2021届高考备考物理二轮专题特训：原子结构 原子核 (解析版)

宽放市用备阳光实验学校【2021】〔〕2021高考物理〔第01期〕试题分项汇编13 波粒二象性 原子结构和原子核本资料以考区的最试题为主，借鉴并吸收了其他最模拟题中对考区具有借鉴价值的典型题，优化组合，合理编排，极限。

一、单项选择题1.【2021·市六区高三下期第二次学业抽测】以下说法中正确的选项是A ．重核裂变需要吸收能量B ．原子核23290Th 经过6次α衰变和4次β衰变后成为原子核20882PbC ．用升温、加压或发生化学反的方法可以改变放射性元素的半衰期D ．β射线比γ射线的穿透能力更强2.【2021•市一中高三5月模拟】在如下图的光电效现象中，光电管阴极K 的极限频率为0ν，现用频率为ν0νν>的光照射在阴极上，假设在A 、K 之间加一数值为U 的反向电压时，光电流恰好为零，那么以下判断错误的选项是A ．阴极材料的逸出功于0h νB ．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示eUC ．有光电子逸出，且光电子的最大初动能可表示为0h h νν-D ．无光电子逸出，因为光电流为零3.【2021·市高2021级二诊】以下说法正确的选项是A ．α粒子散射说明原子具有复杂结构B ．具有放射性的物体发出的射线对人体都是有害的C ．氢原子能吸收任意频率光子并跃迁到高能态D ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反4.【2021·市高2021级三诊】研究光电效时，已经知道金属钠的逸出功为9eV ，现有一处于n=4能级的氢原子，用它在跃迁过程中发出的光照射金属钠，氢原子的能级结构图如下图，那么以下说法中正确的选项是：A ．跃迁过程中将释放5种频率的光子B ．跃迁过程中释放光子的最小能量为9eVC ．跃迁过程中释放光子的最大能量为1eVD ．跃迁过程中释放的光子有4种能引起光电效5.【2021·市联盟高三4月】仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条别离的不连续的亮线，其原因是( ) A ．氢原子只有几个能级 B ．氢原子只能发出平行光C ．氢原子有时发光，有时不发光D ．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对的光的频率也是不连续的6.【2021·五校高三第三次模拟考试】雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe )而获得了度诺贝尔物理学奖。

