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專題五 近代物理初步 [真題再現(xiàn)]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2017全國卷Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電，氘核聚變反應(yīng)方程是 H＋H→He＋n，已知 H的質(zhì)量為2.013 6 u，He的質(zhì)量為3.015 0 u，n的質(zhì)量為1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為 A．3.7 MeV　　　　　　　　B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV 解析　氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損為Δm＝22.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝0.003 5931 MeV/c2c2≈3.3 MeV，選項(xiàng)B正確。 答案　B 2．(2018全國卷Ⅲ)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al，產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X：α＋Al→n＋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。在核反應(yīng)過程中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒，則X的原子序數(shù)為2＋13－0＝15，X的質(zhì)量數(shù)為4＋27－1＝30，選項(xiàng)B正確。 答案　B 3．(2018全國卷Ⅱ)用波長為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　本題考查光電效應(yīng)規(guī)律。由光電效應(yīng)方程得Ek＝－W0，而能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率ν0應(yīng)滿足hν0＝W0，聯(lián)立得ν0＝－＝81014 Hz，故選項(xiàng)B正確。 答案　B 4．(2017天津卷)如圖5－1所示，我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是 圖5－1 A. H＋ H→ He＋ n B. N＋ He→ O＋ H C. He＋ Al→ P＋ n D. U＋ n→ Ba＋ Kr＋3 n 解析　 H＋ H→ He＋ n是一個(gè)氘核與一個(gè)氚核結(jié)合成一個(gè)氦原子核，同時(shí)放出一個(gè)中子，屬于聚變反應(yīng)，故A正確； N＋ He→ O＋ H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)，他用α粒子轟擊氮原子核，產(chǎn)生氧的同位素——氧17和一個(gè)質(zhì)子，是人類第一次實(shí)現(xiàn)的原子核的人工轉(zhuǎn)變，屬于人工核反應(yīng)，故B錯(cuò)誤； He＋ Al→ P＋ n是小居里夫婦用α粒子轟擊鋁片時(shí)發(fā)現(xiàn)了放射性磷(磷30)，屬于人工核反應(yīng)，故C錯(cuò)誤； U＋ n→ Ba＋ Kr＋3 n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應(yīng)，故D錯(cuò)誤。 答案　A [考情分析] 分值 6分 題型 選擇題 命題 熱點(diǎn) (1)光電效應(yīng) (2)氫原子能級躍遷 (3)原子核的衰變 (4)核反應(yīng)方程、核能 考點(diǎn)一　光電效應(yīng) 1．光電效應(yīng)的研究思路 (1)兩條線索： (2)兩條對應(yīng)關(guān)系： 2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0的研究對象是金屬表面的電子，意思是說，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大(如圖5－2所示)，直線的斜率為h，直線與ν軸的交點(diǎn)的物理意義是截止頻率νc，直線與Ek軸交點(diǎn)的物理意義是逸出功的負(fù)值。 圖5－2 【題組突破】 1．(2018日照二模)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用頻率為ν的光照射時(shí)，有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是 A．光照時(shí)間越長，光電流就越大 B．減小入射光的強(qiáng)度，光電流消失 C．用頻率小于ν的光照射，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 D．用頻率為2ν的光照射，光電子的初動(dòng)能變大 解析　發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光子頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能越大，光強(qiáng)度會(huì)影響單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目。光電流的大小與入射光的時(shí)間無關(guān)，入射光的強(qiáng)度越大，飽和光電流越大，故A錯(cuò)誤；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，減小入射光的強(qiáng)度，電流不能消失，故B錯(cuò)誤；用頻率為ν的光照射時(shí)，有光電流產(chǎn)生，用頻率小于ν的光照射，光電效應(yīng)現(xiàn)象不一定消失，還要看入射光的頻率是否小于極限頻率，故C錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增大而增大，故D正確。 