知识点十五 波粒二象性 原子结构、原子核-2023年高考物理分类题库

知识点十五波粒二象性1.(2023·全国乙卷·T16)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事件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1048J。假设释放的能量来自物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s) ()A.1019kgB.1024kgC.1029kg D.1034kg【解析】选C。根据质能方程E=mc2可知,每秒钟平均减少的质量为Δm=E060c2=104860×(3×108)2kg≈2×10292.(2023·浙江6月选考·T5)“玉兔二号”装有核电池,不惧漫长寒冷的月夜,核电池将94238Pu衰变释放的核能一部分转换成电能。94238Pu的衰变方程为94238Pu92XU+24HeA.衰变方程中的X等于233B.24He的穿透能力比γC.94238Pu比92XD.月夜的寒冷导致94238Pu【解析】选C。由质量数守恒得:X=238-4=234,故A错误;24He的穿透能力比γ射线弱,故B错误;94238Pu衰变过程释放能量,比结合能增大,即94238Pu比92XU的比结合能小,故C正确。半衰期的大小反映衰变的快慢,与所处的物理环境无关3.(多选)(2023·浙江6月选考·T15)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Δx。已知电子质量m,普朗克常量为h,光速为c,则 ()A.电子的动量pe=hLB.电子的动能Ek=hC.光子的能量E=W0+chLD.光子的动量p=W0c【解析】选A、D。电子的动量公式为:pe=hλ根据双缝干涉实验的条纹间距公式可得:Δx=λLd联立解得:pe=hLdΔx,故A正确Ek=pe22m=h2L22md2Δx2,故B错误;同时,光子的动量p=mc,光子的能量E=mc2,p=Ec,联立解得:p=W0c+h24.(2023·全国甲卷·T15)在下列两个核反应方程中X+0714NY+Y+37LiX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=2C.Z=2,A=3 D.Z=2,A=4【解析】选D。设Y电荷数和质量数分别为m和n,根据核反应方程质量数和电荷数守恒可知第一个核反应方程的电荷数和质量数满足Z+7=m+8、A+14=n+17,第二个核反应方程的电荷数和质量数满足m+3=2Z、n+7=2A,联立解得Z=2,A=4,故选D。5.(2023·山东等级考·T1)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空,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,原子吸收频率为ν0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ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,并在一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,最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为 ()A.ν0+ν1+ν3B.ν0+ν1-ν3C.ν0-ν1+ν3 D.ν0-ν1-ν3【解析】选D。原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ,吸收的能量为hν0;自发辐射出频率为ν1的光子,跃迁到钟跃迁的上能级2,释放的能量为hν1;在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1,释放的能量为hν2;辐射出频率为ν3的光子回到基态,释放的能量为hν3;由能量守恒定律得:hν0=hν1+hν2+hν3,则该原子钟产生的钟激光的频率为ν2=ν0-ν1-ν3,故A、B、C错误,D正确。6.(2023·湖南选择考·T1)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

12H+13HC.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【解析】选A。对于相同质量的核燃料,轻核聚变产生的核能比重核裂变产生的核能更多,A正确;根据质量数守恒和核电荷数守恒可知,氘氚核聚变的核反应方程为

12H+13HHe+01n,B错误;核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核,C错误;核聚变反应过程中放出大量能量,有质量亏损【答题关键】本题考查了核反应、核聚变、核裂变、质量亏损等基础知识点,关键要熟悉教材,牢记这些基础知识点。7.(2023·辽宁选择考·T6)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照射该金属一定能发生光电效应D.用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek【解析】选A。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,根据E=hν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照射该金属不一定能发生光电效应,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,根据Ekm=hν-W逸出功,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·新课标全国卷·T16)铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁发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,跃迁发射的光子的频率量级为(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,元电荷e=1.60×10-19C) ()A.103HzB.106HzC.109HzD.1012Hz【解析】选C。铯原子利用的两能级的能量差量级对应的能量为ε=10-5eV=10-5×1.6×10-19J=1.6×10-24J由光子能量的表达式ε=hν可得,跃迁发射的光子的频率量级为ν=εh=1.6×10-246.63×10-34Hz≈2.跃迁发射的光子的频率量级为109Hz。故选C。9.(2023·湖北选择考·T1)2022年10月,我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2eV)。根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.n=2和n=1能级之间的跃迁B.n=3和n=1能级之间