2020屆高考物理 精準培優(yōu)專練二十一 原子物理（含解析）

《2020屆高考物理 精準培優(yōu)專練二十一 原子物理（含解析）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2020屆高考物理 精準培優(yōu)專練二十一 原子物理（含解析）（9頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、原子物理記住幾個二級結(jié)論：(1)遏止電壓Uc與入射光頻率、逸出功W0間的關(guān)系式：Uc。(2)截止頻率c與逸出功W0的關(guān)系：hcW00，據(jù)此求出截止頻率c。(3)光照引起的原子躍遷，光子能量必須等于能級差；碰撞引起的躍遷，只需要實物粒子的動能大于(或等于)能級差。(4)大量處于定態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時可能產(chǎn)生的光譜線條數(shù)：Cn2。(5)磁場中的衰變：外切圓是衰變，內(nèi)切圓是衰變，半徑與電荷量成反比。(6)平衡核反應(yīng)方程：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。二、考題再現(xiàn)典例1.(2019全國I卷14) 氫原子能級示意圖如圖所示，光子能量在1.63 eV3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n1）的氫原子被激

2、發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A12.09 eV B10.20 eVC1.89 eV D1.5l eV典例2.(2019全國II卷15) 太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為：4HHe2e2。已知H和He的質(zhì)量分別為mp1.007 8 u和m4.002 6 u，1 u931 MeV/c2，c為光速在4個H轉(zhuǎn)變成1個He的過程中，釋放的能量約為()A8 MeV B16 MeV C26 MeV D52 MeV三、對點速練1下列說法正確的是()A放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件有關(guān)B結(jié)合能越大，原子中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定C一

3、束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因為該束光的波長太短D各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量（頻率）不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈2下列說法中正確的是()A光電效應(yīng)說明光具有粒子性的，它是愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)并加以理論解釋的B235U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的變化，半衰期可能變短C盧瑟福通過對粒子散射實驗的研究，揭示了原子核的結(jié)構(gòu)D據(jù)波爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，氫原子的電勢能減小，核外電子的動能增大3下列說法正確的是()A衰變成要經(jīng)過4次衰變和2次衰變B核泄漏事故污染物Cs137能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為，可以判斷x為質(zhì)子C玻爾理論

4、的假設(shè)是原子能量的量子化和軌道量子化D康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，電子的衍射實驗說明實物粒子只具有粒子性4如圖所示為氫原子的能級圖，一群氫原子處于n4的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為1.90 eV的金屬銫，下列說法正確的是()A這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光，其中從n4躍遷到n3所發(fā)出的光波長最短B這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的光，其中從n4躍遷到n1所發(fā)出的光頻率最高C金屬銫表面所逸出的光電子的初動能最大值為12.75 eVD金屬銫表面所逸出的光電子的初動能最大值為10.85 eV5根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級公式為(n為能級，A為基態(tài)能量)，一個氫原子中的

5、電子從n4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6下列說法正確的是()A光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量B比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定C將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解，會改變放射性元素的半衰期D原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損7用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用頻率為的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖象，

6、圖線與橫軸的交點坐標為(a，0)，與縱軸的交點坐標為(0，b)，下列說法中正確的是()A普朗克常量為hB斷開開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零C僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大D保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變8靜止在勻強電場中的碳14原子核，某時刻放射的某種粒子與反沖核的初速度方向均與電場方向垂直，且經(jīng)過相等的時間后形成的軌跡如圖所示(a、b表示長度)。那么碳14的核反應(yīng)方程可能是()ABCD9用a、b兩種不同頻率的光分別照射同一金屬板，發(fā)現(xiàn)當a光照射時驗電器的指針偏轉(zhuǎn)，b光照射時指針未偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是()A增大a光的強度，驗電器的指針偏角一定減小B

7、a光照射金屬板時驗電器的金屬小球帶負電Ca光在真空中的波長小于b光在真空中的波長D若a光是氫原子從n4的能級向n1的能級躍遷時產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n5的能級向n2的能級躍遷時產(chǎn)生的10如圖所示為氫原子的能級圖，當氫原子從n4能級躍遷到n2能級時，輻射出光子a；當氫原子從n3能級躍遷到n1能級時，輻射出光子b，則下列說法中正確的是()A光子a的能量大于光子b的能量B光子a的波長小于光子b的波長Cb光比a光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D在同種介質(zhì)中，a光子的傳播速度大于b光子的傳播速度11按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠，氫原子的能量_(選填“越大”或“越小”)。已知氫原子的基態(tài)能量為E