答案　D 2．(多選)(2017全國卷Ⅲ)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是 A．若νa＞νb，則一定有Ua＜Ub B．若νa＞νb，則一定有Eka＞Ekb C．若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb D．若νa＞νb，則一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb 解析　設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能隨υ的增大而增大，B項(xiàng)正確；又Ek＝eU，則最大初動(dòng)能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項(xiàng)錯(cuò)誤；又hν－Ek＝W，W相同，則D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　BC 3．光電效應(yīng)方程的應(yīng)用 (多選)用如圖5－3所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，所用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，電流表G的示數(shù)不為零；移動(dòng)變阻器的觸頭c，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，則下列說法正確的是 圖5－3 A．光電子的最大初動(dòng)能始終為1.05 eV B．開關(guān)S斷開后，電流表G中有電流流過 C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓增大，電流增大 D．改用能量為2.5 eV的光子照射，移動(dòng)變阻器的觸頭c，電流表G中也可能有電流 解析　該裝置所加的電壓為反向電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于1.7 V時(shí)，電流表示數(shù)為0，可知光電子的最大初動(dòng)能為1.7 eV，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，得W0＝1.05 eV，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；開關(guān)S斷開后，用光子能量為2.75 eV的光照射到光電管上時(shí)發(fā)生了光電效應(yīng)，有光電子逸出，則有電流流過電流表，故選項(xiàng)B正確；當(dāng)滑動(dòng)觸頭向a端滑動(dòng)時(shí)，反向電壓增大，則到達(dá)中心電極的電子的數(shù)目減少，電流減小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；改用能量為2.5 eV的光子照射，2.5 eV大于1.05 eV，仍然可以發(fā)生光電效應(yīng)，移動(dòng)變阻器的觸頭c，電流表G中可能有電流，故選項(xiàng)D正確。 答案　BD 考點(diǎn)二　原子的能級躍遷 1．原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)歷程 2．原子能級躍遷問題的解題技巧 (1)原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。 (2)原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值。 (3)一群原子和一個(gè)原子不同，它們的核外電子向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射光子的種類N＝C＝。 【題組突破】 1．(2018安徽聯(lián)考)如圖5－4所示為氫原子的能級圖，已知金屬鉑的逸出功為6.34 eV，則下列說法正確的是 圖5－4 A．處于基態(tài)的氫原子可以吸收能量為10.5 eV的光子而被激發(fā) B．用n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射的光照射金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng) C．用能量為12.5 eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，一定不能使氫原子發(fā)生能級躍遷 D．要使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離，入射光子的能量只能等于13.6 eV 解析　氫原子發(fā)生能級躍遷時(shí)，其只能吸收(或輻射)光子能量等于兩能級間的能級差的光子，n＝1→n＝2吸收的光子能量為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，n＝1→n＝3吸收的光子能量為－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eV，能量為10.5 eV的光子不能被吸收，A錯(cuò)誤；從n＝4能級躍遷到n＝1能級輻射光子的能量為－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，大于金屬鉑的逸出功，能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，B正確；用能量為12.5 eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，可能使氫原子發(fā)生能級躍遷，C錯(cuò)誤；入射光子的能量大于13.6 eV時(shí)，可使處于基態(tài)的氫原子發(fā)生電離，D錯(cuò)誤。 答案　B 2．根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級公式為En＝(n為能級，A為基態(tài)能量)，一個(gè)氫原子中的電子從n＝4的能級直接躍遷到基態(tài)，在此過程中 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－ 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。 