高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核易错排查练
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第2讲原子和原子核时间:45分钟总分为:100分一、选择题(此题共14小题,每一小题6分,共84分。
其中1~11题为单项选择,12~14题为多项选择)1.(2019·广东揭阳一模)如下列图,x为未知的放射源,L为薄铝片,假设在放射源和计数器之间加上L后,计数器的计数率大幅度减小,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,如此x可能是()A.α射线和β射线的混合放射源B.纯α射线放射源C.纯γ射线放射源D.α射线和γ射线的混合放射源答案 D解析在放射源和计数器之间加薄铝片L后,发现计数器的计数率大幅度减小,说明射线中含有穿透能力弱的α射线,在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场,计数器的计数率不变,说明没有射线或剩下的射线不带电,即为γ射线,因此放射源x可能是α射线或它和γ射线的混合放射源,故A、B、C错误,D正确。
2.(2019·江西高三九校3月联考)如下说法中正确的答案是()A.天然放射现象的发现,揭示了原子核是由质子和中子组成的B.玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说上引进了量子理论C.天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线都是高能量的电磁波D.卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构答案 B解析天然放射现象的发现,揭示了原子核有复杂的结构,故A错误;玻尔的原子结构理论是在卢瑟福核式结构学说的根底上引入了量子理论,故B正确;天然放射现象中出现的α射线、β射线、γ射线,其中α射线是氦原子核,β射线是电子流,只有γ射线是高能量的电磁波,故C错误;卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子有复杂结构,在此根底上,他建立了原子的核式结构模型,故D错误。
3.(2020·安徽省A10联盟高三摸底)据报道,香烟会释放一种危险的放射性元素“钋(210 84 Po)〞,如果每天抽1.5包香烟,一年后累积的辐射相当于300次胸透的辐射。
210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变后产生了新核,新核的中子数比质子数多()A.38个B.40个C.42个D.44个答案 B解析210 84Po发生一次α衰变和一次β衰变产生的新核为206 83X,其中子数为206-83=123,中子数比质子数多123-83=40,B正确。
第十二章第二讲原子与原子核一、单选题1.氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656nm。
以下判断正确的是()A. 氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656nmB. 用波长为325nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2能级C. 一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D. 用波长为663nm的光照射,能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级2.以下是有关近代物理内容的若干叙述,其中正确的是()A. 核反应 92238U→90234Tℎ+24He为重核裂变B. 90234Tℎ衰变为 86222Rn,经过3次α衰变,2次β衰变C. 原子核发生一次β衰变,该原子外层就失去一个电子D. 汤姆逊通过对阴极射线的研究发现了电子,并提出了原子核式结构学说3.以下说法中正确的是()A. 原子的核式结构学说,是卢瑟福根据天然放射实验提出来的B. 核反应方程: 49Be+ 24He→ 614C+X中的X为质子C. 614C的半衰期为5730年,若测得一古生物遗骸中的 614C含量只有活体中的1,则此遗骸距今约有817190年D. 一群氢原子处在n=4的能级,跃迁到较低能级时,辐射的光谱线条数为4条4.如图所示为氢原子的能级示意图,则关于氢原子在能级跃迁过程中辐射或吸收光子的特征,下列说法中正确的是()A. 一群处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,能辐射出5种不同频率的光子B. 一群处于n=3能级的氢原子吸收能量为0.9eV的光子可以跃迁到n=4能级C. 处于基态的氢原子吸收能量为13.8eV的光子可以发生电离D. 若氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级辐射出的光照在某种金属表面上能发生光电效应,则从n=5能级跃迁到n=2能级辐射出的光也一定能使该金属发生光电效应5.如图甲为氢原子能级图,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,将其中频率最高的光子照射到某光电管的阴极K上,测得电路中电流随光电管两端电压变化的关系如图乙所示.则下列说法正确的是A. 跃迁时共发出4种频率的光B. 该C. 光光电管阴极K的逸出功为5.5eVD. 跃电子最大初动能与入射光的频率成正比迁放出的光子中有3种频率的光子可以使该阴极K发生光电效应6.家庭装修中不合格的瓷砖、洁具会释放出氡 86222Rn,氡 86222Rn具有放射性,是白血病的重要诱因之一。
避躲市安闲阳光实验学校高考物理第一轮复习量子论初步原子核一、选择题:(70分)在每小题给出的四个选项中,有的只有一项是正确的,有的有多个选项正确,全选对的得5分,选对但不全的得3分,选错的得0分。
1.是“世界物理年”,100年前的19是爱因斯坦的“奇迹”之年,这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文,其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象。
关于光电效应,下列说法正确的是()A.当入射光的频率低于极限频率时,不能发生光电效应B.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C.光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D.某单色光照射一金属时不能发生光电效应,改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应2.从原子核中能放出α、β、γ射线,关于原子核的组成,以下说法中正确的是()A.原子核中,有质子、中子,还有α粒子B.原子核中,有质子、中子,还有β粒子C.原子核中,有质子、中子,还有γ粒子D.原子核中,只有质子和中子3.某光电管的阴极是用金属钾制成的,它的逸出功为2.21eV,用波长为2.5×10-7m的紫外线照射阴极,已知真空中光速为3.0×108m/s,元电荷为1.6×10-19C,普朗克常量为6.63×10-34J s,求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是()A.5.3×1014HZ,2.2J B.5.3×1014HZ,4.4×10-19JC.3.3×1033H Z,2.2J D.3.3×1033H Z,4.4×10-19J4.下列说法正确的是()A.H21+H31→He42+n1是聚变B.U23592+n1→Xe14054+Sr9438+2n1是裂变C.Ra2411→Rn22288+He42是α衰变D.Na2411→Mg2412+e01-是裂变5.在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连。
第十二章 章末检测(45分钟 100分)一、选择题(此题共10小题,每一小题7分,共70分。
在每一小题给出的四个选项中第1~6题只有一项符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求,全选对的得7分,选对但不全的得4分,有选错的得0分)1.(2019·晋城检测)关于原子核,如下说法正确的答案是( )A .原子核发生一次β衰变,该原子外层就失去一个电子B .铀235裂变方程为235 92U→144 56Ba +8936Kr +210nC .原于核的比结合能越大越稳定D .把放射性元素掺杂到其他稳定元素中,放射性元素的衰变会变慢C [原子核的β衰变过程是中子转变为质子而释放出电子的过程,核外电子没有参与该反响,A 错误。
铀235必须吸收慢中子后才能发生裂变,B 错误。
原子核的比结合能越大,原子核越难别离,原子核越稳定,C 正确。
放射性元素衰变的快慢与其物理、化学状态无关,D 错误。
]2.(2019·宿州检测)如下说法正确的答案是( )A .法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了点电荷间的相互作用规律,并通过油滴实验测定了元电荷的电荷量B .基态氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后,在向低能级跃迁时放出光子的波长一定大于或等于入射光子的波长C .假设α衰变A Z X→A -4Z -2Y +42He 中释放的能量为E ,如此平均每个核子释放的能量为E ZD.234 90Th(钍)核衰变为234 91Pa(镤)核时,衰变前Th 核质量等于变后Pa 核与β粒子的总质量B [法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了点电荷间的相互作用规律,美国物理学家密立根通过油滴实验测定了元电荷的电荷量,A 错误。
