2020屆高考物理二輪復習 瘋狂專練20 波粒二象性 原子結構與原子核（含解析）

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1、波粒二象性 原子結構與原子核 （1)光電效應現(xiàn)象與光電效應方程的應用；(2)原子核式結構；(3)氫原子光譜規(guī)律、能級躍遷；(4)核衰變與核反應方程；(5)核能與愛因斯坦質能方程。二、考點突破 1．下列幾種說法中有一種是錯誤的，它是(　　) A．大如太陽、地球等這些宏觀的運動物體也具有波動性，這種波是物質波 B．光子與物質微粒發(fā)生相互作用時，不僅遵循能量守恒，還遵循動量守恒 C．光子與光電子是同一種粒子，它們對應的波也都是概率波 D．核力是一種強相互作用力，熱核反應中庫侖力做功與核力做功相比能忽略 2．用圖示裝置研究光電效應現(xiàn)象，光電管陰極K與滑動變阻器的中心抽頭c相連，當滑動

2、頭P從a移到c的過程中，光電流始終為零。為了產生光電流，可采取的措施是(　　) A．增大入射光的強度 B．增大入射光的頻率 C．把P向a移動 D．把P從c向b移動 3．一個德布羅意波長為λ1的中子和另一個德布羅意波長為λ2的氘核同向正碰后結合成一個氚核，該氚核的德布羅意波長為(　　) A．　　　B．　　　C．　　　D． 4．(多選)用甲、乙兩種單色光照射同一金屬做光電效應實驗，發(fā)現(xiàn)光電流與電壓的關系如圖5所示。已知普朗克常量為h，被照射金屬的逸出功為W0，遏止電壓為Uc，電子的電荷量為e，則下列說法正確的是(　　) A．甲光的強度大于乙光的強度 B．甲光的頻率大于乙光的頻率

3、 C．甲光照射時產生的光電子初動能均為eUc D．乙光的頻率為 5．氫原子處于基態(tài)時的能量為E0，激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量關系為En＝(n＝1，2，3…)，處于基態(tài)的大量氫原子由于吸收某種單色光后，最多能產生3種不同頻率的光，已知普朗克常量為h，則產生的3種不同頻率的光中，最小的頻率為(　　) A． B．－ C． D．－ 6．Th經過一系列α衰變和β衰變后變成Pb，則Pb比Th少(　　) A．16個中子，8個質子　　　　　B．8個中子，16個質子 C．24個中子，8個質子 D．8個中子，24個質子 7．(多選)核電站核泄漏

4、的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射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，β衰變的方程是I→Xe＋e B．碘131釋放的β射線是電子流，β衰變的方程是I→Xe＋e C．與銫137相比，碘131衰變更慢，且銫133和銫137含有相同的質子數(shù) D．銫137衰變時輻射出的γ光子能量大于可見光光子能量 8．放射性同位素釷Th經一系列α、β衰變后生成氡Rn，以下說法正確的是(　　) A．每經過一次α衰變原子核的質量數(shù)會減少2個 B．每經過一次β衰變原子核的質子

5、數(shù)會增加1個 C．放射性元素釷Th的原子核比氡Rn原子核的中子數(shù)少4個 D．釷Th衰變成氡Rn一共經過2次α衰變和3次β衰變 9．(多選)研究光電效應規(guī)律的實驗裝置如圖所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極K時，有光電子產生。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做減速運動。光電流i由圖中電流計G測出，反向電壓U由電壓表V測出。當電流計的示數(shù)恰好為零時，電壓表的示數(shù)稱為反向遏止電壓Uc，在下圖所表示光電效應實驗規(guī)律的圖象中，正確的是(　　) 10．不同色光的光子能量如下表所示： 色光 紅 橙 黃 綠 藍—靛 紫 光子能量范圍(eV) 1.61

6、～2.00 2.00～2.07 2.07～2.14 2.14～2.53 2.53～2.76 2.76～3.10 氫原子部分能級的示意圖如圖所示。大量處于n＝4能級的氫原子，發(fā)射出的光的譜線在可見光范圍內，其顏色分別為(　　) A．紅、藍—靛　　　 B．紅、紫 C．橙、綠 D．藍—靛、紫 11．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．氫原子輻射一個能量為的光子 B．氫原子輻射一個能量為－的光子 C．氫原子輻射一系列頻率的光子，其中頻率最

7、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－ 12．如圖甲所示是研究光電效應規(guī)律的光電管。用波長λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，實驗測得流過表的電流I與AK之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.63×10－34 J·s。結合圖象，求：(結果保留兩位有效數(shù)字) (1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時的最大動能。 (2)該陰極材料的極限波長。 13．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

8、。以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衰變的核反應方程。 (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)形電流大小。 (3)設該衰變過程釋放的核能都轉化為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。 答案 二、考點突破 1．【答案】C 【解析】大如太陽、地球等這些宏觀的運動物體也具有波動性，這種波是物質波，故A正確；光子與物質微粒發(fā)生相互作用時，不僅遵循能量守恒，還遵循動量守恒，故B正確；光子是光

