专题12 近代物理初步-2017年高考物理备考学易黄金易错点

专题12 近代物理初步-2017年高考物理备考学易黄金易错点

‎1．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是(　　)‎ A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B．入射光的频率变高，饱和光电流变大 C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 ‎2．以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．‎ 光电效应实验装置如图2所示．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电量)(　　)‎ 图2‎ A．U＝－ B．U＝－ C．U＝2hν－W D．U＝－ ‎【答案】B　【解析】同频率的光照射K极，普通光不能使其发生光电效应，而强激光能使其发生光电效应，说明一个电子吸收了多个光子．设吸收的光子个数为n，光电子逸出的最大初动能为Ek，由光电效应方程知Ek＝nhν－W(n≥2)；光电子逸出后克服减速电场做功，由动能定理知Ek＝eU，联立上述两式得U＝－，当n＝2时，B正确，其他选项均不可能．‎ ‎3．(多选)氢原子部分能级示意图如图3所示，不同色光的光子能量如下表，有关处于某激发态的氢原子发射的光谱线，下列判断正确的是(　　)‎ 图3‎ 不同色光光子能量范围/eV 红 橙 黄 ‎1.61～2.00‎ ‎2.00～2.07‎ ‎2.07～2.14‎ 绿 蓝～靛 紫 ‎2.14～2.53‎ ‎2.53～2.76‎ ‎2.76～3.10‎ A.从n＝3到n＝2，发出的光谱线在红色光范围内 B．从n＝3到n＝2，发出的光谱线在蓝～靛光范围内 ‎ C．从n＝4到n＝3，发出的光谱线在蓝～靛光范围内 D．从n＝4到n＝3，发出的光谱线不在色光范围内 ‎4．(多选)静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，则下列相关说法正确的是(　　)‎ A．该衰变方程为 Ra→Rn＋He B．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的 Ra中有1.5 kg已经发生了衰变 C．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核Ra越来越少，其半衰期也变短 D．若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度 ‎【答案】AB　【解析】由镭的α衰变方程Ra→Rn＋He，可判断A正确．由m＝m0，可知，t＝2τ时，m＝0.5 kg，则已衰变的镭为m衰＝2 kg－0.5 kg＝1.5 kg，B正确．放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C、D错误．‎ ‎5．在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)‎ A. C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n ‎【答案】　C　AB　E　F ‎6．自然界里一些放射性重元素往往会发生一系列连续的衰变，形成放射系．如图4所示为锕系图的一部分，纵坐标N表示中子数，则图中U衰变成Po，经历了__________次α衰变，__________次β衰变．‎ 图4‎ ‎【解析】　由题图得出U变为Po时，U的中子数为143，质子数为92，Po的中子数为131，质子数为84，设发生x次α衰变，y次β衰变，则有 ‎235＝4x＋215,92＝2x－y＋84‎ 联立两方程得x＝5，y＝2.‎ ‎【答案】　5　2‎ ‎7．已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时(　　)‎ A．释放出4.9 MeV的能量 B．释放出6.0 MeV的能量 C．释放出24.0 MeV的能量 D．吸收4.9 MeV的能量 C　【解析】根据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为H＋H→He，由于氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的结合能为E1‎ ‎＝2×1.1 MeV，结合后氦核的结合能为E2＝4×7.1 MeV，故ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，负号表示释放能量，选项C正确．‎ 易错起源1、光电效应与原子结构 例1、(多选)如图1为玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有(　　)‎ 图1‎ A．电子轨道半径减小，动能增大 B．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线 C．由n＝4跃迁到n＝1时发出光子的频率最小 D．金属钾的逸出功为2.21 eV，能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条 ‎【名师点睛】‎ 处理氢原子能级跃迁问题，应注意以下几点：‎ ‎1.)氢原子能量：氢原子在各个不同的能量状态对应不同的电子轨道，电子绕核做圆周运动的动能和系统的电势能之和即为原子的能量，即En＝Ekn＋Epn.,电子绕核做圆周运动由库仑力提供向心力，有k＝m.电子的动能Ekn＝mv＝.‎ ‎2.‎ 系统的电势能变化根据库仑力做功来判断：靠近核，库仑力对电子做正功，系统电势能减小；远离核，库仑力对电子做负功，系统电势能增大.,(2)氢原子在跃迁时辐射或吸收光子的频率或波长的计算：首先由能级的高低或轨道半径的大小确定是吸收还是放出光子，然后由玻尔理论Em－En＝hν或Em－En＝h求频率ν或波长λ.‎ ‎3.辐射的光谱条数：一个氢原子核外只有一个电子，在一次跃迁时只能辐射或吸收一个光子，因而只能辐射或吸收某一特定频率的光谱.一个氢原子处于量子数为n的激发态时，可辐射的光谱条数为N＝n－1；而一群氢原子处于量子数为n的激发态时，由于向各个低能级跃迁的可能性均存在，因此可辐射的光谱条数为N＝ .