（浙江选考）2019年高考物理专题27光电效应、波粒二象性、氢原子能级、原子结构试题.docx

专题27 光电效应、波粒二象性、氢原子能级、原子结构 光电效应和波粒二象性一、黑体辐射和量子1黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。2实验规律：随着温度升高，各种波长的电磁波辐射强度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。3普朗克提出黑体辐射强度按波长分布的公式，理论与实验结果相符，但要求满足能量子假设。4能量子=h，其中为电磁波频率，普朗克常量h=6.631034 Js。二、光电效应1定义在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象，称为光电效应。2光电子光电效应中发射出来的电子。3光电效应规律（1）每种金属都有一个极限频率，只有入射光的频率大于或等于这个极限频率时，才会产生光电效应；当入射光的频率小于这个极限频率时，不能产生光电效应。（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。（3）光电效应的发生几乎瞬时的，一般不超过109s。（4）当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。三、爱因斯坦光电效应方程1光子说在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量h。其中h6.631034Js。（称为普朗克常量）2逸出功W0使电子脱离某种金属所做功的最小值。3最大初动能发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。4爱因斯坦光电效应方程（1）表达式：hWmv2。（2）物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能mv2。四、光的波粒二象性与物质波1光的波粒二象性（1）光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。（2）光电效应说明光具有粒子性。（3）光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。2物质波（1）概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。（2）物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。1.光电流与电压的关系图象（IU图象） （1）电压范围足够大时，电流的最大值为饱和光电流Im，图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电压Uc，光电子的最大初动能Ek=eUc。（2）频率相同的入射光，遏止电压相同，饱和光电流与光照强度成正比。（3）不同频率的入射光，遏止电压不同，入射光频率越大，遏止电压越大。2最大初动能与入射光频率的关系图象（Ek图象）（1）函数方程为Ek=hW0=hhc。（2）图线斜率等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率vc，纵轴截距绝对值E等于逸出功W0=hc。3遏止电压与入射光频率的关系图象（Uc图象）（1）函数方程为Uc=。（2）图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量h，横轴截距等于截止频率c，纵轴截距的绝对值与电子电荷量的乘积等于逸出功。1下列关于热辐射和黑体辐射说法不正确的是（ ）A一切物体都在辐射电磁波B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值像波长较短的方向移动D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波【答案】B【解析】一切物体都在辐射电磁波，故A正确。物体辐射电磁波的情况不仅与温度有关，还与其它因素有关。故B错误。黑体辐射的强度的极大值随温度升高向波长较短的方向移动，故C正确。能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，这样的物体称为黑体，故D正确。此题选择不正确的选项，故选B。解决本题的关键知道黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动2根据课本黑体辐射的实验规律，以下判断不正确的是（ ）A在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间B温度越高，辐射强度最大的电磁波的波长越短C温度越高，辐射强度的极大值就越大D在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大【答案】D【解析】A、D、在同一温度下，辐射强度最大的电磁波波长不是最大的，也不是最小的，而是处在最大与最小波长之间故A正确，D错误； B、C、黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，则辐射强度的极大值也就越大，辐射强度最大的电磁波的波长越短故B正确，C正确本题选择不正确的，故选：D黑体辐射的强度与温度有关，温度越高，黑体辐射的强度越大，随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动3用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调，分别用a、b、c三束单色光照射，调节AK间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示，由图可知（ ）A单色光a的频率高于单色光c的频率B单色光a的频率低于单色光b的频率C单色光a和c的频率相同，但a更弱些D单色光a和b的频率相同，但a更强些【答案】B【解析】根据，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大。从图象中看出，b光对应的截止电压U截最大，所以b光的频率最高，a、c光的频率相等，再依据光电流大小来判定光的强弱。光电流恰为零，此时光电管两端加的电压为截止电压，对应的光的频率为截止频率，可知，a、c光对应的截止频率小于b光的截止频率，根据，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，a光、c光的截止电压相等，所以a光、c光的频率相等，且小于b光频率；当a、c光照射该光电管，因频率相同，则a光对应的光电流大，因此a光子数多，那么a光的强度较强，故B正确，ACD错误。