氢原子在向低能级跃迁过程中可能放出多种频率的光子,其中频率最大的光子的能量等于向激发态跃迁时吸收的能量;光子的频率越大,波长越短,因此放出光子的频率不大于入射光子的频率,即放出光子的波长一定大于等于入射光子的波长,B 正确。
【关键字】高考课时提能练(三十四) 核反应和核能(限时:40分钟)A级跨越本科线1.(多选)如图12-2-1所示,使某放射性元素发出的射线垂直进入匀强电场,按图中标号判断( )图12-2-1A.1的穿透本领最强B.2的速度最大C.3的电离本领最大D.1是由原子放出的,2、3不是BC [本题主要考查学生对α射线、β射线、γ射线的来源、带电性及特点的了解.由图可知,射线3带正电,是α射线,其电离作用大但穿透能力弱,速度小;射线1带负电,是β射线,是接近光速的电子流;射线2不带电,是γ射线,其穿透本领最强,而电离作用最弱,速度为光速.]2.原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源.当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量.这几种反应的总效果可以表示为6H―→kHe+dH+2n+43.15 MeV由平衡条件可知( )A.k=1,d=4 B.k=2,d=2C.k=1,d=6 D.k=2,d=3B [核反应的基本规律是质量数和电荷数守恒,所以6×2=4k+d+2,6×1=2k+d,解得k=2,d=2,因此B选项正确.]3.下列说法中正确的是( )A.质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.Ra(镭)衰变为Rn(氡)要经过1次α衰变和1次β衰变C.β射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D.放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间D [质子与中子结合成氘核,需放出能量,A错误.根据质量数、电荷数守恒判断,只发生一次α衰变,B错误;β射线是原子核发生β衰变形成的,是原子核中放出的电子,C 错误;根据半衰期的概念,D正确.]4.(多选)Th(钍)经过一系列α和β衰变,变成Pb(铅),下列说法正确的是( )A.铅核比钍核少8个质子B.铅核比钍核少16个中子C.共经过4次α衰变和6次β衰变D.共经过6次α衰变和4次β衰变ABD [由于β衰变不会引起质量数的减少,故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数为:x==6,再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定β衰变的次数,y应满足:2x -y=90-82=8,所以y=2x-8=4,故A、D正确,C错误;铅核此钍核少的中子数为232-208-8=16,故B正确.]5.一个氡核Rn衰变成钋核Po并放出一个粒子,其半衰期为3.8天,1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量,以及Rn衰变成Po的过程放出的粒子是( )【导学号:92492407】A.0.25 g,α粒子B.0.75 g,α粒子C.0.25 g,β粒子D.0.75 g,β粒子B [根据公式m余=m原其中m原=1 g,t=7.6 天,τ=3.8天,可求得m余=0.25 g,故衰变掉的氡的质量为0.75 g.氡核衰变成钋核,电荷数减少2,质量数减少4,故Rn衰变成Po的过程放出的粒子是α粒子,综上所述,只有B正确.]6.“超导托卡马克”(英名称:EAST,俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置.设该实验反应前氘核(H)的质量为m1,氚核(H)的质量为m2,反应后氦核(He)的质量为m3,中子(n)的质量为m4,光速为c.下列说法中不正确的是( ) A.这种装置中发生的核反应方程式是H+H→He+nB.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4C.核反应放出的能量等于(m1+m2-m3-m4)c2D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同B [可控热核反应装置中发生的核反应方程式是H+H→He+n,故A 正确;核反应过程中质量数守恒,但质量不守恒,核反应过程中存在质量亏损,因此m1+m2≠m3+m4,故B错误;核反应过程中的质量亏损Δm=m1+m2-m3-m4,释放的核能ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正确;这种装置的核反应是核聚变,我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变,它们的核反应原理不相同,故D正确.]7.(多选)(2017·扬州模拟)科学家使用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量.核反应方程分别为:X+Y→He+H+4.9 MeV和H+H→He+X+17.6 MeV.下列表述正确的有( )A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有质量亏损D .氘和氚的核反应是核聚变反应AD [在该核反应中,H +H →He +X +17.6 MeV ,根据电荷数守恒、质量数守恒,则X 的电荷数为0,质量数为1,可知X 是中子,故A 正确.在X +Y →He +H +4.9 MeV 中,根据电荷数守恒、质量数守恒,Y 的电荷数为3,质量数为6,则Y 的质子数为3,中子数为3,故B 错误,两个核反应都释放能量,都有质量亏损,故C 错误.两核反应均为核聚变反应,故D 正确.]8.(2017·宜川联考)太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果,核反应方程H +H →X +e +Ve 是太阳内部的许多核反应中的一种,其中e 为正电子,Ve 为中微子(1)确定核反应方程中a 、b 的值;(2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必须要克服强大的库仑斥力.设质子的质量为m ,电子质量相对很小可忽略,中微子质量为零,克服库仑力做功为W.若一个运动的质子与一个速度为零的质子发生上述反应,运动质子速度至少多大?【导学号:92492408】【解析】 (1)根据核反应的质量数及电荷数守恒可知a =1,b =2.(2)由动量守恒定律可知:mv0=2mv由能量关系可知:-W =12(2m )v 2-12mv 20; 解得v 0=4Wm .【答案】 (1)a =1 b =2 (2)4W mB 级 名校必刷题9.(2017·恩施模拟)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为11H +12 6C→13 7N +Q 1;11H +15 7N→12 6C +X +Q 2,方程中Q 1、Q 2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表,下列判断正确的是( )221221C .X 是32He ,Q 2<Q 1 D .X 是42He ,Q 2<Q 1 B [根据核反应方程的质量数和电荷数守恒可判断出X 是哪种原子核,根据爱因斯坦质能方程可知质量亏损大的释放能量大,11H +12 6C→137 N 中质量亏损为:Δm 1=(1.007 8+12.000 0-13.005 7) u =0.002 1 u ,根据电荷数守恒和质量数守恒可知:11H +15 7N→12 6C +X 中X 的电荷数为2、质量数为4,故X为α粒子,即42He,质量亏损为:Δm2=(1.007 8+15.000 1-12.000 0-4.002 6) u=0.005 3 u.根据爱因斯坦的质能方程可知:Q1=Δm1c2,Q2=Δm2c2,则Q1<Q2,故B正确,A、C、D错误;故选B.]10.一个静止的原子核a b X经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核,α粒子的动能为E0.设衰变时产生的能量全部变成α粒子和新核的动能,则在此衰变过程中的质量亏损为( )A.E0c2B.E0a-4c2C.a-4E0c2D.aE0a-4c2D[衰变时放出的核能ΔE=Δmc2,ΔE=E0+E k,而E k=p22m新,衰变时由动量守恒有pα=p新,故E k=p2α2m新=2mαE02m新=4a-4E0,代入得ΔE=E0+4a-4E0=aa-4E0,质量亏损Δm=ΔEc2=aE0a-4c2,D正确.]11.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于放出一个α粒子,结果得到一张两个相切圆的径迹照片,如图1222所示,今测得两个相切圆半径之比r1∶r2=44∶1,求:图1222(1)这个原子核原来所含的质子数是多少?(2)图中哪一个是α粒子的径迹?【导学号:92492409】【解析】(1)设衰变后新核的带电荷量为q x,α粒子的带电荷量为qα=2e,它们的质量分别为m x和mα,衰变后的速度分别为v x和vα,所以原来原子核的带电荷量(即质子数)q =q x+qα(或Z=Z x+Zα) ①根据轨道半径公式r=mvqB可知,在同一磁场中q∝mvq,所以q x∶qα=(m x v xr x)∶(mαvαrα)②又由于衰变过程中遵循动量守恒定律,即m x v x=mαvα③解②和③式,得:q x∶qα=rα∶r xq x=(rα∶r x)×qα=88e,(只能是rα∶r x=44∶1,否则q x=e22无意义).代入①式得:q=90e,Z=90.(2)由于轨道半径与粒子带电量(在本题中)成反比,所以圆轨道1是α粒子的径迹,圆轨道2是新核的径迹,两者电性相同,运动方向相反.【答案】(1)90 (2)1此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本!。