带电粒子在复合场中运动的实例分析1．在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直．一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子()A．一定带正电B．速度v＝E BC．若速度v＞EB，粒子一定不能从板间射出D．若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动2．(多选)医用回旋加速器的核心部分是两个D形金属盒，如图所示，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(21H)和氦核(42He)并通过线束引出加速器．下列说法中正确的是()A．加速两种粒子的高频电源的频率相同B．两种粒子获得的最大动能相同C．两种粒子在D形盒中运动的周期相同D．增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能3.(多选)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是()A．Q板的电势高于P板的电势B．R中有由a向b方向的电流C．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变D．若只增大离子入射速度，R中电流增大4.(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通入图示方向的电流I时，C、D两侧面会形成一定的电势差U.下列说法中正确的是()A．若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带负电B．若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带正电C．在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U最大D．在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置且与地球经线垂直时，U最大5．容器A中装有大量的质量、电荷量不同但均带正电的粒子，粒子从容器下方的小孔S1不断飘入加速电场(初速度可视为零)做直线运动，通过小孔S2后从两平行板中央沿垂直电场方向射入偏转电场．粒子通过平行板后沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，最后打在感光片上，如图所示．已知加速电场中S1、S2间的加速电压为U，偏转电场极板长为L，两板间距也为L，板间匀强电场强度E＝2UL，方向水平向左(忽略板间外的电场)，平行板f的下端与磁场边界ab相交于点P，在边界ab上实线处固定放置感光片．测得从容器A中逸出的所有粒子均打在感光片PQ之间，且Q距P的长度为3L，不考虑粒子所受重力与粒子间的相互作用，求：(1)粒子射入磁场时，其速度方向与边界ab间的夹角；(2)射到感光片Q处的粒子的比荷(电荷量q与质量m之比)；(3)粒子在磁场中运动的最短时间．6.质谱仪可利用电场和磁场将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示，虚线上方有两条半径分别为R和r(R>r)的半圆形边界，分别与虚线相交于A、B、C、D点，圆心均为虚线上的O点，C、D间有一荧光屏．虚线上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小为B.虚线下方有一电压可调的加速电场，离子源发出的某一正离子由静止开始经电场加速后，从AB的中点垂直进入磁场，离子打在边界上时会被吸收．当加速电压为U时，离子恰能打在荧光屏的中点．不计离子的重力及电、磁场的边缘效应．求：(1)离子的比荷；(2)离子在磁场中运动的时间；(3)离子能打在荧光屏上的加速电压范围．7.质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D间有一荧光屏．同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点．离子重力不计．则()A．a离子质量比b的大B．a离子质量比b的小C．a离子在磁场中的运动时间比b的长D．a、b离子在磁场中的运动时间相等8.(多选)如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，下列说法中正确的是()A．加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大B．粒子射出时的最大动能与加速电压无关，与D形金属盒的半径和磁感应强度有关C．若增大加速电压，粒子在金属盒间的加速次数将减少，在回旋加速器中运动的时间将减小D．粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为5∶69.(多选)(2020·福建龙岩市3月质量检查)回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图6所示．其核心部件是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒(D1、D2)，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为q的质子从D1半盒的质子源(A点)由静止释放，加速到最大动能E km后经粒子出口处射出．若忽略质子在电场中的加速时间，且不考虑相对论效应，则下列说法正确的是()A．质子加速后的最大动能E km与交变电压U大小无关B．质子在加速器中的运行时间与交变电压U大小无关C．回旋加速器所加交变电压的周期为πR 2m E kmD．D2盒内质子的轨道半径由小到大之比为1∶3∶5∶…10.如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v0＝EB时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是()A ．粒子射入的速度一定是v >E BB ．粒子射入的速度可能是v <E BC ．粒子射出时的速度一定大于射入速度D ．粒子射出时的速度一定小于射入速度11.(2020·福建三明市期末质量检测)磁流体发电机的原理如图所示．将一束等离子体连续以速度v 垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B 的匀强磁场中，可在相距为d 、面积为S 的两平行金属板间产生电压．现把上、下板和电阻R 连接，上、下板等效为直流电源的两极．等离子体稳定时在两极板间均匀分布，电阻率为ρ.忽略边缘效应及离子的重力，下列说法正确的是( )A ．上板为正极，a 、b 两端电压U ＝Bd vB ．上板为负极，a 、b 两端电压U ＝Bd 2v ρS RS ＋ρdC ．上板为正极，a 、b 两端电压U ＝Bd v RS RS ＋ρdD．上板为负极，a、b两端电压U＝Bd v RS Rd＋ρS12.为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的长方体流量计．该装置由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是()A．M端的电势比N端的高B．电压表的示数U与a和b均成正比，与c无关C．电压表的示数U与污水的流量Q成正比D．若污水中正、负离子数相同，则电压表的示数为0带电粒子在复合场中运动的实例分析2．在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直．一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子()A ．一定带正电B ．速度v ＝E BC ．若速度v ＞E B ，粒子一定不能从板间射出D ．