解析 射线是电磁波 而 射线 射线不是电磁波 故 A 错误 C 6 故 B 正确 核子结 2 4 合成原子核时一定有质量亏损 释放出能量 故 C 正确 半衰期是大量原子核显现出来的统计 规律 对少量的原子核没有意义 故 D 错误 光电效应和康普顿效应都揭示了光具有粒子性 故 E 正确 3 下列说法正确的是 A 根据玻尔理论 氢原子在辐射光子的同时 轨道也在连续地减小 B 放射性物质的温度升高 则半衰期减小 C 用能量等于氘核结合能的光子照射静止氘核 不可能使氘核分解为一个质子和一个中子 D 某放射性原子核经过 2 次 衰变和一次 衰变 核内质子数减少 3 个 E 根据玻尔理论 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 同时电子的动能增大 电势能减小 答案 CDE 解析 玻尔理论认为原子的能量是量子化的 轨道半径也是量子化的 故氢原子在辐射光子的同 时 轨道不是连续地减小 故 A 错误 半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要 的时间 由原子核本身决定 与原子的物理 化学状态无关 故 B 错误 核子结合成原子核与 原子核分解为核子是逆过程 质量的变化相等 能量变化也相等 故用能量等于氘核结合能的光 子照射静止氘核 还要另给它们分离时所需要的足够的动能 光子方向有动量 所以不可能使氘 核分解为一个质子和一个中子 故 C 正确 根据质量数和电荷数守恒 某放射性原子核经过 2 次 衰变质子数减少 4 一次 衰变质子数增加 1 故核内质子数减少 3 个 D 正确 能级跃迁 时 由于高能级轨道半径较大 速度较小 电势能较大 故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 同时电子的动能增大 电势能减小 故 E 正确 4 下列说法正确的是 A 在关于物质波的表达式 h 和 p 中 能量 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物理量 h 波长 和频率 是描述物质的波动性的典型物理量 B 卢瑟福通过对 粒子散射实验的研究 揭示了原子核的组成 C Th 钍 核衰变为Pa 镤 核时 衰变前 Th 核质量等于衰变后 Pa 核与 粒子的总质量 2349023491 D 根据玻尔理论 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 同时电子的动能增大 电势能减小 E 光电效应的实验结论是 对于某种金属 超过极限频率的入射光频率越高 所产生的光电子 的最大初动能就越大 答案 ADE 解析 表达式 h 和 p 中 能量 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物理量 波长 和频 h 率 是描述物质的波动性的典型物理量 A 正确 卢瑟福通过对 粒子散射实验的研究 揭示了 原子由原子核和核外电子组成 故 B 错误 Th 钍 核衰变为Pa 镤 核时 衰变前后存在质 2349023491 量亏损 故 C 错误 根据玻尔理论 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 库仑力对电子做正功 电子的动能增大 电势能减小 故 D 正确 照射到金 属锌板表面时能够发生光电效应 根据光电效应方程 最大初动能与入射光的频率有关 频率越 高 则产生的光电子的最大初动能越大 故 E 正确 5 19 世纪初 爱因斯坦提出光子理论 使得光电效应现象得以完美解释 玻尔的氢原子模型也 是在光子概念的启发下提出的 关于光电效应和氢原子模型 下列说法正确的是 A 光电效应实验中 只要入射光足够强就可以有光电流 B 若某金属的逸出功为 W0 该金属的截止频率为 W0 h C 保持入射光强度不变 增大入射光频率 金属在单位时间内逸出的光电子数将减小 D 一群处于第四能级的氢原子向基态跃迁时 将向外辐射 6 种不同频率的光子 E 氢原子由低能级向高能级跃迁时 吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差 答案 BCD 6 如图 1 所示为氢原子的能级图 用光子能量为 13 06 eV 的光照射一群处于基态的氢原子 下 列说法正确的是 图 1 A 氢原子可以辐射出连续的各种波长的光 B 氢原子可以辐射出 10 种不同波长的光 C 氢原子从 n 4 的能级向 n 3 的能级跃迁时辐射光的波长最短 D 辐射光中 光子能量为 0 31 eV 的光波长最长 E 用光子能量为 14 2 eV 的光照射基态的氢原子 能够使其电离 答案 BDE 7 如图 2 所示为氢原子的能级结构示意图 一群氢原子处于 n 3 的激发态 在向较低能级跃迁 