全国版2022高考物理一轮复习专题十三原子物理1练习含解析

专题十三 原子物理

考点1　光电效应、波粒二象性

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[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　

拓展变式

1.[2017全国Ⅲ,19,6分,多选]在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb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νa>νb,则一定有Ua<Ub

B.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb

C.若Ua<Ub,则一定有Eka<Ekb

D.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb

2.[2018全国Ⅱ,17,6分]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1.28×10-19 J.已知普朗克常量为6.63×10-34 J·s,真空中的光速为3.00×108 m·s-1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为              (　　)

A.1×1014 Hz　　　　B.8×1014 Hz

C.2×1015 Hz    D.8×1015 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.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

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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能级跃迁时可能辐射出γ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Ⅰ,19,6分,多选]下列核反应方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有 (　　)

AHHn+X1　　　　　　　　　　　　　　　　　BHHn+X2

CUnBaKr+3X3                                       DnLiH+X4

拓展变式

1.

[2019全国Ⅰ,14,6分]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.1.51 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.1∶4　　　B.1∶2　　　C.2∶1　　　D.4∶1

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Un→YKr+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

C.裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2

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α衰变.放射出的α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α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α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.α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,且电流大小为I=

D.若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,则衰变过程中的质量亏损为Δm=

答  案

专题十三 原子物理

考点1　光电效应、波粒二象性

B　由于光子的能量E=hν,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hν=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hν=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,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=hν-W0可知,若νa>νb,则Eka>Ekb,遏止电压能够反映最大初动能的大小,Ue=Ek,则Ua>Ub,故选项A错误,选项B正确;若Ua<Ub,则Eka<Ekb,故选项C正确;W0=hν-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=hν-Ek=hνc,又ν=,代入数据解得νc≈8×1014 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=hν-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2　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γ射线是原子核辐射的,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α粒子,B项正确;选项D中的X4质量数是4,电荷数是2,代表α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 eV~3.10 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1∶2,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ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,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α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,α粒子与新核动量大小相等,由圆周运动的半径公式r=可知,α粒子轨迹半径大,由左手定则可知α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α粒子,由洛伦兹力提供向心力有qvB=m,解得v=　①,由质量关系可知,衰变后新核Y的质量为M=m　②,由衰变过程中动量守恒定律可得Mv'-mv=0　③,系统增加的能量为ΔE=Mv'2+mv2　④,由质能方程得ΔE=Δmc2　⑤,联立①②③④⑤可得Δm=,选项D正确.