2019版高考物理二輪復習 專題五 原子物理 第14講 光電效應 原子結構和原子核學案

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1、第14講光電效應　原子結構和原子核 主干知識體系 核心再現(xiàn)及學科素養(yǎng) 知識規(guī)律 (1)能級躍遷． ①輻射條件：hν＝Em－En. ②輻射光譜線條數(shù)：一群處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子，可輻射出的光譜條數(shù)N＝C. (2)光電效應． ①光電效應規(guī)律． ②光電效應方程：hν＝Ek＋W0. (3)核反應、核能的計算． ①兩個守恒：質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒． ②質能方程：E＝mc2. 思想方法 (1)物理思想：理想化模型思想、守恒思想、轉變思想． (2)物理方法：實驗探究法、比較法、辨析法. 1．(2018·全國Ⅱ卷，17)用波長為300 nm的光照射鋅板，電子

2、逸出鋅板表面的最大初動能為1.28×10－19J.已知普朗克常量為6.63×10－34J·s，真空中的光速為3.00×108 m·s－1.能使鋅產生光電效應的單色光的最低頻率約為(　　) A．1×1014Hz B．8×1014Hz C．2×1015Hz D．8×1015Hz B　[設單色光的最低頻率為ν0，由Ek＝hν－W知 Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又知ν1＝ 整理得ν0＝－，解得ν0≈8×1014Hz.] 2．(2018·全國卷Ⅲ，14)1934年，約里奧—居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al，產生了第一個人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序數(shù)和質量數(shù)分別為(　　)

3、 A．15和28 B．15和30 C．16和30 D．17和31 B　[將核反應方程式改寫成He＋Al→n＋X，由電荷數(shù)和質量數(shù)守恒知，X應為X.] 3．(2018·天津卷，1)國家大科學工程——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，可以為諸多領域的研究和工業(yè)應用提供先進的研究平臺．下列核反應中放出的粒子為中子的是(　　) A.N俘獲一個α粒子，產生O并放出一個粒子 B.Al俘獲一個α粒子，產生P并放出一個粒子 C.B俘獲一個質子，產生Be并放出一個粒子 D.Li俘獲一個質子，產生He并放出一個粒子 B　[根據(jù)質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，各

4、選項核反應方程如下： A錯：N＋He→O＋H B對：Al＋He→P＋n C錯：B＋H→Be＋He D錯：Li＋H→He＋He] 4．(2017·全國卷Ⅰ，17)大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電，氘核聚變反應方程是：H＋H→He＋n.已知H的質量為2.013 6 u，He的質量為3.015 0u，n的質量為1.008 7u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚變反應中釋放的核能約為(　　) A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV B　[根據(jù)質能方程，釋放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.00

5、3 5 u，則ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正確，A、C、D錯誤．] 5．(2017·全國卷Ⅲ，19)(多選)在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為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Uaνb，則一定有Eka>Ekb C．若Uaνb，則一定有hνa－Eka>hνb－Ekb BC　[設該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程有

6、Ek＝hν－W，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動能隨v的增大而增大，B項正確；又Ek＝eU，則最大初動能與遏止電壓成正比，C項正確；根據(jù)上述有eU＝hν－W，遏止電壓U隨ν增大而增大，A項錯誤；又有hν－Ek＝W，W相同，則D項錯誤．] [考情分析] ■命題特點與趨勢 1．本專題2017年新調為高考必考內容，從近幾年高考試題可以看出無論2017年前的選考，還是近兩年的必考，題型都以選擇題為主，命題點多集中在光電效應、核反應方程、核能的計算，難度不大，多以識記型為主． 2．從2018年高考題可以看出，選擇題選考時的五個選項，變成四個選項，由選考時的涉及面廣、全的命題思想向選項集中

7、考查某一知識點轉變． ■解題要領 1．熟悉教材中常見實驗現(xiàn)象及理論解釋． 2．加強基本概念、規(guī)律的理解和記憶． 3．注重核反應方程、核能中的簡單計算題的訓練． 高頻考點一　光電效應　波粒二象性 [備考策略] 1．光電效應規(guī)律 (1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產生光電效應． (2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大． (3)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬間的，一般不超過10－9s. (4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比． 2．兩條對應關系 (1)光強大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電

8、子多→光電流大． (2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大． 3．定量分析時應抓住三個關系式 (1)愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0. (2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek＝eUc. (3)逸出功與極限頻率的關系：W0＝hν0. 4．光電效應的四類圖象分析 圖象名稱 圖線形狀 由圖線直接(或間接)得到的 物理量 最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值 W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系 ①遏止

