第20課時近代物理

第20課時近代物理內(nèi)容重要的規(guī)律、公式和二級結(jié)論1.能量量子化、光電效應(yīng)、光子、愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)普朗克提出能量子觀點：ε＝hν；愛因斯坦提出光子的觀點：光子的能量hν。(2)光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。2.光的波粒二象性、粒子的波粒二象性、物質(zhì)波(3)光既有波動性又有粒子性；光的干涉、衍射、偏振說明光具有波動性；光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。(4)德布羅意指出：實物粒子也具有波動性；其波長λ＝eq\f(h,p)。(5)電子束衍射實驗證實了電子的波動性。3.電子的發(fā)現(xiàn)、電子比荷的測定(6)湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，并粗略測出了電子的比荷；說明原子是可以再分的；電子比荷的精確測定是由密立根通過“油滴實驗”完成的。4.α粒子散射實驗，原子的核式結(jié)構(gòu)(7)湯姆遜認(rèn)為原子結(jié)構(gòu)是“棗糕模型”。(8)盧瑟福的α粒子散射實驗說明原子是核式結(jié)構(gòu)模型。5.氫原子光譜、氫原子的能級結(jié)構(gòu)(9)氫原子光譜是線狀光譜，發(fā)光的波長是分立的，不連續(xù)的。(10)玻爾的氫原子能級結(jié)構(gòu)假說：電子軌道是量子化的；原子的能量是量子化的；原子發(fā)光的能量由能級差決定：hν＝En－Em。(11)原子由高能級n向低能級m躍遷時，會產(chǎn)生Ceq\o\al(m,n)種光。6.原子核的組成(12)貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象說明原子核是可再分的。7.放射性、衰變、半衰期(13)半衰期不隨溫度、壓強和與其他元素化合而改變；半衰期具有統(tǒng)計意義，幾個原子核不成立。8.原子核的結(jié)合能、質(zhì)量虧損、愛因斯坦質(zhì)能方程(14)結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核所放出的能量。(15)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，也叫平均結(jié)合能；比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固。(16)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和。(17)愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2。高考題型一光電效應(yīng)能級躍遷角度1光電效應(yīng)規(guī)律及其方程的應(yīng)用1.兩條對應(yīng)關(guān)系(1)光照強度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。2.定量分析時應(yīng)抓住三個關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。(3)逸出功與截止頻率的關(guān)系：W0＝hνc?！纠?】(2022·江蘇如皋一調(diào))利用如圖1所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，滑片P的位置在O點的正上方。已知入射光的頻率大于陰極K的截止頻率，且光的強度較大，則()圖1A.減弱入射光的強度，遏止電壓變小B.P不移動時，微安表的示數(shù)為零C.P向a端移動，微安表的示數(shù)增大D.P向b端移動，光電子到達陽極A的最大動能增大答案D解析遏止電壓僅與入射光頻率有關(guān)，與強度無關(guān)，故A錯誤；P不移動時，由于圖中在光電管中所加電壓為0，微安表應(yīng)有示數(shù)，故B錯誤；P向a端移動，則分壓所得反向電壓變大，電子加速從A端出去的速度變小，則光電流變小，微安表的示數(shù)變小，故C錯誤；P向b端移動，則分壓所得正向電壓變大，由eUAK＝EKA－EK初，光電子到達陽極A的最大動能增大，故D正確。角度2光電效應(yīng)圖像問題光電效應(yīng)的四類圖像分析圖像名稱圖線形狀由圖線直接(或間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線Ek＝hν－h(huán)νc(1)截止頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc(2)逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的絕對值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc：圖線與橫軸交點的橫坐標(biāo)(2)飽和光電流Im：光電流的最大值(3)最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系(1)遏止電壓Uc1>Uc2，則ν1>ν2(2)飽和光電流(3)最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線(1)截止頻率νc：圖線與橫軸的交點的橫坐標(biāo)(2)遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大(3)普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時兩極之間接反向電壓)【例2】(2022·北京高三二模)用圖2甲所示裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，三次用同一光電管在不同光照條件下實驗，記錄微安表的示數(shù)I隨光電管電壓U的變化情況，得到甲、乙、丙三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線，如圖乙所示。