8、1(E10)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為的光子被電離后，電子速度大小為_(普朗克常量為h)。12小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖甲所示已知普朗克常量h6.631034 Js。(1)圖甲中電極A為光電管的_(選填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率c_Hz，逸出功W0_J；(3)如果實驗中入射光的頻率7.001014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek_J。13如圖所示是研究光電管產(chǎn)生的電流的電路圖，A、K是光電管的兩個電極，已知該光電管陰極的極限頻率為0?，F(xiàn)將頻率為(大于0)的光

9、照射在陰極上，則：(1)_是陰極，陰極材料的逸出功等于_。(2)加在A、K間的正向電壓為U時，到達陰極的光電子的最大動能為_，將A、K間的正向電壓從零開始逐漸增加，電流表的示數(shù)的變化情況是_。(3)為了阻止光電子到達陽極，在A、K間應(yīng)加U反_的反向電壓。(4)下列方法一定能夠增加飽和光電流的是_。A照射光頻率不變，增加光強B照射光強度不變，增加光的頻率C增加A、K電極間的電壓D減小A、K電極間的電壓14為確定愛因斯坦的質(zhì)能方程Emc2的正確性，設(shè)計了如下實驗：用動能為E10.60 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核Li，生成兩個粒子，測得兩個粒子的動能之和為E219.9 MeV，已知質(zhì)子、粒子、鋰粒子

10、的質(zhì)量分別取mp1.007 3 u、m4.001 5 u、mLi7.016 0 u，求：(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)通過計算說明Emc2正確。(1 u相當于931.5 MeV)答案二、考題再現(xiàn)典例1.【解析】因為可見光光子的能量范圍是1.633.10 eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n3能級，要給氫原子提供的能量最少為E(1.5113.60) eV12.09 eV，即選項A正確?！敬鸢浮緼典例2.【解析】核反應(yīng)質(zhì)量虧損m41.007 8 u4.002 6 u0.028 6 u，釋放的能量E0.028 6931 MeV26.6 MeV，選項C正確?！敬鸢浮緾三、對點速練1【答案】D【解析】原子核的

11、半衰期由核內(nèi)部自身因素決定，與原子所處的化學狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故選項A錯誤；比結(jié)合能越大，原子中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，與原子核的合能無關(guān)，故選項B錯誤；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光的頻率小于金屬的極限頻率，即光子的能量太小，該束光的波長太長，故選項C錯誤；根據(jù)玻爾理論，各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量（頻率）不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈，故選項D正確。2【答案】D【解析】光電效應(yīng)說明光具有粒子性，不是波動性的，光電效應(yīng)是由赫茲發(fā)現(xiàn)的，不是愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)，故選項A錯誤；半衰期不會隨地球環(huán)境的變化而變化，故選項B錯誤；盧瑟福通過對

12、粒子散射實驗的研究，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，故選項C錯誤；據(jù)波爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，原子能量減小，軌道半徑減小，根據(jù)ke2r2=mv2r知，核外電子的動能增大，原子能量等于動能和電勢能之和，則電勢能減小，故選項D正確。3【答案】C【解析】因為衰變時質(zhì)量數(shù)不變，所以衰變的次數(shù)n=232-2084=6，在衰變的過程中電荷數(shù)總共少62=12，則衰變的次數(shù)m=12-90-821=4，故選項A錯誤；核反應(yīng)方程式為55137Cs56137Ba+x，可以根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒判斷x為粒子，故選項B錯誤；玻爾理論的假設(shè)是提出了軌道量子化和能量量子化，故選項C正確；康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，電子的

13、衍射說明實物粒子具有波動性，故選項D錯誤。4【答案】D【解析】從n4躍遷到n3所發(fā)出的光的頻率最小，波長最長，選項A錯誤；這群氫原子能發(fā)出第=6種頻率的光子，從n4躍遷到n1所發(fā)出的光的頻率最高，選項B錯誤；光電子的最大初動能對應(yīng)入射光子的頻率最高時，最大入射光能量對應(yīng)的入射光子的頻率最高，即EE4E10.85 eV(13.60 eV)12.75 eV，由光電效應(yīng)方程知EkEW010.85 eV，選項C錯誤，D正確。5【答案】B【解析】根據(jù)玻爾理論，一個氫原子中的電子從n4的能級直接躍遷到基態(tài)，輻射一個光子的能量為EE4E1，選項B正確，A、C、D錯誤。6【答案】A【解析】光子像其他粒子一樣，

