備考2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 單元訓(xùn)練金卷 第十三單元 原子物理B卷

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1、 第十三單元 注意事項： 1．答題前，先將自己的姓名、準(zhǔn)考證號填寫在試題卷和答題卡上，并將準(zhǔn)考證號條形碼粘貼在答題卡上的指定位置。 2．選擇題的作答：每小題選出答案后，用2B鉛筆把答題卡上對應(yīng)題目的答案標(biāo)號涂黑，寫在試題卷、草稿紙和答題卡上的非答題區(qū)域均無效。 3．非選擇題的作答：用簽字筆直接答在答題卡上對應(yīng)的答題區(qū)域內(nèi)。寫在試題卷、草稿紙和答題卡上的非答題區(qū)域均無效。 4．考試結(jié)束后，請將本試題卷和答題卡一并上交。 一、 (本題共13小題，每小題4分，共52分。在每小題給出的四個選項中，第1～7題只有一項符合題目要求，第8～13題有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對

2、但不全的得2分，有選錯的得0分) 1．如圖所示是原子物理史上幾個著名的實驗，關(guān)于這些實驗，下列說法錯誤的是(　　) A．圖1：盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型 B．圖2：放射線在垂直紙面向外的磁場中偏轉(zhuǎn)，可知射線甲帶負(fù)電 C．圖3：電壓相同時，光照越強(qiáng)，光電流越大，說明遏止電壓和光的強(qiáng)度有關(guān) D．圖4：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于核裂變，鈾核的一種裂變方式為U＋n→Ba＋Kr＋3n 2．(2019?全國I卷)氫原子能級示意圖如圖所示，光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n＝1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子提供的能量為(　　

3、) A．12.09 eV B．10.20 eV C．1.89 eV D．1.5l eV 3．下列說法正確的是(　　) A．光電效應(yīng)實驗中，光電流的大小與入射光的強(qiáng)弱無關(guān) B．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了電子，在原子結(jié)構(gòu)研究方面做出了卓越的貢獻(xiàn) C．大量處于n＝3能級的氫原子在自發(fā)躍遷時，會發(fā)出3種不同頻率的光 D．由玻爾的原子模型可以推知，氫原子所處的能級越高，其核外電子的動能越大 4．如圖甲所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖象（直線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)為4.29，與

4、縱軸的交點的縱坐標(biāo)為0.5），如圖乙所示是氫原子的能級圖，下列說法不正確的是(　　) A．該金屬的極限頻率為4.29×1014 Hz B．根據(jù)該圖象能求出普朗克常量 C．該金屬的逸出功為0.5 eV D．用n=3能級的氫原子躍遷到n=2能級時所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) 5．如圖所示，N為鋁板，M為金屬網(wǎng)，它們分別和電池兩極相連，各電池的極性和電動勢在圖中標(biāo)出，鋁的逸出功為4.2 eV。現(xiàn)分別用能量不同的光子照射鋁板(各光子的能量在圖上標(biāo)出)，那么，下列圖中有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)的是(　　) A．①②③ B．②③ C．③④ D．①②

5、 6．如圖所示，氫原子在不同能級間發(fā)生a、b、c三種躍遷時，釋放光子的頻率分別是νa、νb、νc，下列關(guān)系式正確的是(　　) A．νb＝νa＋νc B．νa＝ C．νb＝ D．νc＝ 7．首次用實驗驗證“愛因斯坦質(zhì)能方程”的核反應(yīng)方程是Li＋H→kHe，已知mLi＝7.0160 u，mH＝1.0078 u，mHe＝4.002 6u，則該核反應(yīng)方程中的k值和質(zhì)量虧損分別是(　　) A．1和4.0212 u B．1和2.0056 u C．2和0.0186 u D．2和1.997

6、0 u 8．20世紀(jì)初，愛因斯坦提出光子理論，使得光電效應(yīng)現(xiàn)象得以完美解釋。玻爾的氫原子模型也是在光子概念的啟發(fā)下提出的。關(guān)于光電效應(yīng)和氫原子模型，下列說法正確的是(　　) A．光電效應(yīng)實驗中，照射光足夠強(qiáng)就可以有光電流 B．若某金屬的逸出功為W0，則該金屬的截止頻率為 C．保持照射光強(qiáng)度不變，增大照射光頻率，在單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)將減少 D．氫原子由低能級向高能級躍遷時，吸收光子的能量可以稍大于兩能級間能量差 9．以下關(guān)于玻爾原子理論的說法正確的是(　　) A．電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑不是任意的 B．電子在繞原子核做圓周運動時，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射 C．電子從量子