的过程中向外辐射出光子 辐射出的光子中最长波长为 已知普朗克常量为 h 光速为 c 用这些光子照射逸出功为 W0的金属钠 金属钠表面所发出的光电子的最大初动 能是 图 2 答案 E3 E1 W0 hc E3 E2 解析 根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差可知 从 n 3 向 n 2 跃迁的光子频率最小 波长最长 E E3 E2 h 用这些光子照射逸出功为 W0的金属钠 从 n 3 跃迁到 n 1 辐射 c hc E3 E2 的光子能量最大 发生光电效应时 产生的光电子的最大初动能最大 根据光电效应方程得 Ekm h W0 E3 E1 W0 题型题型 41 核反应和核能的计算核反应和核能的计算 1 关于原子核的结合能 下列说法正确的是 A 核子结合成原子核时核力做正功 将放出能量 这部分能量等于原子核的结合能 B 原子核的结合能等于使其分解为核子所需的最小能量 C 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 D 结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量 E 核子结合成原子核时 其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能 答案 ABC 2 下列说法正确的是 图 1 A 原子核发生衰变时要遵守电荷数守恒和质量数守恒的规律 B 射线 射线 射线都是电磁波 C 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子 D 发生光电效应时光电子的最大初动能只与入射光的频率有关 E 由图 1 可知 铯原子核Cs 的比结合能大于铅原子核Pb 的比结合能 1335520882 答案 ACDE 解析 原子核发生衰变时要遵守电荷数守恒和质量数守恒的规律 故 A 正确 射线 射线都 是高速运动的带电粒子流 射线是光子 不带电 B 错误 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐 射特定频率的光子 C 正确 发生光电效应时光电子的最大初动能只与入射光的频率有关 D 正 确 由图可知 中等质量的原子核的比结合能最大 铯原子核Cs 的比结合能大于铅原子核 13355 Pb 的比结合能 故 E 正确 20882 3 下列说法中正确的是 A 一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应 若仅使入射光的强度减弱 那么从金属表面 逸出的光电子的最大初动能将变小 B 大量光子产生的效果显示出波动性 个别光子产生的效果显示出粒子性 C 电子的发现说明原子可再分 天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构 D 放射性同位素 Th232 经 衰变会生成 Rn220 其衰变方程为Th Rn x y 其 2329022086 中 x 3 y 1 E 原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的 与其所处的化学状态和外部条件无关 答案 BCE 解析 一入射光照射到某金属表面上能发生光电效应 由于发生光电效应与入射光的强度无关 所以仅使入射光强度减弱 光电子的最大初动能不变 故 A 错误 光既具有粒子性 又具有波 动性 大量的光子波动性比较明显 个别光子粒子性比较明显 故 B 正确 电子是原子的组成 部分 电子的发现说明原子可再分 天然放射现象的发现揭示原子核有复杂的结构 故 C 正确 在衰变方程中 电荷数守恒 质量数守恒 则 90 86 2x y 232 220 4x 解得 x 3 y 2 故 D 错误 原子核的半衰期是由原子核内部自身因素决定的 与其所处的化学状态和外部条件 无关 故 E 正确 4 下列说法正确的是 A 某放射性元素经过 15 2 天有的原子核发生了衰变 该元素的半衰期为 3 8 天 15 16 B 铀核裂变的核反应是 U Ba Kr 2 n 235921415692361 0 C 原子核Th 经过 6 次 衰变和 4 次 衰变后成为原子核Pb 2329020882 D 美国物理学家康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时 发现在散射的 X 射线中 除了与入射 波长 0相同的成分外 还有波长大于原波长的成分 E 玻尔建立了量子理论 成功解释了各种原子发光现象 答案 ACD 解析 根据半衰期的定义 某放射性元素经过 15 2 天有的原子核发生了衰变 是经过 4 个半 15 16 衰期 故 A 选项正确 铀核裂变的核反应是用一个中子轰击铀核得到三个中子 