9、電壓Uc：圖線與橫軸交點的橫坐標 ②飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動能：Ek＝eUc 顏色不同時，光電流與電壓的關系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電源 ③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線 ①極限頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標值 ②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke [題組突破] 1－1.(2018·云南部分名校統(tǒng)考)(多選)關于光電效應和康普頓效應的規(guī)律，下列說法正確的是(　　) A．光電效應中，金屬板向外發(fā)射的光電子又可以叫光

10、子 B．用光照射金屬不能發(fā)生光電效應是因為該入射光的頻率小于金屬的截止頻率 C．石墨對X射線散射時，部分X射線的散射光波長會變大，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應 D．康普頓效應說明光具有粒子性 BCD　[光電效應中，金屬板向外發(fā)射的光電子是電子，A錯誤；入射光的頻率只有大于金屬的截止頻率才能發(fā)生光電效應，B正確；石墨對X射線散射時，散射光中除了有原波長λ0的X光外，還產生了波長λ>λ0的X光，其波長的增量隨散射角的不同而變化，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應，C正確；康普頓效應說明光具有粒子性，D正確．] 1－2.(2016·高考全國卷Ⅰ)(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時

11、，有光電流產生，下列說法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大 D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生 E．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關 ACE　[產生光電效應時，光的強度越大，單位時間內逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法A正確．飽和光電流大小與入射光的頻率無關，說法B錯誤．光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強度無關，說法C正確．減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應，沒有

12、光電流產生，說法D錯誤．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與光的強度無關，說法E正確．] 1－3.(2018·四川省攀枝花市高考物理三診試卷)某同學用如圖(甲)所示的電路研究光電效應中電子發(fā)射的情況與光照強度、光的頻率等物理量之間的關系．陰極K和陽極A是密封在真空玻璃中的兩個電極，K在受到光照射時能夠發(fā)射光電子．K、A之間的電壓大小可以調節(jié)，電源極性也可以對調．當分別用a、b、c三束不同的光照射陰極K，得到的I－U關系分別如圖(乙)中a、b、c三條曲線所示．下列關于三束光的頻率ν、三束光的強度E大小關系，正確的是(　　) A．νa>νb>νc，Ea＞Eb>Ec B．νa>νb>νc，E

13、a＝Ecνa＝νc，Ea＞Eb>Ec D．νa<νb<νc，EaEb>Ec；當光電流為零時，光電管兩端加的電壓為遏止電壓，對應的光的頻率為截止頻率，根據(jù)eU＝hν－W，入射光的頻率越高，對應的遏止電壓U越大，a光、c光的遏止電壓相等，所以a光、c光的頻率相等，而b光的頻率大，故C正確，ABD錯誤．] 1－4.(2018·高考物理全真模擬卷一)從1907年起，美國物理學家密立根就開始以精湛的技術測量光電效應中幾個重要的物理量．

14、他通過如圖甲所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出圖乙所示的Uc—ν的圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗愛因斯坦方程的正確性．已知電子的電荷量e，則下列普朗克常量h的表達式正確的是(　　) A．h＝ B．h＝ C．h＝ D．h＝ A　[根據(jù)愛因斯坦光電效應方程應Ek＝hν－W0.及動能定理eUC＝Ek，得UC＝ν－，所以圖象的斜率k＝＝，得：h＝，故A項正確．] 高頻考點二　原子結構氫原子的能級躍遷 [備考策略] 1．原子結構與原子光譜 2．氫原子能級圖與原子躍遷問題的解答技巧 (1)能級之間躍遷時放出的

15、光子頻率是不連續(xù)的． (2)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得．若求波長可由公式c＝λν求得． (3)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)． (4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法． ①用數(shù)學中的組合知識求解：N＝C＝. ②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加． [題組突破] 2－1.對玻爾理論下列說法中，不正確的是(　　) A．繼承了盧瑟福的原子模型，但對原子能量和電子軌道引入了量子化假設 B．原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個狀態(tài)都對應一定的能量 C．用能量轉化與守恒建

16、立了原子發(fā)光頻率與原子能量變化之間的定量關系 D．氫原子中，量子數(shù)n越大，核外電子的速率越大 D　[玻爾的原子模型對應的是電子軌道的量子化，盧瑟福的原子模型核外電子可在任意軌道上運動，故A正確；玻爾的原子結構模型中，原子的能量是量子化的，故B正確；玻爾的原子結構模型中，核外電子從高能級向低能級躍遷后，原子的能量減小，從而建立了hν＝E2－E1，故C正確；氫原子中，量子數(shù)n越大，核外電子的速率越小，而電子的電勢能越大，故D錯誤．] 2－2.(2018·廣東省揭陽市高三調研)(多選)氦原子被電離出一個核外電子后，形成類氫結構的氦離子．已知基態(tài)氦離子能量為E1＝－54.4 eV，其能級的示意圖