下列說法正確的是()圖2A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.丙光的波長小于乙光的波長C.甲光和丙光的強弱程度相同D.甲光和丙光產(chǎn)生的光電子最大初動能相同答案D解析因為Uc1>Uc2，所以ν1>ν2，甲光的頻率小于乙光的頻率，A錯誤；甲和丙遏止電壓相同，頻率相同，都小于乙光的頻率，根據(jù)c＝λν可知，丙光的波長大于乙光的波長，B錯誤；甲光飽和電流大于丙光的飽和電流，甲光的光子數(shù)多于丙光的光子數(shù)，所以甲、丙頻率相同，甲光強丙光弱，C錯誤；甲、丙遏止電壓相同，頻率相同，Ek＝eUc，甲、丙的光電子的最大初動能相同，D正確。角度3能級躍遷問題1.自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。2.受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。(1)光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級差ΔE。(2)碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。(3)大于電離能的光子被吸收，原子被電離。【例3】(2022·廣西高三一模)如圖3為氫原子的能級示意圖?，F(xiàn)用光子能量介于10.00～12.65eV范圍內(nèi)的光去照射一群處于基態(tài)的氫原子，這群氫原子被照射后輻射出的光子中，波長最短的光子能量為()圖3A.12.65eV B.10.00eVC.10.20eV D.12.09eV答案D解析用光子能量介于10.00～12.65eV范圍內(nèi)的光去照射基態(tài)的氫原子，最多可使氫原子躍遷至n＝3能級，因為E4－E1＝－0.85eV－(－13.60eV)＝12.75eV>12.65eV，A錯誤；處于基態(tài)的氫原子，只能吸收能量為某能級與基態(tài)能級能量差的光子。根據(jù)能級圖可知，處于基態(tài)的氫原子吸收光子后最高處在n＝3的能級。輻射出的光子中波長最小、能量最大的為12.09eV，B、C錯誤，D正確?！舅啬芴嵘?.(2022·廣東廣州一模)用兩種不同金屬材料a、b做光電效應(yīng)實驗得到光電子最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖4所示，則下列說法正確的是()圖4A.a的逸出功比b的大B.a的截止頻率比b的小C.直線一定會相交D.a發(fā)生光電效應(yīng)時間較短答案B解析由光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0，由圖可知，當(dāng)最大動能為零時，a的截止頻率更小，故a的逸出功比b的小，故A錯誤，B正確；圖像斜率都為普朗克常量h，圖像不會相交，故C錯誤；無法判斷發(fā)生光電效應(yīng)時間，故D錯誤。2.(2022·北京市海淀區(qū)一模)如圖5所示為氦離子(He＋)的能級圖，根據(jù)玻爾原子理論，關(guān)于氦離子能級躍遷，下列說法正確的是()圖5A.大量處于n＝3能級的氦離子，最多可輻射2種不同頻率的光子B.從n＝4向n＝3能級躍遷，需吸收2.64eV能量C.處于n＝1能級的氦離子，可以吸收54.0eV的能量而發(fā)生電離D.從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子頻率低答案D解析大量處于n＝3能級的氦離子，最多可輻射Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，故A錯誤；因為從n＝4向n＝3能級躍遷，是從高能級向低能級躍遷，要釋放能量，故B錯誤；由圖可知，處于n＝1能級的氦離子要發(fā)生電離，需要吸收的能量應(yīng)滿足ΔE≥0－E1＝54.4eV，故C錯誤；從n＝3躍遷到n＝2能級輻射的光子能量為ΔE′＝E3－E2＝7.56eV，而從n＝2躍遷到n＝1能級輻射的光子能量為ΔE″＝E2－E1＝40.8eV，即從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子的能量小，又因為ε＝hν，所以從n＝3躍遷到n＝2能級比從n＝2躍遷到n＝1能級輻射出的光子頻率低，故D正確。高考題型二原子核角度1核衰變問題1.原子核的衰變特點衰變類型α衰變β衰變衰變次數(shù)的確定：①若eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e，則A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m②因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)衰變方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒2.