故选：B。解决本题的关键掌握截止电压、截止频率，以及理解光电效应方程，同时理解光电流的大小与光强有关。4频率为的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ek，改用频率2的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为（h为普朗克常量）AEkh BEk+h C2hEk D2Ek【答案】B【解析】根据光电效应方程求出金属的逸出功，再根据光电效应方程求出用频率为2的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能根据光电效应方程EKmhW0，则逸出功W0hEKm。改用频率为2的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为EKmh2W0h+EKm故B正确，A、C、D错误。本题考查最大初动能与入射光频率的关系，比较简单，关键是掌握光电效应方程EKmhW05用同一光电管研究a、b、c三束单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间的电压U的关系曲线如图所示，由此可判断Aa、b、c光的频率关系为abcBa、b、c光的频率关系为a=bcC用三束单色光照射光电管时，a光使其逸出的光电子最大初动能大D用三束单色光照射光电管时，b光使其逸出的光电子最大初动能大【答案】D【解析】据光电流I与光电管两极间的电压U的关系曲线，可得三束光逸出的光电子对应的遏止电压，据可得三束光逸出光电子的最大初动能间关系，再据光电效应方程可得，a、b、c光的频率关系。【详解】CD：由图得：，据，可得三束光逸出光电子的最大初动能间关系为。故C项错误，D项正确。AB：据光电效应方程：，照在同一光电管上，逸出功相等，又，则a、b、c光的频率关系为。故AB两项均错误。6在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关 系曲线（甲光、乙光、丙光），如图所示。则可判断出（ ）A甲光的光子动量小于乙光的光子动量B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能【答案】B【解析】通过遏止电压的大小比较光电子的最大初动能，从而根据光电效应方程比较出三种光的频率、波长、光子能量的大小。根据知，甲、乙的遏止电压相等，则光电子的最大初动能相等，丙的遏止电压最大，所以丙光对应的光电子最大初动能最大，根据光电效应方程，Ekm=hv-W0知，甲、乙的频率相等，丙的频率最大，由公式 可知，丙的波长最小，甲、乙波长相等，由公式可知，丙光的动量最大，甲、乙动量相等，同一金属，截止频率是相同的。故应选：B。7关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（）A一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B光子和电子是同种粒子，光波与机械波是同种波C光的波动性是由光子间的相互作用而形成的D光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说【答案】D【解析】光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性，光的波长越长，波动性越明显，波长越短，其粒子性越显著；A、所以的光都具有波粒二象性，光同时具有波和粒子的特性，即光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，故A错误，D正确；B、电子是组成原子的基本粒子，有确定的静止质量，是一种物质实体，速度可以低于光速；光子代表着一份能量，没有静止质量，速度永远是光速，光波和机械波是不同的两种波，故B错误；C、光在传播时往往表现出的波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C错误；本题考查了光的波粒二象性，有时波动性明显，有时粒子性明显，光是一种波，同时也是一种粒子。8以下说法中正确的是（）A光波是概率波，物质波不是概率波 B实物粒子不具有波动性C实物粒子也具有波动性，只是不明显 D光的波动性是光子之间相互作用引起的【答案】C【解析】光波和物质波都是概率波，选项A错误； 实物粒子也具有波动性，只是不明显，选项B错误，C正确；光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的，选项D错误；故选C.点睛：宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质，同时波长长的更容易体现波动性，波长短可以体现粒子性9如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象由图象可知错误的是（ ）A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为【答案】D【解析】根据光电效应方程得出最大初动能与入射光频率的关系，结合图线的斜率和截距进行分析。根据Ekm=hv-W0得，金属的截止频率等于0；纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，逸出功等于E，则E=hv0，故AB正确；根据光电效应方程有：EKm=hv-W，其中W为金属的逸出功：W=hv0；所以有：EKmhv-hv0，由此结合图象可知，该金属的逸出功为E，或者W=hv0，当入射光的频率为2v0时，带入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故C正确。入射光的频率时，小于极限频率，不能发生光电效应，故D错误。此题选择错误的选项，故选D。10用如图的装置研究光电效应现象，当用能量为3.0eV的光子照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA，移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，则 （ ）A电键K断开后，没有电流流过电流表GB所有光电子的初动能为0.7eVC光电管阴极的逸出功为2.3eVD改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小【答案】C【解析】电键S断开，只要有光电子发出，则有电流流过电流表该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7eV，根据光电效应方程EKm=h-W0，求出逸出功改用能量为1.5eV的光子照射，通过判断是否能发生光电效应来判断是否光电流电键S断开后，用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则仍然有电流流过电流表。