若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动【答案】 B【解析】 粒子带正电和负电均可，选项A 错误；由洛伦兹力等于电场力，可得q v B ＝qE ，解得速度v ＝E B ，选项B 正确；若速度v ＞E B ，粒子可能会从板间射出，选项C 错误；若此粒子从右端沿虚线方向进入，所受电场力和洛伦兹力方向相同，不能做直线运动，选项D 错误．2．(多选)医用回旋加速器的核心部分是两个D 形金属盒，如图所示，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(21H)和氦核(42He)并通过线束引出加速器．下列说法中正确的是( )A ．加速两种粒子的高频电源的频率相同B ．两种粒子获得的最大动能相同C ．两种粒子在D 形盒中运动的周期相同D．增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能【答案】AC【解析】回旋加速器加速粒子时，粒子在磁场中运动的周期应和交流电的周期相同．带电粒子在磁场中运动的周期T＝2πmqB，两粒子的比荷qm相等，所以周期相同，故加速两种粒子的高频电源的频率也相同，A、C正确；根据q v B＝m v2R，得v＝qBRm，最大动能E k＝12m v2＝q2B2R22m，与加速电压无关，两粒子的比荷qm相等，电荷量q不相等，所以最大动能不等，故B、D错误．3.(多选)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场．一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场．把P、Q与电阻R相连接．下列说法正确的是()A．Q板的电势高于P板的电势B．R中有由a向b方向的电流C．若只改变磁场强弱，R中电流保持不变D．若只增大离子入射速度，R中电流增大【答案】BD【解析】等离子体进入磁场，根据左手定则，正离子向上偏，打在上极板上，负离子向下偏，打在下极板上，所以上极板带正电，下极板带负电，则P板的电势高于Q 板的电势，流过电阻R 的电流方向由a 到b ，故A 错误，B 正确；依据电场力等于洛伦兹力，即q U d ＝q v B ，则有U ＝Bd v ，再由闭合电路欧姆定律I＝U R ＋r ＝Bd v R ＋r，电流与磁感应强度成正比，故C 错误；由以上分析可知，若只增大离子的入射速度，R 中电流会增大，故D 正确．4.(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B 垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通入图示方向的电流I 时，C 、D 两侧面会形成一定的电势差U .下列说法中正确的是( )A ．若C 侧面电势高于D 侧面，则元件中形成电流的载流子带负电B ．若C 侧面电势高于D 侧面，则元件中形成电流的载流子带正电C ．在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U 最大D ．在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置且与地球经线垂直时，U 最大【答案】 AD【解析】 若元件的载流子带负电，由左手定则可知，载流子受到洛伦兹力向D 侧面偏，则C 侧面的电势高于D 侧面的电势，故A 正确；若元件的载流子带正电，由左手定则可知，载流子受到洛伦兹力向D 侧面偏，则D 侧面的电势高于C 侧面的电势，故B 错误；在测地球南、北极上方的地磁场强弱时，因磁场方向竖直，则元件的工作面保持水平时U 最大，故C 错误；地球赤道上方的地磁场方向水平，在测地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，当与地球经线垂直时U 最大，故D 正确．5．容器A 中装有大量的质量、电荷量不同但均带正电的粒子，粒子从容器下方的小孔S 1不断飘入加速电场(初速度可视为零)做直线运动，通过小孔S 2后从两平行板中央沿垂直电场方向射入偏转电场．粒子通过平行板后沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域，最后打在感光片上，如图所示．已知加速电场中S 1、S 2间的加速电压为U ，偏转电场极板长为L ，两板间距也为L ，板间匀强电场强度E ＝2U L ，方向水平向左(忽略板间外的电场)，平行板f 的下端与磁场边界ab 相交于点P ，在边界ab 上实线处固定放置感光片．测得从容器A 中逸出的所有粒子均打在感光片PQ 之间，且Q 距P 的长度为3L ，不考虑粒子所受重力与粒子间的相互作用，求：(1)粒子射入磁场时，其速度方向与边界ab 间的夹角；(2)射到感光片Q 处的粒子的比荷(电荷量q 与质量m 之比)；(3)粒子在磁场中运动的最短时间．【答案】 (1)45° (2)U 2L 2B 2 (3)3πBL 216U【解析】 (1)设质量为m 、电荷量为q 的粒子通过孔S 2的速度为v 0，则：qU ＝12m v 02 粒子在平行板e 、f 间做类平抛运动：L ＝v 0t ，v x ＝qE m t ，tan θ＝v 0v x联立可得：tan θ＝1，则θ＝45°，故其速度方向与边界ab 间的夹角为θ＝45°.(2)粒子在偏转电场中沿场强方向的位移x ＝12v x t ＝L 2，故粒子从e 板下端与水平方向成45°角斜向下射入匀强磁场，如图所示，设质量为m 、电荷量为q 的粒子射入磁场时的速度为v ，做圆周运动的轨道半径为r ，则v ＝v 02＋v x 2＝2v 0＝2qUm由几何关系：r 2＋r 2＝(4L )2则r ＝22Lq v B ＝m v 2r ，则r ＝m v qB 联立解得：q m ＝U 2L 2B2.(3)设粒子在磁场中运动的时间为t ，偏转角为α，则t ＝αm qB ，r ＝m v qB ＝2B mU q联立可得：t ＝αBr 24U 因为粒子在磁场中运动的偏转角α＝32π，所以粒子打在P 处时间最短，此时半径为r ′，由几何关系知：r ′2＋r ′2＝L 2，则r ′＝22L 联立可得：t min ＝32πB L 224U ＝3πBL 216U. 6.质谱仪可利用电场和磁场将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示，虚线上方有两条半径分别为R 和r (R >r )的半圆形边界，分别与虚线相交于A 、B 、C 、D 点，圆心均为虚线上的O 点，C 、D 间有一荧光屏．虚线上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度大小为B .虚线下方有一电压可调的加速电场，离子源发出的某一正离子由静止开始经电场加速后，从AB 的中点垂直进入磁场，离子打在边界上时会被吸收．当加速电压为U 时，离子恰能打在荧光屏的中点．不计离子的重力及电、磁场的边缘效应．求：(1)离子的比荷；(2)离子在磁场中运动的时间；(3)离子能打在荧光屏上的加速电压范围．【答案】 (1)8U B 2(R ＋r )2 (2)πB (R ＋r )28U (3)U (R ＋3r )24(R ＋r )2≤U ′≤U (3R ＋r )24(R ＋r )2【解析】 (1)由题意知，加速电压为U 时，离子在磁场区域做匀速圆周运动的半径r 0＝R ＋r 2洛伦兹力提供向心力，q v B ＝m v 2r 0在电场中加速，有qU ＝12m v 2 解得：q m ＝8U B 2(R ＋r )2(2)离子在磁场中运动的周期为T ＝2πm qB在磁场中运动的时间t ＝T 2解得：t ＝πB (R ＋r )28U(3)由(1)中关系，知加速电压和离子轨迹半径之间的关系为U ′＝4U (R ＋r )2r ′2 若离子恰好打在荧光屏上的C 点，轨道半径r C ＝R ＋3r 4U C ＝U (R ＋3r )24(R ＋r )2若离子恰好打在荧光屏上的D点，轨道半径r D＝3R＋r 4U D＝U(3R＋r)2 4(R＋r)2即离子能打在荧光屏上的加速电压范围：U(R＋3r)24(R＋r)2≤U′≤U(3R＋r)24(R＋r)2.7.