答案　B 3．(2018淮北二模)如圖5－5所示為氫原子的能級示意圖，那么對氫原子在能級躍遷過程中輻射或吸收光子的特征認(rèn)識(shí)正確的 圖5－5 A．處于基態(tài)的氫原子可以吸收14 eV的光子使電子電離 B．一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能輻射出4種不同頻率的光子 C．一群處于n＝2能級的氫原子吸收2 eV的光子可以躍遷到n＝3能級 D．用能量為10.3 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) 解析　基態(tài)氫原子的能量為－13.6 eV，吸收14 eV的光子能量可以發(fā)生電離，故A正確，根據(jù)C＝3知，一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能輻射出3種不同頻率的光子，故B錯(cuò)誤。n＝2和n＝3間的能級差為1.89 eV,2 eV的光子不能被吸收，不會(huì)發(fā)生躍遷，故C錯(cuò)誤。10.3 eV的能量不等于激發(fā)態(tài)能量與基態(tài)的能量差，則該光子能量不能被吸收而發(fā)生躍遷，故D錯(cuò)誤。故選A。 答案　A 考點(diǎn)三　原子核的衰變、核反應(yīng)方程 1．原子核的衰變 (1)衰變的分類 α衰變：X→Y＋He β衰變：X→Y＋e (2)兩個(gè)典型的衰變方程 α衰變：U→Th＋He β衰變：Th→Pa＋e。 2．半衰期 (1)定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。 (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。 (3)公式：N余＝N原 m余＝m原 t表示衰變時(shí)間 τ表示半衰期。 3．典型裂變、聚變反應(yīng) U＋n→Kr＋Ba＋3n H＋H→He＋n＋17.6MeV 4．人工轉(zhuǎn)變 盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子： N＋He―→O＋H 查德威克發(fā)現(xiàn)中子 He＋Be―→C＋n 約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子 Al＋He―→P＋n P―→3014Si＋e。 【題組突破】 1．對衰變規(guī)律的理解 (多選)U是一種放射性元素，能夠自發(fā)地進(jìn)行一系列放射性衰變，如圖5－6所示，下列說法正確的是 圖5－6 A．圖中a是84，b是206 B.Pb比U的比結(jié)合能大 C．Y和Z是同一種衰變 D．Y是β衰變，放出電子，電子是由中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的 解析　由Po變到Pb，質(zhì)量數(shù)少4，知發(fā)生了一次α衰變，則電荷數(shù)少2，所以a＝84，由Bi變到Tl，發(fā)生了一次α衰變，則b＝206，選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。比結(jié)合能小的原子核結(jié)合或分裂成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得知，一定釋放核能，因此核反應(yīng)放出能量，則Pb比U的比結(jié)合能大，選項(xiàng)B正確。 答案　ABC 2．對半衰期的理解 (多選)研制核武器的钚239(Pu)可由鈾239(U)經(jīng)過衰變而產(chǎn)生，下列敘述正確的是 A．钚239和鈾239是同位素 B．鈾239經(jīng)過一個(gè)半衰期時(shí)原子核的數(shù)量減少為原來的一半 C．鈾239經(jīng)過一次α衰變產(chǎn)生钚239 D．鈾239經(jīng)過二次β衰變產(chǎn)生钚239 解析　同位素具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由半衰期的概念可知B項(xiàng)正確；由UPu＋2e，D正確。 答案　BD 3．(2017課標(biāo)Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為 U→ Th＋ He，下列說法正確的是 A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能 B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間 D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 解析　本題考查天然放射現(xiàn)象、半衰期、核反應(yīng)中的動(dòng)量守恒、質(zhì)量虧損，考查學(xué)生的理解能力。靜止的原子核在衰變前后動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律得0＝m1v1＋m2v2，可知m1v1＝－m2v2，故衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小，選項(xiàng)B正確；動(dòng)能Ek＝，由于釷核的質(zhì)量(m1)大于α粒子的質(zhì)量(m2)，故動(dòng)能不等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；鈾核的半衰期是指大量的鈾核半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間，而不是放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；原子核衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒，衰變時(shí)放出核能，質(zhì)量虧損，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　B 4．