2011走向高考,賈鳳山,高中總復(fù)習(xí),物理,3-5-2

選修3-5第2講一、選擇題1．關(guān)于光譜和光譜分析，下列說法正確的是 ()A．太陽光譜和白熾燈光譜是線狀譜B．霓虹燈和煤氣燈火焰中燃燒的鈉蒸氣產(chǎn)生的光譜是線狀譜C．進(jìn)行光譜分析時(shí)，可以利用線狀譜，也可用連續(xù)譜D．觀察月亮光譜，可以確定月亮的化學(xué)組成[答案]B[解析]太陽光譜是吸收光譜，月亮光譜是太陽光譜，煤氣燈火焰中鈉蒸氣屬稀薄氣體發(fā)光，是線狀譜，若從周圍觀察煤氣燈火焰中的鈉蒸氣則是吸收光譜，進(jìn)行光譜分析只能用線狀譜而不能用連續(xù)譜．2．(2009·合肥市一模)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識歷程，下列說法正確的有 ()A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B．α粒子散射實(shí)驗(yàn)中少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)C．對原子光譜的研究開辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路D．玻爾原子理論無法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯(cuò)誤的[答案]BC[解析]盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)設(shè)想原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)，A錯(cuò)；玻爾理論有局限性，但不能說是錯(cuò)誤的，D錯(cuò)；B、C說法是正確的．3．下列關(guān)于氫光譜的敘述，正確的是 ()A．從光譜上看，氫原子輻射光波的頻率只有若干分立的值B．稀薄氫氣通電時(shí)能發(fā)出連續(xù)譜C．氫原子從低能級向高能級躍遷時(shí)產(chǎn)生原子光譜D．氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)產(chǎn)生原子光譜[答案]AD[解析]由于氫原子能級是不連續(xù)的，所以氫原子輻射光波從光譜上看只有若干分立值，屬于線狀譜，A正確；稀薄氣體通電發(fā)光時(shí)發(fā)出的是線狀譜，B錯(cuò)誤；根據(jù)能級理論，原子由低能級向高能級躍遷時(shí)要吸收光子，且光子能量等于兩個(gè)能級差，C錯(cuò)，D對．4．(2009·深圳一模)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，敘述正確的是 ()A．若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將減少B．β衰變所釋放的電子是原子核外的電子電離形成的C．在α、β、γ這三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，α射線的電離能力最強(qiáng)D．鈾核(eq\o\al(283,92)U)衰變?yōu)殂U核(eq\o\al(206,82)Pb)的過程中，要經(jīng)過8次α衰變和10次β衰變[答案]C[解析]物理化學(xué)方法都無法改變放射性元素的半衰期，故A項(xiàng)錯(cuò)；β衰變中釋放的電子是核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化的，并不是核外電子，B錯(cuò)；α、β、γ三種射線的電離本領(lǐng)依次減弱，貫穿本領(lǐng)依次增強(qiáng)，C正確；8次α衰變質(zhì)量數(shù)減少32，質(zhì)子數(shù)減少16,10次β衰變質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)增加10個(gè)，電荷數(shù)不守恒，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．正確答案為C.5．(2009·河南新鄉(xiāng)模擬)如圖所示，兩束不同的單色光A1和B1，分別沿半徑射入截面為半圓形的玻璃磚后，經(jīng)過圓心O分別沿OA2方向和OB2方向射出，且兩入射光之間的夾角和兩出射光之間的夾角都等于θ，該角小于10°.下列說法中正確的是 ()A．在玻璃中B1光傳播的速度較大B．A1光的光子能量較大C．用A1、B1光分別做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件相同，則A1光在屏上形成的明條紋寬度較大D．若用B1光照射某金屬板能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則用A1光照射該金屬板也一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)[答案]C[解析]從圖中可得，A1光的入射角比B1光大θ，而折射角也是大θ，結(jié)合光路可逆原理可知這種材料對A1光的折射率相對較小，即A1光波長較長，在玻璃中速度較大，故A錯(cuò)，波長長的光的光子的能量較小，故B也錯(cuò)，雙縫干涉的條紋的寬度與波長成正比，即C正確，而A1光光子的能量較小，故不一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)，D錯(cuò)．二、非選擇題6．(1)放射性物質(zhì)eq\o\al(210,84)Po和eq\o\al(60,27)Co的核衰變方程分別為：eq\o\al(210,84)Po→eq\o\al(206,82)Pb＋X1eq\o\al(60,27)Co→eq\o\al(60,28)Ni＋X2方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．