质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D间有一荧光屏．同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点．离子重力不计．则()A．a离子质量比b的大B．a离子质量比b的小C．a离子在磁场中的运动时间比b的长D．a、b离子在磁场中的运动时间相等【答案】B【解析】设离子进入磁场的速度为v，在电场中qU＝12m v2，在磁场中Bq v＝m v2r，联立解得：r＝m vBq＝1B2mUq，由题图知，b离子在磁场中运动的轨道半径较大，a、b为同位素，电荷量相同，所以b离子的质量大于a离子的质量，所以A错误，B正确；在磁场中运动的时间均为半个周期，即t＝T2＝πmBq，由于b离子的质量大于a离子的质量，故b离子在磁场中运动的时间较长，C、D错误．8.(多选)如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，分别与高频交流电源连接，两个D形金属盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，下列说法中正确的是()A．加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大B．粒子射出时的最大动能与加速电压无关，与D形金属盒的半径和磁感应强度有关C．若增大加速电压，粒子在金属盒间的加速次数将减少，在回旋加速器中运动的时间将减小D．粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为5∶6【答案】BC【解析】粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得：q v m B＝m v m2 R，解得：v m＝qBRm，则粒子获得的最大动能为：E km＝12m v m2＝q2B2R22m，知粒子获得的最大动能与加速电压无关，与D形金属盒的半径R和磁感应强度B有关，故A错误，B正确；对粒子，由动能定理得：nqU＝q2B2R22m，加速次数：n＝qB2R22mU，增大加速电压U，粒子在金属盒间的加速次数将减少，粒子在回旋加速器中运动的时间：t＝n2T＝nπmqB将减小，故C正确；对粒子，由动能定理得：nqU＝12m v n2，解得v n＝2nqUm，粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得：q v n B＝mv n2r n，解得：r n＝1B2nmUq，则粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为：r4r5＝45，故D错误．9.(多选)(2020·福建龙岩市3月质量检查)回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图6所示．其核心部件是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒(D1、D2)，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为q的质子从D1半盒的质子源(A点)由静止释放，加速到最大动能E km后经粒子出口处射出．若忽略质子在电场中的加速时间，且不考虑相对论效应，则下列说法正确的是()A．质子加速后的最大动能E km与交变电压U大小无关B．质子在加速器中的运行时间与交变电压U大小无关C．回旋加速器所加交变电压的周期为πR 2m E kmD．D2盒内质子的轨道半径由小到大之比为1∶3∶5∶…【答案】 ACD【解析】 质子在回旋加速器中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有q v B ＝m v 2r ，则v ＝qBr m ，当r ＝R 时，质子有最大动能：E km ＝12m v m 2＝q 2B 2R 22m，知质子加速后的最大动能E km 与交变电压U 大小无关，故A 正确；质子离开回旋加速器时的动能是一定的，与加速电压无关，由T ＝2πm qB 可知相邻两次经过电场加速的时间间隔不变，获得的动能为qU ，故电压越大，加速的次数n 越少，在加速器中的运行时间越短，故B 错误；回旋加速器所加交变电压的周期与质子在D形盒中运动的周期相同，由T ＝2πm qB ，R ＝m v m qB ，E km ＝12m v m 2知，T ＝πR 2m E km，故C 正确；质子每经过1次加速电场动能增大qU ，知D 2盒内质子的动能由小到大依次为qU 、3qU 、5qU …，又r ＝m v qB ＝2mE k qB ，则半径由小到大之比为1∶3∶5∶…，故D 正确.10.如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v 0＝E B 时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v 射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是( )A ．粒子射入的速度一定是v >E BB ．粒子射入的速度可能是v <E BC．粒子射出时的速度一定大于射入速度D．粒子射出时的速度一定小于射入速度【答案】B11.(2020·福建三明市期末质量检测)磁流体发电机的原理如图所示．将一束等离子体连续以速度v垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，可在相距为d、面积为S的两平行金属板间产生电压．现把上、下板和电阻R连接，上、下板等效为直流电源的两极．等离子体稳定时在两极板间均匀分布，电阻率为ρ.忽略边缘效应及离子的重力，下列说法正确的是()A．上板为正极，a、b两端电压U＝Bd vB．上板为负极，a、b两端电压U＝Bd2vρS RS＋ρdC．上板为正极，a、b两端电压U＝Bd v RS RS＋ρdD．上板为负极，a、b两端电压U＝Bd v RS Rd＋ρS【答案】C【解析】根据左手定则可知，等离子体射入两极板之间时，正离子偏向a板，负离子偏向b板，即上板为正极；稳定时满足U′d q＝Bq v，解得U′＝Bd v；根据电阻定律可知两极板间的电阻为r ＝ρd S ，根据闭合电路欧姆定律：I ＝U ′R ＋r，a 、b 两端电压U ＝IR ，联立解得U ＝Bd v RS RS ＋ρd，故选C. 12.为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的长方体流量计．该装置由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加一匀强磁场，前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M 、N 两端间的电压表将显示两个电极间的电压U .若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )A ．M 端的电势比N 端的高B ．电压表的示数U 与a 和b 均成正比，与c 无关C ．电压表的示数U 与污水的流量Q 成正比D ．若污水中正、负离子数相同，则电压表的示数为0【答案】 C【解析】 根据左手定则知，正离子所受的洛伦兹力方向向里，则向里偏转，N 端带正电，M 端带负电，则M 端的电势比N 端电势低，故A 错误； 最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有：q v B ＝q U b ，解得U ＝v Bb ，电压表的示数U 与b 成正比，与污水中正、负离子数无关，故B 、D 错误；因v ＝U Bb ，则流量Q＝v bc＝UcB，因此U＝BQc，所以电压表的示数U与污水流量Q成正比，故C正确．。