故A错误。该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表示数为0，知道光电子点的最大初动能为0.7eV，但不是所有光电子的初动能为0.7eV；根据光电效应方程EKm=h-W0，W0=2.3eV故C正确，B错误。改用能量为1.5eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流。故D错误。故选C。11如图甲所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），图乙是氢原子的能级图，下列说法正确的是（）A该金属的逸出功为0.5eVB根据该图象能求出普朗克常量C该金属的极限频率为4.271014HzD用n3能级的氢原子跃迁到m2能级时所辐射的光照射该金属能使该金属发生电效应【答案】BCD【解析】根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W，Ek-图象的斜率等于h。横轴的截距大小等于截止频率，逸出功W=h0，根据数学知识进行求解。当EkhW0时，逸出功为Wh06.631034Js4.271014 Hz2.831019J1.77eV，故A错误；由EkhW，得知，该图线的斜率表示普朗克常量h，故B正确；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW，Ek图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为4.271014 Hz，故C正确；用n3能级的氢原子跃迁到m2能级时所辐射的光能量为EE3E21.51（3.4）1.89eV1.77eV，能发生光电效应，故D正确。所以BCD正确，A错误。解决本题的关键掌握光电效应方程，以及知道逸出功与极限频率的关系，结合数学知识即可进行求解。12相对论和量子理论是现代物理学两大支柱。量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论，以下说法正确的是；A普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”B爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应C康普顿效应证明光具有动量，证明光具有波动性D玻尔的能量量子化和电子轨道量子化的观点和现代量子理论是一致的【答案】AB【解析】普朗克为解释黑体辐射，首先提出“能量子”的概念，他被称为“量子之父”，选项A正确； 爱因斯坦实际上是利用量子观念和能量守恒解释了光电效应，选项B正确；康普顿效应表明光子具有动量，证明光有粒子性，选项C错误；玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律，且只能解释氢原子光谱，与现代的量子理论不一致的，D错误；故选AB.13下列说法中正确的有_。A按照德布罗意关于实物粒子波动性的假说，物质波的波长=B裂变反应中，常用“慢化剂”让裂变产生的快中子减速C研究光电效应实验时，所加的电压高于遏止电压时，将不发生光电效应现象D射线、射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的【答案】BD【解析】实物粒子也具有波动性，在核反应堆中，为使快中子减速，在轴棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，射线、射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的。A项：实物粒子也具有波动性，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波，物质波的波长，故A错误；B项：在核反应堆中，为使快中子减速，在轴棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，故B正确；C项：研究光电效应实验时，所加的电压高于遏止电压时，能发生光电效应，只是不能形成光电流，故C错误；D项：射线、射线来自原子核，说明原子核内部是有结构的，故D正确。故选：BD。 氢原子能级一原子的核式结构（1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。（2）粒子散射实验：19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的合作者做了用粒子轰击金箔的实验，实验结果表明，绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大的偏转，有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被原路弹回。（3）原子的核式结构模型：原子内部有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷以及几乎全部的质量都集中在原子核内，带负电的电子绕核运动。二玻尔理论（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中，原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫做定态。（2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hE2E1。（h是普朗克常量，h6.631034 Js）（3）轨道：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。三氢原子的能级、能级公式（1）氢原子的能级能级：按照玻尔的原子理论，原子只能处于一系列不连续的能量状态，在每个状态中，原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值叫做能级。能级图如图1所示。图1（2）氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：En（n1，2，3，），其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV。氢原子的半径公式：rnn2r1（n1，2，3，），其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r10.531010 m。四光谱（1）光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。（2）光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。（3）氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式R，（n3，4，5，），R是里德伯常量，R1.10107 m1，n为量子数。 1.氢原子能级及能级跃迁1定态间的跃迁满足能级差（1）从低能级（n小）高能级（n大）吸收能量。h=En大En小（2）从高能级（n大）低能级（n小）放出能量。H=En大En小2电离电离态与电离能电离态：n=，E=0基态电离态：E吸=0（13.6 eV）=13.6 eV电离能。n=2电离态：E吸=0E2=3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。2.解答氢原子能级图与原子跃迁问题应注意1能级之间发生跃迁时放出（吸收）光子的频率由h=EmEn求得。若求波长可由公式c=求得。2一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为（n1）。3一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。（1）用数学中的组合知识求解：。（2）利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。3.对原子跃迁条件的理解1原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子。只有当一个光子的能量满足h=E末E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量h大于或小于E末E初时都不能被原子吸收。2原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差。3入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差。两种情况有所区别。特别提醒：原子的总能量Ekn随r的增大而减小，又En随n的增大而增大，故Epn随n的增大而增大，电势能的变化也可以从电场力做功的角度进行判断，当r减小时，电场力做正功，电势能减小，反之，电势能增大。 1在物理学发展过程中做出了重要贡献。下列表述正确的是（ ）A开普勒测出了万有引力常数B爱因斯坦发现了天然放射现象C安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式D卢瑟福提出了原子的核式结构模型【答案】D【解析】A.卡文迪许测出了万有引力常数，A错误；B.天然放射现象是法国物理学家贝克勒耳发现的，B错误；C.磁场对运动电荷的作用力公式是由洛伦兹提出的，C错误；D.卢瑟福提出了原子的核式结构模型，D正确。本题考查物理学史，是常识性问题，对于物理学上重大发现、著名理论要加强记忆，这也是考试内容之一。2关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有 （）A汤姆孙发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内B粒子散射实验中少数粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据C对原子光谱的研究开辟了深入探索原子核内部结构的道路D玻尔提出的原子定态，原子可以稳定在固定的能级上，玻尔原子理论能成功地解释几乎所有原子的光谱现象【答案】B【解析】卢瑟福通过对粒子散射实验的研究，猜想原子内的正电荷及几乎全部质量集中在很小的核内，选项A错误； 粒子散射实验中少数粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据，选项B正确；对天然放射现象的研究开辟了深入探索原子核有复杂结构的道路，故C错误；玻尔提出的原子定态，原子可以处在一系列不连续的能量状态中；玻尔原子理论只是成功解释了氢原子光谱，但是不能解释所有原子的光谱现象，选项D错误；故选B.3在人类对微观世界的探索中科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合史实的是A密立根通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷B贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素D卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子【答案】C【解析】A、汤姆孙通过对阴极射线在电场及在磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测定了粒子的比荷，故A错误；B、贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，证明原子核有复杂结构，故B错误；C、居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（Po）和镭（Ra）两种新元素，故C正确；D、卢瑟福通过粒子散射实验，证实了原子是由原子核和核外电子组成的，故D错误。本题选C。4利用氢原子能级跃迁时辐射出来的电磁波去控制校准石英钟，可以制成氢原子钟。如图所示为氢原子的能级图，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，能辐射出波长最短的电磁波的频率为（已知普朗克常数为6.631034Js）A3.081014Hz B3.081015Hz C1.931014Ihz D1.931014Hz【答案】B【解析】辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波，即对应着从n=4的能级到n=1能级的跃迁；根据波尔理论列出方程求解频率。