专题能力提升练(十五)　波粒二象性　原子结构和原子核-2025版高考物理二轮复习

10专题能力提升练(十五)波粒二象性原子结构和原子核(40分钟70分)【核心巩固练】1.(6分)(2024·江苏选择考)在原子跃迁中,辐射如图所示的4种光子,其中只有一种光子可使某金属发生光电效应,是哪一种()A.λ1 B.λ2 C.λ3 D.λ4【解析】选C。根据光电效应方程可知当只有一种光子可使某金属发生光电效应,该光子对应的能量最大,根据图中能级图可知跃迁时对应波长为λ3的光子能量最大。故选C。2.(6分)(2024·河北选择考)锂是新能源汽车、储能和信息通信等新兴产业的关键材料。研究表明,锂元素主要来自宇宙线高能粒子与星际物质的原子核产生的散裂反应,其中一种核反应方程为

612C+11HLi+2A.01nB.-1【解析】选D。根据核反应前后质量数和电荷数守恒得A=12+1-7-2×1=4,Z=6+1-3-2×1=2,故式中的X为

23.(6分)(2024·西安三模)心脏起搏器中的微型核电池以钽铂合金作外壳,内装有钚238,可在患者胸内连续安全使用10年以上。现有某型号核电池,只有160g重,体积仅18mm3,内装150mg钚(94238Pu)。已知钚的半衰期为87.7年,钚衰变时会放出α射线和γ光子,生成新核X。下列说法正确的是(A.新核X的中子数为142B.该核电池中的核反应属于核裂变C.温度升高,钚的半衰期将小于87.7年D.经43.85年,150mg的钚还剩余75mg【解析】选A。钚的α衰变方程

94238Pu→924.(6分)(2024·浙江1月选考)已知氘核质量为2.0141u,氚核质量为3.0161u,氦核质量为4.0026u,中子质量为1.0087u,阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol-1,氘核摩尔质量为2g·mol-1,1u相当于931.5MeV。关于氘与氚聚变成氦,下列说法正确的是()A.核反应方程式为

12H+13HB.氘核的比结合能比氦核的大C.氘核与氚核的间距达到10-10m就能发生核聚变D.4g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025MeV【解析】选D。核反应方程式为

12H+13H→24He+01n,故A错误;氘核的比结合能比氦核的小,故B错误;氘核与氚核发生核聚变,要使它们间的距离达到10-15m以内,故C错误;一个氘核与一个氚核聚变反应质量亏损Δm=(2.0141+3.0161-4.0026-1.0087)u=0.0189u,聚变反应释放的能量是ΔE=Δm·931.5MeV≈17.6MeV,4g氘完全参与聚变释放出能量E=42×6×10235.(6分)(2024·邯郸模拟)如图所示为氢原子的能级图,已知可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV,锌的逸出功为3.34eV,下列说法正确的是()A.氢原子由激发态跃迁到基态后,核外电子的动能减小,原子的电势能增大B.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离C.一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多发出6种不同频率的光子D.一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,发出的光照射锌板,锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eV【解析】选B。氢原子由激发态跃迁到基态后,核外电子运动半径变小,动能增大,克服库仑力做功,原子的电势能减小,故A错误;紫外线光子的最小能量为3.11eV,处于n=3能级的氢原子的电离能为1.51eV,故处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离,故B正确;一个处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可最多发出3种不同频率的光子,故C错误;氢原子从n=4的能级向基态跃迁时发出的光子能量为E=(-0.85eV)-(-13.6eV)=12.75eV,因锌的逸出功是3.34eV,锌板表面所发出光电子最大初动能为Ekm=12.75eV-3.34eV=9.41eV,故D错误。【加固训练】(2024·商丘三模)氢原子的能级图如图所示,一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时会辐射出多种不同频率的光。已知钨的逸出功为4.54eV,下列说法正确的是()A.这群氢原子向低能级跃迁时可辐射出2种不同频率的光B.用氢原子从n=3能级直接跃迁到n=1能级辐射出的光照射钨板时能发生光电效应C.这群氢原子从n=3能级直接跃迁到n=1能级辐射出的光最容易发生明显的衍射现象D.氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光和从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光分别通过同一双缝干涉装置,后者干涉条纹间距较大【解析】选B。根据C32=3可知,这群氢原子可辐射出3种不同频率的光,A项错误;氢原子从n=3能级直接向n=1能级跃迁发出的光子的能量hνm=-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,大于钨的逸出功,因此可以发生光电效应,B项正确;光的波长越长,频率越小,光子能量也越小,也越容易发生明显的衍射现象,由于从n=3能级直接跃迁到n=1能级辐射出的光子能量最大,频率最高,波长最短,故最不容易发生明显的衍射现象,C项错误;氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的波长大于从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光的波长,由Δx=l6.(6分·多选)(2024·辽宁选择考)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子,并对光电子进行分析的科研仪器,用某一频率的X光照射某种金属表面,逸出了光电子,若增加此X光的强度,则()A.该金属逸出功增大B.X光的光子能量不变C.逸出的光电子最大初动能增大D.单位时间逸出的光电子数增多【解析】选B、D。选项选项剖析对错A金属的逸出功是金属的自身固有属性,仅与金属自身有关,该金属逸出功不变×B根据光子能量公式ε=hν,可知X光的光子能量不变√C根据光电效应方程Ekm=hν-W0,可知逸出的光电子最大初动能不变×D增加光照强度,单位时间照射到金属表面的光子变多,则单位时间逸出的光电子数增多√7.(6分·多选)铀核裂变的一种方程为