第12章 量子论初步 原子核高考热点1|半衰期的计算半衰期的计算方法(1)半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时间,它是由原子核内部因素决定的,与外界环境无关,由n =N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ,m =M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ可进行有关计算.(2)半衰期是原子核有半数发生衰变,变成新核,并不是原子核的数量、质量减少一半.(3)要理解半衰期公式中各物理量的含义,在公式n =N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ,m =M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ中,n 、m 分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数量和质量.测得某矿石中铀、铅质量比为1.16∶1,假设开始时矿石只含有铀238,发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年,求矿石的年龄.【解析】 设开始时矿石中铀238的质量为m 0,经n 个半衰期后,剩余铀的质量为m 余,则m 余=m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ,衰变掉的铀为m 0-m 余=m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ,一个铀核衰变成一个铅核,设生成铅的质量为m ,则m 0⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m =238206,得m =206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ,根据题意有m 余m =1.161,即m0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 206238m0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n =1.161 解得n =1,即t =τ=4.5×109年.【答案】 4.5×109年[突破训练]1.约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子,这种粒子是________,3215P 是3015P 的同位素,被广泛应用于生物示踪技术,1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图121所示,请估算4 mg的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图121【解析】 (1)由质量数守恒、电荷数守恒,可得: 3015P ―→3014Si +0+1e ,所以这种粒子是正电子0+1e.(2)由3215P 随时间衰变的关系图可得,其半衰期τ=14天由m 剩=⎝ ⎛⎭⎪⎫12nm 0,且⎩⎪⎨⎪⎧ m 剩=0.25 mgm0=4 mg得n =4所以t =n τ=56天.【答案】0+1e 56天高考热点2|核反应方程的理解和种类1.核反应方程应注意以下几点:(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律,有的还要考虑能量守恒规律(如裂变和聚变方程常含能量项)(2)核反应方程中的箭头(→)表示反应进行的方向,不能把箭头写成等号. (3)写核反应方程必须要有实验依据,决不能毫无根据地编造. 2.核反应类型有:衰变、人工转变、裂变、轻核聚变用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O +10n ―→a 7N +0b X ,对式中X 、a 、b的判断正确的是( )A .X 代表中子,a =17,b =1B .X 代表正电子,a =17,b =-1C .X 代表正电子,a =17,b =1D .X 代表质子,a =17,b =1C [根据质量数、电荷数守恒可知a =17,b =8+0-7=1,因此X 可表示为0+1e ,即正电子,故C 项正确,A 、B 、D 项错.][突破训练]2.现有三个核反应: ①2411Na→2412Mg +0-1e②23592U +10n ―→141 56Ba +9236Kr +310n ③21H +31H→42He +10n 下列说法正确的是()A .①是裂变,②是β衰变,③是聚变B .①是聚变,②是裂变,③是β衰变。
高考物理一轮总复习第十二章波粒二象性原子物理基次2原子结构原子核练习含解析新人教版基础课 2 原子结构、原子核一、选择题1.(2019届华南师大附中模拟)下列说法正确的是( )A.汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子,并提出了原子的核式结构模型B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C.光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D.15 7N+11H→12 6C+42He是α衰变方程解析:选B 汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子,并提出了原子的“枣糕模型”,选项A错误;太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应,选项B正确;光电效应中光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系,不成正比,选项C错误;15 7N+11H→12 6C+42He是人工转变,不是α衰变方程,选项D错误.2.(多选)关于天然放射性,下列说法正确的是( )A.所有元素都可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.α、β和γ三种射线中,γ射线的穿透能力最强E.一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线解析:选BCD 只有原子序数大于等于83的元素才能发生衰变,选项A错误;半衰期由原子核内部的结构决定,与外界温度无关,选项B正确;放射性来自于原子核内部,与其形成的化合物无关,选项C正确;α、β、γ 三种射线中,γ射线能量最高,穿透能力最强,选项D正确;一个原子核在一次衰变中要么是α衰变,要么是β衰变,同时伴随γ射线的产生,选项E错误.3.(2018届广东五校一联)2017年11月17日,“中国核潜艇之父”——黄旭华获评全国道德模范,颁奖典礼上,习总书记为他“让座”的场景感人肺腑.下列有关核反应说法错误的是( )A.目前核潜艇是利用重核裂变提供动力B.重核裂变反应中一定有质量亏损C.235 92U+10n→140 54Xe+9438Sr+d10n,式中d=2D.铀核裂变后生成的新核比铀核的比结合能小解析:选D 目前世界上的核潜艇都是利用重核裂变提供动力,A正确;重核裂变释放能量一定存在质量亏损,B正确;由核反应中质量数守恒可知d=2,C正确;铀核裂变后生成的新核的比结合能比铀核的大,D错误.4.(2018年全国卷Ⅲ)1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al,产生了第一个人工放射性核素X:α+2713Al→n+X.X的原子序数和质量数分别为( ) A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31解析:选B 在核反应过程中,质量数和电荷数分别守恒,则X的原子序数为2+13=15,X的质量数为4+27-1=30,选项B正确.5.(2016年北京卷)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种解析:选C 大量氢原子从n=3能级向低能级跃迁时,能级跃迁图如图所示,有3种跃迁情况,故辐射光的频率有3种,选项C正确.6.(2019届广东茂名综合测试)铝核2713Al被α粒子击中后产生的反应生成物是磷3015P,同时放出一种粒子,关于这种粒子的下列说法中正确的是( )A.这种粒子在电场中可以被加速或发生偏转B.这种粒子在磁场中一定不受磁场力作用C.这种粒子在真空中的速度等于3×108 m/sD.在14 6C核内有6个这种粒子解析:选B 核反应中质量数守恒,电荷数守恒,2713Al+42He→3015P+10n,这种粒子是中子18 m/s,所以0n,中子不带电,故A错误,B正确;实物粒子在真空中的速度小于光速3×10C错误;在14 6C中有8个10n,所以D错误.7.(2018届江西上饶六校一联)PET(正电子发射型计算机断层显像)的基本原理是:将放射性同位素15 8O注入人体,参与人体的代谢过程.15 8O在人体内衰变放出正电子,与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子,被探测器探测到,经计算机处理后产生清晰的图象.根据PET的基本原理,下列说法正确的是( )A.15 8O衰变的方程式为15 8O→15 9F+0-1eB.将放射性同位素15 8O注入人体,15 8O的主要用途是作为示踪原子C.一对正负电子湮灭后也可能只生成一个光子D.PET中所选的放射性同位素的半衰期应较长解析:选B 由质量数守恒和电荷数守恒可知,15 8O衰变的方程式为15 8O→15 7N+01e,故A错误;将放射性同位素15 8O注入人体,15 8O的主要用途是作为示踪原子,故B正确;一对正负电子湮灭后生成两个光子,故C错误;PET中所选的放射性同位素的半衰期应较短,故D错误.8.