核反應(yīng)方程的書寫與反應(yīng)類型的判斷 (2016全國Ⅱ)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________。(填正確答案標(biāo)號) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 解析　α衰變是原子核自發(fā)地放射出α粒子的核衰變過程，選C；β衰變是原子核自發(fā)地放射出β粒子的核衰變過程，選A、B；重核裂變選E；輕核聚變選F。 答案　C　AB　E　F 考點(diǎn)四　核能的計(jì)算 核能的計(jì)算方法 (1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算時(shí)，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。 (2)根據(jù)ΔE＝Δm931.5(MeV)計(jì)算時(shí)，因1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量。Δm的單位是“u”，所以ΔE的單位是“MeV”。 (3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能： 原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能核子數(shù)。 　(1)氡222是一種天然放射性氣體，被吸入后，會(huì)對人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷。它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一，其衰變方程是RnPo＋________。已知Rn的半衰期約為3.8天，則約經(jīng)過______天，16 g的Rn衰變后還剩1 g。 (2)海水中含有豐富的氘，完全可充當(dāng)未來的主要能源。兩個(gè)氘核的核反應(yīng)為H＋H→He＋n，其中氘核的質(zhì)量為2.013 0 u，氦核的質(zhì)量為3.015 0 u，中子的質(zhì)量為1.008 71 u相當(dāng)于931.5 MeV，求： ①核反應(yīng)中釋放的核能； ②在兩個(gè)氘核以相同的動(dòng)能0.35 MeV進(jìn)行對心碰撞，并且核能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下，求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動(dòng)能。 [思路探究]　(1)書寫核反應(yīng)方程時(shí)應(yīng)注意什么？ (2)計(jì)算核能的公式ΔE＝Δmc2中各符號的意義是什么？ [解析]　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知應(yīng)是He(或α)，根據(jù)m＝m0()， 解得t＝3.84天＝15.2天。 (2)①核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm＝2mH－mHe－mn 由ΔE＝Δmc2可知釋放的核能 ΔE＝(2mH－mHe－mn)c2＝2.14 MeV。 ②把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，碰撞過程系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，由于碰撞前兩氘核的動(dòng)能相等，其動(dòng)量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動(dòng)量為零，設(shè)碰撞后瞬間氦核、中子的速度分別為vHe、vn，動(dòng)能分別為EkHe、Ekn，碰撞前氘核的動(dòng)能ΔEkH＝0.35 MeV，則 mHevHe＋mnvn＝0 碰撞前后系統(tǒng)的總能量守恒，則 MHev＋mnv＝ΔE＋2ΔEkH 又有mHe∶mn＝3∶1 EkHe＝mHev，Ekn＝mnv 解得EkHe＝0.71 MeV，Ekn＝2.13 MeV。 [答案]　(1)He或α　15.2 (2)①2.14 MeV　②2.13 MeV　0.71 MeV 【題組突破】 1．質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程 (多選)下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個(gè)：U＋n→Xe＋Sr＋10n已知U的質(zhì)量為235.043 9 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u，鍶90的質(zhì)量為89.907 7 u，氙136的質(zhì)量為135.907 2 u，則此核反應(yīng)中 A．質(zhì)量虧損為Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2)u B．質(zhì)量虧損為Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－101.008 7)u C．釋放的總能量為ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－101.008 7)(3108)2 J D．釋放的總能量為ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－101.008 7)931.5 MeV 答案　BD 2．結(jié)合能 (多選)如圖5－7所示是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像，下列說法中正確的是 圖5－7 A．若原子核D和E結(jié)合成F，結(jié)合過程一定會(huì)吸收核能 B．若原子核D和E結(jié)合成F，結(jié)合過程一定會(huì)釋放核能 C．若原子核A分裂成B和C，分裂過程一定會(huì)吸收核能 D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度 答案　BD 3．重核裂變 (多選)核電站的核能來源于 U核的裂變，下列說法中正確的是 A．