【物理】2020届二轮复习专题五光电效应原子结构原子核作业

【物理】2020届二轮复习专题五光电效应原子结构原子核作业

‎[限时练·通高考]　　 　　　　　　　　 　　　　 　科学设题　拿下高考高分 ‎(45分钟)‎ ‎[刷基础]‎ ‎1．(2019·北京市海淀区高三3月理综)下列说法正确的是(　　)‎ A．放射性元素的半衰期与外界压强有关 B．天然放射现象说明原子具有核式结构 C．原子核放出γ射线说明原子核内有光子 D．原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子的过程属于β衰变 解析：原子核的衰变是由原子核的内部结构决定的，与外界环境无关，故A错误；天然放射现象说明原子核是有内部结构的，故B错误；γ射线一般伴随着α或β射线产生，当原子核发生α衰变或β衰变时，新的原子核处于高能级，原子核从高能级向低能级跃迁时，放出γ射线，故C错误；原子核发生β衰变时，原子核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，故D正确．‎ 答案：D ‎2．(2018·高考天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于‎2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是(　　)‎ A.N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子 B.Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子 C.B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子 D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子 解析：由核反应过程中遵循质量数、电荷数均守恒的原则，可写出选项中的四个核反应方程.N＋He→O＋H，选项A错误.Al＋He→P＋n，选项B正确.B＋H→Be＋He，选项C错误.Li＋H→He＋He，选项D错误．‎ 答案：B ‎3．(多选)(2019·四川树德中学高三二诊)下列四幅图涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是(　　)‎ ‎ ‎ A．图甲：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成功解释了光电效应 B．图乙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率是不连续的 C．图丙：卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，发现了质子和中子 D．图丁：根据电子束通过铝箔后的衍射图样，可以说明电子具有波动性 解析：普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念，成为量子力学的奠基人之一，爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应，故A错误；玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故B正确；卢瑟福通过分析α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，故C错误；根据电子束通过铝箔后的衍射图样，说明电子具有波动性，故D正确．‎ 答案：BD ‎4. 氢原子的能级图如图所示，现让一束单色光照射到大量处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光．则照射氢原子的单色光的光子能量为(　　)‎ A．12.75 eV B．13.06 eV　　 C．13.6 eV　 　D．0.85 eV 解析：受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光子，则基态氢原子能跃迁到第4能级，吸收的光子能量ΔE＝－0.85 eV＋13.6 eV＝12.75 eV，故A正确．‎ 答案：A ‎5．(2018·高考江苏卷)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为(　　)‎ A．1∶4　 B．1∶2‎ C．2∶1 D．4∶1‎ 解析：根据半衰期公式m＝m0()知，经过2T，A剩有的质量为mA＝m0()＝m0, B剩有的质量为mB＝m0()＝m0，故mA∶mB＝1∶2，选项B正确．‎ 答案：B ‎6．(2018·高考天津卷)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n＝2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定(　　)‎ A．Hα对应的前后能级之差最小 B．同一介质对Hα的折射率最大 C．同一介质中Hδ的传播速度最大 D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能 解析：波长越大，频率越小，故Hα的频率最小，根据E＝hν可知Hα对应的能量最小，根据hν＝Em－En可知Hα对应的前后能级之差最小，A正确；Hα的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据v＝可知Hα的传播速度最大，B、C错误；Hγ的波长小于Hβ的波长，故Hγ的频率大于Hβ的频率，若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ不一定能，D错误．‎ 答案：A ‎7．(多选)(2017·高考江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有(　　)‎ ‎ ‎ A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C．