专题20 原子结构和原子核1．（2021·湖南娄底市高三零模）23292U 具有放射性，会发生α衰变；23292U 俘获中子会发生裂变产生中等质量的原子核，同时放出大量的核能，下列说法正确的是（ ）A ．23292U 发生α衰变时需要吸收热量 B ．23292U 能发生α衰变说明24292U 中有α粒子C ．23292U 的比结合能比裂变产生的中等质量原子核比结合能小 D ．23292U 裂变产生的能量即为23292U 的结合能【答案】C【解析】A ．23292U 发生α衰变时会放出热量，A 错误；B ．23292U 发生α衰变是原子核中两个中子和两个质子组成的一个粒子释放出来即为α粒子，原子核中并没有α粒子，B 错误；C ．23292U 裂变时释放核能，有质量亏损，产生的中等质量原子核的核子平均质量减小，核子的比结合能增大，C 正确；D ．核子结合成原子核或原子核分解成核子吸收的能量为结合能，因此23292U 裂变产生的能量并不是23292U 的结合能，D 错误。

故选C 。

2．（2021·湖南高三一模）图甲是“光电效应”实验电路图，图乙为某次“光电效应”实验中得到的同一光电管两端的遏止电压c U 随入射光频率v 变化的函数关系图像，下列判断正确的是（ ）A ．入射光的频率v 不同，遏止电压c U 相同B ．入射光的频率v 不同，光照强度不同，c U ν-图像的斜率相同C ．只要光的光照强度相同，光电子的最大初动能就一定相同D ．图甲所示电路中，当电压表增大到一定数值时，电流计将达到饱和电流 【答案】B【解析】A ．逸出功与金属材料有关，与入射光的频率无关，由km 0E h W ν=-，可知，入射光的频率不同，电子的最大初动能不同，又c km eU E =，所以入射光的频率不同，遏止电压c U 不同，A 错误；B ．由km c c E h h eU νν=-=，可得()c c hU eνν=-，故图线的斜率为相同的常量，B 正确；C ．由爱因斯坦光电效应km 0E h W ν=-，可知在入射光频率不同的情况下，光电子的最大初动能不同，最大初动能与光照强度无关，C 错误；D ．必须使图甲所示电路中的电源正负极反接过来，才能用来验证光电流与电压的关系，即当电压表增大到一定数值时电流计将达到饱和电流，D 错误。