17、如圖所示，下列有關描述中正確的是(　　) A．氦離子的能級是分立的 B．處于基態(tài)的氦離子能夠吸收能量為43.2 eV的光子而發(fā)生躍遷 C．一群處于n＝3能級的氦離子自發(fā)向低能級躍遷時能發(fā)出3種不同頻率的光子 D．若從n＝3能級的氦離子向n＝2能級躍遷時輻射的光能使某金屬發(fā)生光電效應，則從n＝4能級向n＝3能級躍遷時輻射的光，一定能使該金屬發(fā)生光電效應 AC　[由氦離子的能級圖知其能量是不連續(xù)的，是分立的，A正確；原子或離子吸收光子具有選擇性，光子能量應為兩個能級的能量差時方能被吸收，由能級圖知沒有兩個能級的能量差為43.2 eV，B錯誤；由C＝3知一群氦離子能發(fā)出3種不同頻率的光

18、子，C正確；由于3、4兩個能級的能量差小于2、3兩個能級的能量差，因此從4能級向3能級躍遷時輻射的光不一定能使該金屬發(fā)生光電效應，D錯誤．] 2－3.玻爾原子理論認為，氫原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在不同的能量狀態(tài)中，電子在一系列不連續(xù)的軌道上運動，當電子運動的軌道距離原子核最近時的能量狀態(tài)為基態(tài)，量子數(shù)n＝1，隨半徑的增大，量子數(shù)依次記為2、3、4、……若規(guī)定電離態(tài)能量為0，基態(tài)的能量為 E1，量子數(shù)為n的能量狀態(tài)的能量值En＝，普朗克常量為h，關于氫原子能級的下列說法正確的是(　　) A．n越大，相鄰能級間能量差值越大 B．各能量狀態(tài)的能量值均為負值(電離態(tài)除外) C．

19、一個氫原子從n＝6的能量狀態(tài)直接躍遷至n＝3的能量狀態(tài)會向外輻射頻率ν＝的光子 D．大量氫原子從n＝6的能量狀態(tài)躍遷至n＝3的能量狀態(tài)可能輻射8種不同頻率的光子 B　[因為En＝，所以n越大，相鄰能級間能量差值越小，A錯誤；電離態(tài)的能量大于其他能量狀態(tài)下的能量值，所以，若電離態(tài)能量為0，則其他狀態(tài)能量值均為負值，B正確；一個氫原子從n＝6的能量狀態(tài)直接躍遷至n＝3的能量狀態(tài)會向外輻射頻率ν＝的光子，C錯誤；大量氫原子從n＝6的能量狀態(tài)躍遷至n＝3的能量狀態(tài)可能輻射6種不同頻率的光子，D錯誤．] 2－4.(2018·陜西省咸陽市高三質檢)已知基態(tài)He＋的電離能力是54.4 eV，幾種金屬的

20、逸出功如下表所示，He＋的能級En與n的關系與氫原子的能級公式類似，下列說法不正確的是(　　) 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0(×10－19J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 A.為使處于靜止的基態(tài)He＋躍遷到激發(fā)態(tài)，入射光子所需的能量最小為54.4 eV B．為使處于靜止的基態(tài)He＋躍遷到激發(fā)態(tài)，入射光子所需的能量最小為40.8 eV C．處于n＝2激發(fā)態(tài)的He＋向基態(tài)躍遷輻射的光子能使上述五種金屬都產生光電效應現(xiàn)象 D．發(fā)生光電效應的金屬中光電子的最大初動能最大的是金屬銣 A　[根據(jù)玻爾理論En＝－，從基態(tài)躍遷到n＝2所需光子能量最小，

21、ΔE＝E2－E1＝E1＝40.8 eV，A錯誤，B正確．從n＝2激發(fā)態(tài)的He＋向基態(tài)躍遷輻射的光子能量為40.8 eV，金屬鎢的逸出功為7.26×10－19J＝4.54 eV，故能使所列金屬發(fā)生光電效應，由表中的數(shù)據(jù)可知金屬銣的逸出功最小，故C正確；根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程可知道從銣打出的光電子的最大初動能最大，D正確．] 高頻考點三　原子核的衰變及半衰期 [備考策略] 1．衰變次數(shù)的確定方法 方法一：確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個守恒規(guī)律，設放射性元素X經(jīng)過n次α衰變和m次β衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示該核反應的方程為X→Y＋nHe＋me.根據(jù)質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程

22、A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m 由以上兩式聯(lián)立解得n＝，m＝＋Z′－Z 由此可見確定衰變次數(shù)可歸結為求解一個二元一次方程組． 方法二：因為β衰變對質量數(shù)無影響，可先由質量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)． 2．對半衰期的理解 (1)半衰期公式： (2)半衰期的物理意義： 半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素具有的衰變速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差別很大． (3)半衰期的適用條件： 半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結，對于較少特定個數(shù)的原子核，無法確定會有多少發(fā)生衰變． [題組突破] 3－

