第18讲原子物理（解析版）-2024高考二轮复习二十五讲VIP

2024高考二轮复习二十五讲第18讲、原子物理第一部分织网点睛，纲举目张一、光电效应1．建构学问体系2．把握两个重要关系(1)遏止电压Uc与入射光频率ν、逸出功W0间的关系：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)。(2)截止频率νc与逸出功W0的关系：hνc＝W0，据此求出截止频率νc。二、玻尔理论1．建构学问体系2．把握解题思路(1)依据玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时，有eq\f(ke2,r2)＝meq\f(v2,r)，可得eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，可知，氢原子的核外电子向靠近原子核的轨道跃迁时，电子动能增大，库仑力增大，库仑力做正功，系统电势能削减，原子能量削减。(2)一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为Ceq\o\al(2,n)，而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。氢原子在能级之间发生跃迁时，吸取或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸取的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。三、原子核及其衰变1．建构学问体系2．辨析两类问题(1)α粒子、β粒子、γ射线粒子分别为eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(0,－1)e、光子，它们的组成不同，特性不同，在电场、磁场中的偏转规律也不同。(2)α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不转变质量数，故可以先由质量数转变确定α衰变的次数，再依据电荷数守恒确定β衰变的次数。3．规避三个易错点(1)半衰期是反映衰变快慢的物理量，其长短由核内自身的因素打算，与原子所处的物理状态或化学状态无关。(2)半衰期是一个对放射性元素的大量原子核而言的统计概念，对个别原子核来说没有什么意义。(3)留意区分两个质量，已发生衰变的质量为，未发生衰变的质量为。四、爱因斯坦质能方程核能1．建构学问体系2．把握两种技能(1)核反应方程的书写核反应方程遵循的两个基本规律：质量数守恒和电荷数守恒。(2)核能的计算①爱因斯坦质能方程：物体的能量和质量之间存在着亲密的联系，它们的关系是E＝mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。另一个表达形式是ΔE＝Δmc2。②应用公式ΔE＝Δmc2时应选用国际单位，即ΔE的单位为焦耳，Δm的单位为千克，c的单位为米/秒。③1u相当于931.5MeV，其中u为原子质量单位：1u＝1.660566×10－27kg,1MeV＝106eV,1eV＝1.6×10－19J。其次部分实战训练，高考真题演练1．（2023年6月高考浙江选考科目）有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为∆x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则（）A．电子的动量B．电子的动能C．光子的能量D．光子的动量【参考答案】.AD【名师解析】依据双缝干涉条纹间隔公式△x=Lλ/d，可得λ=d△x/L。电子动量p=h/λ=，A正确；电子动能Ek===，B错误；依据爱因斯坦光电效应方程，Ek=E-W0，解得光子能量E=W0+，C错误；由E=cp可得光子动量p=W0/c+，D正确。2.（2023学业水公平级考试上海卷）关于α粒子散射试验，下列说法正确的是A.试验必需在真空中进行B.荧光屏的作用是为了阻挡α粒子C.试验用显微镜必需正对放射源D.证明白原子核内有质子存在【参考答案】A【名师解析】由于α粒子具有很强的电离作用，所以α粒子散射试验装置必需在真空中进行，否则α粒子会电离空气，影响试验结果，A正确；α粒子打在荧光屏上产生荧光，所以荧光屏的作用是为了便于观看，B错误；为了观看射向不同方向的α粒子数目，显微镜要更换不同位置观看，C错误；卢瑟福利用α粒子散射试验，证明白原子的有核模型，不能证明核内有质子存在，D错误。3.（2023高考山东高中学业水公平级考试）“梦天号”试验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组放射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸取频率为的光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在肯定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最终辐射出频率为的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率为（）A. B. C. D.