2021届高考物理二轮复习易错题型专项练习（7）动量守恒定律一．选择题1．（2021•湖北模拟）如图所示，曲面体P静止于光滑水平面上，物块Q自P的上端静止释放。

Q与P的接触面光滑，Q在P上运动的过程中，下列说法正确的是（）A．P对Q做功为零B．P和Q之间相互作用力做功之和为零C．P和Q构成的系统机械能守恒、动量守恒D．P和Q构成的系统机械能不守恒、动量守恒【答案】B【解答】A、Q在P上运动过程，P对Q有弹力且在力的方向上Q有位移，则P对Q做功不为零，故A 错误；BCD、Q在P上运动过程，P和Q构成的系统只有重力做功，系统机械能守恒，P、Q之间的弹力做功和必为零；系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，但系统在竖直方向所受合外力不为零，系统在竖直方向动量不守恒，系统动量不守恒，故B正确，CD错误。

故选：B。

2．（2021•河北模拟）如图，一小船以1.0m/s的速度匀速前行，站在船上的人竖直向上抛出一小球，小球上升的最大高度为0.45m。

当小球再次落入手中时，小船前进的距离为（假定抛接小球时人手的高度不变，不计空气阻力，g取10m/s2）（）A．0.3m B．0.6m C．0.9m D．1.2m【答案】B【解答】竖直向上抛出小球过程，小球与小船组成的系统在水平方向所受合外力为零，系统在水平方向动量守恒，由动量守恒定律可知，竖直向上抛出小球后小球与小船在水平方向的速度不变，小球与小船在水平方向都做匀速直线运动；设小球抛出后在竖直方向上升的时间为t，小球上升高度h＝代入数据解得：t＝0.3s从抛出小球到小球再从落入手中过程的时间t′＝2t＝2×0.3s＝0.6s在此时间内小船在水平方向做匀速直线运动，小船前进的距离：x＝vt′＝1.0×0.6m＝0.6m，故B正确，ACD错误。

故选：B。

3．（2021•山东模拟）放射性原子核X静止于匀强磁场中，某时刻衰变为两个粒子A和B，衰变后A和B 的运动速度与磁场垂直。

专题分层突破练16 光电效应 原子结构和原子核A 组1.(2020东北三省四市一模)对以下几位物理学家所做的科学贡献,叙述正确的是( )A.德布罗意认为任何一个运动的物体,小到电子、质子、中子,大到行星、太阳都有一种波与之相对应,这种波叫物质波B.爱因斯坦通过对黑体辐射现象的研究,提出了量子说C.卢瑟福通过α粒子散射实验,发现了质子和中子,提出了原子的核式结构模型D.贝克勒尔通过对氢原子光谱的分析,发现了天然放射现象2.(2020山东泰安二模)激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。

在一次手术中,所用激光的波长λ=6.6×10-7 m,每个激光脉冲的能量E=1.5×10-2 J 。

则每个脉冲中的光子数目是(已知普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s)( )A.3×1016B.3×1012C.5×1016D.5×10123.(2020广西南宁一测)氢原子的能级如图所示,大量氢原子处于n=4能级上。

当氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时,辐射光的波长为1 884 nm,已知可见光光子的能量在1.61~3.10 eV 范围内,下列判断正确的是( )A.氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级,辐射的光子是可见光光子B.从高能级向低能级跃迁时,氢原子要吸收能量C.氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时,辐射光的波长大于1 884 nmD.用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的光照射W 逸=6.34 eV 的铂,能发生光电效应4.(2020浙江衢州、湖州、丽水检测)核电池可通过半导体换能器,将放射性同位素 94239Pu 衰变过程释放的能量转变为电能。

一静止的 94239Pu 衰变为铀核 92235U 和新粒子,并释放出γ光子。

已知94239Pu 、92235U 的质量分别为m Pu 、m U ,下列说法正确的是( )A.Pu239的衰变方程为 94239Pu →92235U +211H +γB.核反应过程中的质量亏损为Δm=m Pu -m UC.核反应过程中的释放的核能为ΔE=(m Pu -m U )c 2D.释放的核能转变为 92235U 动能、新粒子动能和γ光子能量5.(2020哈三中高三学年第二次模拟考试)下列说法正确的是( )A.轻核聚变反应方程 12H+13H →24He +X 中,X 表示正电子B .92235U →56141Ba +3692Kr +201n 是铀核裂变的一种反应方程C.放射性元素与不同的元素形成化合物,其半衰期不同D.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定6.(2020安徽六校二测)用光子能量为5.0 eV的一束光照射阴极P,如图,当开关K断开时,发现电流表读数不为零。