(2)如圖所示，鉛盒內(nèi)裝有能釋放α、β和γ射線的放射性物質(zhì)，在靠近鉛盒的頂部加上電場E或磁場B，在圖(a)、(b)中分別畫出射線運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖．(在所畫軌跡上須標(biāo)明是α、β和γ中的哪種射線)[答案](1)eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)e(2)見解析[解析](1)由質(zhì)量數(shù)守恒可知X1、X2的質(zhì)量數(shù)分別為4、0，由電荷數(shù)守恒可知X1、X2的電荷數(shù)分別為2、－1.故X1是eq\o\al(4,2)He，X2是eq\o\al(0,－1)e.(2)α粒子帶正電，在(a)圖電場中右偏，在(b)圖磁場受到指向左側(cè)的洛倫茲力向左偏，β粒子帶負(fù)電，故在(a)圖中左偏而在(b)圖中右偏，γ粒子不帶電故不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．如圖所示(曲率半徑不作要求，每種射線可只畫一條軌跡．)7．(2009·江蘇鹽城3月)鐳(Ra)是歷史上第一個(gè)被分離出來的放射性元素，已知eq\o\al(226,88)Ra能自發(fā)地放出α粒子而變成新核Rn，已知eq\o\al(226,88)Ra的質(zhì)量為M1＝3.7533×10－25kg，新核Rn的質(zhì)量為M2＝3.6867×10－25kg，α粒子的質(zhì)量為m＝6.6466×10－27kg，則(1)寫出該核反應(yīng)的方程式．(2)此反應(yīng)過程中放出的能量是多少？(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)[答案]見解析[解析](1)eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He.(2)ΔE＝Δmc2＝(M1－M2－m)c2＝1.2×10－12J.8．人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程．請按要求回答下列問題：(1)盧瑟福、玻爾、查德威克等科學(xué)家在原子結(jié)構(gòu)或原子核的研究方面做了卓越的貢獻(xiàn)．請選擇其中的兩位，指出他們的主要成績．①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________.在貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象后，人們對放射線的性質(zhì)進(jìn)行了深入研究，如圖為三種射線在同一磁場中的運(yùn)動(dòng)軌跡，請從三種射線中任選一種，寫出它的名稱和一種用途．(2)在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑．中子在重水中可與eq\o\al(2,1)H核碰撞減速，在石墨中與eq\o\al(12,6)C核碰撞減速．上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型．某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計(jì)算說明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？[答案](1)見解析(2)重水減速效果更好[解析](1)盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型(或其他成就)；玻爾把量子理論引入原子模型，并成功解釋了氫光譜(或其他成就)；查德威克發(fā)現(xiàn)了中子(或其他成就)．如：2是γ射線，可用來檢查金屬內(nèi)部有無砂眼和裂紋．(2)設(shè)中子質(zhì)量為Mn，靶核質(zhì)量為M，由動(dòng)量守恒定律：Mnv0＝Mnv1＋Mv2 ①由能量守恒：eq\f(1,2)Mnveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)Mnveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,2) ②解得v1＝eq\f(Mn－M,Mn＋M)v0在重水中靶核質(zhì)量：MH＝2Mn，v1H＝eq\f(Mn－MH,Mn＋MH)v0＝－eq\f(1,3)v0 ③在石墨中靶質(zhì)量：MC＝12Mn，v1C＝eq\f(Mn－MC,Mn＋MC)v0＝－eq\f(11,13)v0 ④與重水靶核碰后中子速度較小，故重水減速效果更好．9．如下圖所示為氫原子最低的四個(gè)能級，當(dāng)氫原子在這些能級間躍遷時(shí)，求：(1)有可能放出幾種能量的光子？(2)在哪兩個(gè)能級間躍遷時(shí)，所發(fā)出光子波長最長？波長是多少？[答案](1)6(2)由第四能級向第三能級躍遷1.88×10－6[解析]要放出光子，原子只能從高能級向低能級躍遷，當(dāng)它們躍遷時(shí)，有的氫原子由n＝4的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝3，然后再躍遷到n＝2直到n＝1的基態(tài)，或由n＝3直接到n＝1；也有的氫原子由n＝4直接躍遷到n＝2或n＝1等，對大量的氫原子而言，發(fā)生上述各種躍遷都是可能的．根據(jù)數(shù)學(xué)知識，可求出放出光子的種類，波長最長的光子，能量最小，因而波長最長的光子應(yīng)由能級差最小的躍遷發(fā)出．(1)由N＝Ceq\o\al(2,n)可得N＝Ceq\o\al(2,4)＝6(種)．