【参考答案】D【名师解析】原子吸取频率为光子从基态能级I跃迁至激发态能级Ⅱ时有且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态I的过程有联立解得，D正确。4．（2023年6月高考浙江选考科目）“玉兔二号”装有核电池，不惧漫长寒冷的月夜。核电池将衰变释放的核能一部分转换成电能。的衰变方程为，则（）A．衰变方程中的X等于233B．的穿透力量比γ射线强C．比的比结合能小D．月夜的寒冷导致的半衰期变大【参考答案】.C【名师解析】依据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知X=238-4=234，A错误；γ射线的穿透力量比α射线穿透力量强，B错误；依据原子核衰变的产物的比结合能大于放射性原子核可知，Pu比U的比结合能小，C正确；半衰期与原子核所处的物理化学状态无关，D错误。5.（2023高考全国甲卷）在下列两个核反应方程中X+N→Y+OY+Li→2XX和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则A.Z=1，A=1，B.Z=1，A=2，C.Z=2，A=3，D.Z=2，A=4，【参考答案】D【命题意图】本题考查核反应方程及其相关学问点。【解题思路】设Y的电荷数为Z’,质量数为A’，依据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒，Z+7=Z’+8，A+14=A’+17，Z’+3=2Z，A’+7=2A，联立解得：Z=2，A=4，Z’=1，A’=1，即Y为质子，X为氦核，D正确。6.（2023高考全国乙卷）2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该大事观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为。假设释放的能量来自于物质质量的削减，则每秒钟平均削减的质量量级为（光速为）A. B. C. D.【参考答案】C【命题意图】本题考查平抛运动及其相关学问点。【解题思路】1s时间内释放的能量为△E=1.6×1046J，由质能方程可得△E=△mc2，解得△m=1029kg，C正确。【易错提示】留意1分钟释放的能量要转化为1s时间内释放的能量。7.（2023高考选择性考试辽宁卷）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则（）A.①和③的能量相等B.②的频率大于④的频率C.用②照射该金属肯定能发生光电效应D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek【参考答案】A【名师解析】由图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，依据可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不肯定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，依据则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。8.（2023学业水公平级考试上海卷）单光子能量为8eV的一种光的波长是；下一代超高精度原子钟中，发生如下核反应：U→Th+。已知普朗克常数h=6.63×10-34Js，e=1.6×10-19C。【参考答案】1.55×10-7mHe。【名师解析】先把单光子能量8eV变换成8×1.6×10-19J=12.8×10-19J，由E=hc/λ得出光的波长λ=1.55×10-7m。依据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知释放出的粒子为质量数4，电荷数2的氦核。9.（2023高考海南卷）钍元素衰变时会放出β粒子，其中β粒子是（）A.中子 B.质子 C.电子 D.光子【参考答案】C【名师解析】放射性元素衰变时放出的三种射线α、β、γ分别是氦核流、电子流和光子流。其中β粒子是电子，C正确。10．（2023全国高考新课程卷）铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁放射的光子具有稳定的频率，铯原子钟利用的两能级的能量差量级为10-5eV，跃迁放射的光子的频率量级为（普朗克常量，元电荷）（）A．103HzB．106HzC．109HzD．1012Hz【参考答案】.C【名师解析】能级差量级为10-5eV，跃迁放射的光子能量E=10-5eV=1.6×10-19×10-5J=1.6×10-24J，依据光子能量公式E=hv，解得v的数量级为109Hz，C正确。11.（2023高考湖南卷）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（）A.相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多B.氘氚核聚变的核反应方程为C.核聚变的核反应燃料主要是铀235D.