高考物理二轮复习专题分层突破练16光电效应原子结构和原子核(含解析)

专题分层突破练16　光电效应　原子结构和原子核

A组

1.(2020东北三省四市一模)对以下几位物理学家所做的科学贡献,叙述正确的是(　　)

A.德布罗意认为任何一个运动的物体,小到电子、质子、中子,大到行星、太阳都有一种波与之相对应,这种波叫物质波

B.爱因斯坦通过对黑体辐射现象的研究,提出了量子说

C.卢瑟福通过α粒子散射实验,发现了质子和中子,提出了原子的核式结构模型

D.贝克勒尔通过对氢原子光谱的分析,发现了天然放射现象

2.(2020山东泰安二模)激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中,所用激光的波长λ=6.6×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J。则每个脉冲中的光子数目是(已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)(　　)

A.3×1016 B.3×1012

C.5×1016 D.5×1012

3.(2020广西南宁一测)氢原子的能级如图所示,大量氢原子处于n=4能级上。当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时,辐射光的波长为1 884 nm,已知可见光光子的能量在1.61~3.10 eV范围内,下列判断正确的是(　　)

A.氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级,辐射的光子是可见光光子

B.从高能级向低能级跃迁时,氢原子要吸收能量

C.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时,辐射光的波长大于1 884 nm

D.用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光照射W逸=6.34 eV的铂,能发生光电效应

4.(2020浙江衢州、湖州、丽水检测)核电池可通过半导体换能器,将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu衰变为铀核U和新粒子,并释放出γ光子。已知PuU的质量分别为mPu、mU,下列说法正确的是(　　)

A.Pu239的衰变方程为PuU+H+γ

B.核反应过程中的质量亏损为Δm=mPu-mU

C.核反应过程中的释放的核能为ΔE=(mPu-mU)c2

D.释放的核能转变为U动能、新粒子动能和γ光子能量

5.(2020哈三中高三学年第二次模拟考试)下列说法正确的是(　　)

A.轻核聚变反应方程He+X中,X表示正电子

BBaKr+n是铀核裂变的一种反应方程

C.放射性元素与不同的元素形成化合物,其半衰期不同

D.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定

6.(2020安徽六校二测)用光子能量为5.0 eV的一束光照射阴极P,如图,当开关K断开时,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.60 V时,电流表读数仍不为零;当电压表读数大于或等于1.60 V时,电流表读数为零,由此可知阴极材料的逸出功为(　　)

A.1.6 eV B.2.2 eV

C.3.0 eV D.3.4 eV

7.(2020陕西渭南三模)科学家通过实验研究发现,放射性元素U有多种可能的衰变途径U先变成BiBi可以经一次衰变变成Ti,也可以经一次衰变变成X(X代表某种元素)Ti和X最后都变成Pb,衰变路径如图所示。则以下判断正确的是(　　)

A.a=211,b=82

B.①是β衰变,②是α衰变

C.①②均是α衰变

DU经过7次α衰变5次β衰变后变成Bi

8.(2020山西太原模拟)2020年4月1日,由于太阳光不能照射到太阳能电池板上,“玉兔二号”月球车开始进入第十六个月夜休眠期。在之后的半个月内,月球车采用同位素Pu电池为其保暖供电,已知Pu238是人工放射性元素,可用中子照Np得到。Pu238衰变时只放出α射线,其半衰期为88年。则(　　)

A.用中子辐照Np237制造Pu238时将放出电子

B.Pu238经一次衰变会有两个质子转变为两个中子

C.Pu238经一次衰变形成的新核含有144个中子

D.当到达下个月昼太阳能电池板工作时,Pu238停止衰变不再对外供电

B组

9.(2020重庆月考)如图所示,在真空云室中的矩形ABCD区域内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场,静止放置在O点的铀238原子核U发生衰变,放出射线后变成某种新的原子核,两段曲线是反冲核(新核)和射线的径迹,曲线OQ为圆弧,x轴过O点且平行于AB边。下列说法正确的是(　　)

