（新課標(biāo)）2020版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題五 光電效應(yīng) 原子結(jié)構(gòu) 原子核精練（含解析）

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1、光電效應(yīng) 原子結(jié)構(gòu) 原子核 (45分鐘) [刷基礎(chǔ)] 1．(2019·北京市海淀區(qū)高三3月理綜)下列說法正確的是(　　) A．放射性元素的半衰期與外界壓強(qiáng)有關(guān) B．天然放射現(xiàn)象說明原子具有核式結(jié)構(gòu) C．原子核放出γ射線說明原子核內(nèi)有光子 D．原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子的過程屬于β衰變 解析：原子核的衰變是由原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，與外界環(huán)境無關(guān)，故A錯(cuò)誤；天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，故B錯(cuò)誤；γ射線一般伴隨著α或β射線產(chǎn)生，當(dāng)原子核發(fā)生α衰變或β衰變時(shí)，新的原子核處于高能級(jí)，原子核從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，放出γ射線，故C錯(cuò)誤；原子核發(fā)生β衰變時(shí)，原子核

2、內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，故D正確． 答案：D 2．(2018·高考天津卷)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，獲得中子束流，可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)．下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是(　　) A.N俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生O并放出一個(gè)粒子 B.Al俘獲一個(gè)α粒子，產(chǎn)生P并放出一個(gè)粒子 C.B俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生Be并放出一個(gè)粒子 D.Li俘獲一個(gè)質(zhì)子，產(chǎn)生He并放出一個(gè)粒子 解析：由核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒的原則，可寫出選項(xiàng)中的四個(gè)核反應(yīng)方程.N＋He→O＋H，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.Al＋He→P＋n，

3、選項(xiàng)B正確.B＋H→Be＋He，選項(xiàng)C錯(cuò)誤.Li＋H→He＋He，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 答案：B 3．(多選)(2019·四川樹德中學(xué)高三二診)下列四幅圖涉及到不同的物理知識(shí)，其中說法正確的是(　　) A．圖甲：普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成功解釋了光電效應(yīng) B．圖乙：玻爾理論指出氫原子能級(jí)是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率是不連續(xù)的 C．圖丙：盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子 D．圖丁：根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，可以說明電子具有波動(dòng)性 解析：普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學(xué)的奠基人之一，愛因斯坦第一個(gè)成功的解釋了光電效應(yīng)，

4、故A錯(cuò)誤；玻爾理論指出氫原子能級(jí)是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的，故B正確；盧瑟福通過分析α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故C錯(cuò)誤；根據(jù)電子束通過鋁箔后的衍射圖樣，說明電子具有波動(dòng)性，故D正確． 答案：BD 4. 氫原子的能級(jí)圖如圖所示，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n＝1)的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光．則照射氫原子的單色光的光子能量為(　　) A．12.75 eV B．13.06 eV　　 C．13.6 eV　 　D．0.85 eV 解析：受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出6種不同頻率的光子，則基態(tài)氫

5、原子能躍遷到第4能級(jí)，吸收的光子能量ΔE＝－0.85 eV＋13.6 eV＝12.75 eV，故A正確． 答案：A 5．(2018·高考江蘇卷)已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質(zhì)量的A和B經(jīng)過2T后，剩有的A和B質(zhì)量之比為(　　) A．1∶4　 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1 解析：根據(jù)半衰期公式m＝m0()知，經(jīng)過2T，A剩有的質(zhì)量為mA＝m0()＝m0, B剩有的質(zhì)量為mB＝m0()＝m0，故mA∶mB＝1∶2，選項(xiàng)B正確． 答案：B 6．(2018·高考天津卷)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2

6、的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)發(fā)出的光，它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL由長到短，可以判定(　　) A．Hα對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小 B．同一介質(zhì)對(duì)Hα的折射率最大 C．同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最大 D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則Hβ也一定能 解析：波長越大，頻率越小，故Hα的頻率最小，根據(jù)E＝hν可知Hα對(duì)應(yīng)的能量最小，根據(jù)hν＝Em－En可知Hα對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小，A正確；Hα的頻率最小，同一介質(zhì)對(duì)應(yīng)的折射率最小，根據(jù)v＝可知Hα的傳播速度最大，B、C錯(cuò)誤；Hγ的波長小于Hβ的波長，故Hγ的頻率大于Hβ的頻率，若用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則Hβ不一定能，D錯(cuò)誤． 答案：A 7

