2022届新高考物理一轮复习练习:专题十六 原子物理(含解析).doc
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1、专题十六 原子物理 考点 1光电效应、波粒二象性 揭秘热点考向揭秘热点考向 2019 北京,19,6 分光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时, 可能形成光电流.表中给出了 6 次实验的结果. 由表中数据得出的论断中不正确的是() A.两组实验采用了不同频率的入射光 B.两组实验所用的金属板材质不同 C.若入射光子的能量为 5.0 eV,逸出光电子的最大动能为 1.9 eV D.若入射光子的能量为 5.0 eV,相对光强越强,光电流越大 组次 入射 光子 的 能量 /eV 相对 光强 光电流 大 小/mA 逸出光电子 的 最大动能 /eV 1 2 3 4.0 4.0
2、4.0 弱 中 强 29 43 60 0.9 0.9 0.9 4 5 6 6.0 6.0 6.0 弱 中 强 27 40 55 2.9 2.9 2.9 拓展变式拓展变式 1.2017 全国,19,6 分,多选在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射 到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为 普朗克常量.下列说法正确的是 () A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkb C.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb 2.2018 全国,17,6 分用波长为 300 nm 的光照射锌板,电子逸出锌板表面
3、的最大初动能为 1.2810 -19 J.已知普朗克常量为 6.6310 -34 Js,真空中的光速为 3.0010 8 ms -1.能使锌 产生光电效应的单色光的最低频率约为() A.110 14 HzB.810 14 Hz C.210 15 HzD.810 15 Hz 3.多选关于光的波粒二象性,下列理解正确的是 () A.光子静止时有粒子性,光子传播时有波动性 B.光是一种宏观粒子,但它按波的方式传播 C.光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述 D.大量光子出现的时候表现出波动性,个别光子出现的时候表现出粒子性 E.不仅光具有波粒二象性,微观粒子也具有波粒二象性 4.
4、用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物 理量间的关系,电流计 G 测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙所示,则() A.通过电流计 G 的电流方向由d到c B.电压U增大,光电流I一定增大 C.用同频率的光照射 K 极,光电子的最大初动能与光的强弱无关 D.光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应 考点 2原子结构、氢原子光谱、原子核 揭秘热点考向揭秘热点考向 1.2020 浙江 1 月选考,14,2 分,多选由玻尔原子模型求得氢原子能级如图所示,已知可见光 的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间,则() A.氢原子从高能级向低
5、能级跃迁时可能辐射出射线 B.氢原子从n=3 的能级向n=2 的能级跃迁时会辐射出红外线 C.处于n=3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离 D.大量氢原子从n=4 能级向低能级跃迁时可辐射出 2 种频率的可见光 2.2020 全国,19,6 分,多选下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表粒子的有() A HHn+X1B HHn+X2 CUnBaKr+3X3D nLiH+X4 拓展变式拓展变式 1. 2019 全国,14,6 分氢原子能级示意图如图所示.光子能量在 1.63 eV3.10 eV 的光为可见 光.要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给
