2023届二轮复习 专题七　近代物理初步 素养作业

这是一份2023届二轮复习 专题七　近代物理初步 素养作业，共13页。试卷主要包含了021 78 u，63×10-34×5，2×109 Hz等内容，欢迎下载使用。
专题七　近代物理初步1.(2021·河北卷,1)银河系中存在大量的铝同位素26Al。26Al 核β+衰变的衰变方程为Al→e,测得26Al核的半衰期为72万年。下列说法正确的是(　C　)A.26Al核的质量等于26Mg核的质量B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压的环境中,其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg解析:26Al发生衰变的过程中释放正电子的同时还有核能释放,发生质量亏损,所以26Al核的质量大于26Mg核的质量,故A错误;26Al核的中子数n1=26-13=13,而26Mg核的中子数n2=26-12=14,所以26Al核的中子数小于26Mg核的中子数,故B错误;半衰期是原子核固有的属性,与物理环境和化学状态无关,故C正确;铝同位素26Al的半衰期为72万年,所以经过144万年也就是两个半衰期后还剩下没有衰变,故D错误。2.(2021·海南卷,5)1932年,考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验,验证了质能关系的正确性。在实验中,锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核,随后又蜕变为两个原子核,核反应方程为LiHBe→2X。已知HLi、X的质量分别为m1=1.007 28 u、m2=7.016 01 u、m3=4.001 51 u,光在真空中的传播速度为c,则在该核反应中(　B　)A.质量亏损Δm=4.021 78 uB.释放的核能ΔE=(m1+m2-2m3)c2C.铍原子核内的中子数是5D.X表示的是氚原子核解析:根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒,可知方程为LiHBe→He,则Z=4,A=8,铍原子核内的中子数是4,X表示的是氦核,故C、D错误;核反应质量亏损为Δm=m1+m2-2m3=0.020 27 u,则释放的核能为ΔE=(m1+m2-2m3)c2,故A错误,B正确。3.(2022·浙江丽水模拟)(多选)下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是(　BC　)A.图甲:卢瑟福通过分析α粒子散射实验的结果,发现了质子和中子B.图乙:密立根油滴实验首次测出了元电荷的数值C.图丙:玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的D.图丁:汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构解析:卢瑟福通过分析α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型,A错误;密立根油滴实验首次测出了元电荷的数值,B正确;玻尔理论指出氢原子能级是分立的,所以原子发射光子的频率也是不连续的,C正确;汤姆孙通过电子的发现揭示了原子还有复杂结构,D错误。4.(2022·福建漳州三模)图甲是氢原子的能级图,图乙是光电效应演示装置,装置中金属锌的逸出功为3.4 eV。用大量处于n=4能级的氢原子跃迁时发出的光去照射锌板,下列说法正确的是(　B　)A.若发生光电效应,则验电器内的金属片带负电B.此光电效应现象表明光具有粒子性C.有6种不同频率的光可使锌板发生光电效应D.从锌板打出来的光电子获得的最大初动能为13.6 eV解析:若锌板发生光电效应,则有电子从表面逸出,锌板带正电,验电器与锌板连接,因此也带正电,A错误;光电效应现象表明光具有粒子性,B正确;大量处于n=4能级的氢原子跃迁时发出6种不同频率的光,其中n=4、n=3、n=2能级向n=1能级跃迁时发出的3种光能使锌板发生光电效应,C错误;跃迁过程发出的光子能量最大值为13.6 eV-0.85 eV=12.75 eV,所以最大初动能为12.75 eV-3.4 eV=9.35 eV,D错误。5.(2022·山东泰安二模)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象的实验装置如图甲所示。实验测得的铷的遏止电压Uc与入射频率ν的关系图像如图乙所示,图线与横轴的交点坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,电子电荷量e=1.60×10-19 C。则下列说法正确的是(　C　)A.增大入射光的强度,产生光电子的最大初动能一定增大B.增大入射光的强度,遏止电压Uc一定增大C.金属铷的逸出功为W0=3.41×10-19 JD.