物理光学 原子和原子核 一、选择题1下列说法正确的是A用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象B在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象D电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来变换频道的22006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过（钙48）轰击（锎249）发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素，实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子x，再连续经过3次衰变后，变成质量为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子x是A中子B质子C电子D粒子3.一个氡核衰变成钋核并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及衰变成的过程放出的粒子是A.0.25g，粒子B.0.75g，粒子C.0.25g，粒子D.0.75g，粒子4氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时A氢原子的能量减小，电子的动能增加 B氢原子的能量增加，电子的动能增加C氢原子的能量减小，电子的动能减小 D氢原子的能量增加，电子的动能减小5一个氘核和一个氚核聚合成一个氦核的反应方程是，此反应过程产生的质量亏损为已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c若1mol氘和1mol氚完全发生核反应生成氦，则在这个核反应中释放的能量为ANABNAC2NAD5NAnEn/eV0-0.85-1.51-3.4-13.643211516如图151为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是A最容易表现出衍射现象的光是由n4能级跃到n1能级产生的B频率最小的光是由n2能级跃迁到n1能级产生的C这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D用n2能级跃迁到n1能级辐射出的光照射逸出功为6.34e的金属铂能发生光电效应7激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距实验中可测得二次曝光时间间隔、双缝到屏之距离以及相邻两条亮纹间距若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是ABCD8用不同频率的紫外光分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子的最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图象已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将二者的Ek图线画在同一个坐标图中，以实线表示钨，虚线表示锌，则图象152中正确的是0.5413.603.401.500.850.380.281234567nE/eV1531529用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线。调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目原来增加了5条。用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量。根据氢原子的能级图153可以判断，n和E的可能值为An1，13.22 eVE13.32 eVBn2，13.22 eVE13.32 eVCn1，12.75 eVE13.06 eVDn2，12.72 eVE13.06 eV101961年德国学者约恩孙发表了一篇论文，介绍了他用电子束做的一系列衍射和干涉实验其中他做的双缝干涉实验，与托马斯杨用可见光做的双缝干涉实验所得到的图样基本相同，这是对德布罗意的物质波理论的又一次实验验证根据德布罗意理论，电子也具有波粒二象性，其德布罗意波长，其中h为普朗克常量，p为电子的动量约恩孙实验时用50kV电压加速电子束，然后垂直射到间距为毫米级的双缝上，在与双缝距离约为35cm的光屏上得到了干涉条纹，但条纹间距很小下列四组方法中，哪些方法一定能使条纹间距变大？A降低加速电子的电压，同时加大双缝间的距离B降低加速电子的电压，同时减小双缝间的距离C加大双缝间的距离，同时使光屏靠近双缝D减小双缝间的距离，同时使光屏远离双缝放射源带电极板带电极板铅盒铝箔射线a射线b照相底片154二、实验题：本题共2小题.共17分.把答案填写在题中的横线上或按题目要求作答.11一置于铅盒中的放射源发射的a、b和g射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强电场。进入电场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图154所示，则图中的射线a为_射线，射线b为_射线。