‎ 易错起源2、核反应方程及核能的计算 例2、两个动能均为0.35 MeV的氘核对心碰撞，聚变后生成氦核，同时放出一个中子，已知氘核的质量为3.343 6×10－27 kg，氦核的质量为5.004 9×10－27 kg，中子质量为1.674 9×10－27 kg，设聚变中放出的能量全部转化为氦核和中子的动能，求氦核的动能是多少？‎ ‎【答案】　1.22 MeV ‎【名师点睛】‎ ‎1．书写核反应方程的原则及方法 ‎(1)无论何种核反应方程，都必须遵守电荷数守恒和质量数守恒(注意：不是质量守恒)，有些核反应方程还要考虑能量守恒及动量守恒．‎ ‎(2)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号．‎ ‎(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空地只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．‎ ‎2．根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能 质能方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”．‎ ‎1．物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上．下列说法正确的是(　　)‎ A．天然放射现象说明原子核内部是有结构的 B．电子的发现使人们认识到原子具有核式结构 C．α粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的 D．密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的 ‎【答案】A　【解析】α粒子散射实验的重要发现使人们认识到原子具有核式结构，B、C项错误；密立根的油滴实验测出了电子的电荷量，D项错误．‎ ‎2．实物粒子和光都具有波粒二象性．下列事实中不能突出体现波动性的是(　　)‎ A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 ‎3．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 ‎【答案】C　【解析】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．‎ ‎4．铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：U＋n→a＋b＋2n 则a＋b可能是(　　)‎ A.Xe＋Kr B.Ba＋Kr C.Ba＋Sr D.Xe＋Sr ‎【答案】D　【解析】根据核反应中的质量数守恒可知，a＋b的质量数应为235＋1－2＝234，质子数应为92，A项中的质量数为140＋93＝233，B项中质量数是141＋92＝233，C项中质量数为141＋93＝234，质子数为56＋38＝94，D项中质量数为140＋94＝234，质子数为54＋38＝92，综上可知，答案为D.‎ ‎5．关于原子核的结合能，下列说法不正确的是(　　)‎ A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能 D．比结合能越大，原子核越不稳定 ‎6．铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应式是U＋n→Ba＋Kr＋3n.下列说法正确的有(　　)‎ A．上述裂变反应中伴随着中子放出 B．铀块体积对链式反应的发生无影响 C．铀核的链式反应可人工控制 D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响 ‎【答案】AC　【解析】n表示中子，反应式中有n放出，A项正确．当铀块体积小于临界体积时链式反应不会发生，B项错误．铀核的核反应中释放出的快中子被减速剂减速后变为慢中子，而慢中子会被铀核吸收发生链式反应，减速剂可由人工控制，C项正确．铀核的半衰期只由自身决定，而与其他外部因素无关，D项错误．‎ ‎7．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.Bi的半衰期是5天，100克Bi经过10天后还剩下25克 ‎【答案】BD　【解析】γ射线是光子流，选项A错误；氢原子辐射光子后能量减小，轨道半径减小，其绕核运动的电子动能增大，总能量减小，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的氢核聚变，选项C错误；由m＝，n＝得m＝＝ g＝25 g，选项D正确．‎ ‎8．如图5所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n＝4到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ1，从n＝4到n＝2能级辐射的电磁波的波长为λ2，从n＝2到n＝1能级辐射的电磁波的波长为λ3，则下列关系式中正确的是(　　)‎ 图5‎ A．λ1<λ3 B．λ3<λ2‎ C．λ3>λ2 D.＝＋ ‎9．假设高速运动的α粒子与一个静止于磁感应强度为B的匀强磁场中某点的氮核(N)发生正碰．碰后产生两个新核，在磁场中形成如图6所示的两条半径分别为R和r(R>r)的圆形径迹，其中R是质量较小的核的径迹，r是质量较大的核的径迹．‎ 图6‎ ‎(1)请写出该核反应方程；‎ ‎(2)求碰撞前α粒子的速度大小(质子质量为m，电荷量为e)．‎ ‎【答案】　(1)N＋He―→O＋H　(2) ‎ ‎10．用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子．生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c.‎ ‎(1)写出核反应方程；‎ ‎(2)求氚核和α粒子的速度大小；‎ ‎(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求质量亏损．‎ ‎【解析】　(1)由题意可得，核反应方程为 n＋Li→H＋He.‎ ‎(2)由动量守恒定律得 mv＝－3mv1＋4mv2‎ 由题意得v1∶v2＝7∶8‎ 解得v1＝v，v2＝v.‎ ‎【答案】　(1)n＋Li→H＋He ‎(2)v　v　(3)