7、數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時，要輻射光子 D．不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收 10．一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107 m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*。下列說法正確的是(　　) A．核反應(yīng)方程為p＋Al→Si* B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒 C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒 D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和 11．一個氘核(H)與氚核(H)反應(yīng)生成一個新核同時放出一個中子，并釋放能量.下列說法正確的是(　　) A．該核反應(yīng)為裂變反應(yīng) B．該新核的中子數(shù)為2 C．氘核(H)

8、與氚核(H)是兩種不同元素的原子核 D．若該核反應(yīng)釋放的核能為ΔE，真空中光速為c，則反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為 12．氫原子的能級圖如圖所示，可見光的光子能量范圍約為1.62～3.11 eV，金屬鈉的逸出功為2.29 eV，下列說法中正確的是(　　) A．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，可發(fā)出1種頻率的可見光 B．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，可發(fā)出2種頻率的可見光 C．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出的光中有1種頻率的光能使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng) D．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出的光中有2種頻率的光能使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng) 13．如圖甲所示，在

9、光電效應(yīng)實驗中，某同學(xué)用相同頻率的單色光分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)。圖乙為其中一個光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率ν變化的關(guān)系圖象。對于這兩個光電管，下列判斷正確的是(　　) A．因為材料不同，逸出功不同，所以遏止電壓Uc不同 B．光電子的最大初動能不同 C．因為光強(qiáng)不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流也可能相同 D．兩個光電管的Uc－ν圖象的斜率可能不同 二、(本題共4小題，共48分。把答案填在題中的橫線上或按題目要求作答。解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明

10、確寫出數(shù)值和單位) 14．(10分)钚的放射性同位素Pu靜止時衰變?yōu)殁櫤薝和α粒子，并放出能量為0.097 MeV的γ光子。已知Pu、U、α粒子的質(zhì)量分別為mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u、mα＝4.002 6 u，1 u相當(dāng)于931.5 MeV/c2。 (1)寫出衰變方程； (2)若衰變放出光子的動量可忽略，求α粒子的動能。 15．(12分)用質(zhì)子流轟擊固態(tài)的重水D2O，當(dāng)質(zhì)子和重水中的氘核發(fā)生碰撞時，系統(tǒng)損失的動能如果達(dá)到核反應(yīng)所需要的能量，將發(fā)生生成He核的核反應(yīng)。 (1)寫出質(zhì)子流轟擊固態(tài)的重水D2O的核

11、反應(yīng)方程； (2)當(dāng)質(zhì)子具有最小動能E1＝1.4 MeV時，用質(zhì)子流轟擊固態(tài)的重水D2O(認(rèn)為氘核是靜止的)剛好可發(fā)生核反應(yīng)；若用氘核轟擊普通水的固態(tài)冰(認(rèn)為質(zhì)子是靜止的)時，也能發(fā)生同樣的核反應(yīng)，求氘核的最小動能E2。(已知氘核質(zhì)量等于質(zhì)子質(zhì)量的2倍) 16．(12分)原子可以從原子間的碰撞中獲得能量，從而發(fā)生能級躍遷(在碰撞中，動能損失最大的是完全非彈性碰撞)。一個具有13.6 eV動能、處于基態(tài)的氫原子與另一個靜止的、也處于基態(tài)的氫原子發(fā)生對心正碰。 (1)能否使靜止氫原子發(fā)生能級躍遷？(氫原子能級圖如圖所示) (2)若上述碰撞中可以使靜止

12、氫原子發(fā)生電離，則運動氫原子的初動能至少為多少？ 17．(14分)美國物理學(xué)家密立根用精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量，這項工作成了愛因斯坦方程式在很小誤差范圍內(nèi)的直接實驗證據(jù)。密立根的實驗?zāi)康氖牵簻y量金屬的遏止電壓U0與入射光頻率v，由此計算普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程式的正確性。如圖乙所示，是根據(jù)某次實驗作出的U0－ν圖像，電子的電荷量e＝1.6×10-19 C。試根據(jù)圖像和題目中的已知條件： (1)寫出愛因斯坦光電效應(yīng)方程； (2)求這種金屬的截止頻率ν0； (3)用圖像的斜率k

13、，寫出普朗克常量h的表達(dá)式，并根據(jù)圖像中的數(shù)據(jù)求出普朗克常量h。 3 單元訓(xùn)練金卷·高三·物理(B)卷 第十三單元 答 案 一、 (本題共13小題，每小題4分，共52分。在每小題給出的四個選項中，第1～7題只有一項符合題目要求，第8～13題有多項符合題目要求。全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分) 1．【答案】C 【解析】圖1為α粒子散射實驗示意圖，盧瑟福根據(jù)此實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A正確；圖2為放射源放出的三種射線在磁場中運動的軌跡，根據(jù)