12现有毛玻璃屏A、双缝B、白光光源C、单缝D和透红光的滤光片E等光学元件，要把它们放在图155所示的光具座上组装成双缝干涉装置，用以测量红光的波长遮光筒图155（1）将白光光源C放在光具座最左端，依次放置其他光学元件，由左至右，表示各光学元件的字母排列顺序应为C、_、A（2）本实验的步骤有：取下遮光筒左侧的元件，调节光源高度，使光束能直接沿遮光筒轴线把屏照亮；按合理顺序在光具座上放置各光学元件，并使各元件的中心位于遮光筒的轴线上；用米尺测量双缝到屏的距离；用测量头（其读数方法同螺旋测微器）测量数条亮纹间的距离在操作步骤时还应注意_和_（3）将测量头的分划板中心刻线与某条亮纹中心对齐，将该亮纹定为第1条亮纹，此时手轮上的示数如图156所示然后同方向转动测量头，使分划板中心刻线与第6条亮纹中心对齐，记下此时图157中手轮上的示数_mm，求得相邻亮纹的间距x为_mm图156035 30104035图157（4）已知双缝间距d为2.010-4m，测得双缝到屏的距离l为0.700m，由计算式_，求得所测红光波长为_nm三、计算题：本题共4小题，共63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13（10分）过量的电磁辐射对人体是有害的按照规定，工作场所受到的电磁辐射强度（单位时间垂直单位面积的电磁辐射能量）不得超过某一临界值W0，已知某一种电磁波源的电磁辐射功率为P，假设电磁波源的电磁辐射在各个方向上是均匀的，求符合规定的安全区域到电磁波源的距离至少为多少？14（17分）（1）氢原子第n能级的能量为，其中E1是基态能量。而n1，2，。若一氢原子发射能量为的光子后处于比基态能量高出的激发态，则氢原子发射光子前后分别处于第几能级？（2）一速度为v的高速粒子（）与同方向运动的氖核（）发生弹性正碰，碰后粒子恰好静止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）15315（18分）如图158所示，在xOy平面上，一个以原点O为圆心，半径为4R的圆形磁场区域内存在着匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面向里，在坐标（2R，0）处静止着一个具有放射性的原子核氮（），某时刻该核发生衰变，放出一个正电子和一个反冲核，已知正电子从A处射出时速度方向垂直于x轴，且后来通过了y轴，而反冲核刚好不离开磁场区域。不计重力影响和粒子间的相互作用。（1）试写出衰变方程；（2）求正电子最后过y轴时的坐标。16（18分）两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核（氦的同位素）已知氘核质量m0=2.0136u，氦核质量=3.015u，中子质量mn=1.0087u（1）写出聚变方程并算出释放的核能（已知1u= 931.5MeV）（2）若反应前两氘核的动能均为Ek0=0.35MeV，它们正面对撞发生核聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大?单元检测1B2A3B4A 提示：氢原子中的核外电子从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道上时，原子释放出光子，电场力做正功,电子电势能减少，减少的电势能转化为电子的动能和光子的能量，同时系统的总能量减小5B 提示：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时，释放出的能量为，1mol的氘核和1mol的氚核结合成1mol的氦核释放能量为6D7B 提示：由双缝干涉条纹间距公式得，根据题给信息，有d=vt则，解得，B选项正确8A 提示：在发生光电效应的情况下，根据爱因斯坦光电效应方程，有，则，显然，在Ekv图象中，光电子的最大初动能Ek随入射光的频率变化是一条倾斜的直线，其中普朗克常数h表示图象的斜率，W表示图线在纵轴上的截距，由题给条件知，锌的逸出功大于钨的逸出功，故选项A正确。9AD 提示：氢原子从量子数为n的能级向各低能级跃迁时发出光谱线的数目为，根据题意可知，存在n=1，n=2两种可能。10BD 提示：根据动能定理可知，则德布罗意波长；由双缝干涉条纹公式知，要增大，在保持l不变的情况下，可降低加速电压，同时减小双缝间距离；在保持不变的情况下，可减小双缝间的距离，同时使光屏远离双缝，B、D两选项正确11 g，b；提示：根据a、b、g粒子的电性及在电场中的受力判断。12（1）E、D、B；（2）单缝和双缝间距5cm10cm，使单缝与双缝相互平行；（3）13.870，2.310；（4），6.6102提示：（1）滤光片E是从白光中选出单色红光，单缝屏是获取点光源，双缝屏是获得相干光源，最后成像是毛玻璃屏所以排列顺序为：C、E、D、B、A（2）在操作步骤时应注意的事项有：放置单缝、双缝时，必须使缝平行；单缝、双缝间距离大约为5cm10cm；要保证光源、滤光片、单缝、双缝和光屏的中心在同一轴线上（3）螺旋测微器的读数应该：先读整数刻度，然后看半刻度是否露出，最后看可动刻度，读数为13.870mm，图2读数为2.320mm，所以相邻条纹间距x=mm（4）由条纹间距公式得：代入数值得：=6.6107m=6.7102nmm13（10分）解：设符合规定的安全区域到电磁波源的至少距离为R，则解得14（17分）解：（1）设氢原子发射光子前后分别位于第l与第m能级，依题意有：解得：m2，l4（2）设碰撞前后氖核速度分别为v0、vNe，由动量守恒与机械能守恒定律得：且解得：，15（18分）解：（1）（2）因为反冲核刚好不离开磁场，那么反冲核的轨迹直径可能为2R或6R，设反冲核和正电子在磁场中的运动半径分别为rc和re，则由动量守恒定律得：对反冲核，由洛伦兹力提供向心力得解得同理，有而qc=6e解得re=6rc由正电子后来通过了y轴可知反冲核直径只可能为2R，即rc=R，re=6R则反冲核和正电子的轨迹如图答151所示设正电子轨迹与磁场边界交点为P，与y轴交点为Q，由几何关系得答151