6、氢原子提供的能量 为() A.12.09 eVB.10.20 eVC.1.89 eVD.1.51 eV 2.2018 江苏,12C(1),4 分已知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.14B.12C.21D.41 3.用中子轰击U 原子核产生裂变反应,其可能的裂变方程为UnYKr+n,Un、 YKr 的质量分别为m1、m2、m3、m4U 原子核的半衰期为T,其比结合能小于 Y 原子核的比结 合能,光在真空中的传播速度为c,下列叙述正确的是() AU 原子核中有 56 个中子 B.若升高U 的温度U 的半衰期将会小于T
7、C.裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c 2 DU 原子核比 Y 原子核更稳定 4.2020 湖南衡阳八中月考,多选在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核 X)发生了一次衰变.放射出的粒子 He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径 为R.以m、q分别表示粒子的质量和电荷量,生成的新核用 Y 表示.若原子核衰变时释放的核 能全部转化为新核和粒子的动能,下列说法正确的是() A.图甲、乙、丙、丁表示发生衰变后产生的粒子与新核 Y 在磁场中的运动轨迹,其中正确的 是图丙 B.新核 Y 在磁场中做圆周运动的半径为RY=R C.粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,且电
8、流大小为I= D.若衰变过程中释放的核能都转化为粒子和新核的动能,则衰变过程中的质量亏损为 m= 答案 专题十六 原子物理 考点考点 1 1光电效应、波粒二象性光电效应、波粒二象性 B由于光子的能量E=h,又入射光子的能量不同,故入射光子的频率不同,A 项正 确;由爱因斯坦光电效应方程得h=W0+Ek,可求出两组实验的逸出功均为 3.1 eV, 故两组实验所用的金属板材质相同,B 项错误;由h=W0+Ek,逸出功W0=3.1 eV 可知, 若入射光子能量为 5.0 eV,则逸出光电子的最大动能为 1.9 eV,C 项正确;相对光强 越强,单位时间内射出的光子数越多,单位时间内逸出的光电子数越多
9、,形成的光 电流越大,D 项正确. 1.BC由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可知,若ab,则EkaEkb,遏止电压能够 反映最大初动能的大小,Ue=Ek,则UaUb,故选项 A 错误,选项 B 正确;若UaUb,则 EkaEkb,故选项 C 正确;W0=h-Ek,由于金属的逸出功由金属材料本身决定,故选项 D 错误. 2.B根据爱因斯坦光电效应方程可得W0=h-Ek=hc,又= ,代入数据解得c8 10 14 Hz,B 正确. 3.CDE光子不可能静止,故 A 错误.光是一种微观粒子,是一种概率波.故 B 错误,C 正确.大量光子显波动性,个别光子显粒子性,故 D 正确.根据德布罗意波的理
10、论,一 切微粒子都具有波粒二象性,故 E 正确. 4.C电流方向与逃逸出来的光电子运动方向相反,所以通过电流计 G 的电流方向 由c到d,故A错误;在光照条件不变的情况下,随着所加电压U增大,光电流先增大, 后趋于饱和值不变,故 B 错误;用同频率的光照射 K 极,根据爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W0可知,光电子的最大初动能与光的频率有关,与光的强弱无关,故 C 正确; 光电管两端电压U为零时,光电效应也会发生,故 D 错误. 考点考点 2 2原子结构、氢原子光谱、原子核原子结构、氢原子光谱、原子核 1.CD氢原子从高能级向低能级跃迁时只能辐射出紫外线、可见光和红外线,而射线是原子 核辐射
11、的,选项A错误;氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁时辐射出可见光,不会辐射出红外线, 选项 B 错误;由于紫外线光子能量大于处于n=3 能级氢原子的电离能 1.51 eV,所以处于n=3 能 级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线并发生电离,选项 C 正确;大量氢原子从n=4 能级向低 能级跃迁时可以辐射出 6 种不同频率的光子,其中只有从n=4 能级跃迁到n=2 能级和从n=3 能 级跃迁到n=2 能级时辐射的光子能量在可见光光子能量范围内,所以可辐射出 2 种频率的可见 光,选项 D 正确. 2.BD根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,可知选项B中的X2质量数是4,电荷数是 2,代表粒子