(2019届三明模拟)按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从一半径为r a的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为r b的圆轨道上,已知r a>r b,则在此过程中( )A.原子要发出某一频率的光子,电子的动能增大,原子的电势能减小,原子的能量也减小B.原子要吸收某一频率的光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小C.原子要发出一系列频率的光子,电子的动能减小,原子的电势能减小,原子的能量也减小D.原子要吸收一系列频率的光子,电子的动能增大,原子的电势能增大,原子的能量也增大解析:选A 由玻尔氢原子理论知,电子轨道半径越大,原子能量越大,当电子从r a 跃迁到r b时,原子能量减小,放出光子;在电子跃迁过程中,库仑力做正功,原子的电势能减小;由库仑力提供电子做圆周运动的向心力,即ke2r2=mv2r,r减小,电子速度增大,动能增大,综上所述可知A正确.9.(多选)如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出10种不同频率的光子.其中莱曼系是指氢原子由高能级向n=1能级跃迁时释放的光子,则( )A.10种光子中波长最短的是从n=5能级跃迁到基态时产生的B.10种光子中有4种属于莱曼系C.使n=5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D.从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n=3能级跃迁到n=2能级释放光子的能量解析:选AB 由n=5能级跃迁到基态时产生的光子能量最大,频率最高,波长最短,A项正确;5→1、4→1、3→1和2→1跃迁时释放的4种光子属于莱曼系,B项正确;使n =5能级的氢原子电离至少要0.54 eV的能量,C项错误;从n=2能级跃迁到基态释放光子的能量为-3.4 eV -(-13.6 eV)=10.2 eV ,从n =3能级跃迁到n =2能级释放光子的能量为-1.51 eV -(-3.4 eV)=1.89 eV ,D 项错误.10.(2018届河北“五个一名校联盟”高三考试)由于放射性元素237 93Np 的半衰期很短,所以在自然界一直未被发现,只是在使用人工方法制造后才被发现.已知237 93Np 经过一系列α衰变和β衰变后变成20983Bi ,下列判断正确的是( )A .衰变过程中原子核的质量和电荷量守恒B .20983Bi 比237 93Np 少28个中子C .衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变D .经过两个半衰期后含有237 93Np 的矿石的质量将变为原来的四分之一解析:选C α衰变的实质是质量数减少4、电荷数减少2,β衰变的实质是质量数不变、电荷数加1. 237 93Np 经过一系列衰变变成20983Bi 时,由质量数守恒和电荷数守恒可知,经过了7次α衰变、4次β衰变,C 正确;衰变过程中核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒,但原子核的质量不守恒,A 错误;20983Bi 有126个中子,237 93Np 有144个中子,显然237 93Np 比20983Bi 多18个中子,B 错误;经过两个半衰期以后,有34的237 93Np 发生衰变,产生新核,所以矿石中放射性元素237 93Np 的质量为原来的四分之一,不是矿石的质量为原来的四分之一,D 错误.11.(2019届吉林长春高三质量监测)2017年1月9日,大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖.大多数原子核发生核反应的过程中都伴随着中微子的产生,例如核裂变、核聚变、β衰变等.下列关于核反应的说法正确的是( )A .234 90Th 衰变为222 86Rn ,经过3次α衰变、2次β衰变B.21H +31H→42He +10n 是α衰变方程,234 90Th→234 91Pa +0-1e 是β衰变方程C .235 92U +10n→144 56Ba +8936Kr +310n 是核裂变方程,也是氢弹的核反应方程D .高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出中子,其核反应方程为42He +147N→178O +10n解析:选A 23490Th 经过3次α衰变后质量数减少12、质子数减少6,再经过2次β衰变后质子数增加2,衰变为222 86Rn ,A 正确;21H +31H→42He +10n 是核聚变方程,234 90Th→234 91Pa +0-1e是β衰变方程,B 错误;235 92U +10n→14456Ba +8936Kr +310n 是核裂变方程,也是原子弹的核反应方程,C 错误;高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子,其核反应方程为42He +147N→178O +11H ,D 错误.12.(2018届重庆六校第一次联考)原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断正确的是( )A.21H 核的结合能约为1 MeVB .重核235 92U 裂变成8936Kr 和14456Ba 要吸收能量C .两个21H 核结合成42He 核要释放能量D .中等质量的原子核最不稳定解析:选C 由原子核的比结合能曲线可知,21H 核的比结合能约为1 MeV ,21H 核有两个核子,21H 核的结合能约为2×1 MeV=2 MeV ,选项A 错误;由于重核235 92U 的比结合能与8936Kr 和14456Ba 的比结合能相比较小,所以重核235 92U 裂变成8936Kr 和14456Ba 要放出能量,选项B 错误;由于21H 核的比结合能与42He 的比结合能相比较小,所以两个21H 核结合成42He 核要释放能量,选项C 正确;由于中等质量的原子核比结合能较大,核子脱离原子核需要的能量大,所以中等质量的原子核相比其他原子核稳定,选项D 错误.13.用中子(10n)轰击铀核(235 92U)发生裂变反应,会产生钡核(141 56Ba)和氪核(9236Kr),并释放中子(10n),当达到某些条件时可发生链式反应,一个铀核(235 92U)裂变时,质量亏损为Δm ,已知光在真空中的传播速度为c ,以下说法正确的是( )A .235 92U 的裂变方程为235 92U→141 56Ba +9236Kr +210nB .235 92U 发生链式反应的条件与铀块的温度有关C .235 92U 发生链式反应的条件与铀块的体积有关D .一个铀核(235 92U)裂变时,放出的能量为ΔE =12Δmc 2 解析:选C 23592U 的裂变方程为235 92U +10n→141 56Ba +9236Kr +310n ,故A 错误;当铀块体积达到临界体积时才能使链式反应不断进行下去,与铀块的温度无关,B 错误,C 正确;根据爱因斯坦质能方程可知一个235 92U 裂变时,放出的能量为ΔE =Δmc 2,D 错误.14.(多选)一个静止的镭核(226 88Ra)发生α衰变,假设释放的能量全部转化为氡核(Rn)和α粒子的动能,已知镭核(Ra)、氡核(Rn)、α粒子的质量分别是226.025 4 u 、222.017 5 u 、4.002 6 u,1 u 相当于931 MeV.则下列说法正确的是( )A .镭核的衰变方程为226 88Ra→226 86Rn +42HeB .衰变后生成的氡核比原来的镭核少了4个中子C .衰变过程中释放的核能约为4.93 MeVD .衰变后氡核(Rn)与α粒子的速度之比为1∶43解析:选AC 根据质量数守恒和电荷数守恒可知,镭核的衰变方程为226 88Ra→226 86Rn +42He ,A 正确;氡核的质量数为222,电荷数为86,所以中子数为136,同理可得镭核的中子数为138,所以氡核的中子数比镭核的少2,B 错误;根据ΔE =Δmc 2,可以算出衰变过程中释放的核能约为4.93 MeV ,C 正确;衰变过程中动量守恒,根据动量守恒定律可知氡核与α粒子的动量大小相等,所以它们的速度与质量成反比,而不是与电荷数成反比,D 错误.二、非选择题15.(2017年北京卷)在磁感应强度为B 的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变.放射出α粒子(42He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R .以m 、q 分别表示α粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用AZ X 表示,新核的元素符号用Y 表示,写出该α衰变的核反应方程;(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小;(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,新核的质量为M ,求衰变过程的质量亏损Δm .解析:(1)α衰变的核反应方程为A Z X→A -4Z -2Y +42He.(2)α粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力 qv 1B =m v 21RT =2πR v 1解得 T =2πm qB由电流的定义式可得I =q T =q 2B 2πm. (3)衰变过程中由动量守恒定律可得 mv 1=Mv 2由能量守恒定律可知,释放的核能为ΔE =12mv 21+12Mv 22 由质能方程可得 ΔE =Δmc 2联立以上方程可解得 Δm =q 2B 2R 2M +m 2Mmc2. 答案:(1)AZ X→A -4Z -2Y +42He (2)2πm qB q 2B 2πm (3)q 2B 2R 2M +m 2Mmc2。
