專題16-歷代物理學初步及原子物理(原卷版)

專題16：歷代物理學初步及原子物理考點01光電效應 1考點02原子結構及能級躍遷 4考點03核反應方程及核能的計算 5考點01光電效應【考點詮釋】1．兩條主線(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。2．三個關系式(1)愛因斯坦光電效應方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初動能與遏止電壓的關系：Ek＝eUc。(3)逸出功與極限頻率的關系：W0＝hν0。3．光電效應的三類圖象最大初動能(Ek)與入射光頻率(ν)的關系圖線W0＝|－E|＝E圖線斜率k＝h光電流與光的顏色、強度和電壓關系圖線Ek＝eUc遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關系圖線h＝ke【典例1】我國中微子探測實驗利用光電管把光信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖所示，A和K分別是光電管的陽極和陰極，加在A、K之間的電壓為U?，F(xiàn)用發(fā)光功率為P的激光器發(fā)出頻率為v的光全部照射在K上，回路中形成電流。已知陰極K材料的逸出功為W0，普朗克常量為h，電子電荷量為e。(1)求光電子到達A時的最大動能Ekm；(2)若每入射N個光子會產(chǎn)生1個光電子，所有的光電子都能到達A，求回路的電流強度I?！敬鸢浮?1)；(2)【解析】(1)根據(jù)光電效應方程可知:逸出的電子在電場中加速向A運動，根據(jù)動能定理:聯(lián)立解得:(2)每秒鐘到達K極的光子數(shù)量為n，則:每秒鐘逸出電子個數(shù)為a個，則:回路的電流強度:聯(lián)立得:【變式1-2】如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應探究，其截止頻率，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值隨電壓U變化關系的圖像是（）

AB.C.D.