核聚变反应过程中没有质量亏损【参考答案】A【名师解析】相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，A正确；依据核反应方程满足的质量数守恒和电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为，B错误；核裂变的核反应燃料主要是铀235，而核聚变的核反应燃料主要是氘和氚，C错误；依据质能方程，任何释放能量的核反应都有质量亏损，所以核聚变反应过程中有质量亏损，D错误。12.（2023高考湖北卷）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功放射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为的氢原子谱线（对应的光子能量为）。依据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子（）A.和能级之间的跃迁 B.和能级之间的跃迁C.和能级之间的跃迁 D.和能级之间的跃迁【参考答案】A【名师解析】由图中可知n=2和n=1能级差之间的能量差值为与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n=2和n=1能级之间的跃迁。A正确。13.（2023高考海南卷）已知一个激光放射器功率为，放射波长为的光，光速为，普朗克常量为，则（）A.光的频率为 B.光子的能量为C.光子的动量为 D.在时间内激光器放射的光子数为【参考答案】AC【名师解析】光的频率，选项A正确；光子的能量，选项B错误；光子的动量，选项C正确；在时间t内激光器放射的光子数，选项D错误。14.（2022天津学业水平选择性考试）不同波长的电磁波具有不同的特性，在科研、生产和生活中有广泛的应用。a、b两单色光在电磁波谱中的位置如图所示。下列说法正确的是（）A.若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，产生a光的能级能量差大B.若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，a光的衍射现象更明显C.若a、b光分别照射同一光电管发生光电效应，a光的遏止电压高D.若a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，a光的干涉条纹间距大【参考答案】BD【命题意图】本题以电磁波谱切入，考查能级、光电效应、双缝干涉、光的衍射及其相关学问点。【名师解析】由图中a、b两单色光在电磁波谱中的位置，推断出a光的波长大于b光的波长，a光的频率小于b光的频率。若a、b光均由氢原子能级跃迁产生，依据玻尔原子理论的频率条件可知产生a光的能级能量差小，故A错误；若a、b光分别照射同一小孔发生衍射，依据发生明显衍射现象的条件，a光的衍射现象更明显，故B正确；在分别照射同一光电管发生光电效应时，依据爱因斯坦光电效应方程可知a光的遏止电压低，故C错误；a、b光分别作为同一双缝干涉装置光源时，相邻两条亮纹或暗纹的中心间距可知a光的干涉条纹间距大，故D正确。15.（2022天津学业水平选择性考试）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳求知探究从未停留。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺当升空。太阳的能量由核反应供应，其中一种反应序列包含核反应：，下列说法正确的是（）A.X是中子 B.该反应有质量亏损C.比的质子数多 D.该反应是裂变反应【参考答案】B【命题意图】本题考查核反应及其相关学问点。【名师解析】依据核反应过程满足质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为1，电荷数为1，可知X是质子，故A错误；两个轻核结合成质量较大的核，核反应属于聚变反应，反应过程存在质量亏损，释放能量，故B正确，D错误；与的质子数相同，均为2个质子，故C错误。16.（2022新高考福建卷）2011年3月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为8天，已知，，，则下列说法正确的是（）A.衰变产生的射线来自于原子的核外电子B.该反应前后质量亏损C.放射性元素发生的衰变为衰变D.经过16天，75%的原子核发生了衰变【参考答案】D【命题意图】此题考查放射性元素衰变、质量亏损、半衰期及其相关学问点。【名师解析】依据题述，放射性元素的衰变方程为，释放出的是电子，所以放射性元素发生的衰变为衰变，选项C错误；放射β衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成射线，选项A错误；该反应前后质量亏损为，选项B错误；由于半衰期为8天，可知经过16天，即经过两个半衰期，没有衰变的放射性元素只剩下1/4,即75%的原子核发生了衰变，故D正确。17.（2023高考江苏学业水平选择性考试）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：（1）每个光子的动量p和能量E；（2）太阳辐射硬X射线的总功率P。【参考答案】（1），；（2）【名师解析】（1）由题意可知每个光子的动量为每个光子的能量为（2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，依据题意设t秒放射总光子数为n，则可得所以t秒辐射光子的总能量太阳辐射硬X射线的总功率18．