14、不但具有粒子性，而且也有波動性，則不但具有能量，也具有動量，故A正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，B錯誤；放射性元素的半衰期與外界因素沒有任何關(guān)系，只和本身性質(zhì)有關(guān)，C錯誤；原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，故D錯誤。7【答案】B【解析】由hW0Ek，變形得EkhW0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h，故A錯誤；斷開開關(guān)S后，初動能大的光電子，也可能達到陽極，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動能，與光的強度無關(guān)，故C錯誤；保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，單個光子的能量增大，而光的強度不變，那么光子數(shù)一定減少，發(fā)出

15、的光電子數(shù)也減少，電流表G的示數(shù)要減小，故D錯誤。8【答案】A【解析】設(shè)時間為t，則2，4，而a，故有12，又因為動量守恒m1v1m2v2，故q1q212，故只有A正確。9【答案】CD【解析】增大a光的強度，從金屬板中打出的光電子數(shù)增多，驗電器帶電荷量增大，指針偏角一定增大，A錯誤；a光照射到金屬板時發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，從金屬板中打出電子，金屬板帶正電，因此，驗電器的金屬小球帶正電，B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，因此a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，C正確；氫原子從n4的能級向n1的能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量大于氫原子從n5的能級向n

16、2的能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量，D正確。10【答案】D【解析】氫原子從n4的能級躍遷到n2的能級的能級差小于從n3的能級躍遷到n1的能級時的能級差，根據(jù)EmEnh，知光子a的能量小于光子b的能量，故A錯誤；光子a的頻率小于光子b的頻率，所以b的頻率大，波長小，所以a光更容易發(fā)生衍射，故B、C錯誤；光子a的頻率小，則折射率小，根據(jù)v知，光子a在介質(zhì)中的傳播速度大于光子b在介質(zhì)中的傳播速度，故D正確。11【答案】越大【解析】電子離原子核越遠電勢能越大，原子能量也就越大；根據(jù)動能定理有，hE1mv2，所以電離后電子速度為。12【答案】(1)陽極(2)5.151014(5.125.18)1014均視為正

17、確3.411019(3.393.43)1019均視為正確(3)1.231019(1.211.25)1019均視為正確【解析】(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運動，故電極A為光電管的陽極。(2)由題圖可知，銣的截止頻率c為5.151014 Hz，逸出功W0hc6.6310345.151014 J3.411019 J。(3)當入射光的頻率為7.001014Hz時，由Ekhhc得，光電子的最大初動能為Ek6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J。13【答案】(1)Kh0(2)hh0eU逐漸增大，直至保持不變(3)(4)A【解析】(1)被光照射的金屬將有光電子逸出，故K是陰極

18、，逸出功與極限頻率的關(guān)系為W0h0。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，逸出的光電子的最大初動能為hh0，經(jīng)過電場加速獲得的能量為eU，所以到達陽極的光電子的最大動能為hh0eU，隨著電壓增加，單位時間內(nèi)到達陽極的光電子數(shù)量將逐漸增多，但當從陰極逸出的所有光電子都到達陽極時，再增大電壓，也不可能使單位時間內(nèi)到達陽極的光電子數(shù)量增多。所以，電流表的示數(shù)先是逐漸增大，直到保持不變。(3)從陰極逸出的光電子在到達陽極的過程中將被減速，被電場消耗的動能為eU反，如果hh0eU反，就將沒有光電子能夠到達陽極，所以U反。(4)要增加單位時間內(nèi)從陰極逸出的光電子的數(shù)量，就需要增加照射光單位時間內(nèi)入射光子的個數(shù)，所以只有A正確。14【解析】(1)核反應(yīng)方程為：LiH2He。(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損：mmLimp2m7.016 0 u1.007 3 u24.001 5 u0.020 3 u由質(zhì)能方程可得與質(zhì)量虧損相當?shù)哪芰浚篍mc20.020 3931.5 MeV18.9 MeV而系統(tǒng)增加的能量：EE2E119.3 MeV這些能量來自核反應(yīng)中，在誤差允許的范圍內(nèi)可認為相等，所以Emc2正確。9