14、左手定則可知，射線甲帶負(fù)電，為β射線，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程知：eU＝Ekm＝hν－W0，遏止電壓與入射光的頻率，及金屬的材料有關(guān)，與入射光的強(qiáng)弱無關(guān)，故C錯誤；圖4為核反應(yīng)堆示意圖即為核裂變，鈾核的一種裂變方式為U＋n→Ba＋Kr＋3n，故D正確。 2．【答案】A 【解析】由題意可知，基態(tài)（n＝1）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n＝3能級后，躍遷才可能產(chǎn)生能量在1.63 eV～3.10 eV的可見光。故ΔE＝－1.51 eV－(－13.60)eV＝12.09 eV。 3．【答案】C 【解析】光電效應(yīng)實驗中，光電流的大小與入射光的強(qiáng)弱有關(guān)，飽和光電流的大小只與入射光的強(qiáng)度成正比，故A

15、錯誤；湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，盧瑟福提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故B錯誤；大量處于n＝3能級的氫原子在自發(fā)躍遷時，會發(fā)出C＝3種不同頻率的光，故C正確；由玻爾的原子模型可以推知，氫原子所處的能級越高，量子數(shù)越大，離原子核越遠(yuǎn)，據(jù)k＝m可知核外電子速度越小，核外電子的動能越小，故D錯誤。 4．【答案】C 【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0，可知Ek－ν圖象的橫軸的截距大小等于截止頻率，由圖知該金屬的截止頻率為4.29×1014 Hz，故選項A正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0得知該圖線的斜率表示普朗克常量h，故選項B正確；當(dāng)Ek＝hν－W0＝

16、0時，逸出功為W0＝hν0＝6.63×10-34×4.29×1014 J=2.84×10-19 J≈1.78 eV，故選項C錯誤；用n＝3能級的氫原子躍遷到n＝2能級時所輻射的光子能量為ΔE＝E3－E2＝1.89 eV >1.78 eV，所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。 5．【答案】B 【解析】入射光的光子能量小于逸出功，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，故①錯誤；入射光的光子能量大于逸出功，能發(fā)生光電效應(yīng)；電場對光電子加速，故有光電子到達(dá)金屬網(wǎng)，故②正確；入射光的光子能量大于逸出功，能發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，因為所加的電壓為反向電壓，反向電

17、壓為2 V，光電子能到達(dá)金屬網(wǎng)，故③正確；入射光的光子能量大于逸出功，能發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0＝3.8 eV，所加的反向電壓為4 V，根據(jù)動能定理知，光電子不能到達(dá)金屬網(wǎng)，故④錯誤。 6．【答案】A 【解析】因為Em－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，即hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故A正確。 7．【答案】C 【解析】根據(jù)核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得：7＋1＝4k，3＋1＝2k，可得k＝2；m前＝mLi＋mH＝7.016 0 u＋1.007 8 u＝8.023 8 u，反應(yīng)后的總質(zhì)量m后＝2mHe＝2×4.002 6 u＝8.005 2

18、u，反應(yīng)前后質(zhì)量虧損為Δm＝m前－m后＝8.023 8 u－8.005 2 u＝0.018 6 u，故A、B、D錯誤，C正確。 8．【答案】BC 【解析】發(fā)生光電效應(yīng)的條件是照射光頻率大于截止頻率，并不是光足夠強(qiáng)就能發(fā)生光電效應(yīng)，故A錯誤；金屬的逸出功W0＝hν，得ν＝，故B正確；一定強(qiáng)度的照射光照射某金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，照射光的頻率越高，單個光子的能量值越大，光子的個數(shù)越少，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少，故C正確；氫原子由低能級向高能級躍遷時，吸收光子的能量等于兩能級間能量差，故D錯誤。 9．【答案】AD 【解析】玻爾原子理論的基本假設(shè)之一就是電子運行的軌道半徑是量子化的，是不連續(xù)

19、的．假設(shè)之二就是電子在特定軌道上繞原子核做圓周運動時，不會產(chǎn)生電磁輻射，只有在不同軌道間躍遷時才會產(chǎn)生電磁輻射，故A正確，B錯誤；氫原子在不同軌道上的能級表達(dá)式為En＝E1，電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時能量增大，要吸收光子，故C錯誤；由于氫原子發(fā)射的光子的能量滿足E＝En－Em，即E1－E1＝hν，所以不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被吸收，故D正確。 10．【答案】AB 【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得，核反應(yīng)方程為p＋Al→Si*，A正確；核反應(yīng)過程中釋放的核力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力，故系統(tǒng)動量守恒，B正確；核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量守恒，C錯誤；由于反應(yīng)過

