2025屆高考物理二輪復(fù)習(xí)專題五光電效應(yīng)原子結(jié)構(gòu)原子核作業(yè)含解析

PAGE8-專題五光電效應(yīng)原子結(jié)構(gòu)原子核(45分鐘)[基礎(chǔ)題組專練]1．(2024·湖北天門、仙桃等八市其次次聯(lián)考)下列現(xiàn)象中，原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生了變更的是()A．氫氣放電管發(fā)出可見光B．β衰變放出β粒子C．α粒子散射現(xiàn)象D．光電效應(yīng)現(xiàn)象解析：氫氣放電管發(fā)出可見光是原子從較高能級躍遷至較低能級的結(jié)果，是由原子核外電子運(yùn)動產(chǎn)生的，與原子核內(nèi)部變更無關(guān)，故A錯誤；β衰變放出β粒子是原子核內(nèi)一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子，所以導(dǎo)致原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生了變更，故B正確；α粒子散射試驗表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，故C錯誤；光電效應(yīng)是原子核外電子汲取光子能量逃逸出來的現(xiàn)象，跟原子核內(nèi)部變更無關(guān)，故D錯誤。答案：B2．(多選)我國核聚變反應(yīng)探討大科學(xué)裝置“人造太陽”2024年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A．核聚變比核裂變更為平安、清潔B．任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加解析：核聚變沒有放射性污染，平安、清潔，故A對；只有原子序數(shù)小的“輕”核才能發(fā)生聚變，故B錯；輕核聚變成質(zhì)量較大的原子核，核子的比結(jié)合能增加，總質(zhì)量減小，故C錯，D對。答案：AD3．(多選)(2024·高考全國卷Ⅰ)下列核反應(yīng)方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(1,0)n＋X1B.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(1,0)n＋X2C.eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3X3D.eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→eq\o\al(3,1)H＋X4解析：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(3,2)He，A錯誤；eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(4,2)He，B正確；eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，C錯誤；eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(6,3)Li→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He，D正確。答案：BD4．(2024·福建福州高三下學(xué)期5月模擬)下列說法正確的是()A．發(fā)覺自然放射現(xiàn)象的意義在于使人類相識到原子具有困難的結(jié)構(gòu)B．結(jié)合能越大的原子核，原子核中的核子結(jié)合得越堅固，原子核越穩(wěn)定C．依據(jù)玻爾理論可知，氫原子核外電子躍遷過程中電子的電勢能和動能之和守恒D．在光電效應(yīng)試驗中，用同種頻率的光照耀不同的金屬表面，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能Ek越大，則這種金屬的逸出功W0越小解析：發(fā)覺自然放射現(xiàn)象的意義在于使人類相識到原子核具有困難的結(jié)構(gòu)，選項A錯誤。比結(jié)合能越大的原子核，原子核中的核子結(jié)合得越堅固，原子核越穩(wěn)定，選項B錯誤。依據(jù)玻爾理論可知，氫原子核外電子躍遷過程，電子的總能量將減小(或增加)，即電子的電勢能和動能之和是不守恒的，這是因為氫原子要輻射(或汲取)光子，故C錯誤；依據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，用同種頻率的光照耀不同的金屬表面，從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，則這種金屬的逸出功越小，故D正確。答案：D5．(多選)(2024·高考全國卷Ⅲ)1934年，約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔，首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X，反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→X＋eq\o\al(1,0)n。X會衰變成原子核Y，衰變方程為X→Y＋eq\o\al(0,1)e。則()A．X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B．X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C．X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2D．X的質(zhì)量數(shù)與eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)相等解析：發(fā)生核反應(yīng)前后滿意質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，則可推斷X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等；X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1；X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2；X的質(zhì)量數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)多3。答案：AC6．