12、,B 项正确;选项 D 中的 X4质量数是 4,电荷数是 2,代表粒子,D 项正确;根据核 反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,可知选项 A 中的 X1质量数是 3,电荷数是 2,A 项错误; 选项 C 中的 X3质量数是 1,电荷数是 0,代表中子,C 项错误. 1.A因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV3.10 eV,所以氢原子至少要被激发到n=3 能级, 要给氢原子提供的能量最少为E=(-1.51+13.60) eV=12.09 eV,即选项 A 正确. 2.B由半衰期含义可知,A经过两个半衰期剩余的质量为原来的 ,B经过一个半衰期,剩余的 质量为原来的 ,所以剩余的A、B质量比为
13、 12,B 项正确. 3.CU 原子核中电荷数为 92,质量数为 235,则中子数为 235-92=143,选项 A 错误;放射性元 素的半衰期与温度、压强等因素无关,是由原子核内部因素决定的,选项 B 错误;根据爱因斯坦 质能方程知,裂变时释放的能量E=mc 2=(m 1-2m2-m3-m4)c 2,选项C正确;由 U原子核的比结合 能小于 Y 原子核的比结合能,可知 Y 原子核比U 原子核更稳定,选项 D 错误. 4.BCD衰变后产生的粒子与新核 Y 运动方向相反,两者运动轨迹圆应外切,由动量守恒定律 可知,粒子与新核动量大小相等,由圆周运动的半径公式r=可知,粒子轨迹半径大,由左 手定则
14、可知粒子与新核 Y 做圆周运动的方向相同,图丁正确,选项 A 错误;由圆周运动的半径 公式r=可知, =,选项 B 正确;圆周运动周期T=,环形电流I= =,选项 C 正确;对粒 子,由洛伦兹力提供向心力有qvB=m,解得v=,由质量关系可知,衰变后新核Y的质量为 M=m,由衰变过程中动量守恒定律可得Mv-mv=0,系统增加的能量为E=Mv 2+ mv 2 ,由质能方程得E=mc 2 ,联立可得m=,选项 D 正确. 专题十六原子物理 考点 1光电效应、波粒二象性 1.用频率分别为和 2的光照射某种金属材料时,这两种情况下测得的该金属材料发生光电 效应的遏止电压之比为 13,已知普朗克常量为h
15、,则该金属的逸出功为() A.hB.hC.hD.h 2.2021 河北唐山一模利用阴极材料为铷的光电管观测光电效应现象,实验电路图如图甲所 示,实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示,图线与横轴交点的横 坐标为 5.1510 14 Hz.已知普朗克常量h=6.6310 -34 Js.则下列说法中正确的是 () A.欲测遏止电压,应使电源左端为正极 B.当电源左端为正极时,保持入射光的频率和强度不变,将滑动变阻器的滑片向右滑动,电流 表的示数持续增大 C.增大入射光的强度,产生的光电子的最大初动能一定增大 D.如果实验中入射光的频率=7.0010 14 Hz,则产生的光电子的
16、最大初动能约为Ek=1.210 -19 J 3.2020 四川成都摸底在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电效应. 下列说法正确的是() A.减小入射光的强度,一定不发生光电效应 B.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应 C.增大入射光的强度,光电子的最大初动能变大 D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大 4.2020 湖北武汉质量检测19 世纪末,科学家们发现了电子,从而认识到原子是可以分割的, 是由更小的微粒组成的.下列与电子有关的说法正确的是() A.爱因斯坦光电效应方程表明,光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B.电子电荷量的精确测定是由汤姆孙通过著
17、名的“油滴实验”做出的 C.卢瑟福认为电子的轨道是量子化的 D.衰变的实质是原子核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子 5.2020 湖南毕业班调研美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压Uc与入射光频率, 算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以验证爱因斯坦光电效应方程的 正确性,如图所示是某次试验中得到的两种金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系图像.两 种金属的逸出功分别为W甲、W乙,如果用频率为0的光照射这两种金属,光电子的最大初动能 分别为E甲、E乙,则下列关系正确的是() A.W甲E乙B.W甲W乙,E甲W乙,E甲E乙D.W甲W乙,E甲Q1B.X 是 He,Q2Q1