金属铷的逸出功为W0=1.60×10-19 J解析:根据光电效应方程Ekm=hν-W0可知光电子的最大初动能与入射光的强度无直接关系,A错误;根据动能定理有-eUc=0-Ekm,可得Uc==,可知遏止电压与入射光的强度无直接关系,B错误;图线与横轴的交点表示金属铷的截止频率,则金属铷的逸出功为W0=hνc=6.63×10-34×5.15×1014 J≈3.41×10-19 J,C正确,D错误。6.(2022·天津南开区二模)铀原子核既可发生衰变,也可发生裂变。其衰变方程为UTh+X,裂变方程为Un→YKr+n,其中Un、YKr的质量分别为m1、m2、m3、m4,光在真空中的传播速度为c,下列叙述正确的是(　D　)A.U发生的是β衰变B.Y原子核中含有56个中子C.若提高温度U的半衰期将会变小D.一个U裂变时释放的能量为(m1-2m2-m3-m4)c2解析:根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒,知X的质量数和电荷数分别为nm=238-234=4,nq=92-90=2,为氦原子核,所以U发生的是α衰变,故A错误;Y的质量数和电荷数分别为A=235+1-89-3=144,Z=92-36=56,由原子核的组成特点可知,Y原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88,故B错误;半衰期与温度、压强等外界因素无关,故C错误;由于核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得ΔE=Δmc2=(m1-2m2-m3-m4)c2,故D正确。7.(2022·江苏连云港三模)如图所示,铯133原子基态有两个超精细能级,从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109 Hz,时间单位“秒”是根据该辐射光子的频率定义的。可见光波长范围为400 nm～700 nm。则(　C　)A.秒是国际单位制中的导出单位B.该跃迁辐射出的是γ射线C.铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于9.2×109 HzD.用频率为9.2×109 Hz的光照射锌板,能发生光电效应解析:秒是国际单位制中的基本单位,不是导出单位,A错误;γ射线是波长短于0.001 nm的电磁波,频率超过3×1020 Hz,从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109 Hz,故跃迁辐射出的不是γ射线,B错误;铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于从能级2跃迁到能级1发出光子的频率即大于9.2×109 Hz,C正确;已知可见光的紫光可以照射锌板使其发生光电效应,而红光不能发生光电效应。紫光的频率约为f==7.5×1014 Hz>9.2×109 Hz,红光的频率约为f==4.3×1014 Hz>9.2×109 Hz,频率为9.2×109 Hz远小于可见光的频率,故用频率为9.2×109 Hz的光照射锌板,不能发生光电效应,D错误。8.(2022·湖南张家界模拟)碘131治疗是甲状腺功能亢进症患者非常重要的一个治疗方法之一,多用于一些不能口服抗甲亢药物或者是口服抗甲亢的药物以后出现了严重的过敏反应以及肝功能损害的患者。现匀强磁场中有一个原来静止的碘131原子核,它衰变时放射出的粒子与反冲核(用X表示)的运动轨迹是两个相内切的圆,如图所示。下列关于衰变方程和粒子运动情况的说法正确的是(　D　)AIHeXBIeXC.释放出的粒子与反冲核圆周运动的旋转方向均为顺时针方向D.大圆和小圆的半径比为54∶1解析:在碘离子衰变的过程中动量守恒,则放射出的粒子动量与反冲核动量等大反向,则速度也反向,由题图可知两核受洛伦兹力方向相同,则根据左手定则可知放射出的粒子带负电,为电子,碘131发生β衰变,衰变方程为IeX,A、B错误;电子和X的运动方向相反,由题图,根据左手定则可知电子旋转方向沿顺时针方向,X旋转方向为逆时针方向,C错误;由qvB=m可知r=,因电子和X的动量相同,则两圆半径之比即电荷量之比的倒数,为54∶1,D正确。9.(2022·江苏南京三模)氦原子被电离出一个核外电子后,形成类氢结构的氦离子He+,其能级跃迁遵循玻尔原子结构理论,能级图如图甲所示,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J∙s。若大量处于n=3能级的氦离子跃迁并释放光子,用释放的光子照射光电管阴极,如图乙,K极板的逸出功为4.54 eV。调节滑片P使微安表示数恰好为0。求:(1)辐射光子的最长波长;(2)此时电压表的读数。解析:(1)氦离子从能级3向能级2跃迁时辐射波长最长的光子ΔE=E3-E2=-6.04 eV-(-13.6 eV)=1.21×10-18 J,又因为ΔE=hν=,所以λ==1.64×10-7 m。(2)氦离子从能级3向能级1跃迁放出的光子能量最大,最大能量为Em=-6.04 eV-(-54.4 eV)=48.36 eV,由光电效应方程Ekm=hν-W0,可得最大初动能为Ekm=48.36 eV-4.54 eV=43.82 eV,因为eU=Ekm,解得U=43.82 V。