7、．(多選)(2017·高考江蘇卷)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有(　　) A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量 D.U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大 解析：由圖知He核的比結(jié)合能約為7 MeV，所以結(jié)合能約為4×7 MeV＝28 MeV，故A錯(cuò)誤；He核比Li核的比結(jié)合能大，所以He核比Li核更穩(wěn)定，B正確；兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)，即由比結(jié)合能小的原子核反應(yīng)生成比結(jié)合能大的原子核，釋放能量，C正確；由圖知U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的小，所以D錯(cuò)誤． 答案：BC 8．下列說法正

8、確的是(　　) A．原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子，這就是β衰變 B．氡222的半衰期是3.8天，鐳226的半衰期是1 620年，所以一個(gè)確定的氡222核一定比一個(gè)確定的鐳226核先衰變 C．按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電勢(shì)能增大，電子的動(dòng)能減小，原子的總能量減小 D．原子核越大，它的結(jié)合能越高，原子核能級(jí)越穩(wěn)定 解析：原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子發(fā)射到核外，就是β粒子，這就是β衰變的實(shí)質(zhì)，故A正確；對(duì)于大量原子有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時(shí)間是半衰期，對(duì)于一個(gè)確定的原

9、子核，半衰期沒有意義，故B錯(cuò)誤；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，原子的總能量增加，故C錯(cuò)誤；結(jié)合能越高，原子核不一定穩(wěn)定，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤． 答案：A 9．(多選)(2019·安徽定遠(yuǎn)重點(diǎn)中學(xué)高三第一次模擬)下列說法正確的是(　　) A．盧瑟福通過對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了原子核內(nèi)有中子存在 B．核泄漏事故污染物Cs能夠產(chǎn)生對(duì)人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為Cs→Ba＋X，可以判斷X為電子 C．若氫原子從n＝6能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6能級(jí)向n＝

10、2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng) D．質(zhì)子、中子、α粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，釋放的能量是( 2m1＋2m2－m3)c2 解析：盧瑟福通過對(duì)α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A錯(cuò)誤；根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為55－56＝－1，質(zhì)量數(shù)為137－137＝0，可知X為電子，故B正確；n＝6與n＝1間的能級(jí)差大于n＝6與n＝2間的能級(jí)差，則氫原子從n＝6能級(jí)向n＝1能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子頻率大于氫原子從n＝6能級(jí)向n＝2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子頻率，可知從n＝6能級(jí)向 n＝2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使金屬發(fā)生光電

11、效應(yīng)，故C正確；質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)α粒子，需要兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，質(zhì)量虧損Δm＝2m1＋2m2－m3，由質(zhì)能方程可知，釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2，故D正確． 答案：BCD 10．(2019·江西南昌高三模擬)如圖a所示是研究光電效應(yīng)的電路圖．某同學(xué)利用該裝置在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流I與A、K兩極之間的電壓UAK的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖b所示．則下列說法正確的是(　　) A．甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能 B．單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出的光電子比乙光照射時(shí)發(fā)出的少 C．用強(qiáng)度相同的甲、丙

12、光照射該光電管，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等 D．對(duì)于不同種金屬，若照射光頻率不變，則逸出光電子的最大初動(dòng)能與金屬的逸出功為線性關(guān)系 解析：當(dāng)光照射到K極時(shí)，如果入射光的頻率足夠大(大于K極金屬的極限頻率)，就會(huì)從K極發(fā)出光電子．當(dāng)反向電壓增加到某一值時(shí)，電流表A中電流就會(huì)變?yōu)榱?，此時(shí)mev＝eUc，式中vc表示光電子的最大初速度，e為電子的電荷量，Uc為遏止電壓，據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知，丙光的頻率較大，乙、丙兩光頻率相等，且較丙?。鈱?duì)應(yīng)的遏止電壓較大，可知丙光產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能較大，但丙光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能不一定比甲光照射光電管發(fā)出光電子的初動(dòng)能大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤．當(dāng)