（2023高考北京卷）在发觉新的物理现象后，人们往往试图用不同的理论方法来解释，比如，当发觉光在地球四周的重力场中传播时其频率会发生变化这种现象后，科学家分别用两种方法做出了解释．现象：从地面P点向上发出一束频率为的光，射向离地面高为H（远小于地球半径）的Q点处的接收器上，接收器接收到的光的频率为．方法一：依据光子能量（式中h为普朗克常量，m为光子的等效质量，c为真空中的光速）和重力场中能量守恒定律，可得接收器接收到的光的频率．方法二：依据广义相对论，光在有万有引力的空间中运动时，其频率会发生变化，将该理论应用于地球四周，可得接收器接收到的光的频率，式中G为引力常量，M为地球质量，R为地球半径．下列说法正确的是（）A．由方法一得到，g为地球表面四周的重力加速度B．由方法二可知，接收器接收到的光的波长大于发出时间的波长C．若从Q点发出一束光照射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变小D．通过类比，可知太阳表面发出的光的频率在传播过程中变大【参考答案】B【名师解析】方法一中，由能量守恒定律，hν0=mgH+hν，解得v=ν0（1-），A错误；依据方法二接收器接收到的光的频率公式，可知，接收到的光的频率小于发出时间的频率，利用波长与频率成反比可知，接收器接收到的光的波长大于发出时间的波长，B正确；若从Q点发出一束光折射到P点，从以上两种方法均可知，其频率会变大，C错误；通过类比，可知，由于太阳质量远大于地球质量，太阳表面发出的光的频率在传播过程中需要克服太阳引力做功，所以太阳表面发出的光的频率在传播过程中变小，D错误。19．（2023高考北京卷）下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（）A．B．C．D．【参考答案】A【名师解析】依据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可知A选项括号中为2个中子，B选项括号中为氦核，C选项括号中为质子，D选项括号中为电子，A正确。20．（2023广东卷）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响．下列说法正确的是（）A．Y是粒子，射线穿透力量比射线强B．Y是粒子，射线电离力量比射线强C．Y是粒子，射线穿透力量比射线强D．Y是粒子，射线电离力量比射线强【参考答案】D【名师解析】依据核反应方程遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知Y是粒子，由于α粒子带两个正电荷，所以射线射线电离力量比射线强，D正确。21.（2023天津卷）关于太阳上进行的核聚变，下列说法正确的是（）A.核聚变需要在高温下进行 B.核聚变中电荷不守恒C.太阳质量不变 D.太阳核反应方程式：【参考答案】A【名师解析】由于高温时才能使得粒子的热运动猛烈，才有可能克服他们自身相互间的排斥力，使得它们间的距离缩短，才能发生聚变，故A正确；核聚变中电荷是守恒的，故B错误；由于太阳始终在发生核聚变，需要放出大量能量，依据质能方程可知是要消耗肯定的质量的，故C错误；太阳中的核聚变的方程为，题中D选项核反应为核裂变方程，故D错误。9.（2023高考福建卷）福建福清核电站接受我国完全自主研发的“华龙一号”反应堆技术，建设了平安级别世界最高的机组。机组利用235U核裂变释放的能量发电，典型的核反应方程为，则A=_________；Z=_________；若核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为_________J。（光速大小取3.0×108m/s）【参考答案】①.92②.56③.9×1013【名师解析】依据核反应前后质量数守恒有1＋235=141＋A＋3，解得A=92。依据核反应前后电荷数守恒有92=Z＋36，解得Z=56。依据爱因斯坦质能方程可知核反应过程中质量亏损1g，释放的能量为E=mc2=1×10－3×9.0×1016J=9×1013J22.（2023高考河北卷）2022年8月30日，国家航天局正式发布了“羲和号”太阳探测卫星国际上首次在轨猎取的太阳谱线精细结构。是氢原子巴耳末系中波长最长的谱线，其对应的能级跃迁过程为（）A.从跃迁到 B.从跃迁到C.从跃迁到 D.从跃迁到【参考答案】D【名师解析】是氢原子巴耳末系中波长最长谱线，依据可知是氢原子巴耳末系中频率最小的谱线，依据氢原子的能级图，利用玻尔理论中的频率条件可见能级差越小，频率越低，波长越长。故对应的能级跃迁过程为从跃迁到。故选D。第三部分思路归纳，内化方法1．光电效应的“两条线索”和“两个对应关系”(1)两条线索：(2)两个对应关系：eq\x(光照强)→eq\x(光子数目多)→eq\x(放射光电子多)→eq\x(光电流大)eq\x(光子频率高)→eq\x(光子能量大)→eq\x(光电子的最大初动能大)2．用图像表示光电效应方程(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0。(2)逸出功：图线与Ek轴交点的确定值等于金属的逸出功：W0＝|－E|＝E。(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h。3.