A.该衰变方程为Np

B.曲线OQ是射线的径迹曲线

C.改变磁感应强度的大小,反冲核和射线圆周运动半径的比值随之改变

D.OP是射线的径迹,曲线OQ是反冲核的径迹

10.(2020山东青岛一检)常言道,万物生长靠太阳,追根溯源,地球上消耗的能量绝大部分是来自太阳内部持续不断地发生核反应释放出的核能。在太阳内部发生的典型核反应方程是He+2X,这个核反应释放出的能量为ΔE,光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(　　)

A.该核反应属于裂变反应

B.方程中的X为电子e)

C.该核反应前后质量数守恒,因而反应前后总质量保持不变

D.该核反应过程产生的质量亏损为Δm=

11.(2020四川成都二诊)如图为氢原子的能级示意图。处于n=4能级的一群氢原子向低能级跃迁时,辐射出的光子再照射到逸出功为2.29 eV的某金属板上,下列说法正确的是(　　)

A.共有10种不同频率的光子辐射出来

B.共有6种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象

C.入射光子的频率越高,逸出光电子的最大初动能越大

D.从金属板中逸出的光电子就是α粒子

12.(2020山东等级考模拟)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,带电量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是(　　)

A.带正电,ν0+ 

B.带正电,ν0+

C.带负电,ν0+ 

D.带负电,ν0+

13.(2020陕西汉中二检)1933年至1934年间科学家用α粒子轰击铝箔时,发生的核反应方程为AlHen,反应生成物P可以像天然放射性元素一样发生衰变,核反应方程为Siv。其中v为中微子e为正电子。则下列说法正确的是(　　)

A.当温度、压强等条件变化时,放射性元素P的半衰期随之变化

B.中微子的质量数A=0,电荷数Z=2

C.正电子产生的原因可能是核外电子转变成的

D.两个质子和两个中子结合成一个α粒子,则两个质子与两个中子的质量之和大于α粒子的质量

14.(2020陕西安康三模)中国散裂中子源项目由中国科学院和广东省共同建设,选址于广东省东莞市大朗镇,截止到2019年8月23日正式投入运行1年。散裂中子源就是一个用中子来了解微观世界的工具,如一台“超级显微镜”,可以研究DNA、结晶材料、聚合物等物质的微观结构。下列关于中子的说法正确的是(　　)

A.卢瑟福预言了中子的存在,并通过实验发现了中子

B.原子核中的中子与其他核子间无库仑力,但有核力,有助于维系原子核的稳定

C.散裂中子源中产生的强中子束流可以利用电场使之慢化

D.若散裂中子源中的中子束流经慢化后与电子显微镜中的电子流速度相同,此时中子的物质波波长比电子的物质波波长长

参考答案

专题分层突破练16　光电效应　

原子结构和原子核

1.A　解析 德布罗意认为任何一个运动的物体,小到电子、质子、中子,大到行星、太阳都有一种波与之相对应,这种波叫物质波,A正确;普朗克通过对黑体辐射现象的研究,提出了量子说,B错误;卢瑟福通过α粒子散射实验,提出了原子的核式结构模型,该实验没有发现质子和中子,C错误;贝克勒尔发现了天然放射现象,但并不是通过对氢原子光谱的分析发现的,D错误。

2.C　解析 每个光子的能量为E0=hν=h,每个激光脉冲的能量为E,则每个脉冲中的光子数目n=,代入数据,解得n=5×1016,A、B、D错误,C正确。

3.D　解析 氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级,辐射的光子的能量为E4-E3=-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,此能量比可见光光子的能量小,因此不可能是可见光光子,A错误;从高能级向低能级跃迁时,氢原子一定向外放出能量,B错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级辐射的光子能量小于从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量,根据E=h,可知从n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子波长小于1 884 nm,C错误;氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光子的能量值E12=E2-E1=-3.4 eV-(-13.60 eV)=10.20 eV,故用该光照射W逸=6.34 eV的铂,能发生光电效应,D正确。

4.D　解析 根据质量数守恒与电荷数守恒可知Pu的衰变方程为PuHe+γ,故A错误;此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差,则为:Δm=mPu-mU-mα,故B错误;根据质能方程可知,释放的核能为:ΔE=Δmc2=(mPu-mU-mα)c2,释放的核能转变为U动能、新粒子(α粒子)动能和γ光子能量,故C错误,D正确。