13、入射光的頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比，對(duì)于甲、乙兩束頻率相同的光來說，甲光的強(qiáng)度大于乙光強(qiáng)度，則單位時(shí)間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出的光電子比乙光照射時(shí)發(fā)出的多，故B項(xiàng)錯(cuò)誤．光強(qiáng)相同是單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子的總能量相等，由于丙光的光子頻率較高，每個(gè)光子的能量較大，所以單位時(shí)間內(nèi)照射到光電管單位面積上的光子數(shù)就較少，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光電子數(shù)就較少，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．對(duì)于不同金屬，若照射光頻率不變，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，知逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek與金屬的逸出功為線性關(guān)系，故D項(xiàng)正確． 答案：D [刷綜合] 11.氫原子能級(jí)圖如圖所示，

14、當(dāng)氫原子從n＝3的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長為656 nm.下列判斷正確的是(　　) A．當(dāng)氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的波長大于656 nm B．當(dāng)氫原子從n＝4躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)，輻射出的光子不能使逸出功為2.25 eV的鉀發(fā)生光電效應(yīng) C．一個(gè)處于n＝4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生6種譜線 D．用能量為1.0 eV的光子照射處于n＝4能級(jí)上的氫原子，可以使氫原子電離 解析：氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級(jí)時(shí)，輻射光的能量大于氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級(jí)時(shí)輻射光的能量，根據(jù)E＝，可知，輻射光的波長一定小于656 nm，故A錯(cuò)誤；從n＝4能級(jí)

15、躍遷到n＝2能級(jí)時(shí)輻射出的光子能量為2.55 eV，大于金屬的逸出功，能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，故B錯(cuò)誤；一個(gè)處于n＝4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線，故C錯(cuò)誤；當(dāng)處于n＝4能級(jí)上的氫原子吸收的能量大于或等于0.85 eV時(shí)，將會(huì)被電離，故D正確． 答案：D 12．某原子K層失去一個(gè)電子后，其K層出現(xiàn)一個(gè)電子空位，當(dāng)L層上有電子躍遷到K層填補(bǔ)空位時(shí)會(huì)釋放一定的能量：一種情況是輻射頻率為ν0的X射線；另一種情況是躍遷釋放的能量被其他核外電子層的電子吸收，使電子發(fā)生電離成為自由電子．若躍遷釋放的能量被M層的一個(gè)電子吸收，電離后的自由電子的動(dòng)能是E0，已知普朗克常量為h，則電子處于M層時(shí)

16、原子的能級(jí)(即能量值)為(　　) A．hν0 B．E0 C．E0－h(huán)ν0 D．E0＋hν0 解析：首先理解，核外電子層與能級(jí)不是同一概念，如氫原子只有一個(gè)核外電子層和一個(gè)電子，但氫原子有若干能級(jí)．多電子原子的電子排布由里向外依次為K、L、M、N、O、…層，電子離原子核的平均距離也越來越大，能量逐漸升高．根據(jù)題意，知L層上有電子躍遷到K層填補(bǔ)空位時(shí)，會(huì)釋放一定的能量ΔE：一種情況是輻射頻率為ν0的X射線，故ΔE＝hν0，則電子處于L層與處于K層時(shí)原子的能級(jí)差值為EL－EK＝ΔE＝hν0.設(shè)電子處于M層時(shí)原子的能量為EM，若上述電子從L層→K層躍遷釋放的能量ΔE＝hν0被M層上的一個(gè)電