反應(yīng)后的核廢料已不具有放射性，不需要進(jìn)一步處理 B. U的一種可能的裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，如 Xe和 Sr，反應(yīng)方程為 U＋ n―→ Xe＋ Sr＋2 n C. U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短 D．一個(gè) U核裂變的質(zhì)量虧損為Δm＝0.215 5 u，則釋放的核能約201 MeV 解析　反應(yīng)后的核廢料仍然具有放射性，需要進(jìn)一步處理，故A錯(cuò)誤；發(fā)生核反應(yīng)的過程滿足電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，故反應(yīng)方程為 U＋ n→ Xe＋ Sr＋2 n，故B正確；半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素決定，與外部環(huán)境無關(guān)，即升高溫度并不能使半衰期縮短，故C錯(cuò)誤；根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝0.215 5931 MeV≈201 MeV，故D正確。 答案　BD 一、單項(xiàng)選擇題 1．(2017北京卷)2017年年初，我國研制的“大連光源”——極紫外自由電子激光裝置，發(fā)出了波長在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強(qiáng)的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。 一個(gè)處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個(gè)分子，但又不會(huì)把分子打碎。據(jù)此判斷，能夠電離一個(gè)分子的能量約為(取普朗克常量h＝6.610－34 Js，真空光速c＝3108 m/s) A．10－21 J　　　　　　　　B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析　光子的能量E＝hν，c＝λν，聯(lián)立解得E≈210－18 J，故選項(xiàng)B正確。 答案　B 2．甲、乙光子的能量之比為2∶1，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為E1、E2。該金屬的逸出功為 A．E1＋E2 B．E1－E2 C．E1＋2E2 D．E1－2E2 解析　根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，對應(yīng)甲光子有hν甲＝E1＋W0，對應(yīng)乙光子有hν乙＝E2＋W0又知hν甲＝2hν乙，解得W0＝E1－2E2，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)A、B、C錯(cuò)誤。 答案　D 3．(2018汕頭二模)如圖5－8所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.6310－34 Js，由圖可知 圖5－8 A．該金屬的極限頻率為4.31014 Hz B．該金屬的極限頻率為5.51014 Hz C．該金屬的逸出功為810－20 J D．該圖線斜率的倒數(shù)表示普朗克常量 解析　由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知該圖線的斜率為普朗克常量，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為金屬的極限頻率ν0，即ν0＝4.31014 Hz，A選項(xiàng)正確，B、D選項(xiàng)均錯(cuò)誤；金屬的逸出功W＝hν0＝6.6310－344.31014 J≈2.851019 J，C選項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案　A 4．(2018天津卷)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是 圖5－9 A.N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生8O并放出一個(gè)粒子 B.Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生P并放出一個(gè)粒子 C.5B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生Be并放出一個(gè)粒子 D.Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生He并放出一個(gè)粒子 解析　本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒的原則，可寫出選項(xiàng)中的四個(gè)核反應(yīng)方程。7N＋He→8O＋H，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。Al＋He→P＋n，選項(xiàng)B正確。5B＋H→Be＋He，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。Li＋H→He＋He，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　B 5．(2018太原模擬)核電站泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天，會(huì)釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時(shí)會(huì)輻射γ射線。下列說法正確的是 A．碘131釋放的β射線由氦核組成 B．銫137衰變時(shí)輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量 C．