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1、1考点 18 波粒二象性 原子物理一、选择题1.(2013北京高考)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为 的普通光源照射阴极 K,没有发生光电效应。换用同样频率 的强激光照射阴极 K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压 U,即将阴极 K 接电源正极,阳极 A 接电源负极,在 KA 之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大 U,光电流会逐
2、渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压 U 可能是下列的(其中 W 为逸出功,h 为普朗克常量,e 为电子电量)()A.hvWUeB.2hvWUeC. 2 D.5【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)逸出的光电子的最大初动能为 kEnh (n=2,3,4)。(2)逸出的光电子在 KA 之间(电压为遏止电压 U)运动时应有 Ek=eU。【解析】选 B。由题意可知一个电子吸收多个光子仍然遵守光电效应方程,设电子吸收了 n个光子,则逸出的光电子的最大初动能为 knhW (n=2,3,4),逸出的光电子在遏止电压下运动时应有 Ek=eU,由以上两式联立得 Ue,若取 n=2,则 B 正确。2
3、. (2013福建高考)在卢瑟福 粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止不动,下列各图画出的是其中两个 粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是()2【解题指南】解答本题时应理解以下两点:(1) 粒子与原子核都是正电荷,作用力在连线上且距离越小,力越大。(2)曲线运动的速度方向与作用力方向夹角越来越小。【解析】选 C。 粒子与原子核相互排斥,A、D 错;运动轨迹与原子核越近,力越大,运动方向变化越明显,B 错,C 对。3. (2013广东高考)铀核裂变是核电站核能的重要来源,其一种裂变反应式是23514891905630UnBaKrn。下列说法正确的有()A.上述裂变反应中伴随着中子放出B
4、.铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)裂变反应方程的特点及应用。(2)原子核的半衰期的决定因素。【解析】选 A、C。核裂变反应是重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应,A 选项正确;铀块要发生链式反应需达到一定的体积,B 选项错误;链式反应可人工控制用以建立核电站,C 选项正确;原子核的半衰期由原子核本身的性质决定,与其所处的环境或状态无关,D 选项错误。4. (2013大纲版全国卷)放射性元素( 286Rn)经 衰变成为钋( 2184Po),半衰期约为 3.8天;但勘
5、测表明,经过漫长的地质年代后,目前地壳中仍存在天然的含有放射性元素286Rn的矿石,其原因是()A.目前地壳中的 286n主要来自于其他放射性元素的衰变B.在地球形成的初期,地壳中元素 286Rn的含量足够高C.当衰变产物 2184Po积累到一定量以后, 2184Po的增加会减慢 286Rn的衰变进程3D. 286Rn主要存在于地球深处的矿石中,温度和压力改变了它的半衰期【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)知道半衰期大小的决定因素。(2)理解半衰期的意义。【解析】选 A。元素半衰期的长短由原子核自身因素决定,一般与原子所处的物理、化学状态以及周围环境、温度无关,C、D 错;即使元
6、素氡的含量足够高,经过漫长的地质年代,地壳中也几乎没有氡了,一定是来自于其他放射性元素的衰变,故 A 对,B 错。5. (2013天津高考)下列说法正确的是()A.原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律B. 射线、 射线、 射线都是高速运动的带电粒子流C.氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子D.发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关【解题指南】解答本题时应从以下三点进行分析:(1)原子核的衰变规律及三种射线的基本性质;(2)玻尔跃迁理论;(3)爱因斯坦光电效应方程的基本含义。【解析】选 C。原子核发生衰变时遵循电荷守恒和质量数守恒的规律,衰变过程中释放能量,质量发生亏
7、损,A 错; 射线是高速氦核子流, 射线是高速电子流,两者都是高速运动的带电粒子流, 射线是高能电磁波,不带电,B 错;根据玻尔的跃迁理论,氢原子的能级是量子化的,因而能级差是一些特定的值,根据跃迁公式 h=E m-En,知氢原子从激发态向基态跃迁时只能辐射一些特定频率的光子,C 对;根据爱因斯坦光电效应方程 Ek 初 =h-W,知光电子的最大初动能只与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,D 错。6. (2013新课标全国卷)关于原子核的结合能,下列说法正确的是()A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰变成 粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原
8、来重核的结合能C.铯原子核( s135C)的结合能小于铅原子核( Pb208)的结合能D.比结合能越大,原子核越不稳定E.自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能4【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)结合能是把核子分开所需的最小能量;(2)原子核的质量小于组成它的核子质量之和,这个现象叫质量亏损。解析:选 A、B、C。结合能是把核子分开所需的最小能量,选项 A 正确;一重原子核衰变成 粒子和另一原子核,存在质量亏损,核子比结合能增大,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,选项 B 正确;核子数越多,结合能越大,选项 C 正确;比结合能也叫平均结合能,比结合
