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專(zhuān)題七 原子與原子核
一、選擇題(本大題共8小題,每小題8分,共64分.第1～5題只有一項(xiàng)符合題目要求,第6～8題有多項(xiàng)符合題目要求)
1.關(guān)于光電效應(yīng),下列說(shuō)法正確的是( A )
A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大
B.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng),任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng)
C.從金屬表面出來(lái)的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功 越小
D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí),頻率越高,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就 越多
解析:由逸出功W=hν0知,截止頻率越大,逸出功越大,故A正確.光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率,與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),故B錯(cuò)誤.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,最大初動(dòng)能與入射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,不會(huì)影響金屬的逸出功,故C錯(cuò)誤.入射光的光強(qiáng)一定時(shí),頻率越高,光子的能量越大,入射光中的光子的數(shù)目越少,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少,故D錯(cuò)誤.
2.(2018天津模擬)現(xiàn)在太陽(yáng)向外輻射的能量是由太陽(yáng)內(nèi)部氫核聚變產(chǎn)生的,大約在40億年以后太陽(yáng)內(nèi)部將會(huì)啟動(dòng)另一種核反應(yīng),其核反應(yīng)方程為24He+24He+24He→612C,到那時(shí)太陽(yáng)向外輻射的能量是由上述兩種核反應(yīng)共同產(chǎn)生的.已知24He的質(zhì)量為m1C的質(zhì)量為m2,則下列判斷正確的是( C )
A.3m1=m2 B.3m1
m2 D.m1=3m2
解析:太陽(yáng)向外輻射的能量是由于太陽(yáng)內(nèi)部氫核聚變產(chǎn)生的,所以核反應(yīng)前后質(zhì)量會(huì)減少,反應(yīng)前的質(zhì)量為3m1,反應(yīng)后的質(zhì)量為m2,所以3m1>m2,故C正確.
3.(2018河北衡水四模)月球上含有豐富的23He(氦3),有它參與的一種核反應(yīng)的方程式為23He+23He→211H+X,如果23He,11H,X質(zhì)量分別為m1,m2,m3,則下列說(shuō)法正確的是( D )
A.該核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為m1-2m2-m3
B.該反應(yīng)屬于裂變反應(yīng)
C.該核反應(yīng)吸收的能量為(2m1-2m2-m3)c2
D.生成物中的X為24He
解析:虧損的質(zhì)量為反應(yīng)前的質(zhì)量減去反應(yīng)后的質(zhì)量,所以為Δm= 2m1-2m2-m3,故A錯(cuò)誤;該核反應(yīng)為聚變反應(yīng),放出能量為(2m1-2m2-m3)c2,故B,C錯(cuò)誤;生成物中的X質(zhì)量數(shù)m=3+3-21=4,電荷數(shù)Z=2+2-12= 2,X為24He,故D正確.
4.(2018重慶二模)如圖所示,為氫原子能級(jí)示意圖的一部分,關(guān)于氫原子,下列說(shuō)法正確的是( C )
A.一個(gè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí),可能輻射出3種不同頻率的電磁波
B.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí),氫原子會(huì)吸收光子,能級(jí)升高
C.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí),氫原子會(huì)向外輻射光子,能級(jí)降低
D.處于不同能級(jí)時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的
解析:一個(gè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí),最多可能輻射2種不同頻率的電磁波,故A錯(cuò)誤;從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí),是從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷,氫原子會(huì)放出光子,能級(jí)降低,故B錯(cuò)誤,C正確;處于不同能級(jí)時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是不一樣的,故D錯(cuò)誤.