第十二章 45分钟章末检测卷 满分100分一、选择题(1~7题只有一项符合题目要求,8~13题有多项符合题目要求,每小题7分,共91分)1.(2020·上海单科,1)由放射性元素放出的氦核流被称为( )A .阴极射线B .α射线C .β射线D .γ射线解析:本题考查天然放射现象.在天然放射现象中,放出α、β、γ三种射线,其中α射线属于氦核流,选项B 正确.答案:B2.一个氢原子从n =3能级跃迁到n =2能级,该氢原子( )A .放出光子,能量增加B .放出光子,能量减少C .吸收光子,能量增加D .吸收光子,能量减少解析:氢原子从高能级向低能级跃迁时,放出光子,能量减少,故选项B 正确,A 、C 、D 错误. 答案:B3.下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是( )A .γ射线是高速运动的电子流B .氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C .太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.210 83Bi 的半衰期是5天,100克210 83Bi 经过10天后还剩下50克解析:β射线是高速电子流,而γ射线是一种电磁波,选项A 错误.氢原子辐射光子后,绕核运动的电子距核更近,动能增大,选项B 正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变,选项C 错误.10天为两个半衰期,剩余的210 83Bi 为100×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ g =100×⎝ ⎛⎭⎪⎫122 g =25 g ,选项D 错误. 答案:B4.(2020·湖南十三校联考)如图所示为光电管工作原理图,闭合开关,当有波长(均指真空中的波长,下同)为λ的光照射阴极K 时,电路中有光电流,则( )A .换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K 时,电路中一定没有光电流B .换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K 时,电路中一定有光电流C .增大电路中电源两端电压,电路中的光电流一定增大D .将电路中电源的极性反接,电路中一定没有光电流解析:因为λ1>λ,则ν1<ν,所以用波长为λ1的光照射阴极K ,不一定发生光电效应,A 错误;因为λ2<λ,则ν2>ν,所以用波长为λ2的光照射阴极K ,一定发生光电效应,B 正确;饱和光电流的大小与入射光的强度有关,与电压无关,所以只增大电路中电源两端的电压,光电流不一定增大,C 错误;将电路中的电源反接,若电压小于遏止电压,仍然会有光电流产生,D 错误.答案:B5.如图所示为氢原子的能级图,图中a 、b 、c 、d 对应氢原子的四次跃迁,已知可见光光子的能量范围为1.61~3.10 eV ,关于四次跃迁,下列说法正确的是( )A .经历a 跃迁,氢原子吸收的光子能量为0.66 eVB .经历b 跃迁,氢原子的轨道半径增大,原子核外电子的动能增大C .经历c 跃迁,氢原子放出的光子是可见光光子D .经历d 跃迁后,再用可见光照射跃迁后的氢原子,可使氢原子发生电离解析:经历a 跃迁,氢原子从高能级向低能级跃迁时辐射出的光子的能量为0.66 eV ,A 项错误;经历b 跃迁,氢原子吸收能量,轨道半径增大,但核外电子的动能会减小,B 项错误;经历c 跃迁,氢原子辐射出的光子的能量为0.97 eV ,则该光子不是可见光光子,C 项错误;经历d 跃迁后,跃迁后的氢原子的电离能为1.51 eV ,因此用可见光光子照射可使其电离,D 项正确.答案:D6.用不同频率的光照射某金属均产生光电效应,测量金属的遏止电压U c 与入射光频率ν,得到U c -ν图象,如图所示.根据图象求出该金属的截止频率和普朗克常量分别为(已知电子电荷量e =1.6×10-19C)( )A .10.0×1014Hz 6.4×10-34J·sB .5.0×1014Hz 3.2×10-34 J·sC .5.0×1014Hz 6.4×10-34 J·sD .5.0×1014Hz 9.6×10-34 J·s解析:对于电子在电场中减速运动的过程,由动能定理得eU c =E k根据光电效应方程有E k =hν-W 0又W 0=hνc ,联立以上几式得U c =h e(ν-νc ) 可知,在U c -ν图象中,图线与ν轴的交点对应的频率表示截止频率νc ,由图象可读νc =5.0×1014Hz斜率h e = 5.0-2.017.5-10×1014 解得h =6.4×10-34 J·s所以选项C 正确.答案:C7.已知氢原子处于基态时的能量为E 1(E 1<0),氢原子处于n 能级时能量为E n =E 1n2.现有一个处于n =3能级的氢原子向低能级跃迁,发出两个不同频率的光子,其中频率较小的光子照射某种金属恰好能使该金属发生光电效应,已知普朗克常量为h.则下列说法正确的是( )A .频率较大的光子能量为-89E 1 B .被照金属发生光电效应的截止频率为5E 136hC .该氢原子向低能级跃迁过程中减少的电势能等于电子增加的动能D .若用其中频率较大的光子照射该金属,则产生的光电子的最大初动能可能为E k =-1118E 1 解析:E 2=E 122=E 14,E 3=E 132=E 19,频率较大的光子的能量为hν=E 2-E 1=-3E 14,选项A 错误;频率较小的光子照射恰好发生光电效应,可知该金属的逸出功W 0=hν0=E 3-E 2=-5E 136,解得截止频率ν0=-5E 136h,选项B 错误;氢原子向低能级跃迁过程中减少的电势能等于电子增加的动能与辐射的光子的能量之和,选项C 错误;根据光电效应方程hν=W 0+E k ,解得E k =-1118E 1,选项D 正确. 答案:D8.关于核衰变和核反应的类型,下列表述正确的是( )A.238 92U→234 90Th +42He 是α衰变B.14 7N +42He→17 8O +11H 是β衰变C.21H +31H→42He +10n 是轻核聚变D.8234Se→8236Kr +2 0-1e 是重核裂变答案:AC9.(2020·广东揭阳一中、潮州金中联考)下列说法中正确的是( )A .发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构B .结合能越大的原子核,原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定C .根据玻尔理论可知,氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和不守恒D .已知234 90Th 的半衰期是24天,48 g 的234 90Th 经过72天后衰变了42 g解析:发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构,而电子的发现说明原子具有复杂结构,故A 错误;比结合能越大,原子核中的核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B 错误;根据玻尔理论可知,氢原子核外电子跃迁过程中,电子的总能量将减小(或增大),即电子的电势能和动能之和是不守恒的,这是因为氢原子要辐射(或吸收)光子,故C 正确;经过7224=3个半衰期后,48 g 的234 90Th 还剩下48×⎝ ⎛⎭⎪⎫123 g =6 g ,衰变了48 g -6 g =42 g ,故D 正确. 答案:CD10.一个235 92U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为235 92U +10n→X+9438Sr +210n ,则下列说法正确的是( )A .X 的原子核中含有86个中子B .X 的原子核中含有141个核子C .因为裂变释放能量,根据E =mc 2,所以裂变后的总质量数增加D .因为裂变释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量减少解析:设X 的原子核中含有x 个质子,质量数为y ,根据电荷数和质量数守恒有:92=x +38,235+1=y +94+2,解得x =54,y =140,所以X 的中子数为:y -x =86,故A 正确;根据A 选项的论述可知X 含有质量数为140,即核子数为140,故B 错误;裂变反应过程中质量数守恒,质量数不会增加,裂变过程存在质量亏损,质量不守恒,故C 错误;因为裂变释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量减少,故D 正确.答案:AD11.(2020·济南模拟)如图所示为氢原子的能级示意图,锌的逸出功是3.34 eV ,那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是( )A .用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应B .一群处于n =3能级的氢原子向基态跃迁时,能放出3种不同频率的光C .一群处于n =3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8.75 eVD .用能量为14.0 eV 的光子照射,可使处于基态的氢原子电离解析:从高能级向基态跃迁最小能量值为10.2 eV>3.34 eV 一定能产生光电效应,A 错;n =3向基态跃迁时,辐射的光子频率种类为C 23=3种,B 对;从n =3跃迁到n =1辐射光子的能量为ΔE=E 3-E 1=12.09eV ,照射锌板最大初动能E k =(12.09-3.34) eV =8.75 eV ,C 对;14.0 eV>13.6 eV ,可使处于基态的氢原子电离,D 对.答案:BCD12.(2020·湖南长沙市高三统一模拟)金属钙的逸出功为4.3×10-19 J ,普朗克常量h =6.6×10-34J ·s,光速c =3.0×108 m/s ,以下说法正确的是( )A .用波长为400 nm 的单色光照射金属钙,其表面有光电子逸出B .用波长为400 nm 的单色光照射金属钙,不能产生光电效应现象C .