92235U+X→3894Sr+54A.X是中子B.X是质子C.

92235U、3894D.92235U、3894【解析】选A、C。根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,为中子,A正确,B错误;根据题图可知,92235U、3894Sr、【培优创新练】8.(6分·多选)如图所示,甲、乙、丙、丁是关于光电效应的四个图像(电子电荷量为e),以下说法正确的是()A.由图甲可求得普朗克常量h=beB.由图乙可知虚线对应金属的逸出功比实线对应金属的逸出功小C.由图丙可知在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大D.由图丁可知电压越高,则光电流越大【解析】选B、C。根据光电效应方程,结合动能定理可知eUc=Ek=hν-W0=hν-hνc,变式可得Uc=ℎeν-ℎeνc,斜率k=b2a=ℎe,解得普朗克常量为h=be2a,故A错误;根据爱因斯坦光电效应方程E9.(6分·多选)核潜艇制造专家黄旭华获得2019年国家最高科学技术奖。我国核潜艇是以核反应炉为动力来源的潜艇,其核反应堆中可能的一个核反应方程为

92235U+01nBa+3689A.该核反应属于原子核的衰变B.其中Ba核的比结合能比U核的小C.该核反应方程式中x=3D.该反应堆中发生的是链式反应,因每次生成的

0【解析】选C、D。该核反应属于原子核的裂变,不是衰变,A错误;裂变反应是放能反应,生成物的比结合能大于反应物的比结合能,B错误;根据质量数守恒,有235+1=144+89+x,解得x=3,C正确;只要生成的中子数大于参与反应的中子数,就是链式反应,D正确。10.(16分)(2024·张家口模拟)利用电磁场研究带电的微观粒子是物理学家常用的方法。真空中一实验装置如图甲所示(磁场未画出),其截面图如图乙所示,区域Ⅰ为足够大的水平平行金属板区域,极板间距为d,极板间电压U恒定,同时板间有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B1,区域Ⅱ内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B2(B2大小未知,B1≪B2)。极板和屏在磁场方向上均足够长。当频率为ν的入射光照射到竖直放置的金属板表面MN时,金属板表面MN逸出大量速率不同、沿各个方向运动的光电子,光电子先进入起速度选择作用的区域Ⅰ,出区域Ⅰ的光电子可认为均水平射出,之后进入区域Ⅱ全部打在水平光屏上,光屏亮光区域在截面图上的长度PQ为2d3。已知逸出的光电子最大速率为vm,B1=5U3dvm(1)该金属的逸出功W和出区域Ⅰ的光电子的最小速度v;(5分)(2)区域Ⅱ中磁场的磁感应强度B2;(3分)(3)区域Ⅱ中,在如图乙截面内磁场的最小面积S;(2分)(4)区域Ⅱ中,光电子运动位移的最大值xm。(6分)【解题指南】解答本题需要注意以下几点:(1)根据光电效应方程求出金属的逸出功;根据受力平衡求解;(2)根据洛伦兹力提供向心力,结合牛顿第二定律求出区域Ⅱ中磁场的磁感应强度B2;(3)当光电子的速度最小时,在区域Ⅱ中运动的轨道半径最大,此时磁场面积最小;(4)当光电子的速度最大时,在区域Ⅱ中运动的轨道半径最小,此时光电子运动的位移最大。【解析】(1)由爱因斯坦光电效应方程12mvm2=解得逸出功W=hν-12m从平行板区域射出的粒子满足洛伦兹力与电场力平衡B1ev=Ud解得v=35vm(2)光电子在区域Ⅱ中截面内的运动轨迹如图所示光电子运动的半径为r,由几何关系可知r=23根据洛伦兹力提供向心力evB2=mv解得B2=9m(3)分析可知:截面内磁场的最小面积为一个四分之一圆形区域和矩形区域,粒子在磁场中扫过的面积为S=πr24+r(d代入数据得S=π+29d2(4)光电