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1、第3讲波粒二象性原子和原子核 专题五加试选择题题型强化 内容索引 考点一光电效应的规律和理解 考点二玻尔理论和能级 考点三核反应与核能 光电效应的规律和理解 考点一 1 光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象 叫做光电效应 发射出来的电子叫做光电子 2 实验规律 1 每种金属都有一个极限频率 2 光子的最大初动能与入射光的强度无关 只随入射光频率的增大而增大 3 光照射到金属表面时 光电子的发射几乎是瞬时的 4 在光的颜色不变的情况下 入射光越强 饱和电流越大 3 爱因斯坦光电效应方程 1 光子 光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的 而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的
2、这些能量子称为光子 频率为 的光的能量子为h 2 爱因斯坦光电效应方程 表达式 h Ek W0或Ek h W0 物理意义 金属中电子吸收一个光子获得的能量是h 这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0 剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek 例1 多选 如图1甲所示 在光电效应实验中 某同学用相同频率的单色光 分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管 结果都能发生光电效应 图乙为某中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率 变化的函数关系图象 对于这两个光电管 下列判断正确的是A 因为材料不同逸出功不同 所以遏止电压Uc不同B 光电子的最大初动能不同C 因为光强不确定 所以单位时间逸出的光电子数可能相
3、同 饱和光电流也可能相同D 两个光电管的Uc 图象的斜率可能不同 图1 答案 解析 解析根据Ek h W0和eUc Ek 可知 入射光的频率相同 逸出功W0不同 则遏止电压Uc也不同 故A正确 根据Ek h W0得 相同的频率 不同的逸出功 则光电子的最大初动能也不同 故B正确 虽然光的频率相同 但光强不确定 所以单位时间逸出的光电子数可能相同 饱和光电流也可能相同 故C正确 所以两个光电管的Uc 图象的斜率一定相同 故D错误 1 多选 在演示光电效应的实验中 原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连 用蓝色弧光灯照射锌板时 验电器的指针张开了一个角度 如图2所示 则A 验电器指针带正电B 验电器
4、指针带负电C 改用紫色弧光灯照射锌板时 原来不带电的验电器的指针能张开一个角度D 改用黄色弧光灯照射锌板时 只要光足够强 原来不带电的验电器的指针一定能张开一个角度 答案 图2 解析 解析锌板在弧光灯照射下 发生光电效应 有光电子逸出 锌板失去电子带正电 验电器与锌板相连 导致指针带正电 故A正确 B错误 改用紫色弧光灯照射锌板时 紫光频率大于蓝光 那么原来不带电的验电器 其指针会张开一个角度 故C正确 改用黄色弧光灯照射锌板时 黄光频率小于蓝光 不一定能发生光电效应 原来不带电的验电器的指针不一定会张开一个角度 故D错误 2 多选 光电效应实验中 下列表述正确的是A 发生光电效应时 光照越强
5、 光电流越大B 入射光足够强就可以有光电流C 遏止电压与入射光的频率有关D 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 答案 解析 解析光电流的大小与光电子的多少有关 增大光的强度 可以增大光电流 光照越强 光电流越大 故A正确 无论光强多强 光照时间多长 只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应 故B错误 根据爱因斯坦光电效应方程可知 超过极限频率的入射光频率越高 所产生的光电子的最大初动能就越大 对应的遏止电压越大 故C正确 无论光强多强 光照时间多长 只有光的频率大于极限频率才能产生光电效应 故D正确 3 多选 2018 新高考研究联盟联考 研究光电效应的实验电路图如图3a所示 其光电流与电
6、压的关系如图b所示 则下列说法中正确的是 图3 A 若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动 光电流一定增大B 图线甲与乙是同一种入射光 且甲的入射光强度大于乙光C 由图可知 乙光的频率小于丙光频率D 若将甲光换成丙光来照射锌板 其逸出功将减小 答案 玻尔理论和能级 考点二 1 玻尔理论的理解 1 电子绕核运动的半径是不连续的 2 电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率 3 实物粒子也能使原子发生能级跃迁 4 能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的 2 两类能级跃迁 1 自发跃迁 高能级 低能级 释放能量 发出光子 2 受激跃迁 低能级 高能级 吸收能量 光照 吸收光子 光子的能量必须恰等
7、于能级差 E 碰撞 只要入射粒子能量大于或等于能级差即可 E外 E 大于电离能的光子被吸收 原子被电离 3 谱线条数的确定方法 1 一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n 1 2 一群处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法 利用能级图求解 在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出 然后相加 例2 多选 2018 浙江4月选考 15 氢原子的能级图如图4所示 关于大量氢原子的能级跃迁 下列说法正确的是 可见光的波长范围为4 0 10 7m 7 6 10 7m 普朗克常量h 6 6 10 34J s 真空中的光速c 3 0 108m s 图4 答案
8、解析 A 氢原子从高能级跃迁到基态时 会辐射 射线B 氢原子处在n 4能级时 会辐射可见光C 氢原子从高能级向n 3能级跃迁时 辐射的光具有显著的热效应D 氢原子从高能级向n 2能级跃迁时 辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1 89eV 解析 射线是原子核衰变时产生的高能电磁波 与核外电子无关 故A选项错误 电子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子 根据 E h h 可得可见光光子的能量范围为1 63eV 3 09eV 从n 4能级跃迁到n 2能级 E 2 55eV 处在可见光能量范围内 故B选项正确 从高能级向n 3能级跃迁辐射出最大能量为 E 1 51eV 1 63eV 属于红外线
