高中学生学科素质训练
高三物理同步测试（15）—量子论初步、原子核
本试卷分第Ⅰ卷（选择题）和第Ⅱ卷（非选择题）两部分。共150分考试用时120分钟。
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、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．处于激发状态的原子，如果在入射光的电磁场的影响下，引起高能态向低能态跃迁，同
时在两个状态之间的能量差以辐射光子的形式发射出去，这种辐射叫做受激辐射，原子
发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等，都跟入射光子完全一样，这样使光
得到加强，这就是激光产生的机理，那么发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量En、
电子的电势能Ep、电子动能Ek的变化关系是 （ ）
A．Ep增大、Ek减小、En减小
B．Ep减小、Ek增大、En减小
C．Ep增大、Ek增大、En增大
D．Ep减小、Ek增大、En不变
2．用红光和蓝光做光学实验时，下列说法正确的是 （ ）
A．红光和蓝光以相同的入射角斜向射击入平行玻璃板上，出射击的光线中，红光的侧移
距离较小
B．在水面下同一深度的红点光源和蓝点光源，从水面上看去，红光照亮水面的面积较大
C．用同样的双缝做干涉实验时，红光两相邻亮条纹间距离较蓝光的大
D．用同样的双缝做衍射实验时，红光的中央亮条纹的宽度比蓝光的大
3．图为氢原子的能级示意图，处下量子数n=4能量状态的氢原子，当它向较低能级发生跃
迁时，发出的光子能量可能为 （ ）
①2.55Ev ②13.6Ev ③12.75eV ④0.85eV
以下选项正确的有
A．①② B．③④ C． ①③ D． ②
n=4————————————－０.85eV
n=3————————————－1.51eV
n=2————————————－3.4eV
n=1————————————－13.6eV
4．用频率为v的光照射某金属表面产生光电子当光电子垂直射入磁感应强度为B的匀强磁
场中作匀速圆周运动时，其最大半径为R。以W表示逸出功，m、e表示电子质量、电量，
h表示普朗克常数，则电子最大初动能是 （ ）
A．hv+W B．
C．hv-W D．
5．若元素A的半衰期为4 天，元素B的半衰期为5 天，则相同质量的A和 B，经过20天
后，剩下的质量之比mA︰mB为 （ ）
A．30︰1 B．31︰30. C．1︰2 D．2︰1
6．用红光照射光电管阴极产生光电效应时，光电子的最大初动能为Ek，光电流为I，若改用
相同强度的紫光照射同一个光电管，产生光电子的初动能分别为
和I′，则下面正确
的是 （ ）
A．<EK, I′>I B．>EK, I′>I
C．<EK, I′=I D． >EK I′<I
7．用单色光做杨氏双缝干涉实验 （ ）
A．双缝之间的距离越小，屏上条纹的距离越大
B．屏上亮条纹处是光子到达概率大的地方
C．双缝的宽度稍有一些差异，屏上仍有干涉条纹
D．遮住一条缝后，屏上仍有干涉条纹
8．关于物质波下列说法正确的有 （ ）
A．任何一个运动的物体都有德波罗意波，波长和它对应
B．显象管中的电子速度可达4.0×107m/s, 德波罗意波长约为10－11m
C．物质波和光波一样是概率波
D．宏观物体的波动性观察不到是由于物体太大
9．关于原子能量和原子核能量的变化，下列说法正确的是 （ ）
A．原子辐射出光子时,原子从高能级跃迁到低能级
B．原子电离时,原子能量要减少
C．原子核辐射出γ粒子时,原子核能量要减少
A. 核子结合成原子核过程中,要释放能量
10．
（钍）经过一系列α和β衰变，变成
（铅）下列说法正确的是 （ ）
A．铅核比钍核少8个质子
B．铅核比钍核少16个中子
C．共经过4次α衰变和6 次β衰变
D．共经过6次α衰变和4 次β衰变
第Ⅱ卷（非选择题 共110分）
二、本题共三小题。把答案填在题中的横线上或按题目要求作图
11．李政道和杨振宁于1956年提出在弱相互作用中宇宙称不守恒，并由吴健雄用
放射源进行实验验证；次年李、杨二人为此获得诺贝尔物理奖。的衰变方程是：→
+
+
，其中是反中微子，它的电荷为零，静止质量可认为是零。
（1）在衰变前核静止，根据云室照片可以看出，衰变产物
和运动径迹不
在一条直线上，如果认为衰变产物只有和，那么衰变过程将违背________
守恒定律.