核衰變規(guī)律：m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))m0，N＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))N0，其中t為衰變的時長，τ為原子核的半衰期。衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定，跟原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān)；半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，對個別、少數(shù)原子核無意義。【例4】(2022·全國甲卷，17)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12) B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8) D.eq\f(N,6)答案C解析根據(jù)題意設(shè)半衰期為t0的元素原子核數(shù)為x，另一種元素原子核數(shù)為y，依題意有x＋y＝N，經(jīng)歷2t0后有eq\f(1,4)x＋eq\f(1,2)y＝eq\f(N,3)，聯(lián)立可得x＝eq\f(2,3)N，y＝eq\f(1,3)N。在t＝4t0時，原子核數(shù)為x的元素經(jīng)歷了4個半衰期，原子核數(shù)為y的元素經(jīng)歷了2個半衰期，則此時未衰變的原子核總數(shù)為n＝eq\f(1,24)x＋eq\f(1,22)y＝eq\f(N,8)，故選項C正確。角度2核反應(yīng)與核能的計算問題1.四種核反應(yīng)類型的比較類型可控性核反應(yīng)方程舉例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素)重核裂變比較容易進行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難人工控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n注意：①所有核反應(yīng)在反應(yīng)前、后都遵守質(zhì)量數(shù)守恒(質(zhì)量不守恒)、電荷數(shù)守恒、動量守恒、能量守恒(機械能不守恒)。②核反應(yīng)通常是不可逆的，核反應(yīng)方程中只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向。2.核能的三種計算方法方法一根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，即ΔE＝Δmc2，Δm為質(zhì)量虧損方法二根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，質(zhì)量的單位是原子質(zhì)量單位方法三結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律進行分析計算，此時要注意動量與動能的關(guān)系式p2＝2mEk的應(yīng)用【例5】(2022·江蘇七市二模)硼中子俘獲療法是腫瘤治療的新技術(shù)，其原理是進入癌細(xì)胞內(nèi)的硼核(eq\o\al(10,5)B)吸收慢中子，轉(zhuǎn)變成鋰核(eq\o\al(7,3)Li)和α粒子，釋放出γ光子。已知核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為Δm，γ光子的能量為E0，硼核的比結(jié)合能為E1，鋰核的比結(jié)合能為E2，普朗克常量為h，真空中光速為c。圖6(1)寫出核反應(yīng)方程并求出γ光子的波長λ；(2)求核反應(yīng)放出的能量E及氦核的比結(jié)合能E3。答案(1)eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He＋γheq\f(c,E0)(2)Δmc2eq\f(Δmc2＋10E1－7E2,4)解析(1)核反應(yīng)方程為eq\o\al(10,5)B＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(4,2)He＋γ根據(jù)E0＝heq\f(c,λ)可求得γ光子的波長λ＝heq\f(c,E0)。(2)由質(zhì)能方程可知，核反應(yīng)中放出的能量E＝Δmc2由能量關(guān)系可得E＝7E2＋4E3－10E1解得E3＝eq\f(Δmc2＋10E1－7E2,4)?！舅啬芴嵘?.(2022·山東菏澤一模)下列說法正確的是()A.銀河系中存在大量的鋁同位素26Al，它的衰變方程為eq\o\al(26,13)Al→eq\o\al(26,12)Mg＋Y，其中Y是質(zhì)子B.核廢料具有很強的放射性，放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，將完全衰變殆盡C.裂變反應(yīng)有質(zhì)量虧損，聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D.γ射線是原子核能級躍遷釋放出的能量，是一種電磁波答案D解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，Y質(zhì)量數(shù)為0，電荷數(shù)為＋1，是正電子，A錯誤；核廢料具有很強的放射性，放射性元素經(jīng)過兩個完整的半衰期后，將剩余原來的四分之一，B錯誤；裂變反應(yīng)有質(zhì)量虧損，聚變反應(yīng)也有質(zhì)量虧損，C錯誤；γ射線是原子核能級躍遷釋放出的能量，是一種電磁波，D正確。