9、具有热效应 所以C选项正确 传播速度越小 折射率越大 光子频率越大 能量越大 而从高能级向n 2能级跃迁时最大能量为3 4eV 所以D选项错误 4 多选 下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法 正确的是A 原子中的电子运动轨道分布是连续的B 原子中的电子在某一定态时 电子绕原子核运动 但不向外辐射能量C 氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时 氢原子的能量不变D 一群氢原子从n 3能级向n 1能级跃迁 最多能发出3种不同频率的光子 答案 解析 解析原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应 而电子的可能轨道的分布是不连续的 故A错误 原子处于称为定态的能量状态时 虽然电
10、子做加速运动 但并不向外辐射能量 故B正确 核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时 吸收一定频率的光子后 能量会增大 故C错误 氢原子向低能级跃迁时是随机的 一群处于n 3能级的氢原子向低能级跃迁时最多可能发出 3种不同频率的光子 故D正确 5 多选 如图5所示 子与氢原子核 质子 构成的原子称为 氢原子 bydrogenmuonatom 它在原子核物理的研究中有重要作用 图为 氢原子的能级示意图 假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n 2能级的 氢原子 氢原子吸收光子后 发出频率为 1 2 3 4 5和 6的光 且频率依次增大 则 答案 解析 图5 A 氢原子吸收光子后处于n 5能级B
11、氢原子吸收光子后处于n 4能级C E等于h 6 4 D E等于h 5 2 解析由n 6 解得 m 4 即 氢原子吸收能量后先从n 2能级跃迁到n 4能级 然后从n 4能级向低能级跃迁 故A错误 B正确 辐射光子按能量从小到大的顺序排列为能级4到能级3 能级3到能级2 能级4到能级2 能级2到能级1 能级3到能级1 能级4到能级1 所以能量E与h 3相等 也等于h 1 2 也等于h 6 4 故C正确 D错误 B 大量处于n 4激发态的氢原子向基态跃迁时 可能发出6条光谱线C 氢原子从n 4激发态跃迁到n 2激发态需要吸收光子D 氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时 氢原子的电势能减小 电子的动
12、能增大 6 多选 根据国家科技部2017年3月6日报道 迄今为止 科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子 按玻尔氢原子理论 氢原子的能级如图6所示 下列判断正确的是A 用光子能量为13 01eV的光照射一群处于基态的氢原子 可观测到多种不同频率的光 答案 解析 图6 解析氢原子发生能级跃迁的能量差 13 6eV 13 01eV 0 59eV 氢原子没有 0 59eV的能级 故A错误 大量处于n 4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数为 6种 故B正确 氢原子由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子 故C错误 氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时 轨道半径减小 电场力做正功 氢原子电
13、势能减小 电子的动能增大 D正确 A 在相同的双缝干涉实验装置中 a光产生的干涉条纹间距比b光的更宽B a光和b光的光子动量之比为255 97C 用a光照射该金属时 能产生最大初动能为0 27eV的光电子D 在同样的玻璃中 a光的传播速度大于b光的传播速度 7 多选 2018 嘉兴一中期末 如图7是氢原子能级图 大量处在激发态n 5能级的氢原子向低能级跃迁 a是从n 4能级跃迁到n 2能级产生的光 b是从n 5能级跃迁到n 3能级产生的光 已知某金属的极限频率 5 53 1014Hz 普朗克常量h 6 6 10 34J s 电子电荷量e 1 6 10 19C 则 图7 答案 核反应与核能 考点
14、三 1 核反应的四种类型 2 对质能方程的理解 1 一定的能量和一定的质量相联系 物体的总能量和它的质量成正比 即E mc2 方程的含义 物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系 物体的能量增大 质量也增大 物体的能量减少 质量也减少 2 核子在结合成原子核时出现质量亏损 m 其能量也要相应减少 即 E mc2 3 原子核分解成核子时要吸收一定的能量 相应的质量增加 m 吸收的能量为 E mc2 答案 解析 此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差 为 m mPu mU m 故B正确 释放的 光子的能量为h 核反应的过程中释放的能量 E mPu mU m c2 由于核反应的过程中释放
15、的核能转化为新核与 粒子的动能以及光子的能量 所以光子的能量小于 mPu mU m c2 故C错误 8 多选 2018 绍兴市选考诊断 人类对微观世界进行探索的过程中 下列说法正确的是A G P 汤姆孙从实验中发现了电子衍射现象 说明实物粒子也具有波动性B 查德威克用 粒子轰击铍核发现中子的核反应为C 有些元素的半衰期会随外界温度和压强的改变而略微改变D 一般化学反应只是核外电子的改变 而核反应则是原子核的改变 所以一般化学反应能量改变比核反应小 答案 解析发生 衰变时 原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子 电子释放出来 所以每发射一个 粒子 一个中子转化为质子 依据质量数与电荷数守恒
16、则有故B D正确 A C错误 答案 解析 10 多选 2018 浙江4月选考 14 下列说法正确的是A 组成原子核的核子越多 原子核越稳定B 衰变为经过4次 衰变 2次 衰变C 在LC振荡电路中 当电流最大时 线圈两端电势差也最大D 在电子的单缝衍射实验中 狭缝变窄 电子动量的不确定量变大 答案 解析 解析比结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢靠 原子核越稳定 故A错误 由于原子核经过一次 衰变 质子数减少2 质量数减少4 经过一次 衰变 质子数增加1 质量数不变 所以B正确 当线圈两端电势差最大时 电流变化率最大 此时电流为0 故C错误 在电子的单缝衍射实验中 狭缝越窄 屏上中央亮条纹越宽 即能更准确地测得电子的位置 答案 解析 解析根据核反应方程遵循质量数和电荷数守恒知 X 3 A正确 因核电站发电效率为50 核电站每年消耗的能量为W P t 2 00 109 365 24 3600J 6 3 1016J B正确 每年消耗的质量为M nmU 2 27 1027 390 10 27kg 885kg D正确
