(新高考)高三物理专题精练 原子物理 (答案)

原子物理

方法归纳：

1．光电效应定量分析时应抓住三个关系式

(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。

(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。

(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。

2．光电效应的三类图象

最大初动能(Ek)与入射光频率(ν)的关系图线W0＝|－E|＝E图线斜率k＝h 光电流与光的颜色、强度和电压关系图线Ek＝eUc 遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线h＝ke

3．解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧

(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。

(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。

(3)一群原子和一个原子不同，一群原子从n能级向基态跃迁时辐射光子的种类N＝C2n＝12n(n－1)，一个氢原子从n能级向基态跃迁时，可能产生的光谱线条数最多为(n－1)。

(4)计算能级能量时应注意，因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值。

4．核反应的四种类型

方程类型 核反应方程示例

衰变 α衰变：238 92U→234 90Th＋42He(核内211H＋210n→42He)

β衰变：234 90Th→234 91Pa＋ 0－1e(核内10n→11H＋ 0－1e)

3015P→3014Si＋01e(核内11H→10n＋01e)

γ辐射：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级

人工核转变 147N＋42He→178O＋11H(发现质子的核反应)

94Be＋42He→126C＋10n(发现中子的核反应)

2713Al＋42He→3015P＋10n 3015P→3014Si＋01e(人工制造放射性同位素)

重核的裂变 235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n

轻核的聚变 21H＋31H→42He＋10n(需要几百万度高温，所以又叫热核反应)

【例1】(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则( ) A．钠的逸出功小于钙的逸出功

B．图中直线的斜率为he

C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同

D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高

【答案】AB 根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝heν－W0e，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，A正确；题图中直线的斜率为he，B正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，C错误；根据Ek＝hν－W0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，D错误。

例2．(2020·山东卷·2)氚核31H发生β衰变成为氦核32He。假设含氚材料中31H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10－8 A。已知电子电荷量为1.6×10－19 C，在这段时间内发生β衰变的氚核31H的个数为( )

A．5.0×1014 B．1.0×1016 C．2.0×1016 D．1.0×1018

【答案】B 由题意知，3.2×104 s内氚核发生β衰变产生的电子的电荷量为Q＝It＝5.0×10－8×3.2×104 C＝1.6×10－3 C，对应的电子数n＝Qe＝1.6×10－31.6×10－19＝1.0×1016(个)；由31H→ 0－1e＋32He可知，一个31H核发生一次β衰变产生一个电子，故这段时间内发生β衰变的31H核的个数为1.0×1016，B正确。

典型练习

一选择题

1．有关光的波粒二象性、物质波，下列说法正确的是（ ）

A．个别光子只有粒子性，多数光子的作用效果才表现为波动性

B．光电效应揭示了光具有粒子性，光的波长越短，其粒子性越显著

C．速度相等的电子和质子，电子的动量小，电子的物质波波长小

D．康普顿效应揭示了光具有波动性

2．下列说法正确的是（ ）

A．按照玻尔理论，氢原子从高能级向低能级发生辐射跃迁时，核外电子动能增加，电势能减小。

B．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的

C．对于任何一种金属都存在一个“极限波长”，入射光的波长必须大于这个波长才能产生光电效应

D．238 92U衰变为234 91Pa要经过2次α衰变和1次β衰变

3．赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一次成功地解释了光电效应，以下关于光电效应的说法正确的是（ ）

A．饱和电流与光电管两端加的电压有关，电压越大，饱和电流越大

B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比

C．遏止电压与光电子的最大初动能成正比

D．截止频率与金属的种类无关

4．(多选)下列说法正确的是（ ）

A．太阳内部发生的核聚变反应前各原子核的质量之和等于核反应后各原子核的质量之和

B．U核裂变的核反应方程是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n

C．原子从低能级向高能级跃迁时，不吸收光子也能实现

D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大光子的能量也越大

5．如图所示是用不同颜色和强度的光做光电效应实验得到的图象，横轴是所加的电压，纵轴是光电流的大小，则下列说法正确的是（ ）

A．光颜色一定时，光越强光电流一定越大

B．遏制电压大小与光强有关

C．光电子的最大初动能与光强无关

D．遏制电压与光的频率无关

6．(多选)真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为λ1和λ2）制成，板面积为S，间距为d。现用波长为λ（λ1＜λ＜λ2）的单色光持续照射两板内表面，则（ ）