23、1.(2018·山東省實驗中學高三二模)(多選)核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少，我國在完善核電安全基礎上將加大核電站建設．核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超軸元素，它可破壞細胞基因，提高患癌的風險．已知钚的一種同位素Pu的半衰期為24100年，其衰變方程為Pu→X＋He＋γ，則下列說法中正確的是(　　) A．衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子，穿透能力很強 B．X原子核中含有143個中子 C．8個Pu經(jīng)過24100年后一定還剩余4個 D．衰變過程的總質量不變 AB　[衰變發(fā)出的γ放射線是頻率很大的電磁波，具有很強的穿透能力，不帶電，故A正確．根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒得

24、，X的電荷數(shù)為92，質量數(shù)為235，質子數(shù)為94－2＝92，則中子數(shù)為235－92＝143.故B正確．半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用．故C錯誤．在衰變的過程中，根據(jù)質能方程知，有能量發(fā)出，有質量虧損，不過質量數(shù)不變，故D錯誤．故選AB.] 3－2.(2018·山東省臨沂市高三三模)下列說法正確的是(　　) A．某原子核發(fā)生了β衰變，說明該原子核中有電子 B．放射性元素一次衰變能同時產生α射線和β射線 C．放射性元素發(fā)生β衰變，產生的新核的化學性質不變 D．比結合能越大，原子核中核子結合的越牢固，原子核越穩(wěn)定 D　[A項：原子核里雖然沒有電子，但是核內的中子可以轉化成質子和電

25、子，產生的電子從核內發(fā)射出來，這就是β衰變，故A錯誤；B項：一次衰變不可能同時產生α射線和β射線，只可能同時產生α射線和γ射線或β射線和γ射線，故B錯誤；C項：原子核發(fā)生衰變后，新核的核電荷數(shù)發(fā)生了變化，故新核(新的物質)的化學性質理應發(fā)生改變，故C錯誤；D項：比結合能越大，原子核中核子結合的越牢固，原子核越穩(wěn)定，故D正確．] 3－3.(2018·山東省日照市高三5月校際聯(lián)考)14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法．若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質量，m0為t＝0時14C的質量．下面四幅圖中能正確反應14C衰變規(guī)律的是(　　) C　[設衰變周期為

26、T，那么任意時刻14C的質量m＝m0，可見，隨著t的增長物體的質量越來越小，且變化越來越慢，很顯然C項圖線符合衰變規(guī)律，故選C.] 高頻考點四　核反應方程及核能的計算 [備考策略] 1．核反應方程與核能計算 2．核反應方程的書寫 (1)核反應過程一般不可逆，所以核反應方程中用“→”表示方向而不能用等號代替． (2)核反應方程遵循質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，但核反應前后的總質量一般會發(fā)生變化(質量虧損)且釋放出核能． (3)核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應方程． 3．核能的計算方法 (1)根據(jù)愛因斯坦質能方程，用核反應的質量虧

27、損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)． (2)根據(jù)1原子質量單位(u)相當于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核反應的質量虧損的原子質量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)． (3)如果核反應時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn)，則核反應過程中系統(tǒng)動能的增量即為釋放的核能． [題組突破] 4－1.(2018·高考物理全真模擬三)(多選)下列關于結合能和比結合能的說法中，正確的有(　　) A．核子結合成原子核時放出能量 B．原子核拆解成核子時要放出能量 C．比結合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結合能也一定越大 D．中等質量原子核的結合能和

28、比結合能均比輕核的要大 AD　[當核子結合成原子核時有質量虧損，要釋放一定能量，故A正確；原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它拆解成核子時要吸收能量，故B錯誤；比結合能越大的原子核越穩(wěn)定，比結合能是結合能與核子數(shù)之比，結合能的大小還要考慮核子數(shù)，因此它的結合能不一定越大，故C錯誤；中等質量原子核的結合能和平均結合能均比輕核的要大，故D正確．故選A、D.] 4－2.(2018·山東省泰安市高三二模)關于原子核反應，下列說法正確的是(　　) A.N＋He→O＋H是聚變反應 B.Th→Pa＋e是裂變反應 C.U衰變成Pb要經(jīng)過8次α衰變和6次β衰變 D．發(fā)生β衰變時，中子數(shù)不變