关于原子跃迁必需把握的六个要点(1)氢原子从低能级向高能级跃迁：吸取肯定频率的光子，当光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸取，否则不吸取。(2)氢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两能级间的能量差。(3)电离：当光子能量大于等于原子所处能级的能量值的确定值时，也可以被氢原子吸取，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。(4)光谱线条数：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝eq\f(nn－1,2)。(5)氢原子还可吸取外来实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸取，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级差，均可使原子发生能级跃迁。(6)跃迁时电子动能、原子电势能与总能量变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子电势能减小，电子动能增大，原子总能量减小，反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子总能量增大。4.解决核衰变与动量综合问题的三点提示(1)原子核在释放粒子的过程中系统动量守恒。(2)由左手定则和粒子在磁场中轨迹的内切或外切圆推断释放粒子的电性。(3)依据洛伦兹力和牛顿其次定律以及动量守恒定律可知运动半径和粒子电荷量的关系。5.书写核反应方程的步骤(1)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程的适当位置。(2)依据质量数和电荷数守恒计算出未知核(或未知粒子)的质量数和电荷数。(3)依据求得的电荷数确定是哪种元素，并在核反应方程中的适当位置填上它们的符号。(4)写核反应方程时，要熟记电子、中子、质子、α粒子等基本粒子的电荷数和质量数。6核能的计算(1)计算核能的步骤(2)核能的计算①若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2，ΔE的单位为“J”。②若以原子质量单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5MeV，ΔE的单位为“MeV”。第四部分最新模拟集萃，提升应试力量1.（2024广东三校12月联考）我国的“人造太阳”即核聚变试验反应堆技术世界领先。在“人造太阳”中发生的一种核聚变反应为两个氘核以相等的动能对心碰撞发生核聚变，方程为。已知氘核的质量为，氦核的质量为，中子的质量为，假设核反应释放的核能全部转化为动能，下列说法正确的是（）A.氦核和中子的质量数之和小于两个氘核的质量数之和B.该核反应释放的能量为C.核反应后氦核的动能为D.核反应后中子的动能为【参考答案】C【名师解析】核聚变反应方程中，反应前后质量数守恒，故氦核和中子质量数之和等于两个氘核的质量数之和，故A错误；B．依据质能方程可知，该核反应释放的能量为故B错误；依据能量守恒可知，核反应后的总能量为，核反应前两氘核动量和为零，核反应后氦核与中子的动量大小相等，依据动能与动量的关系有由于则有联立解得，故C正确，D错误。2.(2024年1月湖北十堰市调研)2023年8月25日，中国新一代人造太阳“中国环流三号”首次实现100万安培(1兆安)等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新中国磁约束聚变装置运行纪录。某核聚变方程为下列说法正确的是（）A.反应前后质量守恒B.我国秦山核电站也是利用该原理发电的C.该反应属于α衰变D.该核聚变方程中的X为α粒子【参考答案】D【名师解析】核反应前后质量数和电荷数守恒，可质量有亏损，质量不守恒，故A错误；B．我国秦山核电站是利用核裂变发电的，故B错误；C．该反应属于核聚变，故C错误；D．由核反应的质量数和电荷数守恒，可得X的质量数为2+3−1=4电荷数为1+1−0=2可知X是α粒子，则该聚变方程为故D正确。3.（2024江西红色十校9月联考）氢原子的能级图如图所示，用动能均为12.3eV的电子束射向一群处于基态的氢原子，氢原子被电子碰撞后激发跃迁到较高能级，处于高能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出几种不同频率的光，其中只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，一种光恰好能使该金属发生光电效应，则另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为（）A.0.66eV B.1.89eV C.2.55eV D.2.86eV【参考答案】B【名师解析】只有两种频率的光能使某金属发生光电效应，光子的能量为一种光恰好能使该金属发生光电效应，有另一种光使该金属发生光电效应时的光电子最大初动能为，B正确。4.（2024南京学情调研）有一种新型光电效应量子材料，当某种光照射该材料时，只产生相同速率的相干电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与双缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得第1条亮纹与第5条亮纹间距为△x。