A．电容器电容将增加

B．钾板带正电

C．电容器极板最终带电量正比于11Sd()

D．若将电容器视为电源，其电动势最大值为22hce()

原子结构及能级跃迁

7．如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像，下则说法正确的是（ ）

A．大多数原子的发射光谱是线状谱

B．太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些金属

C．可见光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征

D．电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所长我们看到了原子光谱的分立特征 8．如图为玻尔的氢原子能级图，一群处于n＝3激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法正确的是（ ）

A．由n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出光子的波长最长

B．氢原子跃迁时可以发出连续光谱

C．核外电子的轨道半径增大，动能减小

D．一共能发出2种频率的谱线

9．结合以下图像，下列说法正确的是（ ）

A．根据图甲，63Li原子核与168O原子核相比，前者核子的平均质量大，后者结合能大

B．如图乙所示的光电效应实验，若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大

C．由图丙可知，一群处于n＝3的原子向低能级跃迁时，会辐射出3种频率的光子，这3种频率的光子都不能被n＝3的原子吸收

D．德国物理学家维恩，英国物理学家瑞利根据热学和电磁学的知识对黑体辐射规律进行了解释，其理论与如图丁所示的实验规律吻合

原子核的衰变规律及核反应方程

10．一个碳12核与一个氢核相撞，二者会发生聚变产生一个氮13核，核反应方程为12113617CHN。如果碳核的比结合能为E1，氢核的比结合能为E2，氮核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为（ ）

A．13E3－12E1－E2 B．12E1＋E2－13E3 C．13E3＋12E1－E2 D．12E1－13E3－E2

11．根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（ ）

A．在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固

B．235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应

C．氡的半衰期为3.8天，现有16个氡原子核，经过7.6天后剩下4个氡原子核

D．一个氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时，最多能辐射出6种不同频率的光子 12.(多选)太阳能是地球上最大的能源，太阳内部聚变时释放出巨大的能量。模拟太阳原理的装置叫EAST，该装置内部发生的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，已知21H的比结合能为1.09 MeV， 31H的比结合能为2.78MeV，其中31H在自然界中含量极微但可以用某种粒子X轰击锂核（63Li）得到，核反应方程为63Li＋X→31H＋42He，则下列说法正确的是（ ）

A．粒子X为中子

B．核反应方程63Li＋X→31H＋42He表示的是原子核的人工转变

C．42He的比结合能是7.03 MeV

D．在核反应21H＋31H→42He＋10n中，反应前的总质量等于反应后的总质量

13．裂变核能燃料分为铀基和钍基，钍基核燃料中23290Th类似于23292U，要通过转换或增殖才能作为裂变核能燃料使用。中子轰击23592U或23392U发生裂变反应，产生的中子与23290Th反应生成23390Th，再经过两次β衰变后生成23392U，达到增殖的目的。下列说法正确的是（ ）

A．23392U比23390Th的中子数少1 B．23390Th比23290Th的质子数多1

C．β衰变的实质是110011nHe D．23290Th转化成23392U是化学变化

14．(多选)核电站铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出3个中子，核反应方程是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n，铀核的质量为m1，钡核的质量为m2，氪核的质量为m3，中子的质量为m4。此类核反应中放出γ光子，能使逸出功为W0的金属板放出最大初动能为Ek的光电子，已知电子的质量为m，光速为c，普朗克常量为h，则（ ）

A．该核反应放出的核能为(m1－m2－m3－3m4)c2

B．光子是原子核外最外层电子向基态跃迁时放出的，因此能量很高

C．这些光电子的德布罗意波长不小于k2hmE

D．该核反应产物的结合能之和大于反应前铀核的结合能

参考答案

1-3：BAC 4.BC 5.C 6.BD 7.D A A A B 12.ABC 13.C 14. CD