與銫137相比，碘131衰變更慢 D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù) 解析　β射線是高速運(yùn)動(dòng)的電子流，不是氦原子核，A錯(cuò)誤；γ射線的頻率大于可見光的頻率，根據(jù)E＝hν可知，γ射線光子能量大于可見光光子能量，B錯(cuò)誤；半衰期越短，衰變越快，C錯(cuò)誤；銫133和銫137都是銫元素，是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同位素，所以D正確。 答案　D 6．如圖5－10所示是原子物理史上幾個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，關(guān)于這些實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是 圖5－10 A．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．放射線在磁場中偏轉(zhuǎn)，中間沒有偏轉(zhuǎn)的為γ射線，電離能力最強(qiáng) C．電壓相同時(shí)，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān) D．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核的裂變 解析　盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了原子的“棗糕模型”結(jié)構(gòu)，提出了原子的“核式結(jié)構(gòu)模式”，故A錯(cuò)誤；中間沒有偏轉(zhuǎn)的為γ粒子，電離能力最弱，而穿透能力最強(qiáng)，故B錯(cuò)誤；由圖可知，光照越強(qiáng)，光電流越大，遏止電壓與光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯(cuò)誤；重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故D正確。 答案　D 7．(2018南陽第四次段考)在正負(fù)電子對撞機(jī)中，一個(gè)電子和一個(gè)正電子對撞發(fā)生湮滅而轉(zhuǎn)化為一對光子。設(shè)正、負(fù)電子的質(zhì)量在對撞前均為m，對撞前的動(dòng)能均為E，光在真空中的傳播速度為c，普朗克常量為h，則對撞后轉(zhuǎn)化成光子的波長等于 A. B. C. D. 解析　該反應(yīng)方程為e＋e→2γ，由于光子的靜止質(zhì)量為零，所以質(zhì)量的虧損為Δm＝2m，由質(zhì)能方程，對應(yīng)的能量為ΔE＝2mc2，根據(jù)能量守恒可知2hν＝2E＋ΔE，即有＝2E＋2mc2，所以光子在真空中波長λ＝，C正確。 答案　C 8．如圖5－11所示為氫原子的能級示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為2.49 eV的金屬鈉。下列說法正確的是 圖5－11 A．這群氫原子能發(fā)出3種不同頻率的光，其中從n＝3躍遷到n＝2所發(fā)出的光波長最短 B．這群氫原子能發(fā)出2種不同頻率的光，其中從n＝3躍遷到n＝1所發(fā)出的光頻率最小 C．金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為9.60 eV D．金屬鈉表面發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為11.11 eV 解析　一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，可能發(fā)出3種不同頻率的光子，因?yàn)閚＝3和n＝2間能級差最小，所以從n＝3躍遷到n＝2發(fā)出的光子頻率最低，根據(jù)λ＝可知波長最長；因?yàn)閚＝3和n＝1間能級差最大，所以從n＝3躍遷到n＝1間能級差最大，所以從n＝3躍遷到n＝1發(fā)出的光子頻率最高，波長最短，故A、B錯(cuò)誤。從n＝3躍遷到n＝1發(fā)出的光子頻率最高，發(fā)出的光子能量為ΔE＝13.60 eV－1.51 eV＝12.09 eV。根據(jù)光電效應(yīng)Ekm＝hν－W0得，最大初動(dòng)能Ekm＝12.09 eV－2.49 eV＝9.60 eV，故D錯(cuò)誤。 答案　C 二、多項(xiàng)選擇題 9．(2018長春外國語學(xué)校二模)如圖5－12所示為氫原子的能級圖，一群氫原子處在n＝4能級的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它向低能級躍遷時(shí)共輻射六種不同頻率的光，其中有2種可見光，有3種紫外線，1種紅外線。關(guān)于這六種不同頻率的光，下列說法正確的是 圖5－12 A．從n＝4躍遷到n＝1輻射出來的光是紫外線 B．從n＝4躍遷到n＝2輻射出來的光是可見光 C．從n＝2躍遷到n＝1輻射出來的光是紅外線 D．從n＝3躍遷到n＝2輻射出來的光是紫外線 解析　一群氫原子處在n＝4能級的激發(fā)態(tài)，由它向低能級躍遷時(shí)共輻射六種不同頻率的光，其中有2種可見光，有3種紫外線，1種紅外線，因紫外線的頻率最高，則能量最大，而紅外線頻率最低，則能量最小，可見光處于中間，從n＝4躍遷到n＝1，n＝3躍遷到n＝1，n＝2躍遷到n＝1，輻射出來的光都是紫外線，故A正確，C錯(cuò)誤；從n＝4躍遷到n＝3，輻射出來只能是紅外線，那么從n＝4躍遷到n＝2，從n＝3躍遷到n＝2，均是可見光，故B正確，D錯(cuò)誤。 答案　AB 10．(2018石家莊二模)下列說法正確的是 A．太陽輻射的能量來自太陽內(nèi)部的裂變反應(yīng) B．放射性元素的半衰期與外界壓強(qiáng)、原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān) C．依據(jù)玻爾理論氫原子從高能級狀態(tài)向低能級狀態(tài)躍遷時(shí)會(huì)輻射光子 D．紫光照射金屬板發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，增大入射光強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能增大 解析　太陽輻射的能量來自太陽內(nèi)部的輕核聚變，A錯(cuò)。