29、 C　[A為盧瑟福用α粒子轟擊氮核首次實現(xiàn)了原子核的人工轉變，并發(fā)現(xiàn)了質子的方程，A錯誤；B為β衰變方程，B錯誤；根據(jù)核反應方程前后質量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒知，C正確；β衰變是原子核內的中子轉化為質子釋放一個電子，所以中子數(shù)減少，故D錯誤．故選C.] 4－3.輕核聚變在人類實踐中可提供巨大的核能源，最簡單的聚變反應是中子n和質子P聚合成氘核D，在形成氘核后，接著會發(fā)生一系列的核反應： ①D＋D→T＋P＋4.04 MeV ②D＋D→He＋n＋3.27 MeV ③D＋T→He＋n＋17.58 MeV ④D＋He→He＋P＋18.4 MeV 在①②中產生的T和He在③④中得到充分利用的情況

30、下，以上四個核反應的總效果可表示為6D→2He＋2X＋2n＋E，對于上述核反應下列表述正確的是(　　) A．X應為T B．E應為50.7 MeV C．參與反應的氘核中平均每個核子釋放的能量約為3.6 MeV D.He與T互為同位素 C　[核反應遵守質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，由此可知X應為P，A錯誤；E應為43.29 MeV，B錯誤；參與反應的氘核中平均每個核子釋放的能量約為MeV≈3.6 MeV，C正確；質子數(shù)相同，中子數(shù)不同的元素互為同位素，故He與T不是同位素，D錯誤．] 4－4.(2018·山東省濰坊市高三一模)2017年12月29日，中國首個快堆核電示范工程在福建霞浦開工建設

31、．“快堆”核反應進程依次為U→U→Np→Pu，下列說法正確的是(　　) A.U和U是同位素，其原子核內中子數(shù)相同 B.U變?yōu)閁發(fā)生了α衰變 C.U變?yōu)閁發(fā)生了β衰變 D．1gU經(jīng)過一個半衰期，U原子核數(shù)目變?yōu)樵瓉淼囊话? D　[A.U的質子數(shù)為92，質量數(shù)為238，則中子數(shù)為146，U的質子數(shù)為92，質量數(shù)為239，則中子數(shù)為147，所以U和U是同位素，其原子核內中子數(shù)不相同，故A錯誤；BC、經(jīng)過1次α衰變，電荷數(shù)少2，質量數(shù)少4，發(fā)生1次β衰變，電荷數(shù)多1，質量數(shù)不變，U→U反應過程中，質子數(shù)不變，質量數(shù)為增加1，則即不是α衰變也不是β衰變，故B、C錯誤；D.1gU經(jīng)過一個半衰期，U

32、原子核數(shù)目變?yōu)樵瓉淼囊话耄蔇正確；故選D.] 課時跟蹤訓練(十四) 一、選擇題(1～9題為單項選擇題，10～13題為多項選擇題) 1．(2017·高考全國卷Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個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．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能 B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小 C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間 D．衰變后α粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量 B　[靜止的鈾核在α衰變過程中，滿足動量守恒的條件，根據(jù)動量守恒定律得PTh＋pa＝0，即釷核的動量和α粒子的動量大小相等，方向相反，選項B正確

33、；根據(jù)Ek＝可知，選項A錯誤；半衰期的定義是統(tǒng)計規(guī)律，對于一個α粒子不適用，選項C錯誤；鈾核在衰變過程中，伴隨著一定的能量放出，即衰變過程中有一定的質量虧損，故衰變后α粒子與釷核的質量之和小于衰變前鈾核的質量，選項D錯誤．] 2．(2018·重慶市江津區(qū)高三下5月預測模擬)2018年夏天，中美貿易之爭使國人了解了蕊片的戰(zhàn)略意義，芯片制作工藝非常復雜，光刻機是制作芯片的關鍵設備，其曝光系統(tǒng)最核心的部件之一是紫外光源．常見光源分為：可見光：436nm；紫外光(UV)：365nm；深紫外光(DUV)：KrF準分子激光：248nm，ArF準分子激光：193nm；極紫外光(EUV)：10～15nm.下

34、列說法正確的是(　　) A．波長越短，可曝光的特征尺寸就越小，就表示光刻的刀鋒越鋒利，刻蝕對于精度控制要求越高． B．光源波長越長，能量越大，曝光時間就越短． C．如果紫外光不能讓某金屬發(fā)生光電效應，極紫外光也一定不能． D．由康普頓效應可知深紫外光通過實物物質發(fā)生散射時會出現(xiàn)波長更短的成分． A　[波長越短，可曝光的特征尺寸就越小，就表示光刻的刀鋒越鋒利，刻蝕對于精度控制要求越高，選項A正確；光源波長越長，則頻率就越小，能量越小，選項B錯誤；極紫外光的波長小于紫外光的波長，則頻率較大，如果紫外光不能讓某金屬發(fā)生光電效應，極紫外光不一定不能使該金屬發(fā)生光電效應，選項C錯誤；由康普頓效