5.D　解析 轻核聚变反应方程H→He+X中,X的质量数为m=2+3-4=1,电荷数z=1+1-2=0,可知X表示中子,A错误;铀核裂变的一种核反应方程U+BaKr+n,B错误;放射性元素的半衰期由原子核自身内部因素决定,与物质处于单质还是化合物无关,C错误;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故D正确。

6.D　解析 设用光子能量为5.0 eV的光照射时,光电子的最大初动能为Ekm,当反向电压达到U=1.60 V以后,电流表读数为零,因此Ekm=eU=1.60 eV。根据光电效应方程有Ekm=hν-W0,阴极材料的逸出功为W0=hν-Ekm=3.40 eV,D正确。

7.D　解析 Bi经过①变化为Ti,核电荷数减少2,为α衰变,即BiTiHe,故a=210-4=206Bi经过②变化为X,质量数没有发生变化,为β衰变,即Bie,故b=83+1=84,故A、B、C错误U经过7次α衰变,则质量数少28,电荷数少14,在经过5次β衰变后,质量数不变,电荷数增加5,此时质量数为238-28=210,电荷数为92-14+5=83,变成了Bi,故D正确。

8.A　解析 用中子辐照Np237时的核反应方程为NpPue,根据核反应方程可知,有电子放出,故A正确;Pu238经一次α衰变,衰变方程为PuHe,Pu238经一次α衰变会把2个质子和2个中子作为一个整体抛射出来,衰变后形成的新核中有中子数为234-92=142(个),故B、C错误;放射性元素有半衰期是由放射性元素本身决定的,与外界环境无关,故D错误。

9.D　解析 根据粒子的偏转方向及左手定则可知,新原子核和放出的射线均带正电,故原子核发生的是α衰变,衰变方程为HeTh,故A错误;由动量守恒定律可知,新核和α粒子的动量相等,由r=可知,新核的电荷量大故半径小,故OQ是新核的径迹曲线,OP是射线的径迹,故B错误,D正确;新核和α粒子的动量相等,由r=可知,即反冲核和射线圆周运动的半径之比与磁感应强度无关,故C错误。

10.D　解析 该核反应属于聚变反应,A错误;根据质量数和电荷数守恒可知,方程中的X为正电子e),B错误;该核反应前后质量数守恒,但是由于反应放出能量,则反应前后有质量亏损,C错误;根据ΔE=Δmc2可知,该核反应过程产生的质量亏损为Δm=,D正确。

11.C　解析 共有=6种不同频率的光子辐射出来,A错误;其中能级差大于2.29 eV的跃迁有4→1、3→1、2→1、4→2,即共有4种不同频率的光子能使该金属发生光电效应现象,B错误;根据光电效应规律可知,入射光子的频率越高,逸出光电子的最大初动能越大,C正确;从金属板中逸出的光电子是e,不是α粒子,D错误。

12.C　解析 因为光电子带负电,而到达右板时速度为零,说明右板带负电,选项A、B错误;根据爱因斯坦光电效应方程和动能定理有hν0=W0,Ek=hν-W0,Ek=e,联立解得C正确。

13.D　解析 原子核的衰变是由原子核内部因素决定的,与温度、压强等无关,因此半衰期不发生变化,A错误;根据质量数守恒可得中微子的质量数A=30-30=0,电荷数Z=15-14-1=0,可知中微子的质量数A=0,电荷数Z=0,B错误;根据该衰变的本质可知,正电子是由于质子衰变产生的,C错误;两个质子和两个中子结合成一个α粒子的过程中释放核能,根据质能方程可知质子与中子的质量之和一定大于α粒子的质量,D正确。

14.B　解析 卢瑟福预言了中子的存在,查德威克通过实验发现了中子,故A错误;中子不带电,则原子核中的中子与其他核子间无库仑力,但有核力,有助于维系原子核的稳定,故B正确;中子不带电,则散裂中子源中产生的强中子束不可以利用电场使之慢化,故C错误;根据德布罗意波波长表达式λ=,若散裂中子源中的中子束流经慢化后的速度与电子显微镜中的电子流速度相同,因中子的质量大于电子的质量,则中子的动量大于电子的动量,则此时中子的物质波波长比电子的物质波波长短,故D错误。