辐射出的波长最短的电磁波为频率最高的电磁波，即为能量最大的电磁波，根据波尔理论可知：，解得，故选B.5氢原子的能级如图所示，一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是（ ）A氢原子可能发出3种不同频率的光B已知钾的逸出功为2.22eV，则氢原子能从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子C氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级释放的光子能量最小D氢原子由n=3能级跃迁到n=1能级时，产生的光电频率最高，波长最短【答案】D【解析】由高能级向低能级跃迁，辐射的光子能量等于两能级间的能极差，光子频率越高，波长越短。当光子的能量大于逸出功，即可发生光电效应；A一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即32，21，选项A错误；B氢原子能从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子能量为E32 =-1.51-（-3.40）=1.89eV2.22eV；则氢原子能从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子，选项B错误；C氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项C错误；D从n=3的能级跃迁到n=1的能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确。故选D。6一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件，即 ，式中n称为量子数，可取整数值1、2、3、，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为e，当它们之间的距离为r时，电子偶素的电势能，则关于电子偶素处在基态时的能量，下列说法中正确的是（ ）A B C D【答案】C【解析】正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动，两者间的库仑力充当向心力；结合题中量子化的条件，可得n=1时正、负电子间的距离、电子的速率。求出n=1时两个电子的动能和电子偶素的电势能可得电子偶素处在基态时的能量。设n=1时正、负电子间的距离为、电子的速率为，则，由量子化条件可得，联立解得：、。每个电子的动能，系统的电势能，则电子偶素处在基态时的能量，解得：。故C项正确，ABD三项错误。7如图为玻尔理论的氢原子能级图，当一群处于激发态n=3能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中有两种频率的光能使某种金属产生光电效应，以下说法中正确的是（ ）A这群氢原子向低能级跃迁时能发出四种频率的光B这种金属的逸出功一定小于10.2eVC用波长最短的光照射该金属时光电子的最大初动能一定大于3.4eVD由n=3能级跃迁到n=2能级时产生的光一定能够使该金属产生光电效应【答案】B【解析】根据氢原子从n=3能级向低能级跃迁时发出的光子能量来判断该金属的逸出功，然后根据光电效应方程进行判断即可；A、由能级的激发态向低能级跃迁时，辐射出三种频率光子的能量分别为、，结合题意，根据光电效方程可知，这种金属的逸出功一定小于，故选项A错误，选项B正确；C、用波长最短即光子能量为的光照射该金属时，其最大初动能最小值为：，则其最大初动能一定大于，故选项C错误；D、由n=3能级跃迁到n=2能级时产生的光子能量为，由上面分析可知该金属的逸出功一定小于，所以不一定能够使该金属产生光电效应，故选项D错误。8已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为，其中n2，3，4已知普朗克常量为h，则下列说法正确的是（）A氢原子跃迁到激发态后，核外电子动能增大，原子的电势能减小B基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，电子速度大小为C大量处于n3的激发态的氢原子，向低能级跃迁时可辐射出3种不同频率的光D若原子从n6能级向n1能级跃迁时所产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则原子从n6能级向n2能级跃迁时所产生的电磁波也一定能使该金属发生光电效应【答案】C【解析】A、氢原子跃迁到激发态后，核外电子的动能减小，电势能增大，总能量增大，选项A错误；B、基态的氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后，最大动能为EkmhE1，设电子的最大速度为vm，则vm，选项B错误；C、大量处于n3的激发态的氢原子，向低能级跃迁可能辐射的光线的条数3种，选项C正确；从n6能级向n1能级跃迁产生的电磁波能使某金属发生光电效应，则从n6能级向n2能级跃迁产生的电磁波不一定能使该金属发生光电效应，选项D错误故选C9如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光关于这些光，下列说法正确的是（ ）A最容易表现出波动性的光是由n4能级跃迁到n1能级产生的B这些氢原子最多可辐射出6种不同频率的光C若用n3能级跃迁到n2能级辐射出的光照射某金属恰好发生光电效应，则用n4能级跃迁到n3能级辐射出的光照射该金属一定能发生光电效应D用n2能级跃迁到n1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为3.86eV【答案】BD【解析】波长越短的光越不容易产生波动性；大量处于激发态n的氢原子，在向低能级跃迁时可产生的光子种类为个；处于激发态的氢原子的电子从高能级向低能级跃迁过程中，产生的光子能量由前后两个能级的能量差决定，；根据爱因斯坦光电效应方程，电子从金属表面逸出时的最大初动能。A、最容易表现出波动性的光是波长较大，即频率较小的光。根据，在所有辐射出的光中，只有从n=4能级到n=3能级跃迁的能量差最小，波长最长，最满足题意，故A错误；B、由于是一群氢原子处于n=4能级，故它们在向低能级跃迁过程中产生的光子种类为种，故B正确；C、根据，从n4能级跃迁到n3能级辐射出的光子的频率小于从n3能级跃迁到n2能级辐射出的光子的频率，用频率的光恰好发生光电效应，则频率小于该种金属的极限频率（截止频率），无论光多么强，都不能发生光电效应，C错误；D、用n2能级跃迁到n1能级辐射出的光子的能量为；又根据光电效应方程，最大初动能，D正确。故选BD。本题考查了能级跃迁和光电效应的综合运用，知道能级间跃迁辐射的光子频率与能级差的关系以及光电效应的条件是解决本题的关键。10氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的氦离子。已知基态的氦离子能量为,氦离子的能级示意图如图所示。在具有下列能量的粒子中,能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（）A54.4 eV（光子） B50.4 eV（光子）C48.4 eV（电子） D42.8 eV（光子）【答案】AC【解析】根据玻尔理论，能级间发生跃迁吸收或辐射的光子能量等于两能级间的能级差。由玻尔理论知，基态的氦离子要实现跃迁，入射光子的能量（光子能量不可分）应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收；而实物粒子（如电子）只要能量不小于两能级差，均可能被吸收。氦离子在图示的各激发态与基态的能量差为：E1=E-E1=0-（-54.4 eV）=54.4 eVE2=E4-E1=-3.4 eV-（54.4 eV）=51.0 eVE3=E3-E1=-6.0 eV-（-54.4 eV）=48.4 eVE4=E2-E1=-13.6 eV-（54.4 eV）=40.8 eV可见，50.4eV和42.8 eV的光子不能被基态氦离子吸收而发生跃迁。故AC正确，BD错误；故选AC。 放射性与核能一、天然放射现象（1）天然放射现象物质自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。（2）放射性和放射性元素物质放出射线的性质，叫做放射性。具有放射性的元素，叫做放射性元素。（3）三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是射线、射线、射线。（4）放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等。防护：防止放射性对人体组织的伤害。二、原子核的衰变（1）衰变：原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。（2）分类衰变：XYHe衰变：XYe（3）半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。三、核力、结合能、质量亏损1核力（1）定义：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。（2）特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在1.51015m之内；每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。2结合能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。3比结合能（1）定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能Emc2。四、裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程1重核裂变（1）定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。（2）典型的裂变反应方程：UnKrBa3n。（3）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。（4）临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。（5）裂变的应用：原子弹、核反应堆。（6）反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。2轻核聚变（1）定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。（2）典型的聚变反应方程：HHHen17.6 MeV1衰变规律及实质（1）两种衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子衰变规律电荷数守恒、质量数守恒（2）射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子。2原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程。典型核反应：（1）卢瑟福发现质子的核反应方程为：。（2）查德威克发现中子的核反应方程为：。（3）居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：。3确定衰变次数的方法（1）设放射性元素经过n次衰变和m次衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程A=A+4n，Z=Z+2nm（2）确定衰变次数，因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数。4半衰期（1）公式：N余=N原（）t/，m余=m原（）t/式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期。（2）影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态（如温度、压强）或化学状态（如单质、化合物）无关。5. 质量亏损及核能的计算1核能（1）核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即E=mc2。（2）原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为E=mc2。2核能释放的两种途径的理解（1）使较重的核分裂成中等大小的核。（2）较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量。6. 应用质能方程解题的流程图（1）根据E=mc2计算，计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。（2）根据E=m931.5 MeV计算。因1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV的能量，所以计算时m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。