17、子吸收，電離后的自由電子的動(dòng)能是E0，由能量守恒定律知，E0＋(0－EM)＝hν0，故EM＝E0－h(huán)ν0，故選項(xiàng)C正確． 答案：C 13.(多選)研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，以頻率為ν的光照射光電管陰極K時(shí)，有光電子產(chǎn)生．由于光電管K、A間加的是反向電壓，光電子從陰極K發(fā)射后將向陽極A做減速運(yùn)動(dòng)．光電流i由圖中電流計(jì)G測(cè)出，反向電壓U由電壓表V測(cè)出，當(dāng)電流計(jì)的示數(shù)恰好為零時(shí)，電壓表的示數(shù)稱為反向遏止電壓Uc.在下列表示光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的圖象中，正確的是(　　) 解析：反向電壓U和頻率一定時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子數(shù)與光強(qiáng)成正比，則單位時(shí)間到達(dá)陽極A的光電子數(shù)與光強(qiáng)也成正

18、比，故光電流i與光強(qiáng)I成正比，A正確．由動(dòng)能定理知－qUc＝0－Ekm，又因Ekm＝hν－W0，所以Uc＝－，可知遏止電壓Uc與頻率ν是線性關(guān)系，不是正比關(guān)系，故B錯(cuò)誤．光強(qiáng)I與頻率ν一定時(shí)，光電流i隨反向電壓的增大而減小，又據(jù)光電子動(dòng)能大小的分布概率及發(fā)出后的方向性可知，C正確．由光電效應(yīng)知金屬中的電子對(duì)光子的吸收是十分迅速的，時(shí)間小于10－9 s,10－9 s后，光強(qiáng)I和頻率ν一定時(shí)，光電流恒定，故D正確． 答案：ACD 14．一個(gè)靜止的鈾核U(質(zhì)量為232.037 2 u)放出一個(gè)α粒子(質(zhì)量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(質(zhì)量為228.028 7 u)．已知1 u相當(dāng)于93

19、1 MeV的能量．下列說法正確的是(　　) A．該核衰變反應(yīng)方程為U→Th＋He B．該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能為0.059 MeV C．該反應(yīng)產(chǎn)生的釷核和α粒子的動(dòng)量相同 D．假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動(dòng)能，則釷核獲得的動(dòng)能約為0.017 MeV 解析：由題意可知，該核衰變反應(yīng)方程為U→Th＋He，選項(xiàng)A正確；質(zhì)量虧損Δm＝0.005 9 u，釋放出的核能ΔE＝0.005 9×931 MeV≈5.49 MeV，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由該核衰變反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒，可知反應(yīng)后的釷核和α粒子的動(dòng)量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，又EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝

20、ΔE，所以釷核獲得的動(dòng)能EkTh＝×ΔE＝×5.49 MeV≈0.09 MeV，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤． 答案：A 15．(多選)如圖所示，人工元素原子核 Nh開始靜止在勻強(qiáng)磁場B1、B2的邊界MN上，某時(shí)刻發(fā)生裂變生成一個(gè)氦原子核He和一個(gè)Rg原子核，裂變后的粒子速度方向均垂直于B1、B2的邊界MN.氦原子核通過B1區(qū)域第一次經(jīng)過MN邊界時(shí)，距出發(fā)點(diǎn)的距離為l，Rg原子核第一次經(jīng)過MN邊界距出發(fā)點(diǎn)的距離也為l.則下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比B1∶B2＝111∶141 B．兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度之比B1∶B2＝111∶2 C．氦原子核和Rg原子核各自旋轉(zhuǎn)第一個(gè)半圓的時(shí)間比為2∶141 D．氦原子核和Rg原子核各自旋轉(zhuǎn)第一個(gè)半圓的時(shí)間比為111∶141 解析：原子核裂變的方程為 Nh→He＋Rg，由題意知帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)半徑為r＝，由題意可知二者偏轉(zhuǎn)半徑相等，由于原子核由靜止裂變，動(dòng)量守恒，即m1v1＝m2v2，所以有q1B1＝q2B2，易得＝＝，故A錯(cuò)誤，B正確；又T＝，由前面可知，q1B1＝q2B2，所以＝，粒子在第一次經(jīng)過MN邊界時(shí)，運(yùn)動(dòng)了半個(gè)周期，所以＝＝，故C正確，D錯(cuò)誤． 答案：BC - 9 -