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培優(yōu)點(diǎn)二十三 原子物理 一、考點(diǎn)分析 1. 本部分內(nèi)容涉及點(diǎn)較多，改為必考內(nèi)容后，從這兩年的命題看，逐漸向著多個(gè)考點(diǎn)融合的方向發(fā)展，且主要以選擇題的形式考查。 2. 記住幾個(gè)二級(jí)結(jié)論： (1)遏止電壓Uc與入射光頻率ν、逸出功W0間的關(guān)系式：Uc＝ν－。 (2)截止頻率νc與逸出功W0的關(guān)系：hνc－W0＝0，據(jù)此求出截止頻率νc。 (3)光照引起的原子躍遷，光子能量必須等于能級(jí)差；碰撞引起的躍遷，只需要實(shí)物粒子的動(dòng)能大于(或等于)能級(jí)差。 (4)大量處于定態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)可能產(chǎn)生的光譜線條數(shù)：Cn2＝。 (5)磁場(chǎng)中的衰變：外切圓是α衰變，內(nèi)切圓是β衰變，半徑與電荷量成反比。 (6)平衡核反應(yīng)方程：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。 二、考題再現(xiàn) 典例1. (2018?全國(guó)II卷?17)用波長(zhǎng)為300 nm的光照射鋅板，電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.2810-19 J。已知普朗克常量為6.6310-34 Js，真空中的光速為3.00108 ms-1，能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為( ) A. 11014 Hz B. 81014 Hz C. 21015 Hz D. 81015 Hz 【解析】由光電效應(yīng)方程式，得，剛好發(fā)生光電效應(yīng)的臨界頻率為，則，代入數(shù)據(jù)可得，故B正確。 【答案】B 典例2. (2018?全國(guó)III卷?14) 1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為( ) A. 15和28 B. 15和30 C. 16和30 D. 17和31 【解析】本題考查核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒 可知，X的電荷數(shù)為2＋13＝15，質(zhì)量數(shù)為4＋27－1＝30，根據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，選項(xiàng)B正確。 【答案】B 三、對(duì)點(diǎn)速練 1. 下列說(shuō)法中正確的是( ) A. 在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，只要入射光足夠強(qiáng)，時(shí)間足夠長(zhǎng)，金屬表面就會(huì)逸出光電子 B．在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，飽和光電流大小取決于入射光頻率，頻率越大，飽和光電流越大 C．根據(jù)玻爾的原子理論，氫原子從n＝5的激發(fā)態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)時(shí)，原子能量減小，電勢(shì)能增加 D．根據(jù)玻爾的原子理論，大量處于基態(tài)的氫原子吸收波長(zhǎng)為λ0的光子后，如果輻射出3種頻率的光子，則其中波長(zhǎng)最小的為λ0 【答案】D 2. 如圖所示為氫原子的能級(jí)圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，在向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為1.90 eV的金屬銫，下列說(shuō)法正確的是(　　) A. 這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光，其中從n＝4躍遷到n＝3所發(fā)出的光波長(zhǎng)最短 B. 這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的光，其中從n＝4躍遷到n＝1所發(fā)出的光頻率最高 C. 金屬銫表面所逸出的光電子的初動(dòng)能最大值為12.75 eV D. 金屬銫表面所逸出的光電子的初動(dòng)能最大值為10.85 eV 【答案】D 【解析】從n＝4躍遷到n＝3所發(fā)出的光的頻率最小，波長(zhǎng)最長(zhǎng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；這群氫原子能發(fā)出第=6種頻率的光子，從n＝4躍遷到n＝1所發(fā)出的光的頻率最高，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光電子的最大初動(dòng)能對(duì)應(yīng)入射光子的頻率最高時(shí)，最大入射光能量對(duì)應(yīng)的入射光子的頻率最高，即ΔE＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.60 eV)＝12.75 eV，由光電效應(yīng)方程知Ek＝ΔE－W0＝10.85 eV，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。 3．根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級(jí)公式為(n為能級(jí)，A為基態(tài)能量)，一個(gè)氫原子中的電子從n＝4的能級(jí)直接躍遷到基態(tài)，在此過(guò)程中(　　) A．氫原子輻射一個(gè)能量為的光子 B．氫原子輻射一個(gè)能量為－的光子 C．氫原子輻射一系列頻率的光子，其中頻率最大的光子能量為 D．氫原子輻射一系列頻率的光子，其中頻率最大的光子能量為－ 【答案】B 【解析】根據(jù)玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從n＝4的能級(jí)直接躍遷到基態(tài)，輻射一個(gè)光子的能量為ΔE＝E4－E1＝－＝－，選項(xiàng)B正確，A、C、D錯(cuò)誤。 4. 下列說(shuō)法中正確的是(　　) A. 鈾核裂變的某種核反應(yīng)方程是 B. 已知質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是 C. 盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子 D. 一群處于能級(jí)態(tài)的氫原子，自發(fā)向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中能輻射12中不同頻率的電磁波 【答案】B 5．