4.(2022·湖南岳陽二模)在火星上，太陽能電池板的發(fā)電能力有限，因此科學(xué)家用放射性材料PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電。PuO2中的Pu元素是eq\o\al(238,94)Pu，具有天然放射性，半衰期為87.7年。eq\o\al(238,94)Pu發(fā)生α衰變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(238,94)Pu→X＋eq\o\al(4,2)He，則下列說法正確的是()A.X原子核的中子數(shù)為141B.eq\o\al(238,94)Pu原子核發(fā)生α衰變后產(chǎn)生的新核的比結(jié)合能比eq\o\al(238,94)Pu核的比結(jié)合能小C.10個eq\o\al(238,94)Pu原子核經(jīng)過87.7年后一定還會剩余5個D.Pu的半衰期是由核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系答案D解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X原子核的中子數(shù)為(238－4)－(94－2)＝142，故A錯誤；eq\o\al(238,94)Pu原子核發(fā)生α衰變后產(chǎn)生的新核更穩(wěn)定，所以新核的比結(jié)合能比eq\o\al(238,94)Pu核的比結(jié)合能大，故B錯誤；半衰期是針對大量原子核的統(tǒng)計規(guī)律，對少量原子核不適用，故C錯誤；半衰期是由原子核內(nèi)部自身的因素決定，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部的物理條件沒有關(guān)系，故D正確。5.(2022·遼寧高考，2)2022年1月，中國錦屏深地實驗室發(fā)表了首個核天體物理研究實驗成果。表明我國核天體物理研究已經(jīng)躋身國際先進行列。實驗中所用核反應(yīng)方程為X＋eq\o\al(25,12)Mg→eq\o\al(26,13)Al，已知X、eq\o\al(25,12)Mg、eq\o\al(26,13)Al的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，真空中的光速為c，該反應(yīng)中釋放的能量為E。下列說法正確的是()A.X為氘核eq\o\al(2,1)HB.X為氚核eq\o\al(3,1)HC.E＝(m1＋m2＋m3)c2D.E＝(m1＋m2－m3)c2答案D解析根據(jù)電荷量守恒可知，X的電荷量為1，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為1，則X表示質(zhì)子eq\o\al(1,1)H，故A、B錯誤；這個核反應(yīng)中釋放的核能為：E＝(m1＋m2－m3)c2，故C錯誤，D正確。1.(多選)(2022·浙江6月選考，14)秦山核電站生產(chǎn)eq\o\al(14,6)C的核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋X，其產(chǎn)物eq\o\al(14,6)C的衰變方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e。下列說法正確的是()A.X是eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(14,6)C可以用作示蹤原子C.eq\o\al(0,－1)e來自原子核外D.經(jīng)過一個半衰期，10個eq\o\al(14,6)C將剩下5個答案AB解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)子數(shù)為1，質(zhì)量數(shù)為1，即為eq\o\al(1,1)H，故A正確；常用的示蹤原子有eq\o\al(14,6)C、eq\o\al(16,8)O、eq\o\al(3,1)H，故B正確；β衰變是由原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子和一個電子，電子被釋放出來，所以eq\o\al(0,－1)e來自原子核內(nèi)，故C錯誤；半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，對于大量原子核衰變是成立的，個數(shù)較少時規(guī)律不成立，故D錯誤。2.(2022·湖北高考，1)上世紀(jì)四十年代初，我國科學(xué)家王淦昌先生首先提出證明中微子存在的實驗方案：如果靜止原子核eq\o\al(7,4)Be俘獲核外K層電子e，可生成一個新原子核X，并放出中微子νe，即eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→X＋eq\o\al(0,0)νe。根據(jù)核反應(yīng)后原子核X的動能和動量，可以間接測量中微子的能量和動量，進而確定中微子的存在。下列說法正確的是()A.原子核X是eq\o\al(7,3)LiB.核反應(yīng)前后的總質(zhì)子數(shù)不變C.核反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不同D.