专题七光电效应ꢀ原子结构和原子核价值引领备考定向体系构建真题感悟0102内容索引03高频考点能力突破价值引领备考定向本专题的知识是物理学的重要组成部分,光电效应、核反应、光谱在生产生活中有重要应用。

通过本专题的学习,能使我们认识到近代物理对人类生活的深远影响ꢀ核心价值ꢀ核心要求强化物质观念、相互作用观念、能量观念,提升科学思维素养中的模型建构、科学推理、科学论证等方面的素养ꢀ学科素养ꢀ关键能力ꢀ模型建构能力、逻辑推理能力、分析综合能力、信息加工能力等光电效应现象、光子说、光电效应方程、德布罗意波、原子的核必备知识式结构模型、玻尔原子理论、原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期、结合能、裂变反应、聚变反应等ꢀ本专题高考中常考的情境有:结合“光电管”考查光电效应,结合“荧光”考查能级跃迁,结合“放射性同位素的应用”考查核反应方程和射线的性质,结合“核反应堆”考查质能方程等ꢀ试题情境ꢀ本专题的考查通常出现在选择题中,突出考查学生对基本概念的理解以及运用基本物理规律解决问题的能力ꢀ考查方式考向预测本专题将以新科技成就为素材,从考查全部知识点向考查某一知识点的深入理解方面转变,比如,对光电效应的理解和应用,对玻尔理论的理解,对核反应和核能的计算等,同时本专题与动量和能量守恒结合的问题也不能忽视ꢀ体系构建真题感悟【网络构建】【高考真题1.(2019北京卷)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上】时,可能形成光电流。

表中给出了6次实验的结果。

由表中数据得出的论断中不正确的是(ꢀꢀ)A.两组实验采用了不同频率的入射光B.两组实验所用的金属板材质不同C.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eVD.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大答案ꢀB解析ꢀ两组实验入射光的能量不同,以此可知,采用了不同频率的入射光,A 正确;根据爱因斯坦光电方程,金属的逸出功,代入上述实验数据得两组的逸出功相同,均等于3.1 eV,以此可知两组实验所用的金属板材质相同,B错误;若入射光子的能量5.0 eV,代入爱因斯坦光电方程,逸出光电子的最大动能为1.9 eV,C正确;若入射光子的能量为5.0 eV,发生光电效应,相对光强越强,光电子越多,光电流越大,D正确。

高考真题---原子结构专题一．选择题1．（2020•北京）氢原子能级示意如图。

现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是（）A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66eV的能量D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6eV的能量2．（2020•天津）在物理学发展的进程中，人们通过对某些重要物理实验的深入观察和研究，获得正确的理论认识。

下列图示的实验中导致发现原子具有核式结构的是（）A．B．C．D．3．（2019•全国）玻尔对前人的原子模型做了改进，提出了一些假设，其中的一个假设是（）A．整个原子是电中性的B．电子在原子核外运动C．正电荷集中在原子中心的原子核上D．电子仅能在一些半径为特定值的轨道上运行4．（2019•新课标Ⅰ）氢原子能级示意图如图所示。

光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光。

要使处于基态（n＝1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（）A．12.09eV B．10.20eV C．1.89eV D．1.51eV 5．（2019•上海）原子核内部有（）A．质子B．α粒子C．电子D．光电子6．（2018•上海）α粒子是（）A．分子B．原子C．原子核D．光子7．（2018•全国）如图为氢原子的能级示意图：a表示从能级n＝5到n＝3的跃迁：b表示从能级n＝4到n＝2的跃迁：c表示从能级n＝3到n＝1的跃迁。

氢原子在（）A．过程b发射的光频率最大，过程a发射的光波长最长B．过程a发射的光频率最小，过程b发射的光波长最短C．过程c发射的光频率最大，过程a发射的光波长最长D．过程c发射的光频率最小，过程b发射的光波长最短8．（2017•上海）在同位素氢、氘，氚的核内具有相同的（）A．核子数B．电子数C．中子数D．质子数9．（2016•全国）氢原子基态的能量为E1＝﹣13.6eV，若用一束能量为13.5eV的电子束轰击处于基态的氢原子，则氢原子经单次碰撞被激发到的激发态最大的量子数n等于（）A．1B．11C．11.7D．12 10．（2016•上海）卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在（）A．电子B．中子C．质子D．原子核11．（2016•北京）处于n＝3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有（）A．1种B．2种C．3种D．4种12．（2015•上海）在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略，这是因为与α粒子相比，电子的（）A．电量太小B．速度太小C．体积太小D．质量太小13．（2015•浙江）以下说法正确的是（）A．所有原子核中的质子数和中子数都相等B．在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒C．氢原子从高能级向低能级跃迁时能辐射出γ射线D．只要光照射金属电极的时间足够长，就能发生光电效应14．（2014•全国）大量氢原子分别处于n＝2、n＝3、n＝4的激发态，它们都向较低能级跃迁，最后都处于n＝1的基态。