答案:(1)1.64×10-7 m　(2)43.82 V10.(2022·江苏南通模拟)硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术,其原理是进入癌细胞内的硼核B)吸收慢中子,转变成锂核Li)和α粒子,释放出γ光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm,γ光子的能量为E0,硼核的比结合能为E1,锂核的比结合能为E2,普朗克常量为h,真空中光速为c。(1)写出核反应方程并求出γ光子的波长λ;(2)求核反应放出的能量E及氦核的比结合能E3。解析:(1)核反应方程为BnLiHe+γ,根据E0=h,可求得γ光子的波长λ=h。(2)由质能方程可知,核反应中放出的能量E=Δmc2,由能量关系可得E=7E2+4E3-10E1,解得E3=。答案:(1BnLiHe+γ　h(2)Δmc2　11.(2022·湖南衡阳三模)我国在研究原子物理领域虽然起步较晚,但是近年对核能的开发与利用却走在了世界的前列。有关原子的相关知识,下列说法正确的是(　C　)A.查德威克发现中子的核反应方程为He+Cn,这是个聚变反应B.原子核发生β衰变时,产生的β射线本质是高速电子流,因核内没有电子,所以β射线是核外电子逸出原子形成的C.光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性,且前者可说明光子具有能量,后者除证明光子具有能量,还可证明光子具有动量D.氢原子的部分能级结构如图,一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,发出的光照射钾板(逸出功为2.25 eV),钾板表面所发出的光电子的最大初动能为9.84 eV解析:查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子,核反应方程为BeHeCn,属于原子核的人工转变,故A错误;原子核发生β衰变时,产生的β射线本质是高速电子流,其本质是原子核内一个中子变成一个质子和一个电子,电子被释放出来,故B错误;光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性,且前者可说明光子具有能量,后者除证明光子具有能量,还可证明光子具有动量,故C正确;n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子的能量最大为E=E4-E1=12.75 eV,钾板表面所发出的光电子的最大初动能Ek=E-W0=10.5 eV。故D错误。12.(2022·广东珠海模拟)中子不带电,比较容易进入原子核,科学上往往利用中子轰击其他原子核来获得需要的粒子。为了研究获得的粒子的属性,也经常将轰击过程放入电磁场中,如图所示某空间x轴上方存在电场强度大小为E、方向向下的匀强电场,x轴下方存在若干个宽度为d的等间隔的长条形匀强电场和匀强磁场区域,电场强度大小相等、方向均向下,磁感应强度大小相等、方向均向外。某中子以一定的水平向右的初速度撞上位于y轴且纵坐标为d的一个静止Li核,而发生核反应,生成两个原子核,其中一个为 H核,以水平速度v1=飞出后在电场作用下落在x轴负半轴(图中未画出);另一个新核X飞出后在电场作用下到达x轴时与x轴正方向成θ=37°角,如图。若已知中子和质子的质量相等均为u,(不计反应中的质量亏损)质子的电荷量为e。不计粒子重力,不考虑高速运动的粒子的相对论效应,假设电磁场均有理想边界。(1)写出相应的核反应方程式,并求出新核X飞入磁场的速度。(取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,结果中质量和电荷量均用u和e表示)(2)求入射中子的初速度;(3)若新核X进入磁场的速度为vx,经过第一个磁场区域后,新核的速度方向改变了90°,则磁感应强度应调节为多少?(结果用vx、u、e、d表示)(4)若新核X进入磁场速度大小为vx,方向θ角任意,各电场大小均为E,调节磁场强弱发现新核从第n个匀强磁场区域射出时速度方向与刚进入第一匀强磁场区域时的速度偏角为90°,则B的大小应调节为多少?(结果用vx、u、e、E、d、θ、n表示)解析:(1)根据质量数和电荷数守恒可得nLiHHe,对新核 He粒子,在第一象限中做类平抛运动,在沿电场方向,做初速度为零的匀加速直线运动,则2×d=,解得vy=,则新核X飞入磁场的速度v==。(2)中子与静止的Li核碰撞,根据动量守恒定律可得uv0=-3uv1+4uv2,又v2==,v1=,解得入射中子的初速度v0=4。(3)新核He粒子经过第一个磁场区域后,新核的速度方向改变了90°,如图由几何知识得d=rcos θ+rsin θ,新核He粒子在磁场中做匀速圆周运动qvB=m,则B==。(4)设进入第n个磁场的速度为vn,则经历了(n-1)个电场,则根据动能定理可得2eE(n-1)d=×4u-×4u×,解得vn=,水平方向应用动量定理-∑BqvyΔt=-mvnsin θ-mvxcos θ,即Bqnd=mvnsin θ+mvxcos θ,解得B=。答案:(1nLiHHe　(2)4(3)(4)