若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象,则增大光的强度将会使光电子的最大初动能增大D .若某波长的单色光能使金属钙产生光电效应现象,则减小光的强度将会使单位时间内发射的光电子数减少解析:波长为400 nm的单色光的光子能量为E=h cλ=4.95×10-19 J,大于钙的逸出功,可以产生光电效应现象.根据光电效应规律,光电子的最大初动能决定于入射光的频率而与其强度无关,但强度决定了单位时间内发射的光电子数的多少,正确选项为A、D.答案:AD13.现有两动能均为E0=0.35 MeV的21H在一条直线上相向运动,两个21H发生对撞后能发生核反应,得到32He和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为32He和新粒子的动能.已知21H的质量为2.014 1 u,32He的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV(如果涉及计算,结果保留整数).则下列说法正确的是( )A.核反应方程为21H+21H→32He+10nB.核反应前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为3 MeVD.32He的动能约为4 MeV解析:由核反应过程中的质量数和电荷数守恒可知21H+21H→32He+10n,则新粒子为中子10n,所以A正确.核反应过程中质量亏损,释放能量,亏损的质量转变为能量,仍然满足能量守恒定律,B错误;由题意可知ΔE=(2.014 1 u×2-3.016 0 u-1.008 7 u)×931 MeV/u=3.3 MeV,根据核反应中系统的能量守恒有E kHe+E kn=2E0+ΔE,根据核反应中系统的动量守恒有p He-p n=0,由E k=p22m,可知E kHeE kn=m nm He,解得E kHe=m nm n+m He(2E0+ΔE)=1 MeV,E kn=m Hem n+m He(2E0+ΔE)=3 MeV,所以C正确、D错误.答案:AC二、非选择题(共9分)14.(9分)如图所示,静止在匀强磁场中的63Li核俘获一个速度为v0=7.7×104 m/s的中子而发生核反应63Li+10n→31H+42He.若已知42He的速度v2=2.0×104 m/s,其方向与反应前中子速度方向相同,求:(1)31H的速度是多大;(2)在图中画出两粒子的运动轨迹并求出轨道半径之比;(3)当粒子42He旋转3周时,粒子31H旋转几圈.解析:(1)中子撞击锂核生成氚核和氦核过程中动量守恒,有m0v0=m1v1+m2v2式中m0、m1、m2分别为中子、氚核、氦核的质量,v1为氚核速度,代入数据得v1=1.0×103 m/s,方向与v0相反(即与v2相反).(2)氚核、氦核在磁场中做匀速圆周运动的半径之比为r1:r2=m1v1Bq1:m2v2Bq2=3×0.1×104B×1:4×2×104B×2=3:40运动轨迹如图所示.(3)氚核、氦核做圆周运动的周期之比为T1:T2=2πm1Bq1:2πm2Bq2=2π×3B×1:2π×4B×2=3:2所以它们旋转周期之比为n1:n2=T2:T1=2:3 当α粒子旋转3周时,氚核旋转2周.答案:(1)1.0×103 m/s (2)3:40 (3)2高考理综物理模拟试卷注意事项:1. 答题前,考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚,将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
课时提能练(三十三) 光电效应 氢原子光谱(限时:40分钟) A 级 跨越本科线1.(多选)卢瑟福和他的学生用α粒子轰击不同的金属,并同时进行观测,经过大量的实验,最终确定了原子的核式结构.如图1218为该实验的装置,其中荧光屏能随显微镜在图中的圆面内转动.当用α粒子轰击金箔时,在不同位置进行观测,如果观测的时间相同,则下列说法正确的是( )图1218A .在1处看到的闪光次数最多B .2处的闪光次数比4处多C .3和4处没有闪光D .4处有闪光但次数极少ABD [卢瑟福和他的学生做α粒子散射实验时,得到以下结论:绝大多数α粒子直接穿过金箔,少数发生偏转,极少数发生大角度的偏转,偏转的角度甚至大于90°,A 、B 、D 正确.]2.下列关于原子光谱的说法不正确的是( )A .原子光谱是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的B .不同的谱线分布对应不同的元素C .不同的谱线对应不同的发光频率D .利用光谱分析不可以准确确定元素的种类D [原子光谱即线状谱,是由物质的原子从高能级向低能级跃迁时辐射光子形成的;每种原子都有自己的特征谱线,可以利用它来鉴别物质或确定物质的组成部分.故D 不正确,选D.]3.(多选)光电效应的实验结论是:对于某种金属( )A .无论光强多强,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B .无论光的频率多低,只要光照时间足够长就能产生光电效应C .超过极限频率的入射光强度越弱,所产生的光电子的最大初动能就越小D .超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大AD [根据光电效应规律可知A 正确,B 、C 错误.根据光电效应方程12mv 2m =hν-W 0,频率ν越高,初动能就越大,D 正确.]4.(多选)(2017·泰州摸底)下列说法正确的是( )A .普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一B.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,成功地解释了各种原子光谱的实验规律C.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D.德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想,而电子的衍射实验证实了他的猜想AD[普朗克通过研究黑体辐射提出能量子的概念,成为量子力学的奠基人之一,A正确;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,B错误;一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为这束光的频率太小,故C错误;德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的猜想,而电子的衍射实验证实了他的猜想,D正确.]5.(2017·湖南师大附中摸底)有关氢原子光谱的说法正确的是( )A.氢原子的发射光谱是连续谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能量是连续的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差无关B[由于氢原子的轨道是不连续的,而氢原子在不同的轨道上的能级E n=1n2E1,故氢原子的能级是不连续的,即是分立的,故C错误;当氢原子从较高能级轨道第n能级跃迁到较低能级轨道第m能级时,发射的光子的能量为E=E n-E m=1n2E1-1m2E1=m2-n2n2m2E1=hν,显然n、m的取值不同,发射光子的频率就不同,故氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能级差有关,故D错误;由于氢原子发射的光子的能量:E=E n-E m=1n2E1-1m2E1=m2-n2n2m2E1,所以发射的光子的能量值E是不连续的,只能是一些特殊频率的谱线,故A错误,B正确.] 6.(2017·枣庄模拟)如图1219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.关于这些光下列说法正确的是( )图1219A.由n=4能级跃迁到n=1能级产生的光子波长最长B.由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子频率最小C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应D[根据E m-E n=h cλ,由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光,能量最小,波长最长,故A 错误;由n =4能级跃迁到n =3能级产生的光子能量最小,频率最小,故B 错误;大量的氢原子处于n =4的激发态,可能发出光子频率的种数n =C 24=6,故C 错误;从n =2能级跃迁到n =1能级辐射出的光子的能量E =E 2-E 1=-3.4eV -(-13.6)eV =10.2eV >6.34eV ,而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功,故可以发生光电效应,故D 正确.]7.(多选)如图12110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,普朗克常量h =6.63×10-34J·s,由图可知( )【导学号:92492402】图12110A .该金属的极限频率为4.27×1014Hz B .该金属的极限频率为5.5×1014Hz C .该图线的斜率表示普朗克常量 D .该金属的逸出功为0.5 eVAC [由光电效应方程E km =hν-W 0知图线与横轴交点为金属的极限频率,即ν0=4.30×1014Hz ,A 对,B 错;该图线的斜率为普朗克常量,C 对;金属的逸出功W =hν0=6.63×10-34×4.30×1014/1.6×10-19eV≈1.8 eV,D 错.]8.某光电管的阴极是用金属钾制成的,它的逸出功为2.21 eV ,用波长为2.5×10-7m 的紫外线照射阴极.