5.(2018河南濮陽(yáng)三模)用如圖(甲)所示的電路研究光電效應(yīng)中光電流強(qiáng)度與照射光的強(qiáng)弱、頻率等物理量的關(guān)系.圖中A,K兩極間的電壓大小可調(diào),電源的正負(fù)極也可以對(duì)調(diào),分別用a,b,c三束單色光照射,調(diào)節(jié)A,K間的電壓U,得到光電流I與電壓U的關(guān)系如圖(乙)所示,由圖可知( B )
A.單色光a和c的頻率相同,且a光更弱些,b光頻率最大
B.單色光a和c的頻率相同,且a光更強(qiáng)些,b光頻率最大
C.單色光a和c的頻率相同,且a光更弱些,b光頻率最小
D.單色光a和c的頻率不同,且a光更強(qiáng)些,b光頻率最小
解析:光電流恰為零,此時(shí)光電管兩端加的電壓為遏止電壓,根據(jù)eUc=Ekm=hν-W0,知入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的遏止電壓Uc越大,a光、c光的遏止電壓相等,所以a光、c光的頻率相等,且小于b光頻率;當(dāng)a,c光照射該光電管,因頻率相同,則a光對(duì)應(yīng)的光電流大,因此a光光子數(shù)多,那么a光的強(qiáng)度較強(qiáng),故B正確,A,C,D錯(cuò)誤.
6.(2018浙江二模)關(guān)于輕核聚變和重核裂變,下列說(shuō)法正確的是( BD )
A.聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積
B.發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的原子核必須有足夠大的動(dòng)能
C.我國(guó)已建成生產(chǎn)的秦山和大亞灣核電站,前者是利用核聚變釋放核能,后者是利用核裂變釋放核能
D.一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變成一個(gè)氚核,已知質(zhì)子質(zhì)量為1.007 3 u,中子質(zhì)量為1.008 7 u,氚核質(zhì)量為3.018 0 u,則該反應(yīng)中釋放的核能約為6.24 MeV(1 u相當(dāng)于931.5 MeV)
解析:由核聚變的條件可知,發(fā)生核聚變時(shí)不需要達(dá)到臨界體積,故A錯(cuò)誤;發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí),要求兩核子應(yīng)能達(dá)到較近的距離,故應(yīng)使原子核有足夠大的動(dòng)能,故B正確;目前的核電站均采用核裂變,聚變的應(yīng)用尚在試驗(yàn)階段,故C錯(cuò)誤;根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得,11H+201n→13H,該核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm=1.007 3 u+21.008 7 u-3.018 0 u= 0.006 7 u,則釋放的核能ΔE=Δmc2=0.006 7931.5 MeV=6.24 MeV,故D正確.
7.(2018浙江模擬)云室能顯示射線的徑跡,把云室放在磁場(chǎng)中,從帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的彎曲方向和半徑大小就能判斷粒子的屬性.放射性元素A的原子核靜止放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.5 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中發(fā)生衰變,放射出粒子并變成新原子核B,放射出的粒子與新核運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,測(cè)得兩圓的半徑之比R1∶R2=42∶1,且R1=0.2 m.已知α粒子質(zhì)量mα=6.6410-27 kg,β粒子質(zhì)量mβ=9.110-31 kg,普朗克常量取h=6.610-34 Js,下列說(shuō)法正確的是( ACD )
A.新原子核B的核電荷數(shù)為84
B.放射性元素A原子核發(fā)生的是β衰變
C.衰變放射出的粒子的速度大小為2.4107 m/s
D.如果A原子核衰變時(shí)釋放出一種頻率為1.21015 Hz的光子,那么這種光子能使逸出功為4.54 eV的金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)
解析:由題意可知,靜止的原子核A衰變后的新核B和粒子反向運(yùn)動(dòng),根據(jù)軌跡情況可知粒子為α粒子,由動(dòng)量守恒0=mv-mαvα,粒子做圓周運(yùn)動(dòng)向心力等于洛倫茲力qvB=mv2R,又qα=2e,R1∶R2=42∶1,由以上關(guān)系得新原子核B的電荷量q=84e,故A正確,B錯(cuò)誤;由R1=mαvαqαB,得vα=qαBR1mα=21.610-192.50.26.6410-27 m/s≈2.4107 m/s,故C正確;A原子核衰變時(shí)釋放出一種頻率為1.21015 Hz的光子,依據(jù)ε=hν=6.610-341.2 1015 J=7.9210-19 J=4.95 eV>4.54 eV,因此能使金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng),故D正確.
