高中物理高考一輪復(fù)習(xí)一輪復(fù)習(xí) 2023屆高三專題復(fù)習(xí) 二十一 原子物理

專題二十一原子物理一、考點分析一、考點分析記住幾個二級結(jié)論：(1)遏止電壓Uc與入射光頻率ν、逸出功W0間的關(guān)系式：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)。(2)截止頻率νc與逸出功W0的關(guān)系：hνc－W0＝0，據(jù)此求出截止頻率νc。(3)光照引起的原子躍遷，光子能量必須等于能級差；碰撞引起的躍遷，只需要實物粒子的動能大于(或等于)能級差。(4)大量處于定態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時可能產(chǎn)生的光譜線條數(shù)：Cn2＝eq\f(nn－1,2)。(5)磁場中的衰變：外切圓是α衰變，內(nèi)切圓是β衰變，半徑與電荷量成反比。(6)平衡核反應(yīng)方程：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。二、考題再現(xiàn)二、考題再現(xiàn)典例1.(2023?全國I卷?14)氫原子能級示意圖如圖所示，光子能量在eV～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()A．eVB．eVC．eVD．eV【解析】因為可見光光子的能量范圍是～eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n＝3能級，要給氫原子提供的能量最少為E＝(－＋eV＝eV，即選項A正確?！敬鸢浮緼典例2.(2023?全國II卷?15)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子－質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν。已知eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量分別為mp＝8u和mα＝6u，1u＝931MeV/c2，c為光速．在4個eq\o\al(1,1)H轉(zhuǎn)變成1個eq\o\al(4,2)He的過程中，釋放的能量約為()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV【解析】核反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝4×8u－6u＝6u，釋放的能量ΔE＝6×931MeV＝MeV，選項C正確?！敬鸢浮緾三、對點速練三、對點速練1．下列說法正確的是()A．放射性元素的半衰期與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)B．結(jié)合能越大，原子中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定C．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因為該束光的波長太短D．各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量（頻率）不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈【答案】D【解析】原子核的半衰期由核內(nèi)部自身因素決定，與原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件無關(guān)，故選項A錯誤；比結(jié)合能越大，原子中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，與原子核的合能無關(guān)，故選項B錯誤；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光的頻率小于金屬的極限頻率，即光子的能量太小，該束光的波長太長，故選項C錯誤；根據(jù)玻爾理論，各種氣體原子的能級不同，躍遷時發(fā)射光子的能量（頻率）不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈，故選項D正確。2．下列說法中正確的是()A．光電效應(yīng)說明光具有粒子性的，它是愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)并加以理論解釋的B．235U的半衰期約為7億年，隨著地球環(huán)境的變化，半衰期可能變短C．盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，揭示了原子核的結(jié)構(gòu)D．據(jù)波爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，氫原子的電勢能減小，核外電子的動能增大【答案】D【解析】光電效應(yīng)說明光具有粒子性，不是波動性的，光電效應(yīng)是由赫茲發(fā)現(xiàn)的，不是愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)，故選項A錯誤；半衰期不會隨地球環(huán)境的變化而變化，故選項B錯誤；盧瑟福通過對α粒子散射實驗的研究，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)，故選項C錯誤；據(jù)波爾理論可知，氫原子輻射出一個光子后，原子能量減小，軌道半徑減小，根據(jù)ke2r3．下列說法正確的是()A．衰變成要經(jīng)過4次α衰變和2次β衰變B．核泄漏事故污染物Cs137能夠產(chǎn)生對人體有害的輻射，其核反應(yīng)方程式為，可以判斷x為質(zhì)子C．玻爾理論的假設(shè)是原子能量的量子化和軌道量子化D．康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，電子的衍射實驗說明實物粒子只具有粒子性【答案】C【解析】因為β衰變時質(zhì)量數(shù)不變，所以α衰變的次數(shù)n=232-2084=6，在α衰變的過程中電荷數(shù)總共少6×2=12，則β衰變的次數(shù)m=12-90-821=4，故選項A錯誤；核反應(yīng)方程式為