9、能越大,分开核子所需的能量越大,原子核越稳定,选项 D 错误;自由核子组成原子核时,其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能,选项 E 错误。7. (2013江苏高考)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等,则它们的也相等( )A.速度 B.动能C.动量 D.总能量解析:选 C。根据德布罗意波的波长公式 = hp可知,如果电子的德布罗意波长与中子相等,则电子与中子一定具有相同的动量,故 C 项正确。8. (2013上海高考)当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,这时()A.锌板带负电B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板会吸附空气中的正离子【解题指南】电子吸收光子能量后,
10、克服原子核引力做功,从表面逸出,产生光电效应。解析:选 C。当用一束紫外线照射锌板时,产生了光电效应,有电子从锌板逸出,锌板带正电,选项 C 正确,A、B、D 错误。9. (2013上海高考)在一个 2389U 原子核衰变为一个 2068Pb 原子核的过程中,发生 衰变的次数为()A.6 次B.10 次C.22 次D.32 次【解题指南】在发生核反应时,质量数守恒,电荷数守恒。解析:选 A。一个 2389U 原子核衰变为一个 2068Pb 原子核的过程中,发生 衰变的次数为(238-206)4=8 次,发生 衰变的次数为 28-(92-82)=6 次,选项 A 正确。510. (2013上海高
11、考)某半导体激光器发射波长为 1.510-6m,功率为 5.010-3W 的连续激光。已知可见光波长的数量级为 10-7m,普朗克常量 h=6.6310-34Js,该激光器发出的()A.是紫外线B.是红外线C.光子能量约为 1.310-18JD.光子数约为每秒 3.81016个【解题指南】红外线、可见光、紫外线波长依次减小。解析:选 B、D。由于激光波长大于可见光波长,所以该激光器发出的是红外线,选项 B 正确,A 错误。由 E= hc可得光子能量约为 E=5486.310J=1.310-19J,选项 C 错误。光子数约为每秒 n= PE=3.81016个,选项 D 正确。11.(2013重庆
12、高考)铀是常用的一种核燃料,若它的原子核发生了如下的裂变反应： 2359U+10n a+b+2 10n,则 a+b 可能是()A. 45Xe+936KrB .1456Ba+923KrC.13Ba+ 8Sr D. 04Xe+ 8Sr【解题指南】解答本题应注意书写核反应方程遵循的规律:质量数守恒,电荷数守恒。解析:选 D。根据题中所给裂变反应方程,质量数守恒,电荷数守恒,故 a+b 的质量数应为235+1-2=234,电荷数应为 92,故只有 D 选项正确。12.(2013海南高考)原子核 2390Th 具有天然放射性,它经过若干次 衰变和 衰变后会变成新的原子核。下列原子核中,有三种是 2390
13、Th 衰变过程中可以产生的,它们是()A.208Pb B.218Pb C.21684Po D. 8Ra E.268Ra F.290Th【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)核反应方程反应前后电荷数守恒。(2)核反应方程反应前后质量数守恒。解析:选 A、C、D。发生 1 次 衰变时核子的质量数减 4,电荷数减 2;发生 1 次 衰变时,质量数不变,电荷数加 1。先从质量数的变化分析,易得 A、C、D 正确。6二、填空题13.(2013上海高考)放射性元素 21084Po 衰变为 2068Pb,此衰变过程的核反应方程是;用此衰变过程中发出的射线轰击 9F,可得到质量数为 22 的氖(Ne)元素
14、和另一种粒子,此核反应过程的方程是。【解题指南】核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒。【解析】根据衰变规律,此衰变过程的核反应方程是 21084Po 268Pb 4+He。用 射线轰击19F,可得到质量数为 22 的氖(Ne)元素和另一种粒子,此核反应过程的方程是42He+ 9F 210Ne+ H。答案: 84Po 682Pb 4+He 2He+19F 20Ne+1H14.(2013江苏高考)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He +)的能级图如图所示。电子处在n=3 轨道上比处在 n=5 轨道上离氦核的距离(选填“近”或“远”)。当大量 He+处在n=4 的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有条。【
15、解析】根据玻尔理论,电子离原子核越远,原子所处的能级就越高,另外,处于 n=4 能级的原子向基态跃迁时,会产生 24C=6 种谱线。答案:近615. (2013山东高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108K 时,可以发生“氦燃烧” 。完成“氦燃烧”的核反应方程: 42He+ 84Be+。 84Be 是一种不稳定的粒子,其半衰期为 2.610-16s。一定质量的 84Be,经 7.810-16s 后所剩 Be 占开始时的。【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)核反应方程与电荷守恒定律;7(2)半衰期及剩余质量的计算方法。【解析】根据核反应方程和电荷守恒定律可知， 42He+ He 84Be+。 84Be 的半衰期为 2.610-16s,经过 7.810-16s 后,也就是经过 3 个半衰期后剩余的质量为 m=(12)nm=( )3m,所剩 84Be 占开始时的 8。答案: 2He 或 12.5%16.(2013新课标全国卷)一质子束入射到静止靶核 2713Al 上,产生如下核反应:p+2713AlX+n式中 p 代表质子,n 代表中子,X 代表核反应产生的新核。由反应式可知,新核 X 的质子数为,中子数为