中微子νe的電荷量與電子的相同答案A解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，X的質(zhì)量數(shù)為7，電荷數(shù)為3，則原子核X是eq\o\al(7,3)Li，A正確，C錯誤；由選項A可知，原子核X是eq\o\al(7,3)Li，則核反應(yīng)方程為eq\o\al(7,4)Be＋eq\o\al(0,－1)e→eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(0,0)νe，則反應(yīng)前的總質(zhì)子數(shù)為4，反應(yīng)后的總質(zhì)子數(shù)為3，B錯誤；中微子不帶電，則中微子νe的電荷量與電子的不相同，D錯誤。3.(2022·浙江6月選考，7)如圖7為氫原子的能級圖。大量氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向低能級躍遷時放出光子，用這些光子照射逸出功為2.29eV的金屬鈉。下列說法正確的是()圖7A.逸出光電子的最大初動能為10.80eVB.n＝3躍遷到n＝1放出的光電子動量最大C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D.用0.85eV的光子照射，氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)答案B解析從n＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大，根據(jù)Ek＝hν－W0，可得此時最大初動能為Ek＝9.8eV，故A錯誤；從n＝3躍遷到n＝1放出的光電子能量最大，根據(jù)p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)，E＝hν，可知動量也最大，故B正確；大量氫原子從n＝3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)能放出Ceq\o\al(2,3)＝3種頻率的光子，其中從n＝3躍遷到n＝2放出的光子能量為ΔE1＝－1.51eV－(－3.4eV)＝1.89eV<2.29eV，不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)，其他兩種均可以，故C錯誤；由于從n＝3躍遷到n＝4需要吸收的光子能量為ΔE2＝1.51eV－0.85eV＝0.66eV，所以用0.85eV的光子照射，不能使氫原子躍遷到n＝4激發(fā)態(tài)，故D錯誤。4.(2022·河北高考，4)如圖8是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知()圖8A.鈉的逸出功為hνcB.鈉的截止頻率為8.5×1014HzC.圖中直線的斜率為普朗克常量hD.遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比答案A解析根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有eUc＝Ek，根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，結(jié)合圖像可知，當(dāng)Uc為0時，W0＝hνc，A正確；鈉的截止頻率為νc，根據(jù)圖像可知，截止頻率小于8.5×1014Hz，B錯誤；結(jié)合遏止電壓與光電效應(yīng)方程可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知，圖中直線的斜率表示eq\f(h,e)，C錯誤；根據(jù)遏止電壓與入射光的頻率關(guān)系式可知，遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關(guān)系，不是成正比，D錯誤。1.(2022·湖南高考，1)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是()A.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B.玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律C.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性答案C解析玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子的分立光譜，但不足之處是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念，還不能完全揭示微觀粒子的運動規(guī)律，A、B錯誤；光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，C正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證實了電子的波動性，D錯誤。2.(2022·山東高考，1)碘125衰變時產(chǎn)生γ射線，醫(yī)學(xué)上利用此特性可治療某些疾病。碘125的半衰期為60天，若將一定質(zhì)量的碘125植入患者病灶組織，經(jīng)過180天剩余碘125的質(zhì)量為剛植入時的()A.eq\f(1,16) B.eq\f(1,8)C.eq\f(1,4) D.eq\f(1,2)答案B解析設(shè)剛植入時碘的質(zhì)量為m0，經(jīng)過180天后的質(zhì)量為m，根據(jù)m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,T)，代入數(shù)據(jù)解得m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up6(\f(180,60))＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))3＝eq\f(1,8)m0，故B正確。