已知电子质量为m，普朗克常量为h，该量子材料的逸出功为W。求：（1）电子束的德布罗意波长λ和动量p；（2）光子的能量E。【名师解析】依据条纹间距公式解得λ=由可得（2）由Ek=，可得Ek=光子能量E=hν=W0+Ek联立解得：E=W0+5.（2024黑龙江大庆第一次质检）某考古队发觉，一古生物遗骸中14C的含量是现代生物的一半，已知14C，的半衰期为5730年，下列说法正确的是（）A.该生物于5730年前死亡B.该生物于11460年前死亡C.古生物遗骸中14C的含量越少，死亡时间越早D.古生物遗骸中14C的含量越少，死亡时间越晚【参考答案】AC【名师解析】由题知，一古生物遗骸中14C的含量是现代生物的一半，依据半衰期公式有则有解得t=T=5730年故该生物于5730年前死亡，故A正确，B错误；CD．依据半衰期公式有变形得可知古生物遗骸中14C的含量越少，即N越少，则越大，故越大，而T不变，故t变大，即死亡时间越早，故C正确，D错误。6.（2024辽宁十校联合体）2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为，的比结合能为，X的比结合能为，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（）A.在该核反应方程中，X表示e粒子B.该核反应过程中放出的能量C.该核反应过程中的质量亏损可以表示为D.若把X粒子射入匀强磁场中，它肯定受到洛伦兹力作用【参考答案】BC【名师解析】在该核反应方程中，依据质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，为α粒子（），选项A错误；该核反应过程中放出的能量Q=（206E2+4E3）-210E1，故B正确；

依据爱因斯坦质能方程可知Q=Δmc2，解得，故C正确；X的速度与匀强磁场方向平行时，不受洛伦兹力作用，故D错误。

7.（2024南京六校联合体调研）如图所示，图甲为氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子跃迁时，发出频率不同的大量光子，其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（）A.频率最高光子是从n=4跃迁到n=3发出的B.光电管阴极K金属材料的逸出功为7.0eVC.若调整滑动变阻器滑片能使光电流为零，则可推断图乙中电源右侧为正极D.氢原子跃迁放出的光子中有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象【参考答案】D【名师解析】频率最高光子是从n=4跃迁到n=1发出的，故A错误；大量处于n=4激发态的氢原子跃迁时，发出的光子中，其中频率最高的光子，对应的能量为由光电效应方程可得由丙图可知截止电压为7V，代入数据解得阴极K金属材料的逸出功为故B错误；C．若调整滑动变阻器滑片能使光电流为零，则电子受到的电场力应向左，场强方向应向右，则可推断图乙中电源左侧为正极，故C错误；由于阴极K金属材料的逸出功为氢原子跃迁放出的光子中，n=4、n=3、n=2能级跃迁至n=1能级的光子能量大于该逸出功，可以使阴极K发生光电效应现象，故共有3种频率的光子可以使阴极K发生光电效应现象，故D正确。故选D。8.（2024南京六校联合体调研）月球夜晚温度低至－180℃，“玉兔二号”月球车携带的放射性同位素钚238（）会不断发生衰变，释放能量为仪器设备供热。可以通过以下反应过程得到，，，下列说法正确的是（）A.k＝1 B.X为电子C.为轻核聚变 D.的比结合能比的比结合能大【参考答案】B【名师解析】在核反应方程中，由质量数守恒可得解得故A错误；B．在核反应方程中，依据电荷数守恒和质量数守恒可得解得故X为电子，故B正确；核反应方程不是聚变反应，是人工核反应，故C错误；的衰变方程为该反应释放核能，所以的比结合能比的比结合能小，故D错误。。9.（2024江苏南通期初考试）真空中一对平行金属板A和B正对放置,，紫外线持续照射A板，有光电子从A板逸出，电子的电量为e，质量为m，普朗克常量为h。(1)如图甲所示,在A、B板之间接一灵敏电流计。当电流计示数为I时,求每秒钟到达B板的电子个数N。（2）在A、B板之间接如图乙所示电压U时灵敏电流计示数为零，求光电子离开A板时，光电子的物质波波长的最小值。【名师解析】(1)每秒钟到达B板的电子个数为N,电荷量为Q=Ne依据电流的定义式得I=Q/t其中t=1s可得N=I/e(2)以具有最大动能的电子为争辩对象,当其速度减小到0时,电子恰好运动到接近B板,设其最大动能为Ekm;依据动能定理得-eU=0-Ekm，Ekm=，λ=h/p解得λ=10（2024江苏南通期初考试）日本福岛核电站泄漏事故再升级，日本政府预备将大量受污染的核废水直接排入大海，遭到了来自日本国内乃至全世界人民的反对。核废水中含有大量无法中和的放射性氚，氚能通过β衰变放射出β射线，半衰期大约12.5年，氚同时也是轻核聚变的重要原料，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时，同时放出一个中子，辐射出一个γ光子。下列说法正确的是A.