已知真空中光速为3.0×108m/s ,元电荷为1.6×10-19C ,普朗克常量为 6.63×10-34J·s,求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大初动能应分别是( )A .5.3×1014 Hz,2.2 JB .5.3×1014Hz,4.4×10-19JC .3.3×1033 Hz,2.2 JD .3.3×1033Hz,4.4×10-19JB [由W =hν0得极限频率ν0=W 0h =2.21×1.6×10-196.63×10-34Hz =5.3×1014Hz 由光电效应方程hν=W 0+E km 得E km =hν-W 0=h cλ-W 0=⎝ ⎛⎭⎪⎫6.63×10-34×3.0×1082.5×10-7-2.21×1.6×10-19 J =4.4×10-19J]B 级 名校必刷题9.(多选)(2017·恩施模拟)用如图12111所示的装置演示光电效应现象.当用某种频率的光照射到光电管上时,电流表G 的读数为i .若改用更高频率的光照射,此时( )【导学号:92492403】图12111A .将电池正的极性反转,则光电管中没有光电子产生B .将开关S 断开,则有电流流过电流表GC .将变阻器的触点c 向b 移动,光电子到达阳极时的速度可能变小D .只要电源的电动势足够大,将变阻器的触点c 向a 端移动,电流表G 的读数必将变大BC [电流表有示数说明发生了光电效应,有光电子产生,光电管左侧是正极右侧是负极,电场线向右,产生的光电子受向左的电场力,逸出后做加速运动,将电池正的极性反转,光电子逸出后做减速运动,也可能到达左极板,选项A 错误;将开关S 断开,产生的光电子匀速运动到左侧,有电流流过电流表G ,选项B 正确;将变阻器的触点c 向b 移动,光电管两侧电压减小,光电子到达阳极时的速度可能变小,选项C 正确;当光强一定,光电流达到饱和时,即使再增大光电管两端的电压,光电流也不会再增加,故即使电源的电动势足够大,将变阻器的触点c 向a 端移动,电流表G 的读数不一定变大,选项D 错误;故选B 、C.]10.(2017·保定模拟)可见光光子的能量在1.61 eV ~3.10 eV 范围内.如图12112所示,氢原子从第4能级跃迁到低能级的过程中,根据氢原子能级图可判断( )图12112A .从第4能级跃迁到第3能级将释放出紫外线B .从第4能级跃迁到第3能级放出的光子,比从第4能级直接跃迁到第2能级放出的光子频率更高C .从第4能级跃迁到第3能级放出的光子,比从第4能级直接跃迁到第1能级放出的光子波长更长D .氢原子从第4能级跃迁到第3能级时,原子要吸收一定频率的光子,原子的能量增加C [从n =4能级跃迁到n =3能级时辐射的光子能量ΔE 43=-0.85 eV -(-1.51 eV)=0.66 eV ,不在可见光光子能量范围之内,属于红外线,故A 错误;从n =4能级跃迁到n =2能级时辐射的光子能量ΔE 42=-0.85 eV -(-3.40 eV)=2.55 eV >ΔE 43,光子的频率ν=ΔEh,所以ν43<ν42,故B 错误;从n =4能级跃迁到n =1能级时辐射的光子能量ΔE 41=-0.85 eV -(-13.60 eV)=12.75 eV >ΔE 43,光子的波长λ=hcΔE,所以λ43>λ41,故C 正确;从第4能级跃迁到第3能级时,原子要辐射一定频率的光子,原子的能量减少,故D 错误.]11.氢原子在基态时轨道半径r 1=0.53×10-10m ,能量E 1=-13.6 eV.求氢原子处于基态时:(1)电子的动能; (2)原子的电势能;(3)用波长是多少的光照射可使其电离?【解析】 (1)设处于基态的氢原子核外电子速度为v 1,则:k ·e 2r 21=mv 21r 1电子动能E k1=12mv 21=ke22r 1=9×109× 1.6×10-1922×0.53×10-10×1.6×10-19eV =13.6 eV. (2)E 1=E k1+E p1E p1=E 1-E k1=-13.6 eV -13.6 eV =-27.2 eV.(3)设用波长λ的光照射可使氢原子电离:hcλ=0-E 1 λ=-hc E 1=-6.63×10-34×3×108-13.6×1.6×10-19m=0.914 1×10-7m.【答案】 (1)13.6 eV (2)-27.2 eV (3)0.914 1×10-7 m12.氢原子处于基态时,原子能量E 1=-13.6 eV ,已知电子电量e =1.6×10-19C ,电子质量m =0.91×10-30kg ,氢的核外电子的第一条可能轨道的半径为r 1=0.53×10-10m.(1)若要使处于n =2能级的氢原子电离,至少要用频率为多大的电磁波照射该氢原子? (2)氢原子核外电子的绕核运动可等效为一环形电流,则氢原子处于n =2的激发态时,核外电子运动的等效电流为多大?(3)若已知钠的极限频率为6.00×1014Hz ,今用一群处于n =4的激发态的氢原子发射的光谱照射钠,试通过计算说明有几条谱线可使钠发生光电效应?【导学号:92492404】【解析】 (1)要使处于n =2能级的氢原子电离,照射光光子的能量应能使电子从n =2能级跃迁到无限远处,最小频率的电磁波的光子能量应为:hν=0-E 14得ν=8.21×1014Hz.(2)氢原子核外电子绕核做匀速圆周运动,库仑力提供向心力,有ke 2r 22=4π2mr 2T 2其中r 2=4r 1.根据电流强度的定义I =e T由以上两式得I =e 216πr 1k mr 1将数据代入得I =1.3×10-4A.(3)由于钠的极限频率为6.00×1014Hz ,则使钠发生光电效应的光子的能量至少为 E 0=hν=6.63×10-34×6.00×10141.6×10-19eV =2.486 eV 一群处于n =4能级的激发态的氢原子发射的光子,要使钠发生光电效应,应使跃迁时两能级的差ΔE ≥E 0,所以在6条光谱线中有E 41、E 31、E 21、E 42这4条谱线可使钠发生光电效应.【答案】 (1)8.21×1014Hz (2)1.3×10-4A (3)4条。
第12章 量子论初步 原子核高考热点1|半衰期的计算半衰期的计算方法(1)半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时间,它是由原子核内部因素决定的,与外界环境无关,由n =N ⎝⎛⎭⎪⎫12t τ,m =M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ可进行有关计算.(2)半衰期是原子核有半数发生衰变,变成新核,并不是原子核的数量、质量减少一半.(3)要理解半衰期公式中各物理量的含义,在公式n =N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ,m =M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ中,n 、m 分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数量和质量.测得某矿石中铀、铅质量比为1.16∶1,假设开始时矿石只含有铀238,发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年,求矿石的年龄.【解析】 设开始时矿石中铀238的质量为m 0,经n 个半衰期后,剩余铀的质量为m 余,则m 余=m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ,衰变掉的铀为m 0-m 余=m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ,一个铀核衰变成一个铅核,设生成铅的质量为m ,则m 0⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m =238206,得m =206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n,根据题意有m 余m =1.161,即m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1-⎝ ⎛⎭⎪⎫12n =1.161解得n =1,即t =τ=4.5×109年. 【答案】 4.5×109年 [突破训练]1.约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖,他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子,这种粒子是________,3215P 是3015P 的同位素,被广泛应用于生物示踪技术,1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图121所示,请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图121【解析】 (1)由质量数守恒、电荷数守恒,可得:3015P ―→3014Si +0+1e ,所以这种粒子是正电子0+1e.(2)由3215P 随时间衰变的关系图可得,其半衰期τ=14天由m 剩=⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m 0,且⎩⎪⎨⎪⎧m 剩=0.25 mg m 0=4 mg得n =4所以t =nτ=56天. 【答案】+1e 56天高考热点2|核反应方程的理解和种类1.核反应方程应注意以下几点:(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律,有的还要考虑能量守恒规律(如裂变和聚变方程常含能量项)(2)核反应方程中的箭头(→)表示反应进行的方向,不能把箭头写成等号. (3)写核反应方程必须要有实验依据,决不能毫无根据地编造. 2.