两个H核结合成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 解析：由图知He核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，故A错误；He核比Li核的比结合能大，所以He核比Li核更稳定，B正确；两个H核结合成He核时，即由比结合能小的原子核反应生成比结合能大的原子核，释放能量，C正确；由图知U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，所以D错误．‎ 答案：BC ‎8．下列说法正确的是(　　)‎ A．原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变 B．氡222的半衰期是3.8天，镭226的半衰期是1 620年，所以一个确定的氡222核一定比一个确定的镭226核先衰变 C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电势能增大，电子的动能减小，原子的总能量减小 D．原子核越大，它的结合能越高，原子核能级越稳定 解析：原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质，故A正确；对于大量原子有半数发生衰变所用的时间是半衰期，对于一个确定的原子核，半衰期没有意义，故B错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加，故C错误；结合能越高，原子核不一定稳定，比结合能越大，原子核越稳定，故D错误．‎ 答案：A ‎9．(多选)(2019·安徽定远重点中学高三第一次模拟)下列说法正确的是(　　)‎ A．卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在 B．核泄漏事故污染物Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为Cs→Ba＋X，可以判断X为电子 C．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应 D．质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，释放的能量是( ‎2m1＋‎2m2‎－m3)c2‎ 解析：卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构模型，故A错误；根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为55－56＝－1，质量数为137－137＝0，可知X为电子，故B正确；n＝6与n＝1间的能级差大于n＝6与n＝2间的能级差，则氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光子频率大于氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光子频率，可知从n＝6能级向 n＝2能级跃迁时辐射出的光不能使金属发生光电效应，故C正确；质子和中子结合成一个α粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损Δm＝‎2m1＋‎2m2‎－m3，由质能方程可知，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(‎2m1＋‎2m2‎－m3)c2，故D正确．‎ 答案：BCD ‎10．(2019·江西南昌高三模拟)如图a所示是研究光电效应的电路图．某同学利用该装置在不同实验条件下得到了三条光电流I与A、K两极之间的电压UAK的关系曲线(甲光、‎ 乙光、丙光)，如图b所示．则下列说法正确的是(　　)‎ ‎ A．甲光照射光电管发出光电子的初动能一定小于丙光照射光电管发出光电子的初动能 B．单位时间内甲光照射光电管发出的光电子比乙光照射时发出的少 C．用强度相同的甲、丙光照射该光电管，则单位时间内逸出的光电子数相等 D．对于不同种金属，若照射光频率不变，则逸出光电子的最大初动能与金属的逸出功为线性关系 ‎ 解析：当光照射到K极时，如果入射光的频率足够大(大于K极金属的极限频率)，就会从K极发出光电子．当反向电压增加到某一值时，电流表A中电流就会变为零，此时mev＝eUc，式中vc表示光电子的最大初速度，e为电子的电荷量，Uc为遏止电压，据爱因斯坦光电效应方程知，丙光的频率较大，乙、丙两光频率相等，且较丙小．丙光对应的遏止电压较大，可知丙光产生光电子的最大初动能较大，但丙光照射光电管发出光电子的初动能不一定比甲光照射光电管发出光电子的初动能大，故A项错误．当入射光的频率大于金属的极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比，对于甲、乙两束频率相同的光来说，甲光的强度大于乙光强度，则单位时间内甲光照射光电管发出的光电子比乙光照射时发出的多，故B项错误．光强相同是单位时间内照射到光电管单位面积上的光子的总能量相等，由于丙光的光子频率较高，每个光子的能量较大，所以单位时间内照射到光电管单位面积上的光子数就较少，单位时间内发出的光电子数就较少，故C项错误．对于不同金属，若照射光频率不变，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知逸出光电子的最大初动能Ek与金属的逸出功为线性关系，故D项正确．‎ 答案：D ‎[刷综合]‎ ‎11.氢原子能级图如图所示，当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm.下列判断正确的是(　　)‎ A．当氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm B．当氢原子从n＝4跃迁到n＝2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应 C．