半衰期是由原子核內(nèi)部的因素決定的，與外界壓強(qiáng)、原子的化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，B對。氫原子從高能級向低能級躍遷時(shí)多余的能量會(huì)以光子的形式釋放出來，C對。光電效應(yīng)中飛出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無關(guān)，與入射光頻率有關(guān)，D錯(cuò)。 答案　BC 11．(2018太原二模)據(jù)媒體報(bào)道，叛逃英國的俄羅斯前特工利特維年科在倫敦離奇身亡，英國警方調(diào)查認(rèn)為毒殺利特維年科的是超級毒藥——放射性元素釙( Po)。若元素釙發(fā)生某種衰變，其半衰期是138天，衰變方程為Po→Pb＋Y＋γ。下列說法正確的是 A．該元素發(fā)生的是β衰變 B．Y原子核含有4個(gè)核子 C．γ射線是衰變形成的鉛核釋放的 D．200 g的Po經(jīng)276天，已發(fā)生衰變的質(zhì)量為150 g 解析　元素釙Po的衰變方程為Po→Pb＋He＋γ，發(fā)生的是α衰變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；Y原子核，即氦核含有4個(gè)核子，選項(xiàng)B正確；γ射線是衰變形成的鉛核釋放的，選項(xiàng)C正確；200 gPo經(jīng)276天，發(fā)生兩次衰變，剩余的Po的質(zhì)量為200 g()2＝50 g，故已發(fā)生衰變的質(zhì)量為150 g，選項(xiàng)D正確。 答案　BCD 12．研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5－13所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極K時(shí)，有光電子產(chǎn)生。由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A做減速運(yùn)動(dòng)。光電流i由圖中電流計(jì)G測出，反向電壓U由電壓表V測出，當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱為反向遏止電壓Uc。在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖像中，正確的是 圖5－13 解析　反向電壓U和頻率一定時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)成正比，則單位時(shí)間到達(dá)陰極A的光電子數(shù)與光強(qiáng)也成正比，故光電流i與光強(qiáng)I成正比，A正確。由動(dòng)能定理知－qUc＝0－Ekm，又因Ekm＝hν－W0，所以Uc＝－，可知遏止電壓Uc與頻率ν是線性關(guān)系，不是正比關(guān)系，故B錯(cuò)誤。光強(qiáng)I與頻率ν一定時(shí)，光電流i隨反向電壓的增大而減小，又據(jù)光電子動(dòng)能大小的分布概率及發(fā)生后的方向性可知，C正確。由光電效應(yīng)知金屬中的電子對光子的吸收是十分迅速的，時(shí)間小于10－9 s時(shí)，10－9 s后，光強(qiáng)I和頻率ν一定時(shí)，光電流恒定，故D正確。 答案　ACD 13.(2018洛陽調(diào)研)靜止在勻強(qiáng)磁場中的 U核發(fā)生α衰變，產(chǎn)生一個(gè)未知粒子x，它們在磁場中的運(yùn)動(dòng)徑跡如圖5－14所示，下列說法正確的是 圖5－14 A．該核反應(yīng)方程為 U→ x＋ He B．α粒子和粒子x在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同 C．軌跡1、2分別是α粒子、x粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡 D．α粒子、x粒子運(yùn)動(dòng)徑跡半徑之比為45∶1 解析　顯然選項(xiàng)A中核反應(yīng)方程正確，A對； U核靜止，根據(jù)動(dòng)量守恒可知α粒子和x新核速度方向相反，又都帶正電，則轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，選項(xiàng)B對；根據(jù)動(dòng)量守恒可知α粒子和x新核的動(dòng)量大小p相等，由帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)半徑公式R＝可知軌道半徑R與其所帶電荷量成反比，半徑之比為45∶1，選項(xiàng)C錯(cuò)，D對。 答案　ABD 14．(2018合肥模擬)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法中正確的是 圖5－15 A．盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)過程是Be＋He→C＋n C．200萬個(gè)U的原子核經(jīng)過兩個(gè)半衰期后剩下50萬個(gè)U D．據(jù)圖可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量 解析　本題考查核裂變、核聚變以及核反應(yīng)方程。盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)A正確；發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為Be＋He→C＋n，選項(xiàng)B正確；半衰期為統(tǒng)計(jì)規(guī)律，適用于大量的原子發(fā)生衰變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在核反應(yīng)過程中，若有質(zhì)量虧損，將放出能量，由題圖中核子的平均質(zhì)量可知，原子核D和E聚變成原子核F過程中，有質(zhì)量虧損，要放出能量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　AB