（2）是典型的
放射源,可作用于作物诱变育种。我国应用该方法育出了许多农作
物品种，如棉花高产品种“鲁棉一号”，年种植面积增达到3千多万亩，在我国自
己培育的棉花品种中栽培面积最大。射线处理作物后主要引起_______，从而可产
生可遗传的变异，除射线外，用于人工诱变的其它射线还有_________、
____________和中子流。
12．为了演示著名的“杨氏双缝干涉实验”的实验，现准备了下列仪器：A、白炽灯 B、双窄缝片 C、单窄缝片面性 D、滤光色片 E、白光屏。把以上仪器装在光具座上，正确的排列顺序是____________.(填符号)
13．已知每秒种从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为E=1.4×103焦,
其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长均为λ=0.55微米,太阳向各个方向的辐
射是均匀的.日地间距离R=1.5×1011米, h=6.6×10-34焦·秒。由此可估算出太阳每秒钏
辐射出的可见光的光子数为_______.(只要求有两位有效数字)
三、本题共7小题，90分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位。
14．已知钠原子在A、B、C、D、E几个能级间跃迁时辐射的波长分别为：589nm（B→A），330nm（C→A），285nm（D→A），514nm（E→B）。试作出钠原子在这几个能量范围的能级图。作图时注意，表示能级的横线间的距离和相应能级差成正比，并在线旁以电子伏为单位标出这个能级的值（设最高能级为0）10分
15．人眼对绿光最为敏感,如果每秒有6个绿光的光子射瞳孔,眼睛就能察觉.现有一个光源以0.1W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光,眼睛最远在多大距离能够看到这个光源?假设瞳孔在暗处的直径为4mm,且不计空气对光的吸收.12分
16．已知氢原子处于基态时，核外电子的轨道半径r1=0.53×10-10m,电子质量m=9.1×10-31kg,电子电量e=-1.6×10-19C,基态时氢原子能量E1=-13.6eV,设氢原子从量子数n=3的能量状态跃迁到基态,求:(1)辐射光子的波长;(2)核外电子动能的增加量;(3)原子电势能的减小量.14分
17．知氘核质量2.0136u中子质量为1.0087u,
核质量为3.0150u.
（1）写出两个氘核聚变成的核反应方程
（2）计算上述核反应中释放的核能
（3）若两氘核以相等的动能0.35MeV作对心碰撞即可发生上述核反应,且释放的核能全
部转化为机械能,则反应中生成的核和中子的动能各是多少?14分
18．目前，一些科学家认为：某些星体在自身万有引力作用下半径减小，当减小到它表面发出的光没有足够能量脱离它时，这些星体就成为“黑洞”。设光子频率为ν，质量为m，则有hv=mc2（h为普朗克恒量，c为光速），在质量为M的星体附近，根据“黑洞”理论物体的势能EP=-2GMm/r(r为物体离星体中心的距离).
（1）试计算质量为M的星体为“黑洞”的临界半径.
（2）太阳现在的直径为1.39×109m,质量是2×1030kg,那么当太阳的直径缩小到多大时,
它也可能成为一个“黑洞”（2分）
19．1996年清华大学和香港大学的学生合作研制出太阳能汽车,该车是利用太阳能电池所接受的太阳光能转化为电能而提供给电动机驱动汽车的.已知当太阳能电池正对太阳时,电池加在电动机上的电压为U,通过的电流为I,电动机的直流电阻为R,太阳辐射能量的总功率为P,太阳辐射的能量的总功率为P,太阳光垂直照射到该太阳能电池的面板(接受太阳光能的装置)时,单位面积的辐射功率为P0.