9、的組成部分，而光電子是電子，故二者不相同，故C錯誤；根據(jù)核力的特點可知，核力是一種強相互作用力，熱核反應中庫侖力做功與核力做功相比能忽略，故D正確；本題選錯誤的，故選C。 2．【答案】B 【解析】能否產生光電效應與入射光的強度無關，增大入射光的強度，仍不能產生光電流，故A錯誤。增大入射光的頻率，當入射光的頻率大于金屬的極限頻率時，產生光電效應，金屬有光電子發(fā)出，電路中能產生光電流，故B正確。把P向a移動，P點電勢大于c點的電勢，光電管加上正向電壓，但不能產生光電效應，沒有光電流形成，故C錯誤。把P從c向b移動，光電管加反向電壓，不能產生光電效應，沒有光電流形成，故D錯誤。 3．【答案】A

10、 【解析】中子的動量p1＝，氘核的動量p2＝，同向正碰后形成的氚核的動量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布羅意波長λ3＝＝，A正確。 4．【答案】AD 【解析】根據(jù)光的強度越強，則光電子數(shù)目越多，對應的飽和電流越大，即可判定甲光的強度較大，選項A正確；由光電效應方程Ek＝hν－W0，Ek＝eUc，由圖可知，甲、乙的遏止電壓相同，故甲、乙的頻率相同，選項B錯誤；甲光照射時產生的光電子的最大初動能為eUc，選項C錯誤；根據(jù)Ek＝hν－W0＝eUc，可得ν＝，選項D正確。 5．【答案】B 【解析】處于基態(tài)的氫原子能量為E0，n＝2能級的原子能量為，n＝3能級的原子能量為，從n＝3能級躍遷到n

11、＝2能級，能量變化最小，則對應的頻率最小，因此從n＝3能級躍遷到n＝2能級有－＝hν，解得ν＝－，故選B。 6．【答案】A 【解析】Pb比Th質子數(shù)少(90－82)＝8個，核子數(shù)少(232－208)＝24個，所以中子數(shù)少(24－8)＝16個，故A正確；B、C、D錯誤。 7．【答案】BD 【解析】β射線實際是電子流，故A錯誤，B正確；半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變時所需的時間，碘131的半衰期約為8天，銫137的半衰期約為30年，碘131衰變更快；同位素是具有相同的質子數(shù)和不同的中子數(shù)的元素，故銫133和銫137含有相同的質子數(shù)，故C錯誤；γ射線是高頻電磁波，其光子能量大于可見

12、光的光子能量，故D正確。 8．【答案】B 【解析】每經過一次α衰變，電荷數(shù)減少2，質量數(shù)減少4，故A錯誤．每經過一次β衰變，電荷數(shù)增加1，質量數(shù)不變，質子數(shù)等于電荷數(shù)，則質子數(shù)增加1個，故B正確．元素釷Th的原子核的質量數(shù)為232，質子數(shù)為90，則中子數(shù)為142，氡Rn原子核的質量數(shù)為220，質子數(shù)為86，則中子數(shù)為134，可知放射性元素釷Th的原子核比氡Rn原子核的中子數(shù)多8個，故C錯誤．釷Th衰變成氡Rn，可知質量數(shù)減少12，電荷數(shù)減少4，因為經過一次α衰變，電荷數(shù)減少2，質量數(shù)減少4，經過一次β衰變，電荷數(shù)增加1，質量數(shù)不變，可知經過了3次α衰變，2次β衰變，故D錯誤。 9．【答案

13、】ACD 【解析】當反向電壓U與入射光頻率ν一定時，光電流i與光強成正比，所以A圖正確；頻率為ν的入射光照射陰極所發(fā)射出的光電子的最大初動能為mevmax2＝hν－W0，而截止電壓Uc與最大初動能的關系為eUc＝mvmax2，所以截止電壓Uc與入射光頻率ν的關系是 eUc＝hν－W0，其函數(shù)圖象不過原點，所以B圖錯誤；當光強與入射光頻率一定時，單位時間內單位面積上逸出的光電子數(shù)及其最大初動能是一定的，所形成的光電流強度會隨反向電壓的增大而減少，所以C圖正確；根據(jù)光電效應的瞬時性規(guī)律，不難確定D圖是正確的。 10．【答案】A 【解析】計算出各種光子能量然后和表格中數(shù)據(jù)進行對比，便可解決本

14、題。氫原子處于第四能級，能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子，1.89 eV和2.55 eV屬于可見光，1.89 eV的光子為紅光，2.55 eV的光子為藍—靛光。 11．【答案】B 【解析】根據(jù)玻爾理論，一個氫原子中的電子從n＝4的能級直接躍遷到基態(tài)，輻射一個光子的能量為ΔE＝E4－E1＝－＝－，選項B正確，A、C、D錯誤。 12．【解析】(1)光電流達到飽和時，陰極發(fā)射的光電子全部到達陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個數(shù) n＝＝(個)＝4.0×1012(個) 光電子的最大初動能為： Ekm＝eU0＝1.6×10－19 C×0.6 V＝9.6×10－20 J。 (2)設陰極材料的極限波長為λ0，根據(jù)愛因斯坦光電效應方程：Ekm＝h－h(huán)，代入數(shù)據(jù)得λ0＝0.66 μm。 13．【解析】(1)X―→Y＋He。 (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 Mv′－mv＝0 v′＝＝ 由Δmc2＝Mv′2＋mv2 得Δm＝。 7