氚发生β衰变时，β射线来自原子核外的电子电离而产生B.20个氚核发生β衰变，经过25年，还有5个氚核未发生衰变C.H+HHe+n+γ属于轻核聚变反应D.He和n的结合能之和大于H和H的结合能之和【参考答案】CD【名师解析】氚发生β衰变时，β射线来自原子核内部，故A错误；半衰期是大量放射性元素的统计结果，对少量放射性元素不适用，故B错误；H+HHe+n+γ属于轻核聚变反应，故C正确；由于该反应会释放核能，所以生成物的结合能之和大于反应物的结合能之和，故D正确。11.（6分）(2023山东聊城期末)原子核的人工转变是通过高速粒子轰击某些元素的原子核并生成新的原子核，它是人们争辩原子核组成的重要手段。用粒子加速器加速后的质子（）轰击静止的锂（）原子核，可以生成两个α粒子（）。已知质子质量为1.007825u，锂原子核的质量为7.016004u，α粒子的质量为4.002603u，lu相当于931MeV。（1）写出该核反应的反应方程式；（2）求该核反应释放的核能（结果保留三位有效数字）。【参考答案】.（6分）（1）（或者） （2）17.3MeV【名师解析】：（1）该核反应的反应方程式是①（2）由爱因斯坦质能方程可得②代入数据解得：③12．（18分）（2023年7月辽宁部分重点高中期末联考）用中子轰击锂核（Li）发生核反应，生成氚核和粒子，并释放出核能。已知中子、氚核、粒子、锂核的质量分别是mn1.0087u，mH3.0160u，mα=4.0026u，mLi6.0151u，质量亏损1u释放的核能为931.5MeV。（1）请写出核反应方程；（2）设放出的能量全部由质量亏损获得，试求释放的核能；（结果保留一位小数）（3）若反应前中子以0.3MeV的动能和锂核正碰，且碰撞前二者具有等大反向的动量，核反应中放出的核能全部转化为动能，求反应后生成的粒子和氚核的动能。（结果保留两位小数）【名师解析】：（1）依据质量数和电荷数守恒得LinHHe。（2分）（2）核反应中的质量亏损Δm=mLi+mn-mH+mα=6.0151u+1.0087u-3.0160u+4.0026u=0.0052u（2分）依据质量亏损1u释放的核能为931.5MeV可得ΔE4.8MeV。（2分）（3）设m1、m2分别为氦核和氚核的质量，v1、v2分别为氦核和氚核的速度，依据动量守恒定律有m1v1m2v20（2分）由Ek=得EkLi=Ekn=0.05MeV。（2分）由能量守恒得EkHEkΔEEkLiEkn（2分）粒子和氚核的动能之比为Ek׃EkH׃=m2׃2m1（2分）粒子的动能为Ek（ΔEEkLiEkn）=×5.15MeV=2.21MeV（2分）氚核的动能为EkH（ΔEEkLiEkn）=×5.15MeV=2.94MeV。（2分）13．(2024江苏盐城期初摸底质检)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：714N+01n→614A．614C发生βB．β衰变辐射出的电子来自于碳原子的核外电子C．近年来由于地球的温室效应，引起614D．若测得一古木样品的614C含量为活体植物的14【参考答案】．D【名师解析】依据QUOTE，即QUOTE发生QUOTE衰变的产物是QUOTE，选项A错误；QUOTE衰变辐射出的电子来自于原子核内的中子转化为质子时放出的电子，选项B错误；半衰期是核反应，与外界环境无关，选项C错误；若测得一古木样品的QUOTE含量为活体植物的QUOTE，可知经过了2个半衰期，则该古木距今约为5730×2年=11460年，选项D正确。14．(2024江苏盐城期初摸底质检)氢原子在可见光区的4条特征谱线是玻尔理论的试验基础。如图所示，这4条特征谱线（记作Hα、Hβ、Hγ和Hδ）分别对应着氢原子从n=3、4、5、6能级向n=2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是（选项图中长度标尺的刻度均匀分布，刻度值从左至右增大）（）A． B．C． D．【参考答案】．A【名师解析】光谱图中谱线位置表示相应光子的波长。氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁时，放射的光子能量增大，所以光子频率增大，光子波长减小，在标尺上Hα、Hβ、Hγ和Hδ谱线应从右向左排列。由于氢原子从n=3、4、5、6能级分别向n=2能级跃迁释放光子能量的差值越来越小，所以，从右向左4条谱线排列越来越紧密，故A正确。15.(2023北京二中期末)1934年至1938年，科学家曾先后用中子轰击轴235（）原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子（），这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能。这就是裂变中的链式反应。实际上，中子的速度不能太快，否则会与轴235“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变。试验证明，速度与热运动速度相当的中子最适于引发核裂变。这样的中子就是“热中子”，或称慢中子。但是，核裂变产生的是速度很大的快中子，因此，还要设法使快中子减速，为此，在铀核四周要放“慢化剂”，快中子跟慢化剂中的原子核碰撞后，中子速度削减，变为慢中子。假设中子与慢化剂中的原子核发生的碰撞为弹性正碰，且碰撞前慢化剂中的原子核是静止的，那么下列物质中最适合做慢化剂的是（）A.电子（） B.