一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线 D．用能量为1.0 eV的光子照射处于n＝4能级上的氢原子，可以使氢原子电离 解析：氢原子从n＝2跃迁到n＝1的能级时，辐射光的能量大于氢原子从n＝3跃迁到n＝2的能级时辐射光的能量，根据E＝，可知，辐射光的波长一定小于656 nm，故A错误；从n＝4能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子能量为2.55 eV，大于金属的逸出功，能使钾发生光电效应，故B错误；一个处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线，故C错误；当处于n＝4能级上的氢原子吸收的能量大于或等于0.85 eV时，将会被电离，故D正确．‎ 答案：D ‎12．某原子K层失去一个电子后，其K层出现一个电子空位，当L层上有电子跃迁到K层填补空位时会释放一定的能量：一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他核外电子层的电子吸收，使电子发生电离成为自由电子．若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，已知普朗克常量为h，则电子处于M层时原子的能级(即能量值)为(　　)‎ ‎ ‎ A．hν0 B．E0‎ C．E0－hν0 D．E0＋hν0‎ 解析：首先理解，核外电子层与能级不是同一概念，如氢原子只有一个核外电子层和一个电子，但氢原子有若干能级．多电子原子的电子排布由里向外依次为K、L、M、N、O、…层，电子离原子核的平均距离也越来越大，能量逐渐升高．根据题意，知L层上有电子跃迁到K层填补空位时，会释放一定的能量ΔE：一种情况是辐射频率为ν0的X射线，故ΔE＝hν0，则电子处于L层与处于K层时原子的能级差值为EL－EK＝ΔE＝hν0.设电子处于M层时原子的能量为EM，若上述电子从L层→K层跃迁释放的能量ΔE＝hν0被M层上的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，由能量守恒定律知，E0＋(0－EM)＝hν0，故EM＝E0－hν0，故选项C正确．‎ 答案：C ‎13.(多选)研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生．由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动．光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向遏止电压Uc ‎.在下列表示光电效应实验规律的图象中，正确的是(　　)‎ 解析：反向电压U和频率一定时，发生光电效应产生的光电子数与光强成正比，则单位时间到达阳极A的光电子数与光强也成正比，故光电流i与光强I成正比，A正确．由动能定理知－qUc＝0－Ekm，又因Ekm＝hν－W0，所以Uc＝－，可知遏止电压Uc与频率ν是线性关系，不是正比关系，故B错误．光强I与频率ν一定时，光电流i随反向电压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可知，C正确．由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的，时间小于10－9 s,10－9 s后，光强I和频率ν一定时，光电流恒定，故D正确．‎ 答案：ACD ‎14．一个静止的铀核U(质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(质量为228.028 7 u)．已知1 u相当于931 MeV的能量．下列说法正确的是(　　)‎ A．该核衰变反应方程为U→Th＋He B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeV C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同 D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017 MeV 解析：由题意可知，该核衰变反应方程为U→Th＋He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.005 9 u，释放出的核能ΔE＝0.005 9×931 MeV≈5.49 MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，又EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝×ΔE＝×5.49 MeV≈0.09 MeV，选项C、D错误．‎ 答案：A ‎15．(多选)如图所示，人工元素原子核 Nh开始静止在匀强磁场B1、B2的边界MN上，某时刻发生裂变生成一个氦原子核He和一个Rg原子核，裂变后的粒子速度方向均垂直于B1‎ ‎、B2的边界MN.氦原子核通过B1区域第一次经过MN边界时，距出发点的距离为l，Rg原子核第一次经过MN边界距出发点的距离也为l.则下列有关说法正确的是(　　)‎ A．两磁场的磁感应强度之比B1∶B2＝111∶141‎ B．两磁场的磁感应强度之比B1∶B2＝111∶2‎ C．氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为2∶141‎ D．氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为111∶141‎ 解析：原子核裂变的方程为 Nh→He＋Rg，由题意知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，偏转半径为r＝，由题意可知二者偏转半径相等，由于原子核由静止裂变，动量守恒，即m1v1＝m2v2，所以有q1B1＝q2B2，易得＝＝，故A错误，B正确；又T＝，由前面可知，q1B1＝q2B2，所以＝，粒子在第一次经过MN边界时，运动了半个周期，所以＝＝，故C正确，D错误．‎ 答案：BC