3.(2022·廣東高考，5)目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級的能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中E1＝－13.6eV。圖1是按能量排列的電磁波譜，要使n＝20的氫原子吸收一個光子后，恰好失去一個電子變成氫離子，被吸收的光子是()圖1A.紅外線波段的光子B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子D.X射線波段的光子答案A解析要使處于n＝20的氫原子吸收一個光子后恰好失去一個電子變成氫離子，則需要吸收光子的能量為E＝0－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(－13.6,202)))eV＝0.034eV，結(jié)合題圖可知被吸收的光子是紅外線波段的光子，故A正確。4.(2021·江蘇高考)如圖2所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是()圖2答案C解析根據(jù)動能定理有eU＝Ekm－Ek，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，W0＝hν0，可得Ekm＝eU＋hν－h(huán)ν0，由于截止頻率ν1＜ν2，所以圖像正確的是C。5.(2022·山東濟南二模)“沉睡三千年，一醒驚天下”，考古工作者在三星堆遺址新發(fā)現(xiàn)6座三星堆文化“祭祀坑”。要確定三星堆文明存在的時代，14C年代檢測是一種較為精確的方法。14C斷定年代的原理是，不論處在古代還是現(xiàn)代，活的生物體因不斷從外界吸收14C，使得體內(nèi)14C的數(shù)量與排泄和衰變達到相對平衡，因而，活的生物體內(nèi)，每秒鐘因14C的β衰變輻射出的電子數(shù)目N也基本穩(wěn)定，但生物體死亡后，體內(nèi)的14C的數(shù)量會因β衰變而減少，每秒鐘輻射出的電子數(shù)目n也隨著年代的久遠而減少，根據(jù)14C的半衰期τ和測得的N、n的數(shù)值，便可推算出生物體死亡的年代t。以下判斷正確的是()A.n＝Neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(τ,t))B.14C發(fā)生β衰變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(14,7)NC.測量N和n時，需使被測生物體所處環(huán)境的溫度相同D.測量N和n時，需將生物體內(nèi)處于化合態(tài)的14C分離成單質(zhì)態(tài)的14C答案B解析根據(jù)半衰期的定義可得n＝Neq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，故A錯誤；14C發(fā)生β衰變時，釋放出一個電子，衰變的核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(14,7)N，B正確；14C發(fā)生β衰變的半衰期與14C所處的環(huán)境，包括溫度高低、處于單質(zhì)狀態(tài)還是化合狀態(tài)等均無關(guān)，故C、D錯誤。6.(2022·廣東江門一模)入射光照射到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則()A.從光照至金屬表面上到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B.逸出的光電子的最大初動能將減小C.單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少D.有可能不發(fā)生光電效應(yīng)答案C解析光的強弱影響的是單位時間內(nèi)發(fā)出的光電子的數(shù)目，不影響發(fā)射出光電子的時間間隔，故A錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，入射光的頻率不變，則最大初動能不變，故B錯誤；單位時間內(nèi)從金屬表面逸出的光電子數(shù)目將減少，故C正確；入射光頻率不變，故仍然能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。7.(2022·河北石家莊一模)核電池是各種深空探測器中最理想的能量源，它不受極冷極熱的溫度影響，也不被宇宙射線干擾。钚－238同位素溫差電池的原理是其發(fā)生衰變時將釋放的熱能轉(zhuǎn)化為電能。已知钚－238的半衰期為88年，其衰變方程為eq\o\al(238,94)Pu→eq\o\al(234,92)U＋X。下列說法正確的是()A.衰變放出的射線是高速氦核流，它的貫穿能力很強B.eq\o\al(238,94)Pu的比結(jié)合能小于eq\o\al(234,92)U的比結(jié)合能C.eq\o\al(238,94)Pu的核子平均質(zhì)量小于eq\o\al(234,92)U的核子平均質(zhì)量D.钚－238在極高壓下可加速衰變，其半衰期可小于88年答案B解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可判斷X是eq\o\al(4,2)He，氦核流的貫穿能力很弱，電離能力很強，故A錯誤；eq\o\al(234,92)U比eq\o\al(238,94)Pu更穩(wěn)定，則比結(jié)合能更大，故B正確；因為釋放能量，存在質(zhì)量虧損，所以eq\o\al(238,94)Pu的核子平均質(zhì)量大于eq\o\al(234,92)U，故C錯誤；原子核半衰期與外界環(huán)境無關(guān)，故D錯誤。