(通用版)高考物理二轮专题复习13 原子物理(2份打包,解析版+原卷版,可预览)
展开秘籍13 原子物理
高考频度:★★★★☆ 难易程度:★★★☆☆
考向一 波粒二象性
真题演练
【典例1】(2018·全国II卷)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810–19 J。已知普朗克常量为6.6310–34 J·s,真空中的光速为3.00108 m·s–1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为
A.11014 Hz
B.81014 Hz
C.21015 Hz
D.81015 Hz
【答案】B
【解析】知道光电效应方程;知道逸出功并结合两个公式求解。由光电效应方程式得:,得:,刚好发生光电效应的临界频率为,则,代入数据可得:,故B正确。
怎样解决有关光电效应规律应用的题目
解决有关光电效应规律的应用的题目,只需理解并熟记以下规律即可:
(1)入射光强度单位时间内发射出来的电子数;
(2)入射光的频率
模拟精炼
如图所示为光电管的使用原理图.已知当有波长为λ0的光照射到阴极K上时,电路中有光电流,则( )
A.若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时,电路中一定没有光电流
B.若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时,电路中光电流一定增大
C.若将电源极性反接,电路中仍可能有光电流产生
D.增加电路中电源两极电压,电路中光电流一定增大
【答案】C
【解析】题给条件λ0的光照射阴极K有电流,不是恰有光电流,故A项错;达到饱和值后,光电流与入射光的强度成正比,故B项错;增加电路中电源两极电压达饱和电流后,电流不变,可判断D项错;若将电源极性反接,只要光电子的最大初动能Ek>eU,就有光电子到达另一极形成光电流,故C项正确。
考向二 原子结构与能级
真题演练
【典例2】(2019·新课标全国Ⅰ卷)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV~3.10 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,最少应给氢原子提供的能量为
A.12.09 eV B.10.20 eV C.1.89 eV D.1.5l eV
【答案】A
【解析】由题意可知,基态(n=1)氢原子被激发后,至少被激发到n=3能级后,跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故。故本题选A。
能使原子能级跃迁的两种方式
(1)吸收光子能量:原子若是吸收光子能量而被激发,光子的能量必须等于两能级差,否则不被吸收,即hν=Em-En.
(2)吸收外来实物粒子:原子若吸收外来的实物粒子,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要实物粒子的能量大于等于两能级差值(E≥Em-En),均可使原子发生跃迁.
模拟精炼
.(2020·河北石家庄检测)(多选)已知金属钙的逸出功为2.7 eV,氢原子的能级图如图所示,一群氢原子处于量子数为n=4的能级状态,则下列说法中正确的是( )
A.氢原子可能辐射6种频率的光子
B.氢原子可能辐射5种频率的光子
C.有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D.有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
【答案】AC
【解析】从n=4能级跃迁可能产生的光子为6种;若产生光电效应,则光子的能量需要大于2.7 eV,此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级,这3种频率的光子能使钙发生光电效应。
考向三 原子核与核能
真题演练
【典例3】(2019·新课标全国Ⅱ卷)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,已知和的质量分别为和,1u=931MeV/c2,c为光速。在4个转变成1个的过程中,释放的能量约为
A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV
【答案】C
【解析】由知,=,忽略电子质量,则:,故C选项符合题意;
核反应方程及核能的计算
(1)掌握核反应方程中的两守恒:
①质量数守恒;
②电荷数守恒.
(2)核能的计算方法.
①根据爱因斯坦质能方程,用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方,即ΔE=Δmc2(J)
②根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即ΔE=Δm×931.5 (MeV).
③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现,则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能.