2021年高考物理试题分项版汇编系列专题14原子结构原子核和波粒二象性（含解析）一、单选题1．如图所示为氢原子能级示意图的一部分，依照玻尔理论，下列说法中正确的是（）A. 从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出电磁波的波长长B. 处于n=4的定态时电子的轨道半径r4比处于n=3的定态时电子的轨道半径r3小C. 从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小D. 从n=3能级跃迁到n=2能级时辐射的光子能够使逸出功为的金属发生光电效应【答案】 A光电效应，A正确D错误；依照玻尔理论，能级越高，半径越大，因此处于n=4的定态时电子的轨道半径4r比处于n=3的定态时电子的轨道半径3r大，B错误；从n=4能级跃迁到n=3能级，氢原子向外发射电子，能量减小，依照222ke mvr r可知，电子越大的半径减小，则电子的动能增大，C错误．2．下列有关光的现象中，不能用光的波动性进行说明的是（）A. 光的衍射现象B. 光的偏振现象C. 泊松亮斑D. 光电效应【答案】 D【解析】光的衍射、偏振差不多上波特有的性质，故能说明光具有波动性（偏振是横波特有的属性），AB不符合题意；泊松亮斑是由于光的衍射形成的，能用光的波动性进行说明，故C 不符合题意；光电效应说明光具有粒子性，D 符合题意．3．用波长为72.010m -⨯的紫外线照耀钨的表面，开释出来的光电子中最大的动能是194.710J -⨯。

由此可知，钨的极限频率是（ ）。

（普朗克常量346.6310h J s -=⨯⋅，光速83.010/c m s =⨯，结果取两位有效数字）A. 145.510Hz ⨯B. 147.910Hz ⨯C. 149.810Hz ⨯D. 151.210Hz ⨯【答案】 B【解析】据Km E h W υ=-0W h υ=cυλ=可得：0Km E chυλ=-，代入数据得：1407.910Hz υ=⨯故选B 4．如图所示为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n = 4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同颜色的光。

知识点十五波粒二象性、原子结构、原子核1.(2021·全国甲卷·T17)如图,一个原子核X经图中所示的一系列α、β衰变后,生成稳定的原子核Y,在此过程中放射出电子的总个数为()A.6B.8C.10D.14【解析】选A。

由题图可知原子核X的质子数为92,质量数为238,原子核Y的质子数为82,质量数为206。

α衰变不释放电子,β衰变释放电子。

设发生m次α衰变,n次β衰变,因β衰变不改变质量数,则根据质量数守恒可得m==8次,再根据电荷数守恒可得92=82+2×8-n,解得n=6次,故此衰变过程释放出的电子总个数为6个,故选项A正确,B、C、D错误。

2.(2021·全国乙卷·T17)医学治疗中常用放射性核素113In产生γ射线,而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变的113Sn,经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其-t图线如图所示。

从图中可以得到113Sn 产生的。

对于质量为m的半衰期为()A.67.3dB.101.0dC.115.1dD.124.9d【解析】选C。

由图可知从=到=恰好衰变了一半,根据半衰期的定义可知半衰期为τ=182.4d-67.3d=115.1 d,故选C。

3.(2021·河北选择考·T1)银河系中存在大量的铝同位素26Al。

26Al核β+衰变的衰变方程为Al Mg e,测得26Al核的半衰期为72万年。

下列说法正确的是()A.26Al核的质量等于26Mg核的质量B.26Al核的中子数大于26Mg核的中子数C.将铝同位素26Al放置在低温低压环境中,其半衰期不变D.银河系中现有的铝同位素26Al将在144万年后全部衰变为26Mg【解析】选C。

Al核发生β+衰变生成Mg的过程有质量亏损,所以Al核的质量大于Mg核的质量,故A错误Al核有13个中子Mg核有14个中子,所以Al核的中子数小于Mg核的中子数,故B错误;铝同位素的半衰期不随外界环境而改变,由原子核本身决定,故C正确;144万年后银河系中的铝同位素Al衰变成Mg的比例为:1-=,故D 错误。