18、C.X 是 He,Q2Q1D.X 是 He,Q22 的能级跃迁到n=2 的能级时发出的光,它们在真空中的波长由长到短,可以判定 () A.H对应的前后能级之差最小 B.同一介质对 H的折射率最大 C.同一介质中 H的传播速度最大 D.用 H照射某一金属能发生光电效应,则 H也一定能 9.2021 贵州贵阳高三摸底氢原子能级示意图如图所示,现有大量氢原子处于n=3 能级,下列 说法正确的是() A.这些氢原子跃迁过程中最多可辐射出 2 种频率的光子 B.从n=3 能级跃迁到n=1 能级需吸收 12.09 eV 的能量 C.从n=3 能级跃迁到n=4 能级辐射出 0.66 eV 的能量 D.n=3
19、 能级的氢原子电离至少需要吸收 1.51 eV 的能量 10.2020 全国,18氘核H 可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式 HHe+H+n+43.15 MeV 表示.海水中富含氘,已知 1 kg 海水中含有的氘核约为 1.010 22 个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为 2.910 7 J,1 MeV=1.610 -13 J,则M约为() A.40 kgB.100 kgC.400 kgD.1000 kg 11.2019 全国,15太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环,循环的结果可表示 为HH
20、e+e+2,已知 H和 He的质量分别为mp=1.007 8 u和m=4.002 6 u,1 u=931 MeV/c 2,c 为光速.在 4 个 H 转变成 1 个 He 的过程中,释放的能量约为() A.8 MeVB.16 MeVC.26 MeVD.52 MeV 12.比结合能与质量数A的关系曲线如图所示,下列说法正确的是() A.原子核的质量是全部核子质量之和 B.原子核发生衰变的过程是比结合能减小的过程 C.图中 62Ni 的比结合能最大,说明核子结合成62Ni 所需要的能量最大 D.中等大小的核比结合能最大,说明平均每个核子的质量亏损最大,这些核最稳定 13.由于放射性元素Np 的半衰
21、期很短,所以在自然界中一直未被发现,只是在使用人工的方 法制造后才被发现.已知一个Np 原子核经过一系列衰变和衰变后变成Bi,下列说法 正确的是() A.衰变过程中共发生了 7 次衰变和 6 次衰变 B.一次衰变过程可以同时放出粒子、粒子和粒子 C.Np 的半衰期与任意一个Np 原子核发生衰变的时间相等 D.Np 的人工放射性同位素比天然放射性物质半衰期更短,放射性废料更容易处理 14.2021 浙江名校开学考试由于太阳温度足够高,所有的原子均电离成了原子核和电子,因 此太阳是理想的热等离子球体.太阳用核聚变的方式向太空辐射能量,通过光谱分析知太阳的 主要成分是氢,涉及氢的核聚变反应式为HHe
22、+e+2e,产生的所有正电子将会与太阳中的 电子发生湮灭.已知电子质量me=0.51 MeV/c 2,质子质量 mH=938.3 MeV/c 2 He 核质量mHe=3 727.4 MeV/c 2,中微子 e的质量和电荷量均可不计,e=1.610 -19 C,下列说法中正确的是() A.正电子与电子湮灭方程式是 ee,其中是光子 B.单次氢的核聚变反应释放的核能约为 410 -12 J C.平均每个氢核产生的太阳辐射能最多为 6.17 MeV D.上述核反应元素在地球上储量丰富,人类已经掌握和平利用聚变核能的技术 15.2020 天津市一中第四次月考如图所示为氢原子的能级图,下列说法正确的是
23、() A.处于基态的氢原子可以通过与能量为 12.5 eV 的电子碰撞的方式跃迁 B.氢原子由基态跃迁到激发态后,核外电子动能增大 C.大量处于n=3 激发态的氢原子,向低能级跃迁时可辐射出 2 种不同频率的光 D.用氢原子从n=2 能级跃迁到n=1 能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为 6.34 eV)时,不能发 生光电效应 16.核能的发现是人们探索微观物质结构的一个重大成果,而丰富的放射性同位素资源在国民 生产和科学研究的多个领域中得到了广泛应用,下列说法正确的是() A.月球车上的钚-238 同位素电池中核反应PuHe 属于衰变 B.百万千瓦级核电站中 92 235U 裂变生成 56 1
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