核反应类型有:衰变、人工转变、裂变、轻核聚变用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O +10n ―→a 7N +0b X ,对式中X 、a 、b 的判断正确的是( )A .X 代表中子,a =17,b =1B .X 代表正电子,a =17,b =-1C .X 代表正电子,a =17,b =1D .X 代表质子,a =17,b =1C [根据质量数、电荷数守恒可知a =17,b =8+0-7=1,因此X 可表示为0+1e ,即正电子,故C 项正确,A 、B 、D 项错.][突破训练]2.现有三个核反应: ①2411Na→2412Mg +0-1e②23592U +10n ―→14156Ba +9236Kr +310n ③21H +31H→42He +10n 下列说法正确的是( )A .①是裂变,②是β衰变,③是聚变B .①是聚变,②是裂变,③是β衰变C .①是β衰变,②是裂变,③是聚变D .①是β衰变,②是聚变,③是裂变C [原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变.衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后,变成新的原子核的变化,像本题中的核反应①;原子核的人工转变是指在其它粒子的轰击下变成新的原子核的变化;裂变是重核分裂成质量较小的核,像核反应②;聚变是轻核结合成质量较大的核,像核反应③;综上所述,C 项正确.]高考热点3|氢原子跃迁的分析1.氢原子的能级公式和轨道公式设基态轨道的半径为r 1,量子数为n 的激发态轨道半径为r n ,则有:r n =n 2r 1(n =1,2,3…) 设基态能量为E 1,量子数为n 的激发态能量为E n ,则有:E n =E 1n2(n =1,2,3…) 对于氢原子而言,r 1=0.53×10-10m ,E 1=-13.6 eV2.量子数为n 的氢原子辐射光子数的判定方法如果是一个氢原子,向低能级跃迁时最多发出的光子数为(n -1)种;如果是一群氢原子,向低能级跃迁时最多发出的光子数为C 2n 种.(多选)氢原子能级如图122所示,当氢原子从n =3跃迁到n =2的能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是( )图122A .氢原子从n =2跃迁到n =1的能级时,辐射光的波长大于656 nmB .用波长为325 nm 的光照射,可使氢原子从n =1跃迁到n =2的能级C .一群处于n =3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D .用波长为633 nm 的光照射,不能使氢原子从n =2跃迁到n =3的能级CD [氢原子从n =2能级跃迁到n =1能级时,辐射光的波长小于656 nm ,选项A 错误.一群处于n =3能级的氢原子向低能级跃迁时,可能辐射出的光谱线条数为3条,C 选项正确.根据当原子跃迁时,其光子能量必须等于两个能级的能量差可知,B 选项错误,D 选项正确.][突破训练]3.如图123中画出了氢原子的5个能级,并注明了相应的能量E n ,处在n =4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波.已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有( )【导学号:92492410】图123A.二种B.三种C.四种D.五种C[由题意和能级图知,能够发出6种不同频率的光波.当逸出功W=hν0<E n-E m时可产生光电子.代入数据E4-E3=0.66 eV E3-E2=1.89 eVE4-E2=2.55 eV E3-E1=12.09 eVE4-E1=12.75 eV E2-E1=10.20 eV显然总共有4种.]。
第12章量子论初步原子核
(限时:40分钟)
易错点1 天然放射现象的理解
1.如图1
纸面向外.已知放射源放出的射线有α、β、γ三种,下列判断正确的是( )
图1
A.甲是α射线,乙是γ射线,丙是β射线
B.甲是β射线,乙是γ射线,丙是α射线
C.甲是γ射线,乙是α射线,丙是β射线
D.甲是α射线,乙是β射线,丙是γ射线
B[γ射线不带电,在磁场中不发生偏转,C、D错.由左手定则可以判定甲带负电,丙带正电,由此可知.甲是β射线,丙是α射线,B对.]
2.关于天然放射现象,下列说法正确的是( )
A.放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期
B.放射性物质放出的射线中,α粒子动能很大,因此贯穿物质的本领很强
C.当放射性元素的原子的核外电子具有较高能量时,将发生β衰变
D.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线D[ 放射性元素的半衰期是原子核数有半数发生衰变所用的时间,而非原子核内核子发生衰变,故A错;放射线中γ射线贯穿物质的本领最大,α粒子电离本领最强,故B错;因β衰变是原子核内一个中子(10n)变为一个质子(11H)同时释放一个电子(0-1e),不涉及核外电子,故C错;原子核发生衰变后生成的新核由高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线,故D正确.]
3.(多选)美国科研人员正在研制一种新型镍铜长效电池,它是采用半衰期长达100年的放射性同位素镍63(6328Ni)和铜两种金属作为长寿命电池的材料,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,把镍63和铜片做电池两极给负载提供电能.下面有关该电池的说法正确的是( )
A.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
B.镍63的衰变方程是6328Ni→0-1e+6329Cu
C.提高温度,增大压强可以改变镍63的半衰期
D.该电池内部电流方向是从镍到铜片
AB[β衰变的实质10n→11H+0-1e,则A对;镍63发生β衰变的方程为6328Ni→0-1e+6329Cu,
则B对;元素的半衰期只由元素本身决定,与外界压强、温度等无关,则C错;在电池内部电子从镍流向铜,则电流方向应是从铜流向镍,D错.]
易错点2 核能的计算
4.12核反应方程是411H→42He+2X,这个核反应释放出大量核能.已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3,真空中的光速为c.下列说法中正确的是( )
A.方程中的X表示中子(10n)
B.方程中的X表示电子(0-1e)
C.这个核反应中质量亏损Δm=4m1-m2
D.这个核反应中释放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2
D[由核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为0+1e,A、B错;质量亏损为Δm=4m1-m2-2m3,释放的核能为ΔE=Δmc2=(4m1-m2-2m3)c2,C错,D对.] 5.一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(粒子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u).(已知原子质量单位1 u=1.67×10-27kg,1 uc2相当于931.5 MeV的能量)
(1)写出铀核的衰变反应方程.
(2)算出该衰变反应中释放出的核能.
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能,则α粒子的动能为多少?
【解析】(1) 232 92U→228 90Th+42He.
(2)质量亏损
Δm=m U-mα-m Th=0.005 9 u
ΔE=Δmc2=0.005 9×931.5 MeV=5.50 MeV.
(3)系统动量守恒,钍核和α粒子的动量大小相等,
即p Th+(-pα)=0
p Th=pα
E kTh=p2Th
2m Th
E kα=p2α
2mα
E kTh+E kα=ΔE
所以钍核获得的动能
E kTh =m αm α+m Th ·ΔE =44+228
×5.5 MeV =0.09 MeV
解得E kα=5.50 MeV -0.09 MeV =5.41 MeV.
【答案】 (1) 232 92U→228 90Th +4
2He.
(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV
易错点3 光电效应中的图象问题
理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图2所示,其中ν0为极限频率.从图中可以确定的是( )
图2
A .逸出功与ν有关
B .E km 与入射光强度成正比
C .当ν<ν0时,会逸出光电子
D .图中直线的斜率与普朗克常量有关
D [由光电效应方程
E km =hν-W 0、W 0=hν0,与方程式y =kx +b 相对应可知只有D 项正确.]
7.(多选)美国物理学家密立根利用图3甲所示的电路研究金属的遏止电压U C 与入射光频率ν的关系,描绘出图乙中的图象,由此算出普朗克常量h .电子电量用e 表示,下列说法正确的是( )
【导学号:92492411】
甲 乙
图3
A .入射光的频率增大,为了测遏止电压,则滑动变阻器的滑片P 应向M 端移动
B .增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大
C .由U C ν图象可知,这种金属的截止频率为νC
D .由U C ν图象可求普朗克常量表达式为h =eU C ν1-νC
CD [入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则遏止电压增大,测遏制电压时,应使滑动变阻器的滑片P 向N 端移动,A 错误;根据光电效应方程E km =hν-W 0知,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,B 错误;根据E km =hν-W 0=eU C ,解得:U C =
hν1e -hνC e
,
则h =eU C ν1-νC
,当遏止电压为零时,ν=v C ,C 、D 正确.]。