55137Cs→56137B4．如圖所示為氫原子的能級圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子，用這些光照射逸出功為eV的金屬銫，下列說法正確的是()A．這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光，其中從n＝4躍遷到n＝3所發(fā)出的光波長最短B．這群氫原子能發(fā)出3種頻率不同的光，其中從n＝4躍遷到n＝1所發(fā)出的光頻率最高C．金屬銫表面所逸出的光電子的初動能最大值為eVD．金屬銫表面所逸出的光電子的初動能最大值為eV【答案】D【解析】從n＝4躍遷到n＝3所發(fā)出的光的頻率最小，波長最長，選項A錯誤；這群氫原子能發(fā)出第=6種頻率的光子，從n＝4躍遷到n＝1所發(fā)出的光的頻率最高，選項B錯誤；光電子的最大初動能對應(yīng)入射光子的頻率最高時，最大入射光能量對應(yīng)的入射光子的頻率最高，即ΔE＝E4－E1＝－eV－(－eV)＝eV，由光電效應(yīng)方程知Ek＝ΔE－W0＝eV，選項C錯誤，D正確。5．根據(jù)玻爾理論，氫原子的能級公式為(n為能級，A為基態(tài)能量)，一個氫原子中的電子從n＝4的能級直接躍遷到基態(tài)，在此過程中()A．氫原子輻射一個能量為eq\f(15A,16)的光子B．氫原子輻射一個能量為－eq\f(15A,16)的光子C．氫原子輻射一系列頻率的光子，其中頻率最大的光子能量為eq\f(15A,16)D．氫原子輻射一系列頻率的光子，其中頻率最大的光子能量為－eq\f(15A,16)【答案】B【解析】根據(jù)玻爾理論，一個氫原子中的電子從n＝4的能級直接躍遷到基態(tài)，輻射一個光子的能量為ΔE＝E4－E1＝eq\f(A,42)－eq\f(A,12)＝－eq\f(15A,16)，選項B正確，A、C、D錯誤。6．下列說法正確的是()A．光子像其他粒子一樣，不但具有能量，也具有動量B．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定C．將由放射性元素組成的化合物進行高溫分解，會改變放射性元素的半衰期D．原子核的質(zhì)量大于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損【答案】A【解析】光子像其他粒子一樣，不但具有粒子性，而且也有波動性，則不但具有能量，也具有動量，故A正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，B錯誤；放射性元素的半衰期與外界因素沒有任何關(guān)系，只和本身性質(zhì)有關(guān)，C錯誤；原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，故D錯誤。7．用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象。閉合開關(guān)S，用頻率為ν的光照射光電管時發(fā)生了光電效應(yīng)。圖乙是該光電管發(fā)生光電效應(yīng)時光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖象，圖線與橫軸的交點坐標為(a，0)，與縱軸的交點坐標為(0，－b)，下列說法中正確的是()A．普朗克常量為h＝eq\f(a,b)B．斷開開關(guān)S后，電流表G的示數(shù)不為零C．僅增加照射光的強度，光電子的最大初動能將增大D．保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，電流表G的示數(shù)保持不變【答案】B【解析】由hν＝W0＋Ek，變形得Ek＝hν－W0，可知圖線的斜率為普朗克常量，即h＝eq\f(b,a)，故A錯誤；斷開開關(guān)S后，初動能大的光電子，也可能達到陽極，所以電流表G的示數(shù)不為零，故B正確；只有增大入射光的頻率，才能增大光電子的最大初動能，與光的強度無關(guān)，故C錯誤；保持照射光強度不變，僅提高照射光頻率，單個光子的能量增大，而光的強度不變，那么光子數(shù)一定減少，發(fā)出的光電子數(shù)也減少，電流表G的示數(shù)要減小，故D錯誤。8．靜止在勻強電場中的碳14原子核，某時刻放射的某種粒子與反沖核的初速度方向均與電場方向垂直，且經(jīng)過相等的時間后形成的軌跡如圖所示(a、b表示長度)。那么碳14的核反應(yīng)方程可能是()A．B．C．D．【答案】A【解析】設(shè)時間為t，則eq\f(\f(1,2)a1t2,v1t)＝2，eq\f(\f(1,2)a2t2,v2t)＝4，而a＝eq\f(qE,m)，故有eq\f(q1,m1v1)∶eq\f(q2,m2v2)＝1∶2，又因為動量守恒m1v1＝m2v2，故q1∶q2＝1∶2，故只有A正確。9．用a、b兩種不同頻率的光分別照射同一金屬板，發(fā)現(xiàn)當a光照射時驗電器的指針偏轉(zhuǎn)，b光照射時指針未偏轉(zhuǎn)，以下說法正確的是()A．增大a光的強度，驗電器的指針偏角一定減小B．a(chǎn)光照射金屬板時驗電器的金屬小球帶負電C．