(2024·河北石家莊高三下學(xué)期5月二模)一個氘核和一個氚核結(jié)合成一個氦核，同時放出一個中子，其聚變反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知氘核、氚核和氦核的結(jié)合能分別為E1、E2、E3，光在真空中的傳播速度為c。在上述聚變反應(yīng)方程中質(zhì)量虧損為()A.eq\f(（E1＋E2）－E3,c2) B．eq\f(E3－（E1＋E2）,c2)C.eq\f(E1＋E2＋E3,c2) D．eq\f(－E1－E2－E3,c2)解析：反應(yīng)過程釋放的核能為ΔE＝E3－(E1＋E2)，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程有ΔE＝Δmc2，解得質(zhì)量虧損為Δm＝eq\f(E3－（E1＋E2）,c2)，故B正確，A、C、D錯誤。答案：B7．(2024·遼寧遼陽高三下學(xué)期二模)用eq\o\al(1,0)n轟擊eq\o\al(235,92)U產(chǎn)生了m個某種粒子，核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋mX，則()A．方程式中的m＝3B．方程式中的X是α粒子C.eq\o\al(144,56)Ba的比結(jié)合能肯定小于eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能D．該反應(yīng)須要汲取熱量解析：依據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，方程式中的m＝3，選項A正確；方程式中的X是中子，選項B錯誤；依據(jù)比結(jié)合能曲線可知，中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能大，輕核和重核的比結(jié)合能小，即eq\o\al(144,56)Ba的比結(jié)合能肯定大于eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能，選項C錯誤；該反應(yīng)放出熱量，選項D錯誤。答案：A8．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＋2γ。已知eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量分別為mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，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．8MeV B．16MeVC．26MeV D．52MeV解析：因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計算中可忽視不計。質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.0078－4.0026)×931MeV≈26.6MeV。答案：C9．(2024·河南信陽高三診斷)如圖所示為光電管工作原理圖，當(dāng)有波長(均指真空中的波長，下同)為λ的光照耀陰極K時，電路中有光電流，則()A．換用波長為λ1(λ1>λ)的光照耀陰極K時，電路中肯定沒有光電流B．換用波長為λ2(λ2<λ)的光照耀陰極K時，電路中肯定有光電流C．增大電路中電源的路端電壓，電路中的光電流肯定增大D．將電路中電源的極性反接，電路中肯定沒有光電流解析：當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時，就會發(fā)生光電效應(yīng)，換用波長為λ1(λ1>λ)的光照耀陰極K時，光頻率變小，假如仍大于陰極K的極限頻率，仍會發(fā)生光電效應(yīng)，電路中仍有光電流，選項A錯誤；換用波長為λ2(λ2<λ)的光照耀陰極K時，頻率變大，肯定能發(fā)生光電效應(yīng)，電路中肯定有光電流，選項B正確；若電路中已達(dá)到飽和電流，增加電路中電源的路端電壓，電路中的光電流不再增大，選項C錯誤；將電路中電源的極性反接，若電源電壓小于遏止電壓，光電子可以到達(dá)陽極，電路中有光電流，選項D錯誤。答案：B10．氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV～3.10eV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)給氫原子供應(yīng)的能量為()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eV解析：可見光光子能量范圍為1.63eV～3.10eV，則氫原子能級差應(yīng)當(dāng)在此范圍內(nèi)，可簡潔推算如下：2、1能級差為10.20eV，此值大于可見光光子的能量；3、2能級差為1.89eV，此值屬于可見光光子的能量，符合題意，即處于基態(tài)的氫原子至少被激發(fā)到n＝3能級才可輻射出可見光光子。氫原子處于基態(tài)，要使氫原子達(dá)到第3能級，需供應(yīng)的能量為－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是供應(yīng)應(yīng)氫原子的最少能量，選項A正確。答案：A11．光電管是一種利用光照耀產(chǎn)生電流的裝置，當(dāng)入射光照在管中金屬板上時，可能形成光電流。表中給出了6次試驗的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動能/eV第一組1234.04.04.0弱中強(qiáng)2943600.90.90.9其次組4566.06.06.0弱中強(qiáng)2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A．兩組試驗采納了不同頻率的入射光B．兩組試驗所用的金屬板材質(zhì)不同C．若入射光子的能量為5.0eV，逸出光電子的最大動能為1.9eVD．若入射光子的能量為5.0eV，相對光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越大解析：光子的能量E＝hν，入射光子的能量不同，故入射光子的頻率不同，故A對；由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程hν＝W0＋Ek，可求出兩組試驗的逸出功W0均為3.1eV，故兩組試驗所用的金屬板材質(zhì)相同，故B錯；由hν＝W0＋Ek，W0＝3.1eV，當(dāng)hν＝5.0eV時，Ek＝1.9eV，故C對；光強(qiáng)越強(qiáng)，單位時間內(nèi)射出的光子數(shù)越多，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，形成的光電流越大，故D對。