35、應可知深紫外光通過實物物質發(fā)生散射時能量變小，頻率變小，則會出現(xiàn)波長更長的成分，選項D錯誤；選A.] 3．如圖所示，圖甲為光電效應的實驗電路圖，圖乙為光電子最大初動能與光電管入射光頻率關系圖象．下列說法正確的是(　　) A．光電管加正向電壓時，電壓越大光電流越大 B．光電管加反向電壓時不可能有光電流 C．由圖可知，普朗克常量數(shù)值上等于 D．由圖可知，普朗克常量數(shù)值上等于 C　[光電管加正向電壓時，如果正向電壓從0開始逐漸增大，光電流也會逐漸增大，但光電流達到飽和時，即使電壓增大，電流也不會變化，A錯誤；因為光電子有動能，即使光電管加反向電壓，也可能有光電流，B錯誤；由光電效應方

36、程Ek＝hν－W0可知，圖線斜率大小為普朗克常量，所以普朗克常量數(shù)值上等于，C正確，D錯誤．] 4．美國物理學家密立根通過測量金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以驗證愛因斯坦方程的正確性．下圖是某次試驗中得到的兩種金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν關系圖象，兩金屬的逸出功分別為W甲、W乙，如果用ν0頻率的光照射兩種金屬，光電子的最大初動能分別為E甲、E乙，則下列關系正確的是(　　) A．W甲E乙 B．W甲>W乙，E甲W乙，E甲>E乙 D．W甲

37、ν－W0＝hν－h(huán)ν0 又Ekm＝qUc 解得：Uc＝ν－ 知Uc－ν圖線中： 當Uc＝0，ν＝ν0； 由圖象可知，金屬甲的極限頻率小于金屬乙，則金屬甲的逸出功小于乙的，即W甲E乙，A正確，B、C、D錯誤；故選A.] 5．(2018·山東省淄博一中高三三模)我國科學家潘建偉院士預言十年左右量子通信將“飛”入千家萬戶．在通往量子論的道路上，一大批物理學家做出了卓越的貢獻，下列有關說法正確的是(　　) A．玻爾在1990年把能量子引入物理學，破除了“能量

38、連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念 B．愛因斯坦最早認識到了能量子的意義，提出光子說，并成功地解釋了光電效應現(xiàn)象 C．德布羅意第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念 D．普朗克大膽地把光的波粒二象性推廣到實物粒子，預言實物粒子也具有波動性 B　[普朗克在1900年把能量子引入物理學，破除了“能量連續(xù)變化”的傳統(tǒng)觀念，故A錯誤；愛因斯坦最早認識到了能量子的意義，為解釋光電效應的實驗規(guī)律提出了光子說，并成功地解釋了光電效應現(xiàn)象，故B正確；玻爾第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，故C錯誤；德布羅意大膽地把光的波粒二象性推廣到實物粒子，預言實物粒子也具有波動性，故D錯誤；故選

39、B.] 6．(2018·濟寧市高三第二次模擬)氫原子的能級示意圖如圖所示，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當向低能級躍遷時，會輻射出若干種不同頻率的光，若用這些光照射逸出功為4.54eV的鎢時，下列說法中正確的是(　　) A．氫原子能輻射4種不同頻率的光子 B．氫原子輻射的光子都能使鎢發(fā)生光電效應 C．氫原子輻射一個光子后，氫原子的核外電子的速率增大 D．鎢能吸收兩個從n＝4向n＝2能級躍遷的光子而發(fā)生光電效應 C　[A項：根據(jù)C＝6，所以這些氫原子總共可輻射出6種不同頻率的光，故A錯誤；B項：由于要發(fā)生光電效應，躍遷時放出光子的能量大于鎢的逸出功為4.54eV，故B錯誤；

40、C項：氫原子輻射一個光子后，能級減小，氫原子的核外電子的速率增大，故C正確；D項：鎢只能吸收一個光子的能量，故D錯誤．] 7．(2018·山東省實驗中學高三第一次模擬考試)下列說法中不正確的是(　　) A．紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠產生光電效應，則當增大紫外線的照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能不會發(fā)生改變 B．從n＝4能級躍遷到n＝3能級，氫原子的能量減小，電子的動能減小 C.Th衰變?yōu)镽n，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變 D．在某些恒星內，3個α粒子結合成一個C，C原子的質量是12.0000u，He原子的質量是4.0026u，已知1u＝931.5 MeV/c2，則此核