但是方程式中 中子不能约去 故 B 错误 根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可得 Th x He y 232904 2 0 1e Pb x 6 y 4 选项 C 正确 美国物理学家康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时 20882 发现在散射的 X 射线中 除了与入射波长 0相同的成分外 还有波长大于原波长 0的成分 这 个现象称为康普顿效应 故 D 正确 玻尔建立了量子理论 能够很好解释氢原子发光现象 但 是不能解释所有原子的发光现象 故 E 错误 5 下列说法正确的是 A 衰变现象说明电子是原子核的组成部分 B U 在中子轰击下生成Ba 和Kr 的过程中 原子核中的平均核子质量变小 23592144568936 C 太阳辐射能量主要来自太阳内部的聚变反应 D 卢瑟福依据极少数 粒子发生大角度散射提出了原子核式结构模型 E 根据玻尔理论 氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时 电子的动能减 小 原子总能量减小 答案 BCD 解析 衰变放出的电子是由中子转变成质子而产生的 不是原子核内的 故 A 错误 此过程是 裂变反应 原子核中的平均核子质量变小 有质量亏损 以能量的形式释放出来 故 B 正确 太阳辐射能量主要来自太阳内部的轻核的聚变反应 故 C 正确 卢瑟福依据极少数 粒子发生 大角度散射 绝大多数不偏转 从而提出了原子核式结构模型 故 D 正确 根据玻尔理论 氢 原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时 电子的动能减小 电势能增大 且原 子总能量增大 故 E 错误 6 关于核衰变和核反应的类型 下列表述正确的有 A H H He n 是 衰变 2 13 14 21 0 B P Si e 是 衰变 301530140 1 C 4 H He 2 e 是轻核聚变 1 14 20 1 D U n Ba Kr 3 n 是重核裂变 235921 01445689361 0 答案 CD 解析 H H He n 是轻核聚变中的一种方式 故 A 错误 P Si e 的过程中产生 2 13 14 21 0301530140 1 的正电子 不是 衰变 故 B 错误 4 H He 2 e 是轻核聚变 故 C 正确 1 14 20 1 U n Ba Kr 3 n 的过程中 U 吸收一个中子后分裂成两个中等质量的核和 3 235921 01445689361 023592 个中子 是重核裂变 故 D 正确 7 已知氘核的比结合能是 1 09 MeV 氚核的比结合能是 2 78 MeV 氦核的比结合能是 7 03 MeV 在某次核反应中 1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氦核 则下列说法中正确的是 A 这是一个裂变反应 B 核反应方程式为 H H He n 2 13 14 21 0 C 核反应过程中释放的核能是 17 6 MeV D 目前核电站都采用上述核反应发电 答案 BC 解析 1 个氘核和 1 个氚核结合生成 1 个氦核 这是聚变反应 故 A 错误 1 个氘核和 1 个氚核 结合生成 1 个氦核 根据质量数与电荷数守恒知同时有一个中子生成 反应方程为 H H He n 故 B 正确 根据质能方程 E mc2得一次聚变释放出的能量 2 13 14 21 0 E E2 E1 7 03 4 MeV 2 78 3 1 29 2 MeV 17 6 MeV 故 C 正确 目前核电站都采 用核裂变发电 故 D 错误 8 放射性同位素C 被考古学家称为 碳钟 它可以用来判定古生物体的年代 宇宙射线中 14 6 高能量中子碰撞空气中的氮原子后 就会形成很不稳定的C 它很容易发生 衰变 变成一个 14 6 新核 其半衰期为 5 730 年 该衰变的核反应方程式为 C 的生成和衰变通常是 14 6 平衡的 即生物机体中C 的含量是不变的 当生物体死亡后 机体内C 的含量将会不断减 14 614 6 少 若测得一具古生物遗骸中C 含量只有活体中的 25 则这具遗骸距今约有 年 14 6 答案 C N e 11 460 14 614 70 1 解析 根据电荷数守恒 质量数守恒得 C N e 经过一个半衰期 有半数发生衰变 14 614 70 1 测得一古生物遗骸中的C 含量只有活体中的 25 根据 n 得 n 2 即经过 2 个半衰期 14 6 1 2 1 4 所以 t 2 5 730 11 460 年 9 电子俘获是指原子核俘获一个核外轨道电子 使核内一个质子转变为一个中子 一种理论认 为地热是镍 58 Ni 在地球内部的高温高压环境 5828 