1下列说法正确的是（）A质量数越小的原子核，比结合能越大B卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构模型C德国物理学家普朗克提出了量子假说，并成功解释了光电效应现象D氡的半衰期为3.8天，若取40个氡原子核，则经过7.6天剩下10个氡原子核【答案】B【解析】A、中等大小的原子核，比结合能最大，原子核最稳定，故A错误；B、 卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故B正确；C、德国物理学家普朗克提出了，认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，并利用能量子假说成功解释了黑体辐射的强度按波长分布的规律，爱因斯坦提出光子学，成功解析了光电效应，故C错误；D、半衰期是一个统计规律，适用于大量原子核，不适用于数量很少的原子核，故D错误。本题考查了知识点较多，考查了比结合能、原子核式结构模型、量子的假说和半衰期等，需要同学们在平时学习过程中注意掌握，同时要熟练应用。2下列说法正确的是（ ）A原子核的结合能越大，原子核越稳定B某些原子核能够放射出粒子，说明原子核内有粒子C核泄漏污染物能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为，X为电子D若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光能可能使该金属发生光电效应【答案】C【解析】原子核的比结合能越大，原子核越稳定，选项A错误；某些原子核能够放射出粒子，这是核内的中子转化为质子时放出的负电子，不能说明原子核内有粒子，选项B错误；核泄漏污染物能够产生对人体有害的辐射，核反应方程式为，X电荷数为-1，质量数为零，所以为电子，选项C正确；若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，而氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光子的能量小于从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光子的能量，则不能使该金属发生光电效应，选项D错误；故选C.3以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的是A原子核发生一次衰变，该原子外层就失去一个电子B按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大C比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时一定吸收能量D一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的光强太小【答案】B【解析】衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子。故A错误。按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，根据可知，电子的动能减小，但原子要吸收能量，总能量增大，选项B正确；比结合能小的原子核结合成或分解成比结合能大的原子核时有质量亏损，释放核能。故C错误；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的频率太小，选项D错误；故选B.4如图所示是原子核的核子平均质量（即原子核的质量与核子数之比）与原子序数Z的关系图象。关于核反应的下列说法中正确的是（ ）A若核A能分裂成核B与核C，则分裂过程一定会释放能量B核D比核F的比结合能更大，所以核D比核F更不稳定C目前实际建成的核电站是利用了轻核聚变D太阳能来自于太阳内部的重核裂变【答案】A【解析】由图读出，A核子平均质量大于B和C的核子平均质量，若A分裂成B和C，出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程分析是吸收能量还是放出能量结合比结合能的概念分析原子核的稳定程度核电站采用重核裂变；阳能来自于太阳内部的轻核聚变，重核裂变和轻核聚变都有质量亏损，释放能量由图看出，A核子平均质量大于B和C的核子平均质量，而核反应在中核子数守恒，则若A分裂成B和C，出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程一定释放核能，故A正确；由图可知，D的平均质量大于F的平均质量，结合平均质量与平均结合能的关系可知，F的比结合能更大，F更稳定。故B错误；核电站能源来自重核裂变，故C错误；太阳能来自于太阳内部的轻核聚变。故D错误。故选A。5下列说法正确的是（ ）A只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应B一群氢原子从能级跃迁到基态时，能发出6种频率的光子C比结合能越大，原子核越不稳定D核反应为重核裂变【答案】B【解析】根据光电效应发生条件：入射光的频率大于极限频率，即可判定；一群处于能级激发态的氢原子，根据，即可求解；比结合能越大，原子核越稳定；根据重核裂变与衰变的区别，从而求解.A、只要光照射的频率大于极限频率时，才能产生光电效应，与光照时间无关，故A错误；B、一群处于能级激发态的氢原子，根据，可知，自发跃迁时能发出6种不同频率的光，故B正确；C、比结合能越大，原子核越稳定；故C错误；D、核反应为衰变。故D错误；故选B.本题要求能掌握衰变的实质，知道光电效应的条件，明确衰变是来自于原子核内部的反应而产生的，并能区分裂变反应与聚变反应的不同。6一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子,设正、负电子的质量均为m,动能均为,光速为c,普朗克常量为h,则光子的频率为（ ）A B C D【答案】D【解析】光子无静止质量，根据反应前后质量之差求出质量亏损，由爱因斯坦质能方程求出电子对撞放出的能量，根据能量守恒定律求出光子具有的能量由光子能量公式E=h求出光子的频率由于光子无静止的质量，则电子对撞过程中的质量亏损为m=2m-0=2m。由爱因斯坦质能方程中电子对撞放出的能量为E=mc2=2mc2，根据能量守恒得，每个光子的能量为，又=h，联立得到：，故D正确，ABC错误；故选D。7关于下列四幅图说法正确的是（ ）A图中的放射性同位素应选择衰变时放出粒子的同位素B图中的镉棒的作用是使核反应中的快中子减速C图中的光子碰撞电子后，其波长将变大D图中的电子的动量越大，衍射现象越明显【答案】C【解析】A、射线穿透力弱，一张薄纸就可挡住，射线穿透力较强，可穿过几mm厚铝板，射线穿透力最强，可穿过几cm铅板，所以图中的放射性同位素应选择衰变时放出射线的同位素，故