20、程中，要釋放大量的能量，伴隨著質(zhì)量虧損，所以生成物的質(zhì)量小于反應(yīng)物的質(zhì)量之和，D錯誤。 11．【答案】BD 【解析】一個氘核(H)與氚核(H)反應(yīng)生成一個新核同時放出一個中子，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，新核的電荷數(shù)為2，質(zhì)量數(shù)為4，則新核的中子數(shù)為2，屬于輕核的聚變，故A錯誤，B正確；氘核(H)與氚核(H)都只有一個質(zhì)子，屬于同一種元素的兩種同位素，故C錯誤；若該核反應(yīng)釋放的核能為ΔE，真空中光速為c，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可知，反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為，故D正確。 12．【答案】AD 【解析】大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時，可以發(fā)出C＝3種頻率的光子，光子能量

21、分別為：12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV，故只能發(fā)出1種頻率的可見光，故選項A正確，B錯誤；發(fā)出的光子有兩種的能量大于鈉的逸出功，故有2種頻率的光能使鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)，故選項C錯誤，D正確。 13．【答案】ABC 【解析】根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0和eUc＝Ekm得，單色光的頻率相同，金屬的逸出功不同，則光電子的最大初動能不同，遏止電壓也不同，A、B正確；雖然光的頻率相同，但光強(qiáng)不確定，所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同，而飽和光電流也可能相同，C正確；因為Uc＝－，知Uc－ν圖線的斜率為，即只與h和e有關(guān)，為常數(shù)，D錯誤。 二、(本題共4小題，共48分。把答案填在

22、題中的橫線上或按題目要求作答。解答題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 14．【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得，衰變方程為： Pu→U＋He＋γ。(2分) (2)設(shè)衰變放出的能量為ΔE，這些能量是鈾核的動能EU，α粒子的動能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即為： ΔE＝EU＋Eα＋Eγ (2分) 即：EU＋Eα＝(mPu－mU－mα)c2－Eγ 設(shè)衰變后的鈾核和α粒子的速度分別為vU和vα，則由動量守恒有： mUvU＝mαvα (2分) 又由動能的定義知：EU＝mUv，Eα＝mαv (

23、2分) 解得：＝ 聯(lián)立解得：Eα＝[(mPu－mU－mα)c2－Eγ] 代入數(shù)據(jù)解得：Eα≈5.03 MeV。 (2分) 15．【解析】(1)核反應(yīng)方程為H＋D→He (2分) (2)設(shè)質(zhì)子、氘核的質(zhì)量分別為m、M，當(dāng)質(zhì)子和氘核發(fā)生完全非彈性碰撞時，系統(tǒng)損失的動能最大。由動量守恒定律得mv0＝(m＋M)v (1分) 質(zhì)子轟擊氘核損失的動能：ΔE1＝mv－(m＋M)v2 (1分) E1＝mv (1分) 解得：ΔE1＝E1 (2分) 同理可得，氘核轟擊質(zhì)子系統(tǒng)損失的動能：ΔE2＝E2 (1分) 由于用質(zhì)子轟擊氘核和用氘核轟擊質(zhì)子核反應(yīng)方程相同，故發(fā)生核反應(yīng)所需的

24、最小能量相同，由題意有 ΔE1＝ΔE2，＝ (2分) 聯(lián)立解得：E2＝2.8 MeV。 (2分) 16．【解析】(1)設(shè)運動氫原子的速度為v0，發(fā)生完全非彈性碰撞后兩者的速度為v，損失的動能ΔE被靜止氫原子吸收。若ΔE＝10.2 eV，則靜止氫原子可由n＝1能級躍遷到n＝2能級。 由動量守恒定律和能量守恒定律有mv0＝2mv (2分) mv＝mv2＋mv2＋ΔE (2分) mv＝Ek＝13.6 eV (2分) 聯(lián)立解得ΔE＝×mv＝6.8 eV 因為ΔE＝6.8 eV<10.2 eV，所以不能使靜止氫原子發(fā)生躍遷。(2分) (2)若要使靜止氫原子電離，則ΔE≥13.6 eV (2分) 聯(lián)立解得Ek≥27.2 eV。 (2分) 17．【解析】(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：hν＝Ek＋W0。(2分) (2)hν＝Ek＋W0，Ek＝0時對應(yīng)的頻率為截止頻率。由動能定理－eU0＝0－Ek (2分) Ek＝0時對應(yīng)的遏止電壓U0＝0 故由圖讀出U0＝0時，這種金屬的截止頻率v0＝4.27×1014 Hz。(3分) (3)由hν＝Ek＋W0，－eU0＝0－Ek，解得 (3分) 即斜率 (2分) 代入數(shù)值計算得h＝6.30×10-34 J?s。 (2分) 3