下发生电子俘获核反应生成钴 57 Co 时产生的 则镍 58 电子俘获的核反应方程为 若该核反应中释放出的能量与一个频率为 的光子能量相等 已知 真空中光速和普朗克常量分别是 c 和 h 则该核反应中质量亏损 m 为 答案 Ni e Co n 58280 157271 0 h c2 解析 核反应方程为 Ni e Co n 根据爱因斯坦质能方程得 h mc2 则质量 58280 157271 0 亏损 m h c2 题型题型 42 动量和能量观点的综合应用动量和能量观点的综合应用 1 在粗糙程度相同的水平面上 质量为 m1的小球甲向右运动 以速率 v0和静止于前方 A 点处 的 质量为 m2的小球乙碰撞 如图 1 所示 甲与乙发生正碰后均向右运动 乙被墙壁 C 弹回后 与甲均静止在 B 点 4 已知小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞均无机械能损失 求 BCAB 甲 乙两球的质量之比 m1 m2 图 1 答案 3 解析 两球发生弹性碰撞 设碰后甲 乙两球的速度分别为 v1 v2 则 m1v0 m1v1 m2v2 m1v m1v m2v 1 22 0 1 22 1 1 22 2 碰撞后甲 乙均做匀减速运动到 B 停止 它们的加速度大小均为 a g 根据运动学公式有 对甲 v 0 2a 2 1AB 对乙 v 0 2a 2 2 2ABBC 而 4 BCAB 联立 解得 v1 v2 1 3 另一解舍 联立 解得 3 m1 m2 2 如图 2 所示 粗糙的水平面上静止放置三个质量均为 m 的小木箱 相邻两小木箱的距离均为 l 工人用沿水平方向的力推最左边的小木箱使之向右滑动 逐一与其他小木箱碰撞 每次碰撞后 小木箱都粘在一起运动 整个过程中工人的推力不变 最后恰好能推着三个木箱匀速运动 已知 小木箱与水平面间的动摩擦因数都为 重力加速度为 g 设碰撞时间极短 小木箱可视为质 点 求第一次碰撞和第二次碰撞中木箱损失的机械能之比 图 2 答案 3 2 解析 最后三个木箱匀速运动 则有 F 3 mg 水平力推最左边的木箱时 根据动能定理有 F mg l mv 1 22 1 木箱发生第一次碰撞 根据动量守恒定律有 mv1 2mv2 碰撞中损失的机械能为 E1 mv 2m v 1 22 1 1 22 2 第一次碰后 水平力推两木箱向右运动 根据动能定理有 F 2 mg l 2m v 2m v 1 22 3 1 22 2 木箱发生第二次碰撞 根据动量守恒定律有 2mv3 3mv4 碰撞中损失的机械能为 E2 2mv 3m v 1 22 3 1 22 4 联立解得木箱两次碰撞过程中损失的机械能之比为 E1 E2 3 2 3 如图 3 所示 固定在水平面上倾角为 的轨道底端有与之垂直的挡板 材质和粗糙程度都 6 相同的小物块 A B 质量分别为 m 和 2m 它们之间夹有少量炸药并一起以 v0 2 m s 的速度沿轨 道匀速下滑 当A B与挡板距离为L 0 4 m 时炸药爆炸 炸药爆炸后A的速度恰好变为零 随 后物块B与挡板发生弹性碰撞 碰后物块B沿轨道上滑与A碰撞并连成一体 取g 10 m s2 求 图 3 1 物块 B 与挡板刚碰撞后 B A 的速度大小 2 物块 B 与 A 刚碰撞后的共同速度大小 v 答案 1 3 m s 0 2 m s 2 3 解析 1 设沿轨道向下为正方向 炸药爆炸过程中对物块 A B 由动量守恒定律有 m 2m v0 2mv1 解得 v1 3 m s 物块 B 下滑过程中做匀速运动 与挡板碰撞无能量损失 故碰后物块 B 的速度大小为 vB 3 m s 物块 A 在炸药爆炸后至与物块 B 碰前一直处于静止 故 vA 0 2 设物块 B 与 A 碰前速度为 v2 对物块 B 与挡板碰撞后至与 A 碰前由动能定理得 4mgsin L 2mv 2mv 1 22 2 1 22 1 对物块 B A 碰撞过程由动量守恒定律得 2mv2 2m m v 由 式并代入数据可得 v m s 2 3 4 如图 4 所示 上端固定着弹射装置的小车静置于粗糙水平地面上 小车和弹射装置的总质量 为 M 弹射装置中放有两个质量均为 m 的小球 已知 M 3m 小车与地面间的动摩擦因数为 0 1 为使小车到达距车右端 L 2 m 的目标位置 小车分两次向左水平弹射小球 每个小球被 弹出时的对地速度均为 v 若每次弹射都在小车静止的情况下进行 且忽略小球的弹射时间 g 取 10 m s2 求小球弹射速度 v 的最小值 图 4 答案 4 8 m s 解析 小球第一次被弹射时 规定小车的运动方向为正方向 0 m M v1 mv 小车向右滑行过程 m M gx1 m M v 1 22 1 第二次弹射时 0 Mv2 mv 小车向右滑行过程 Mgx2 Mv 1 22 2 x1 x2 L 由以上各式可得 v 4 8 m s 5 如