41、反應中釋放的核能約為1.16×10－12J B　[光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關，選項A正確；從n＝4能級躍遷到n＝3能級，氫原子的能量減小，電子的動能變大，選項B錯誤；在α衰變的過程中，電荷數(shù)少2，質量數(shù)少4，在β衰變過程中，電荷數(shù)多1，設經(jīng)過了m次α衰變，則：4m＝234－222＝12，所以m＝3；經(jīng)過了n次β衰變，有：2m－n＝90－86＝4，所以n＝2，故C正確；D選項中該核反應的質量虧損Δm＝4.0026u×3－12.0000u＝0.0078u，則釋放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0078×931.5MeV＝7.266MeV＝1.16×10－12J，故D正確，

42、此題選項錯誤的選項，故選B.] 8．(2018·山東省青島市高三統(tǒng)一質檢)下列說法正確的是(　　) A．放射性原子核U經(jīng)2次α衰變和3次β衰變后，變?yōu)樵雍薘a B．在核反應堆中，為使快中子減速，在鈾棒周圍要放置鎘棒 C．比結合能越小，原子核中核子結合得越牢固 D．玻爾理論認為，氫原子的核外電子軌道是量子化的 D　[A：設U經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變后變?yōu)镽a，則U→Ra＋xHe＋ye，根據(jù)電荷數(shù)和質量數(shù)守恒可得238＝226＋4x、92＝88＋2x－y，解得x＝3、y＝2.即U經(jīng)過3次α衰變和2次β衰變后，變?yōu)镽a.故A項錯誤．B.在核反應堆中，為使快中子減速，在鈾棒周圍要放置石

43、墨作為減速劑．鎘棒的作用是吸收中子，控制反應速度．故B項錯誤．C.比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固．故C項錯誤．D.玻爾理論認為，氫原子的核外電子軌道是量子化的．故D項正確．] 9．如圖甲所示為研究光電效應中入射光的頻率、強弱與光電子發(fā)射情況的實驗電路，陰極K受到光照時可以發(fā)射光電子．電源正負極可以對調．在a、b、c三種光的照射下得到了如圖乙所示的實驗規(guī)律．(　　) A．在光的頻率不變的情況下，隨著所加電壓的增大，光電流趨于一個飽和值 B．b光的遏止電壓大于a光的遏止電壓是因為a光強度大于b光強度 C．a光的波長大于c光的波長 D．b光對應的光電子最大初動能小于c光對應的光

44、電子最大初動能 C　[在光的頻率不變的情況下，入射光越強，則單位時間射出的光電子數(shù)越多，則飽和電流越大，故A錯誤；因為b光的遏止電壓大于a光的遏止電壓，故b光強度大于a光強度，故B錯誤；bc兩個的遏止電壓相等，且大于甲光的遏止電壓，根據(jù)mv＝eU0，知bc兩光照射產生光電子的最大初動能相等，大于a光照射產生的光電子最大初動能．根據(jù)光電效應方程Ekm＝hν－W0，逸出功相等，知bc兩光的頻率相等，大于a光的頻率．所以bc兩光的光子能量相等大于a光的光子能量．a光頻率小、波長長，故C正確、D錯誤．] 10．(2018·高考物理全真模擬二)一靜止的原子核U發(fā)生了某種衰變，衰變方程為U→Th＋X，

45、其中X是未知粒子，下列說法正確的是(　　) A.U發(fā)生的是α衰變 B.U發(fā)生的是β衰變 C．衰變后新核Th和粒子X的動能相等 D．衰變后新核Th和粒子X的動量大小相等 AD　[A、B、根據(jù)衰變過程滿足質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，則X的質量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，即X為He，故核反應方程為α衰變，A正確，B錯誤．C、D、根據(jù)動量守恒得，系統(tǒng)總動量為零，則衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小，由于兩個粒子的質量不同，則動能不同，C錯誤，D正確．故選AD.] 11．下列說法正確的是(　　) A．由He＋N→O＋H可知，在密閉的容器中混合存放一定比例的氦氣和氮氣，幾天后將有氧氣生成 B．根

46、據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能增大，電勢能減小 C．α、β、γ三種射線中，α射線的電離能力最強 D．相同頻率的光照射不同金屬，則從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越大 BC　[He＋N→O＋H是用氦核打擊氮核使氮核轉變的過程，是原子核的人工轉變，在密閉的容器中混合存放一定比例的氦氣和氮氣，不會有氧氣生成，故A錯誤；氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，庫侖力做正功，動能增大，電勢能減小，故B正確；α、β和γ三種射線中，α射線的電離能力最強，故C正確；根據(jù)光電效應方程Ek＝hν－

47、W0，金屬的逸出功越大，逸出的光電子的最大初動能越小，故D錯誤．] 12．下列說法正確的是(　　) A．盧瑟福通過對α粒子散射實驗結果的分析，提出了原子核內有中子存在 B．核泄漏事故污染物137Cs能夠產生對人體有害的輻射，其核反應方程式為Cs→Ba＋x，可以判斷x為電子 C．若氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應，則氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應 D．質子、中子、α粒子的質量分別是m1、m2、m3，質子和中子結合成一個α粒子，釋放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2 BCD　[盧瑟福通過對α粒子散射實驗結