近幾年中國(guó)等許多國(guó)家積極發(fā)展“月球探測(cè)計(jì)劃”，該計(jì)劃中的科研任務(wù)之一是探測(cè)月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.0136 u，氦3的質(zhì)量為3.0150 u，氦核的質(zhì)量為4.00151 u，質(zhì)子質(zhì)量為1.00783 u，中子質(zhì)量為1.008665 u，1 u相當(dāng)于931.5 MeV。則下列說(shuō)法正確的是( ) A. 一個(gè)氘和一個(gè)氦3的核聚變反應(yīng)釋放的核能約為17.9 MeV B. 氘和氦3的核聚變反應(yīng)方程式：+→+ X，其中X是中子 C. 因?yàn)榫圩儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少 D. 目前我國(guó)的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進(jìn)行核聚變反應(yīng)發(fā)電 【答案】A 6．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，用頻率為ν的光源照射陰極K產(chǎn)生了光電效應(yīng)，已知逸出功為W，普朗克常量為h，電子的電荷量為e。調(diào)節(jié)變阻器滑動(dòng)片，使光電流逐漸減??；當(dāng)靈敏電流計(jì)示數(shù)恰好減小到零時(shí)，電壓表的示數(shù)U可能是下列的( ) A． B． C． D． 【答案】A 7. 下列說(shuō)法正確的是(　　) A. 鈾核裂變的核反應(yīng)是 B. 玻爾根據(jù)光的波粒二象性，大膽提出假設(shè)，認(rèn)為實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性 C. 原子從低能級(jí)向髙能級(jí)躍遷，不吸收光子也能實(shí)現(xiàn) D. 根據(jù)愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”可知，光的波長(zhǎng)越大，光子的能量越大 【答案】C 8. 下列說(shuō)法正確的是(　　) A．光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動(dòng)量 B．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定 C．將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解，會(huì)改變放射性元素的半衰期 D．原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損 【答案】A 【解析】光子像其他粒子一樣，不但具有粒子性，而且也有波動(dòng)性，則不但具有能量，也具有動(dòng)量，故A正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期與外界因素沒(méi)有任何關(guān)系，只和本身性質(zhì)有關(guān)，C錯(cuò)誤；原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，故D錯(cuò)誤。 9．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開(kāi)關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν 的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(a,0)，與縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(0，－b)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．普朗克常量為h＝ B．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零 C．僅增加照射光的強(qiáng)度，光電子的最大初動(dòng)能將增大 D．保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變 【答案】B 【解析】由hν＝W0＋Ek，變形得Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h＝，故A錯(cuò)誤；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S后，初動(dòng)能大的光電子，也可能達(dá)到陽(yáng)極，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動(dòng)能，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；保持照射光強(qiáng)度不變，僅提高照射光頻率，單個(gè)光子的能量增大，而光的強(qiáng)度不變，那么光子數(shù)一定減少，發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表G的示數(shù)要減小，故D錯(cuò)誤。 10. 用圖示裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，光電管陰極K與滑動(dòng)變阻器的中心抽頭c相連，當(dāng)滑動(dòng)頭P從a移到c的過(guò)程中，光電流始終為零。為了產(chǎn)生光電流，可采取的措施是(　　) A．增大入射光的強(qiáng)度 B．增大入射光的頻率 C．把P向a移動(dòng) D．把P從c向b移動(dòng) 【答案】B 【解析】能否產(chǎn)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，增大入射光的強(qiáng)度，仍不能產(chǎn)生光電流，故A錯(cuò)誤；增大入射光的頻率，當(dāng)入射光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，產(chǎn)生光電效應(yīng)，金屬有光電子發(fā)出，電路中能產(chǎn)生光電流，故B正確；把P向a移動(dòng)，P點(diǎn)電勢(shì)大于c點(diǎn)的電勢(shì)，光電管加上正向電壓，但不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，沒(méi)有光電流形成，故C錯(cuò)誤；把P從c向b移動(dòng)，光電管加反向電壓，不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，沒(méi)有光電流形成，故D錯(cuò)誤。 11. 靜止在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的碳14原子核，某時(shí)刻放射的某種粒子與反沖核的初速度方向均與電場(chǎng)方向垂直，且經(jīng)過(guò)相等的時(shí)間后形成的軌跡如圖所示(a、b表示長(zhǎng)度)。那么碳14的核反應(yīng)方程可能是(　　) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】設(shè)時(shí)間為t，則＝2，＝4，而a＝，故有∶＝1∶2，又因?yàn)閯?dòng)量守恒m1v1＝m2v2，故q1∶q2＝1∶2，故只有A正確。