答案：B[實力題組專練]12．(2024·遼寧葫蘆島高三第一次模擬)大量氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級，輻射出的光照耀下列三種金屬，電子電荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.30×10－34金屬鎢鈣鉀極限頻率(1014Hz)10.957.735.44A．僅鉀能產(chǎn)生光電子 B．鉀、鈣能產(chǎn)生光電子C．都能產(chǎn)生光電子 D．都不能產(chǎn)生光電子解析：氫原子從n＝4能級躍遷到n＝2能級，輻射出的光能量為E1＝－0.85eV－(－3.4)eV＝2.55eV，從n＝4能級躍遷到n＝3能級輻射出的光能量為E2＝－0.85eV－(－1.51)eV＝0.66eV，從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光能量為E3＝－1.51eV－(－3.40)eV＝1.89eV。鎢對應(yīng)的逸出功為W鎢＝eq\f(6.30×10－34×10.95×1014,1.6×10－19)eV≈4.31eV，鈣對應(yīng)的逸出功為W鈣＝eq\f(6.30×10－34×7.73×1014,1.6×10－19)eV≈3.04eV，鉀對應(yīng)的逸出功為W鉀＝eq\f(6.30×10－34×5.44×1014,1.6×10－19)eV≈2.14eV，則僅鉀能產(chǎn)生光電效應(yīng)即產(chǎn)生光電子，故A正確，B、C、D錯誤。答案：A13．(2024·河北衡水中學(xué)高三調(diào)研)下列說法正確的是()A．原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子放射到核外，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1620年，所以一個確定的氡222核肯定比一個確定的鐳226核先衰變C．依據(jù)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，電勢能增大，電子的動能減小，原子的總能量減小D．原子核越大，它的結(jié)合能越高，原子核能級越穩(wěn)定解析：原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成一個質(zhì)子和一個電子，這種轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的電子放射到核外，就是β粒子，這就是β衰變的實質(zhì)，故A正確；對于大量原子有半數(shù)發(fā)生衰變所用的時間是半衰期，對于一個確定的原子核，半衰期沒有意義，故B錯誤；依據(jù)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，電子的動能減小，電勢能增大，原子的總能量增加，故C錯誤；結(jié)合能越高，原子核不肯定穩(wěn)定，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D錯誤。答案：A14．(多選)(2024·遼寧大連聯(lián)考)在足夠大的勻強(qiáng)磁場中，靜止的鈉的同位素eq\o\al(24,11)Na發(fā)生衰變，沿與磁場垂直的方向釋放出一個粒子后，變?yōu)橐粋€新核，新核與放出的粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡均為圓，如圖所示。下列說法正確的是()A．新核為eq\o\al(24,12)MgB．軌跡2是新核的徑跡C.eq\o\al(24,11)Na發(fā)生的是α衰變D．新核沿順時針方向旋轉(zhuǎn)解析：依據(jù)動量守恒可知，放出的粒子與新核的速度方向相反，由左手定則推斷可知，放出的粒子應(yīng)帶負(fù)電，是β粒子，所以發(fā)生的是β衰變，依據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，衰變方程為eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e，可知新核為eq\o\al(24,12)Mg，選項A正確，C錯誤；由題意，靜止的鈉核發(fā)生衰變時動量守恒，釋放出的粒子與新核的動量大小相等，兩個粒子在勻強(qiáng)磁場中都做勻速圓周運(yùn)動，因為新核的電荷量大于所釋放出的粒子電荷量，由半徑公式r＝eq\f(mv,qB)可知，新核的半徑小于β粒子的半徑，所以軌跡2是新核的徑跡，選項B正確；依據(jù)洛倫茲力供應(yīng)向心力，由左手定則推斷得知，新核要沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，選項D錯誤。答案：AB15．(2024·四川南充高級中學(xué)高三模擬)一個靜止的鈾核eq\o\al(232,92)U(質(zhì)量為232.0372u)放出一個α粒子(質(zhì)量為4.0026u)后衰變成釷核eq\o\al(228,90)Th(質(zhì)量為228.0287u)。已知1u相當(dāng)于931MeV的能量。下列說法正確的是()A．該核衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeB．該核衰變反應(yīng)中釋放出的核能為0.059MeVC．該反應(yīng)產(chǎn)生的釷核和α粒子的動量相同D．假設(shè)反應(yīng)中釋放出的核能全部轉(zhuǎn)化為釷核和α粒子的動能，則釷核獲得的動能約為0.017MeV解析：由題意可知，該核衰變反應(yīng)方程為eq\o\al(232,92)U→eq\o\al(228,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，選項A正確；質(zhì)量虧損Δm＝0.0059u，釋放出的核能ΔE＝0.0059×931MeV≈5.49MeV，選項B錯誤；由該核衰變反應(yīng)過程中系統(tǒng)動量守恒，可知反應(yīng)后的釷核和α粒子的動量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，又EkTh＝eq\f(peq\o\al(2,Th),2mTh)，Ekα＝eq\f(peq\o\al(2,α),2mα)，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以釷核獲得的動能EkTh＝eq\f(mα,mα