(2)氫原子由第四能級向第三能級躍遷時(shí)，能級差最小，輻射的光子波長最長，根據(jù)hν＝E4－E3＝－0.85－(－1.51)＝0.66(eV)λ＝eq\f(hc,E4－E3)＝eq\f(6.63×10－34×3×108,0.66×1.6×10－19)m＝1.88×10－6m10．已知氘核(eq\o\al(2,1)H)質(zhì)量為2.0136u，中子(eq\o\al(1,0)n)質(zhì)量為1.0087u，氦核(eq\o\al(3,2)He)質(zhì)量為3.0150u,1u相當(dāng)于931.5MeV.(1)寫出兩個(gè)氘核聚變成eq\o\al(3,2)He的核反應(yīng)方程；(2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字)；(3)若兩個(gè)氘核以相同的動(dòng)能0.35MeV做對心碰撞即可發(fā)生上述反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)后生成的氦核(eq\o\al(3,2)He)和中子(eq\o\al(1,0)n)的速度大小之比是多少？[答案](1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)3.26MeV(3)13[解析](1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)質(zhì)量虧損Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2.0136u×2－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u由于1u的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對應(yīng)，所以核反應(yīng)中釋放的核能為ΔE＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(3)由動(dòng)量守恒定律有：0＝mHevHe－mnvn得vHevn＝1:311．氫原子處于基態(tài)時(shí)，原子能量E1＝－13.6eV，已知電子電量e＝1.6×10－19C，電子質(zhì)量m＝0.91×10－30kg，氫的核外電子的第一條可能軌道的半徑為r1＝0.53×10－(1)若要使處于n＝2能級的氫原子電離，至少要用頻率為多大的電磁波照射該氫原子？(2)氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng)可等效為一環(huán)形電流，則氫原子處于n＝2的激發(fā)態(tài)時(shí)，核外電子運(yùn)動(dòng)的等效電流為多大？[答案](1)8.21×1014Hz(2)1.3×10－4[解析](1)要使處于n＝2能級的氫原子電離，照射光光子的能量應(yīng)能使電子從第2能級躍遷到無限遠(yuǎn)處，最小頻率的電磁波的光子能量應(yīng)為：hν＝0－eq\f(E1,4)得ν＝8.21×1014Hz(2)氫原子核外電子繞核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，庫侖力提供向心力，有eq\f(Ke2,r\o\al(2,2))＝eq\f(4π2mr2,T2)其中r2＝4r1.根據(jù)電流強(qiáng)度的定義I＝eq\f(e,T)由以上兩式得I＝eq\f(e2,16πr1)eq\r(\f(K,mr1))將數(shù)據(jù)代入得I＝1.3×10－412．(2009·海南)(Ⅰ)已知：功率為100W燈泡消耗的電能的5%轉(zhuǎn)化為所發(fā)出的可見光的能量，光速c＝3.0×108m/s，普朗克常量h＝6.63×10(Ⅱ)钚的放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu靜止時(shí)衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)eq\o\al(235,92)U*和α粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)eq\o\al(235,92)U*立即衰變?yōu)殁櫤薳q\o\al(235,92)U，并放出能量為0.097MeV的γ光子．已知：eq\o\al(239,94)Pu和eq\o\al(235,92)U和α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052lu、mU＝235.0439u和mα＝4.0026u1u＝931.5MeV/c2(1)寫出衰變方程；(2)已知衰變放出的光子的動(dòng)量可忽略，求α粒子的動(dòng)能．[答案](Ⅰ)1.4×1019(Ⅱ)(1)eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋α＋γ(2)5.034MeV[解析](Ⅰ)一波長為λ光子能量為E＝eq\f(hc,λ) ①設(shè)燈泡每秒內(nèi)發(fā)出的光子數(shù)為n，燈泡電功率為P，則n＝eq\f(kP,E) ②式中，k＝5%是燈泡的發(fā)光效率．聯(lián)立①②式得n＝eq\f(kPλ,hc) ③代入題給數(shù)據(jù)得n＝1.4×1019s－1(Ⅱ)(1)衰變方程為eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U*＋αeq\o\al(235,92)U*→eq\o\al(235,92)U＋γ或合起來有eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋α＋γ(2)上述衰變過程的質(zhì)量虧損為Δm＝mPu－mU－mα ④放出的能量為ΔE＝c2·Δm ⑤這能量是鈾核eq\o\al(235,92)U的動(dòng)能EU、α粒子的動(dòng)能Eα和γ光子的能量Eγ之和ΔE＝EU＋Eα＋Eγ