【變式1-3】“測溫槍”（學名“紅外線輻射測溫儀”）具有響應快、非接觸和操作方便等優(yōu)點。它是根據(jù)黑體輻射規(guī)律設計出來的，能將接收到的人體熱輻射轉(zhuǎn)換成溫度顯示。若人體溫度升高，則人體熱輻射強度I及其極大值對應的波長的變化情況是（）A．I增大，增大 B．I增大，減小C．I減小，增大 D．I減小，減小【變式1-4】如圖甲所示的是研究光電效應的電路圖。某同學利用該裝置在不同實驗條件下得到了三條光電流I與A、K兩極之間的電壓UAK的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖乙所示。則下列說法正確的是()A．甲光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動能一定小于丙光照射光電管發(fā)出光電子的最大初動能B．單位時間內(nèi)甲光照射光電管發(fā)出光電子比乙光的少C．用強度相同的甲、丙光照射該光電管，則單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)相等D．對于不同種金屬，若照射光頻率不變，則逸出光電子的最大初動能與金屬的逸出功為線性關系考點02原子結構及能級躍遷【考點詮釋】氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖所示(2)氫原子的能級和軌道半徑①氫原子的能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV。②氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m?！镜淅?】已知普朗克常量，電子的質(zhì)量為，一個電子和一滴直徑約為的油滴具有相同動能，則電子與油滴的德布羅意波長之比的數(shù)量級為（）A． B． C． D．【答案】C【解析】根據(jù)德布羅意波長公式：，解得：由題意可知，電子與油滴的動能相同，則其波長與質(zhì)量的二次方根成反比，所以有：代入數(shù)據(jù)解得：，所以C正確；ABD錯誤；故選C?！咀兪?-1】普朗克常量，光速為c，電子質(zhì)量為，則在國際單位制下的單位是（）A． B．m C． D．考點03核反應方程及核能的計算【考點詮釋】1．核反應的四種類型方程類型核反應方程示例衰變α衰變：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(核內(nèi)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)β衰變：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(核內(nèi)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(核內(nèi)eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e)γ輻射：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級人工核轉(zhuǎn)變eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(發(fā)現(xiàn)中子的核反應)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(人工制造放射性同位素)重核的裂變eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n輕核的聚變eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應)2.核反應方程的書寫(1)核反應過程一般不可逆，所以核反應方程中用“→”表示方向而不能用等號代替。(2)核反應方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，但核反應前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能。(3)核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應方程。3．核衰變問題(1)核衰變規(guī)律：m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,T))m0，N＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(eq\f(t,T))N0。(2)α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法①方法一：由于β衰變不改變質(zhì)量數(shù)，故可以先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù)，再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。②方法二：設α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。4．核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算時，Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”。(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算時，Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結合能來計算核能：原子核的結合能＝核子比結合能×核子數(shù)。【典例3】對四個核反應方程（1）；（2）；（3）；（4）。下列說法正確的是（）A．（1）（2）式核反應沒有釋放能量B．（1）（2）（3）式均是原子核衰變方程C．（3）式是人類第一次實現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程D．利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術之一【答案】CD【解析】A．（1）是衰變，（2）是衰變，均有能量放出，故A錯誤；B．（3）是人工核轉(zhuǎn)變，故B錯誤；C．（3）式是人類第一次實現(xiàn)原子核轉(zhuǎn)變的方程，故C正確；D．利用激光引發(fā)可控的（4）式核聚變是正在嘗試的技術之一，故D正確。故選CD。【變式3-1】銀河系中存在大量的鋁同位素，核衰變的衰變方程為，測得核的半衰期為72萬年，下列說法正確的是（）A．核的質(zhì)量等于核的質(zhì)量B．核的中子數(shù)大于核的中子數(shù)C．將鋁同位素放置在低溫低壓的環(huán)境中，其半衰期不變D．銀河系中現(xiàn)有的鋁同位素將在144萬年后全部衰變?yōu)椤咀兪?-2】氫原子能級示意如圖?，F(xiàn)有大量氫原子處于能級上，下列說法正確的是（）A．這些原子躍遷過程中最多可輻射出2種頻率的光子B．從能級躍遷到能級比躍遷到能級輻射的光子頻率低C．從能級躍遷到能級需吸收的能量D．能級的氫原子電離至少需要吸收的能量【變式3-3】太陽輻射的總功率約為，其輻射的能量來自于聚變反應。在聚變反應中，一個質(zhì)量為（c為真空中的光速）的氘核（）和一個質(zhì)量為的氚核（）結合為一個質(zhì)量為的氦核（），并放出一個X粒子，同時釋放大約的能量。下列說法正確的是（）A．X粒子是質(zhì)子B．X粒子的質(zhì)量為C．太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為D．太陽每秒因為輻射損失的質(zhì)量約為1、（2022·湖南卷·T1）關于原子結構和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是（）A.盧瑟福的核式結構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2、（2022·廣東卷·T5）目前科學家已經(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，其中。圖是按能量排列的電磁波譜，要使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（）A.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3、（2022·山東卷·T1）碘125衰變時產(chǎn)生射線，醫(yī)學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. B. C. D.4、（2022·全國甲卷·T17）兩種放射性元素的半衰期分別為和，在時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為，則在時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為（）A. B. C. D.5、（2022·浙江6月卷·T14）秦山核電站生產(chǎn)的核反應方程為，其產(chǎn)物的衰變方程為。下列說法正確的是（）A.X是 B.可以用作示蹤原子C.來自原子核外 D.經(jīng)過一個半衰期，10個將剩下5個1.（2021·天津市紅橋區(qū)二檢）光電效應實驗中，下列表述正確的是（）A.光照時間越長光電子最大初動能越大B.入射光足夠強就可以有光電流導出C.遏止電壓與入射光的強度有關D.入射光頻率小于極限頻率時，不論光照時間多長，都不能發(fā)生光電效應2.（2021·北京市海淀區(qū)一模）下列說法中正確的是A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子，表明原子核是可分的B．盧瑟福通過粒子散射實驗證實了在原子核內(nèi)部存在質(zhì)子C．在核反應方程中，X表示的是質(zhì)子D．質(zhì)子與中子結合成氘核的過程中會釋放能量3.我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)nD.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)n4．[粵教版選修3－5P97T2]用哪種方法可以減緩放射性元素的衰變速率？()A．把該元素放在低溫陰涼處B．把該元素密封在很厚的鉛盒子里C．把該元素同其他的穩(wěn)定元素結合成化合物D．上述各種方法都無法減緩放射性元素的衰變速率5．(多選)α粒子散射實驗裝置的示意圖如圖所示，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，觀察到的現(xiàn)象正確的是()A．放在A位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B．放在B位置時，相同時間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)只比A位置時稍少些C．放在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D．放在D位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少1.(2020·黑龍江齊齊哈爾一模)用頻率為ν的單色光照射陰極K時，能發(fā)生光電效應，改變光電管兩端的電壓，測得電流隨電壓變化的圖象如圖所示，U0為遏止電壓。已知電子的電荷量為e，普朗克常量為h，則陰極K的極限頻率為()A．ν＋eq\f(eU0,h) B．ν－eq\f(eU0,h)C.eq\f(eU0,h) D．ν2.(2020·安徽省宣城市第二次調(diào)研)下列四幅圖涉及不同的物理知識，如圖所示，其中說法正確的是()A.圖甲，盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子B.圖乙，用中子轟擊鈾核使其發(fā)生聚變，鏈式反應會釋放出巨大的核能C.圖丙，玻爾理論指出氫原子能級是分立的，所以原子發(fā)射光子的頻率也是不連續(xù)的D.圖丁，湯姆孫通過電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核內(nèi)還有復雜結構3.(2020·武漢質(zhì)檢)我國自主研發(fā)的釷基熔鹽是瞄準未來20～30年后核能產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的第四代核反應堆，是一種液態(tài)燃料堆，使用釷鈾核燃料循環(huán)，以氧化鹽為冷卻劑，將天然核燃料和可轉(zhuǎn)化核燃料熔融于高溫氯化鹽中，攜帶核燃料在反應堆內(nèi)部和外部進行循環(huán)。釷232不能直接使用，需要俘獲一個中子后經(jīng)過2次β衰變轉(zhuǎn)化成鈾233再使用，鈾233的一種典型裂變方程是eq\o\al(233,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(142,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。已知鈾233的結合能為E1、鋇142的結合能為E2、氪89的結合能為E3，則()A．鈾233比釷232少一個中子B．鈾233、鋇142、氪89三個核中氪89的結合能最小，比結合能卻最大C．鈾233、鋇142、氪89三個核中鈾233的結合能最大，比結合能也最大D．鈾233的裂變反應釋放的能量為ΔE＝E1－E2－E34．(多選)(2020·西安檢測)關于物質(zhì)的波粒二象性，下列說法中正確的是()A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性5.(2020·河南省中原名校第四次模擬)如圖所示為氫原子的能級分布圖，已知可見光光子的能量在1.61～3.10eV范圍內(nèi)，由圖可知()A.基態(tài)氫原子吸收能量為10.3eV的光子能從n＝1能級躍遷到n＝2能級B.基態(tài)氫原子的電離能為13.6eVC.一群處于n＝5能級的氫原子向低能級