8.2017年11月6日“華龍一號(hào)”核電項(xiàng)目首臺(tái)發(fā)電機(jī)已通過(guò)了“型式試驗(yàn)”,全部指標(biāo)達(dá)到和優(yōu)于設(shè)計(jì)要求,標(biāo)志著我國(guó)“華龍一號(hào)”首臺(tái)發(fā)電機(jī)自主研制成功.“華龍一號(hào)”是利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電的,92235U是核電站常用的核燃料.92235U受一個(gè)中子轟擊后裂變成56141Ba和3692Kr兩部分,并產(chǎn)生3個(gè)中子.要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積.已知92235U,56141Ba,3692Kr和中子01n的質(zhì)量分別是235.043 9 u,140.913 9 u,91.897 3 u和1.008 7 u.若1 u相當(dāng)于931.5 MeV.則下列說(shuō)法正確的是( BD )
A.該核反應(yīng)方程為92235U→56141Ba+3692Kr+201n
B.該核反應(yīng)方程為92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n
C.因?yàn)榱炎冡尫拍芰?出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少
D.一個(gè)92235U裂變時(shí)放出的能量約為ΔE=200.55 MeV
解析:92235U受一個(gè)中子轟擊后裂變成56141Ba和3692Kr兩部分,并產(chǎn)生3個(gè)中子,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒,則有92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n,故A錯(cuò)誤,B正確;該核反應(yīng)過(guò)程中,發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放能量,但是反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)保持不變,故C錯(cuò)誤;由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,若1 u相當(dāng)于931.5 MeV,代入數(shù)據(jù),解得放出的能量約為ΔE=200.55 MeV,故D正確.
二、非選擇題(本大題共2小題,共36分)
9.(16分)(2018江蘇鹽城三模)光照射某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)得光電子最大初動(dòng)能與照射光頻率的圖像如圖所示,其中圖線與橫軸交點(diǎn)坐標(biāo)為5.51014 Hz.用一束波長(zhǎng)范圍為4.010-7～9.0 10-7 m的可見(jiàn)光照射該金屬時(shí),求光電子的最大初動(dòng)能.已知普朗克常量為h=6.610-34 Js,光在真空中的速度c=3.0108 m/s.
解析:從圖像上可知,逸出功W0=hν0.根據(jù)光電效應(yīng)方程,Ekm=hν-W0.
用一束波長(zhǎng)范圍為λ1～λ2,且λ1<λ2的光照射該金屬時(shí)產(chǎn)生光電 效應(yīng),
入射光的最小波長(zhǎng)為λ1,即頻率最大,
那么產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為Ekm=hcλ1-hν0,
代入數(shù)據(jù)可得Ekm=1.3210-19 J.
答案:1.3210-19 J
10.(20分)(2018江蘇二模)氡存在于建筑水泥、裝飾石材及土壤中,是除吸煙外導(dǎo)致肺癌的重大因素.靜止的氡核86222Rn放出一個(gè)粒子X(jué)后變成釙核84218Po,釙核的動(dòng)能為0.33 MeV,設(shè)衰變放出的能量全部變成釙核和粒子X(jué)的動(dòng)能.
(1)寫(xiě)出上述衰變的核反應(yīng)方程;
(2)求粒子X(jué)的動(dòng)能.(保留兩位有效數(shù)字)
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86222Rn →84218Po+24He.
(2)設(shè)釙核的質(zhì)量為m1、速度為v1,粒子X(jué)的質(zhì)量為m2、速度為v2,根據(jù)動(dòng)量守恒有
0=m1v1-m2v2,
Ek1=p122m1=(m1v1)22m1=0.33 MeV
粒子X(jué)的動(dòng)能為
Ek2=p222m2=(m2v2)22m2=109Ek12=18 MeV.
答案:(1)86222Rn→84218Po+24He (2)18 MeV
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