a(chǎn)光在真空中的波長小于b光在真空中的波長D．若a光是氫原子從n＝4的能級向n＝1的能級躍遷時產(chǎn)生的，則b光可能是氫原子從n＝5的能級向n＝2的能級躍遷時產(chǎn)生的【答案】CD【解析】增大a光的強度，從金屬板中打出的光電子數(shù)增多，驗電器帶電荷量增大，指針偏角一定增大，A錯誤；a光照射到金屬板時發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，從金屬板中打出電子，金屬板帶正電，因此，驗電器的金屬小球帶正電，B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率，因此a光的頻率大于b光的頻率，a光在真空中的波長小于b光在真空中的波長，C正確；氫原子從n＝4的能級向n＝1的能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量大于氫原子從n＝5的能級向n＝2的能級躍遷時產(chǎn)生的光子能量，D正確。10．如圖所示為氫原子的能級圖，當氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級時，輻射出光子a；當氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級時，輻射出光子b，則下列說法中正確的是()A．光子a的能量大于光子b的能量B．光子a的波長小于光子b的波長C．b光比a光更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象D．在同種介質(zhì)中，a光子的傳播速度大于b光子的傳播速度【答案】D【解析】氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝2的能級的能級差小于從n＝3的能級躍遷到n＝1的能級時的能級差，根據(jù)Em－En＝hν，知光子a的能量小于光子b的能量，故A錯誤；光子a的頻率小于光子b的頻率，所以b的頻率大，波長小，所以a光更容易發(fā)生衍射，故B、C錯誤；光子a的頻率小，則折射率小，根據(jù)v＝eq\f(c,n)知，光子a在介質(zhì)中的傳播速度大于光子b在介質(zhì)中的傳播速度，故D正確。11．按照玻爾原子理論，氫原子中的電子離原子核越遠，氫原子的能量________(選填“越大”或“越小”)。已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E1＜0)，電子質(zhì)量為m，基態(tài)氫原子中的電子吸收一頻率為ν的光子被電離后，電子速度大小為________(普朗克常量為h)?！敬鸢浮吭酱骵q\r(\f(2（hν＋E1）,m))【解析】電子離原子核越遠電勢能越大，原子能量也就越大；根據(jù)動能定理有，hν＋E1＝eq\f(1,2)mv2，所以電離后電子速度為eq\r(\f(2（hν＋E1）,m))。12．小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖甲所示．已知普朗克常量h＝×10－34J·s。(1)圖甲中電極A為光電管的________(選填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，則銣的截止頻率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果實驗中入射光的頻率ν＝×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek＝________J?！敬鸢浮?1)陽極(2)×1014[～×1014均視為正確]×10－19[～×10－19均視為正確](3)×10－19[～×10－19均視為正確]【解析】(1)在光電效應(yīng)中，電子向A極運動，故電極A為光電管的陽極。(2)由題圖可知，銣的截止頻率νc為×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝×10－34××1014J≈×10－19J。(3)當入射光的頻率為ν＝×1014Hz時，由Ek＝hν－h(huán)νc得，光電子的最大初動能為Ek＝×10－34×－×1014J≈×10－19J。13．如圖所示是研究光電管產(chǎn)生的電流的電路圖，A、K是光電管的兩個電極，已知該光電管陰極的極限頻率為ν0。現(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，則：(1)________是陰極，陰極材料的逸出功等于________。(2)加在A、K間的正向電壓為U時，到達陰極的光電子的最大動能為____________，將A、K間的正向電壓從零開始逐漸增加，電流表的示數(shù)的變化情況是________________。(3)為了阻止光電子到達陽極，在A、K間應(yīng)加U反＝________的反向電壓。(4)下列方法一定能夠增加飽和光電流的是________。A．照射光頻率不變，增加光強B．照射光強度不變，增加光的頻率C．增加A、K電極間的電壓D．減小A、K電極間的電壓【答案】(1)Khν0(2)hν－h(huán)ν0＋eU逐漸增大，直至保持不變(3)eq\f(hν－h(huán)ν0,e)(4)A【解析】(1)被光照射的金屬將有光電子逸出，故K是陰極，逸出功與極限頻率的關(guān)系為W0＝hν0。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，逸出的光電子的最大初動能為hν－h(huán)ν0，經(jīng)過電場加速獲得的能量為eU，所以到達陽極的光電子的最大動能為hν－h(huán)ν0＋eU，隨著電壓增加，單位時間內(nèi)到達陽極的光電子數(shù)量