8.(2022·山東濰坊一模)已知eq\o\al(234,90)Th半衰期為1.2min，其衰變方程為eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋X＋ΔE，X是某種粒子，ΔE為釋放的核能。真空中光速為c，用質(zhì)譜儀測得eq\o\al(234,90)Th原子核質(zhì)量為m。下列說法正確的是()A.eq\o\al(234,90)Th發(fā)生的是α衰變B.eq\o\al(234,91)Pa原子核質(zhì)量大于mC.100個eq\o\al(234,90)Th原子核經(jīng)過2.4min，一定有75個發(fā)生了衰變D.若中子質(zhì)量為mn，質(zhì)子質(zhì)量為mh，則eq\o\al(234,90)Th核的比結(jié)合能為eq\f(（90mh＋144mn－m）c2,234)答案D解析根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒可知，X是eq\o\al(0,－1)e，eq\o\al(234,90)Th發(fā)生的是β衰變，故A錯誤；因為衰變過程有質(zhì)量虧損，所以eq\o\al(234,91)Pa原子核質(zhì)量小于m，故B錯誤；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，統(tǒng)計少量個數(shù)原子核是沒有意義的，故C錯誤；若中子質(zhì)量為mn，質(zhì)子質(zhì)量為mh，則eq\o\al(234,90)Th核的比結(jié)合能為eq\o(E,\s\up6(－))＝eq\f(E,N)＝eq\f(（90mh＋144mn－m）c2,234)，N為核子數(shù)，故D正確。9.(2022·陜西寶雞一模)如圖3所示是氫原子的能級圖，對于一群處于n＝4的氫原子，下列說法中正確的是()圖3A.這群氫原子能夠吸收任意能量的光子后向更高能級躍遷B.從n＝4能級躍遷到n＝3能級發(fā)出的光的波長最長C.這群氫原子能夠發(fā)出4種不同頻率的光D.如果發(fā)出的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，一定是由n＝2能級躍遷到n＝1能級發(fā)出的答案B解析根據(jù)躍遷假設(shè)，氫原子可以吸收特定能量的光子后向更高能級躍遷，故A錯誤；根據(jù)躍遷假設(shè)，有eq\f(hc,λ)＝En－Em，在所有能級差中，從n＝4能級躍遷到n＝3能級的能級差最小，所以其波長最長，故B正確；根據(jù)躍遷時的規(guī)律，理論上任意兩個能級間均可發(fā)生躍遷，有Ceq\o\al(2,4)＝6這群氫原子能夠發(fā)出6種不同頻率的光，故C錯誤；產(chǎn)生光電效應(yīng)，需要入射光的頻率大于等于金屬的極限頻率，故如果發(fā)出的光子中只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，那么一定是所有光中，頻率最高的，根據(jù)躍遷假設(shè)hν＝En－Em可知一定是由n＝4能級躍遷到n＝1能級發(fā)出的，故D錯誤。10.(2022·廣東預(yù)測)智能帶有感光功能，可以自動調(diào)整屏幕亮度，其光線傳感器的工作原理是光電效應(yīng)。在光電效應(yīng)中，當(dāng)一定頻率的光照射某種金屬時，實驗得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖4所示，其橫截距為a，縱截距為－b，元電荷電量為e。下列說法正確的是()圖4A.遏止電壓與入射光的頻率成正比B.金屬的截止頻率為bC.金屬的逸出功為ebD.普朗克常量h＝eq\f(ea,b)答案C解析由eUc＝Ekm＝hν－W0得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，則入射光的頻率與遏止電壓成線性關(guān)系但不是正比關(guān)系，故A錯誤；由公式W0＝hν0得金屬的截止頻率ν0＝a，故B錯誤；結(jié)合圖像得k＝eq\f(h,e)＝eq\f(b,a)，eq\f(W0,e)＝b，故金屬的逸出功W0＝eb，普朗克常量h＝eq\f(eb,a)，故C正確，D錯誤。11.(2022·東北師大附中模擬)物理學(xué)中，將如同eq\o\al(3,2)He是eq\o\al(3,1)H這樣質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)互換的原子核互稱為“鏡像核”。已知eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量分別為m3H＝3.016050u和mHe＝3.016029u，中子和質(zhì)子質(zhì)量分別是mn＝1.008665u和mp＝1.007825u，則關(guān)于“鏡像核”及核反應(yīng)，下列說法正確的是()A.eq\o\al(15,7)N和eq\o\al(16,8)O互為“鏡像核”B.eq\o\al(13,7)N和eq\o\al(13,6)C互為“鏡像核”C.互為“鏡像核”的兩個原子核的結(jié)合能是一樣的D.核反應(yīng)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n的生成物中有α粒子，該反應(yīng)是α衰變答案B解析eq\o\al(15,7)N的質(zhì)子數(shù)為