模拟精炼
(2020·山西晋城一模,1)一静止的磷原子核P发生β衰变转变成S,核反应方程为P→S+e,下列说法正确的是( )
A.核反应产生的S与e动能相等
B.核反应产生的S与e速度等大反向
C.核反应产生的S与e动量等大反向
D.核反应产生的S与e的质量之和与P相等
【答案】C
【解析】核反应前后动量守恒,核反应前P是静止的,动量等于零,可知核反应后两生成物的动量等大反向,选项C正确;根据动能和动量的关系Ek=可知S与e的动能不相等,选项A错误;因为S与e质量不相等,动量大小相等,所以速度大小不相等,选项B错误;由于核反应存在质量亏损,选项D错误。
代入数据解得:Q=4×10-3 J
横扫千军
1.(2019·沈阳联考)如图所示,根据氢原子的能级图,现让一束单色光照射到一群处于基态(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.13.6 eV B.3.4 eV
C.12.75 eV D.12.09 eV
【答案】C
【解析】根据受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光,有6=,解得n=4,即能自发地发出6种不同频率的光的受激氢原子一定是在n=4能级,则照射处于基态的氢原子的单色光的光子能量为-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,C正确。
2.“慧眼”观测的范围是美丽的银河系,γ射线暴是主要研究的对象之一。γ射线暴是来自天空中某一方向的γ射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,它是仅次于宇宙大爆炸的爆发现象。下列关于γ射线的论述中正确的是( )
A.γ射线同α、β射线一样,都是高速带电粒子流
B.γ射线的穿透能力比α射线强,但比β射线弱
C.γ射线是原子核能级跃迁时产生的
D.利用γ射线可以使空气电离,消除静电
【答案】C
【解析】γ射线是电磁波,不是高速带电粒子流,A错误;α、β、γ三种射线中,γ射线能量最高,穿透能力最强,B错误;利用α射线的电离作用可以使空气电离,将静电泄出,从而消除有害静电,D错误;γ射线是原子核能级跃迁时产生的,C正确。
3.中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解,反应方程为γ+D→p+n。若分解后的中子、质子的动能可视为相等,则中子的动能是( )
A.[(mD-mp-mn)c2-E]
B.[(mp+mn-mD)c2+E]
C.[(mD-mp-mn)c2+E]
D.[(mp+mn-mD)c2-E]
【答案】C
【解析】氘核分解成中子、质子时,质量增加Δm=mp+mn-mD,所以2Ek=E-(mp+mn-mD)c2,中子动能为Ek=[(mD-mp-mn)c2+E]。故C正确。
4.如图所示是氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线,其中频率最大的是( )
A.Hα B.Hβ
C.Hγ D.Hδ
【答案】D
【解析】根据能级跃迁公式可知,当氢原子由第6能级跃迁到第2能级时,发出光子的能量最高,为hν=E6-E2,辐射的光子Hδ频率最大,故D选项正确。
5.(多选)(2019·周口模拟)卢瑟福通过用α粒子(He)轰击氮核(N)的实验,首次实现了原子核的人工转变,则下列说法中正确的是( )
A.该核反应的方程为He+N→O+H
B.通过此实验发现了质子
C.原子核在人工转变的过程中,电荷数可以不守恒
D.在此实验中,核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量
【答案】AB
【解析】由质量数守恒和电荷数守恒,可知核反应方程为:He+N→O+H,选项A正确;卢瑟福通过此实验发现了质子,选项B正确;在原子核的人工转变过程中,其电荷数守恒,选项C错误;由于在核反应中有能量转化,所以质量数守恒,质量不守恒,选项D错误。
6.(多选)在某些恒星内,3个α粒子结合成1个C原子核,C原子核的质量是12.000 0 u,He原子核的质量是4.002 6 u。已知1 u=1.66×10-27 kg,1 eV=1.6×10-19 J。则( )
A.反应过程中的质量亏损是0.007 8 u
B.反应过程中的质量亏损是1.29×10-29 kg
C.反应过程中释放的能量是7.26 MeV
D.反应过程中释放的能量是1.16×10-19 J
【答案】ABC
【解析】由题意可得核反应方程为3He→6C+ΔE。则核反应中的质量亏损为Δm=(3×4.002 6-12.000 0)u=0.007 8 u=0.007 8×1.66×10-27 kg≈1.29×10-29 kg,由质能方程得ΔE=Δmc2=1.29×10-29×(3×108)2 J=1.161×10-12 J≈7.26 MeV。故A、B、C正确。
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