（1）此时电动机的功率是多少?(电动机的效率等于电动机的输出功率比输入功率)
（2）假如太阳光穿过太空及在地球表面大气层到达地面时,沿途的能量损耗忽略不计,求
太阳到地球的距离r.
（3）太阳辐射的能量实际上由质子参与的一系列反应产生,而这一系列的反应的总效果相
当于下述核反应:4
若质子
,氦核
,正电子
的质量分别为mP.mo.me,试求在1s内参与上述热核反应的质子数。15分
20．核电站中采用核反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转变成电能。
（1）完成下列核反应式：
+ + d + r + 3 + 8 + 反中微子
（反中微子的质量数和电荷数均为零）
（2）写出核裂变反应和一般化学反应的不同点（请答3点）
（3）核电站在热量的循环系统中应用了钠钾合金作为传热介质，试根据钠钾合金的性质
说明这一应用的两点理由。
（4）依据上述核反应方程式，计算1kg铀235全部裂变可能产生多少kJ的能量？需要燃
烧多少千克标准煤才能释放出相同的能量？16分
已知：铀（U）核的质量为235.0439u，中子质量为1.0087u，钕（Nd）核的质量为
142.9098u，锆（Zr）核的质量为89.9074u，1u=1.6606×10-27kg，燃烧1kg标准煤能产生
2.93×104kJ的热量。
参考答案
| 题号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 序号 | B | ABCD | C | CD | D | D | ABC | ABC | ACD | D |
11．动量 基因突变 
射线
12．ADCBE
13.4.9×1044
14．根据ΔE=hc/λ得到能级差为
EB－EA=2.1ev
EC－EA=3.8ev
ED－EA=4.4ev 5分
EE－EA=2.4ev
作出能级图为-------------5分
15.解：每个光子能量为hν=h
1秒内射入瞳孔引起视觉的最低能量E=6hν=
-------------3分
1秒内辐射的能量为E＇=0.1J
由题意 E=
E＇ -------------3分 R=
，R=2.1×105m
-------------3分
16．⑴由波尔理论
E3=
=－1.51ev
ΔE=E3－E1=12.09ev ΔE=hc/λ
λ=1.03×10-7m---------------------------4分
⑵由库仑定律 m
当r=r1时，EK1=
=13.6ev 当n=3时，r3=n2r1，EK3==1.51ev------------4分
⑶En=Ekn+EPn-----------------------2分 EPn=En－Ekn 基态时EP1=－27.2ev
EP3=E3－EK3=－3.02ev EP=－24.18ev -------------------------4分
17． ⑴
(2分)
⑵ΔE=Δmc2=3.26Mev (2分)
⑶ΔE+2×0.35=
(4分)
中子和的动量大小相同------------------------ (2分)
的动能为0.99Mev
中子的动能为2.98Mev
-----------------(4分)
18．⑴解：星体成为黑洞，表面光子能量应满足
hv+EP＜0----------------------------(4分)
hv=mc2
mc2=
-----------(4分)
r=
⑵有关数据代入r= 得到：r=3Km --------(4分)
19．⑴Pλ=UI，P出=UI－I2R η=
----------------3分
⑵P=P0S S=4πr2 r=
----------------4分
⑶E=Pt E=Δmc2- ---------------4分
质子数为N，N=(
)×4=
--------------------4分
20． (1)r ----------------------2分
(2)对单位质量而言，核裂变反应的能量远大于化学反应的能量。
核反应是原子层次上的变化，而化学反应是分子层次上的变化，一种同位素不论处在何种价态，它们的核反应性质相同，而它们的化学反应性质是不同的。
同一元素的不同同位素，它们的化学性质相同，但它们的核反应性质不同。
(4分)
(3)钠钾合金熔点低，常温下为液态，可在管道中自由流动。(4分)
E=[×6.02×1023×(235.0439-142.9098-89.9047-2×1.0087)×1.6606×10-27×(3×108)2]--- --3分
=8.12×1013J=8.12×1010kJ
需烧标准煤
m==2.77×106kg
(3分)