48、果的分析，提出了原子的核式結構模型，沒有提出原子核內有中子存在，故A錯誤；根據(jù)137Cs的核反應方程式Cs→Ba＋x，可知x的質量數(shù)為137－137＝0，電荷數(shù)為55－56＝－1，故x為電子，故B正確；氫原子從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光子的頻率大于從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光子的頻率，故若從n＝6能級向n＝1能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應，則氫原子從n＝6能級向n＝2能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應，故C正確；質子和中子結合成一個α粒子，需要兩個質子和兩個中子，質量虧損Δm＝2m1＋2m2－m3，由質能方程可知，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(2

49、m1＋2m2－m3)c2，故D正確．所以BCD正確，A錯誤．] 13．下列說法正確的是(　　) A.H＋H→He是太陽內部核反應之一，該核反應過程釋放的能量是ΔE.已知光在真空中的傳播速度為c，則該核反應中平均每個核子虧損的質量為 B．盧瑟福通過α粒子散射實驗揭示了原子核的內部結構 C．紫外線照射到金屬鋅板表面時能產生光電效應，則當增大紫外線的照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大 D．根據(jù)玻爾理論，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能增大，電勢能減小 AD　[該核反應過程釋放的能量是ΔE，核子個數(shù)是3，根據(jù)愛因斯坦質能

50、方程可知，ΔE＝3Δmc2，所以每個核子虧損的質量為Δm＝，故A正確；盧瑟福通過α粒子散射實驗揭示了原子的內部結構；故B錯誤；紫外線照射到金屬鋅板表面時能產生光電效應，則當增大紫外線的照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大，紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠發(fā)生光電效應，則當增大紫外線的照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能不變，而光電子數(shù)目可能增加，故C錯誤；氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，庫侖力做正功，動能增大，電勢能減小，故D正確．] 二、計算題 14．(2017·高考北京卷)在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核

51、發(fā)生了一次α衰變．放射出的α粒子(He)在與磁場垂直的平面內做圓周運動，其軌道半徑為R.用m、q分別表示α粒子的質量和電荷量． (1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該α衰變的核反應過程． (2)α粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大?。? (3)設該衰變過程釋放的核能轉化為α粒子和新核的動能，新核的質量為M，求衰變過程的質量虧損Δm. 解析　(2)設α粒子的速度大小為v，由qvB＝m，T＝，得 α粒子在磁場中運動周期T＝ 環(huán)形電流大小I＝＝ (3)由qvB＝m，得v＝ 設衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動量守恒，得 Mv′－m

52、v＝0.則v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2，得Δm＝ 說明：若利用M＝m解答，亦可． 答案　(1)X→Y＋He　(2)　 (3) 15．如圖所示，有磁感應強度為B的圓形磁場，在圓心O點有大量靜止放射性的元素U，發(fā)生α衰變，放出的新的原子核各個方向都有，速度大小都為v0，已知質子的質量為m，電荷量為e. (1)寫出核反應方程； (2)若沒有帶電粒子從磁場中射出，求： ①圓形磁場的最小半徑； ②經(jīng)過多長時間同一個鈾核發(fā)生衰變生成的兩個核再次相遇； (3)若大量鈾核不是放在圓形磁場的圓心，而是距離圓心為d處的p點(圖中沒有畫出)，如果沒有帶電粒子從磁場中射出，則圓形磁場

53、的最小面積又是多少？ 解析　(1)U→Th＋He (2)①由題意可知：釷核運動的質量m1＝234m，α粒子的質量mH＝4m；釷核的電荷量qT＝90e，α粒子的電荷量qH＝2e； 由動量守恒定律可得：mTvT＋mHvH＝0 帶電粒子做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供 qvB＝，解得：r＝ 所以，釷核的半徑rT＝＝＝，周期TT＝＝＝ α粒子的半徑rH＝＝＝，周期TH＝＝＝ 兩個帶電粒子的運動軌跡如圖所示．要想帶電粒子不從圓形磁場中射出 圓形磁場的最小半徑是R1＝2rH＝ ②因為＝，所以，同一個鈾核發(fā)生衰變生成的兩個核再次相遇t＝10TT＝ (3)若大量鈾核不是放在圓形磁場的圓心，而是距離圓心為d處P點，兩個電帶粒子運動軌跡如圖所示．要想帶電粒子不從圓周磁場中射出 圓形磁場的最小半徑是R2＝d＋2rH＝d＋. 答案　(1)U→Th＋He　(2)①R1＝　②t＝　(3)R2＝d＋ 22