铀原子（）C.铅原子（） D.碳原子（）【参考答案】D【名师解析】设中子质量为m,碰前速度为v0，碰后速度为v1，原子核质量为M，碰后速度为v2，中子与原子核发生弹性正碰，以速度v0为正方向，则mv0=mv1+Mv2得可见，原子核质量M越小，碰后中子速度v1越小，因此慢化剂应当选用质量较小的原子核。故选D。16.(2023浙江绍兴期末)在核电站的核反应堆里面，某次核反应过程中生成的“快中子”质量为、动能为，该中子和质量为m的静止原子发生正弹性碰撞，设中子损失的动能为，（1）若某个“快中子”在运动过程中和1个静止碳原子发生正碰，试推断该中子碰撞后的速度方向是和初速度方向相同、相反还是不在同一条直线上。（2）求比值的大小（用题中字母表示）；（3）“快中子”和与“慢化剂”的原子核发生碰撞，变为“慢中子”。若刚开头时某“快中子”的动能为1MeV，发生碰撞的是常用的减速剂氘，质量为2，设每次发生碰撞的氘原子初速都为零，经过n次正碰，该“快中子”的动能削减到“慢中子”的动能四周（约为0.025eV），求：n的数值（【参考答案】（1）快中子和碳原子碰撞后与初速方向相反；（2）；（3）8【名师解析】（1）快中子和碳原子碰撞后与初速方向相反。（2）快中子和碳原子发生弹性碰撞有（3）由前面小题结论代入可得第一次碰撞剩余的动能为每次碰撞后剩余的动能比例都相同，有解得9．（2023年7月河南新乡高二期末）太阳内部持续不断地发生着4个质子（）聚变为1个氦核（）的热核反应，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核的质量分别为、，下列说法正确的是（）A．该核反应中会生成中子（） B．该核反应中会生成电子（）C．该核反应中质量亏损小于 D．该核反应方程是【参考答案】．CD【名师解析】由题意可得，该核反应方程式为，该核反应中会生成正电子，选项D正确，选项A、B均错误；该核反应中的质量亏损，选项C正确。17.(2023年7月浙江宁波期末)如图是光电倍增管的工作原理图，其由阴极、阳极和多个倍增电极组成，提高了光电管灵敏度。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此不断加速电子。如图所示，光电阴极K受光照后释放出光电子，电子以较大的动能撞击到第一个倍增电极上，从这个倍增电极上激发出更多电子，最终阳极A收集到光电网极的电子数比最初从阴极放射的电子数增加很多倍，则（）A.增大倍增级间的电压有利于提高其灵敏度B.入射光的频率越高，阴极K放射出的光电子的初动能肯定越大C.图中标号为偶数的倍增电极的电势高于奇数的倍增电极的电势D.保持入射光频率和各级间的电压不变，增大入射光光强不影响阳极收集到的电子数【参考答案】A【名师解析】增大倍增级间的电压，光电子获得的动能越大，光电子能够以更大的动能撞击下一个倍增管，下一个倍增管可以放射数量更多的光电子，有利于提高其灵敏度，故A正确；依据爱因斯坦光电效应方程可知，入射光的频率越高，阴极K放射出的光电子的最大初动能越大，但并不是全部光电子的初动能都会增大，故B错误；使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此不断加速电子，可知图中电势关系为可知，图中标号为偶数的倍增电极的电势不肯定高于奇数的倍增电极的电势，故C错误；光强指单位时间照射到单位面积上的光的能量，即为，可知入射光频率不变，增大入射光的光强时，即增加入射光的光子数目，则在保持入射光频率和各级间的电压不变时，增大入射光光强，最终阳极收集到的电子数增大，故D错误。18.（2023年7月河南洛阳创新进展联盟期末）下列四幅图涉及不同的物理学问，下列相关说法正确的是A.图甲：卢瑟福通过分析α粒子散射试验结果，发觉了质子B.图乙：3为α射线，它的电离力量很强，可用于消退静电C.图丙：处于基态的氢原子可吸取能量为11.2eV的光子发生跃迁D.图丁：汤姆孙通过电子的发觉，揭示了原子还可以再分【参考答案】.D【名师解析】卢瑟福通过分析α粒子散射试验中α粒子大角度偏转现象，提出了原子的核式结构，选项A错误；依据左手定则可知，1射线带正电，即1射线是α射线，它的电离力量很强，可用于消退静电，选项B错误；若处于基态的氢原子吸取了能量为11.2eV的光子，依据玻尔理论，跃迁后的能级的能量E=-13.6eV+11.2eV=-2.4eV,对比题图中氢原子的能级图，不存在该能级，选项C错误；汤姆孙通过分析阴极射线管中的射线，发觉该射线带负电，从而发觉了电子，电子的发觉，揭示了原子还可以再分，选项D正确。19.（2023年7月河南洛阳创新进展联盟期末）巴耳末系是指大量氢原子由高能级向n=2能级跃迁时发出的光谱线。现有大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，发出的光中巴耳末系的谱线数与全部的谱线数之比为A.415B.310C.【参考答案】B【名师解析】大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时辐射出的全部谱线数为C52=10种,属于巴耳末系的有n=5→n=2、n=4→n=2和n=3→n=2,则巴耳末系的谱线数与全部的谱线数之比为20.（2023年7月河南洛阳创新进展联盟期末）用波长为λ₁和λ₂的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金