高考物理二轮复习考点练习专题（09）原子物理（解析版）

专题（09）原子物理（解析版） 【专题考向】在原子物理这一部分内容中，主要考查光电效应，原子结构、原子核与核能。虽然对光电效应、原子结构原子核与核能的考查频率比较高，但是在复习的过程中，原子的能级和跃迁也应该引起高度的重视。 高频考点：光电效应、原子的能级和跃迁、原子结构原子核与核能。 【知识、方法梳理】 1．光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。 (2)光电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)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。 (4)当入射光的频率大于或等于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。 2．光电效应方程 (1)光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：Ek＝hν－W0。 (2)截止频率νc＝。 3．氢原子能级图 (1)氢原子能级图如图所示。 (2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数： N＝C＝。 4．原子核的衰变 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一整体射出 核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子 2H＋2n→He n→H＋e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 5．核能 (1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。 (2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。注意质量数与质量是两个不同的概念。 (3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比。 【热点训练】 1、(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　) A．金属钾发生光电效应的截止频率约为5.5×1014 Hz B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV C．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V 解析：设金属的截止频率为νc，由W0＝hνc解得νc＝5.5×1014 Hz，A正确；由光电效应方程Ek＝hν－W0，若入射光的频率加倍，W0不变，所以光电子的最大初动能并不加倍，B错误；若入射光的频率加倍，电流表的示数不一定是原来的2倍，C错误；由Ek＝hν－W0知入射光的能量为hν＝3.75 eV，若入射光的频率加倍，则Ek′＝2hν－W0＝5.25 eV，而eUc＝Ek′，所以遏止电压Uc＝5.25 V，D正确。 【答案】AD 2、(多选)氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，已知可见光的频率范围约为4.2×1014 Hz～7.8×1014 Hz，则(　　) A．Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量 B．图甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴 C．Hβ对应光子的能量约为10.2 eV D．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级 解析：波长长频率小，A正确；可见光的波长范围约为400 nm～760 nm，B正确；Hβ波长比Hα短，能量比Hα大，应该是第四能级跃迁到第二能级产生的，C错误，D正确。 【答案】ABD 3、真空中一个静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，衰变方程为Ra→Rn＋He，下列说法正确的是(　　) A．衰变后Rn核的动量与α粒子的动量相同 B．衰变后Rn核的质量与α粒子的质量之和等于衰变前镭核Ra的质量 C．若镭元素的半衰期为τ，则经过τ的时间，8个Ra核中有4个已经发生了衰变 D．若镭元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的Ra核中有1.5 kg已经发生了衰变 解析：衰变前，镭原子核Ra的动量为零。根据动量守恒定律可知，Rn与α粒子的动量大小相等，方向相反，所以二者动量不同，故A错误；镭核衰变的过程中，存在质量亏损，导致衰变后Rn核的质量与α粒子的质量之和小于衰变前镭核Ra的质量，故B错误；少量放射性元素的衰变是一个随机事件，对于8个放射性元素，无法准确预测其衰变的个数，故C错误；2 kg的Ra核衰变，符合统计规律，经过2τ的时间，已有1.5 kg发生衰变，故D正确。 【答案】D 4、(多选)如图为氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n＝2的能级发出的光，根据此图可以判定(　　) A．Hα对应的原子前后能量之差最小 B．同一介质对Hα的传播速度最大 C．Hδ光子的动量最大 D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属一定不能产生光电效应 解析：四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，在真空中的波长由长到短，依据ν＝可知：四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ的频率是由低到高，那么它们的能量也是由小到大，而ΔE＝Em－En＝hν，则Hα对应的前后能量之差最小，故A正确；在同一介质中，由于Hα能量最小，频率最小，那么Hα折射率也最小，根据v＝可知Hα的传播速度最大，故B正确；根据波粒二象性的相关理论，由p＝可知Hδ波长最短，动量最大，故C正确；若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，由于Hβ的能量小于Hγ，即Hβ的频率小于Hγ，依据光电效应发生条件，要求入射光的频率大于金属的极限频率，Hβ的频率不一定低于金属的极限频率，当Hβ的频率高于金属极限频率时就可以发生光电效应，故D错误。 【答案】ABC 5、(多选)如图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是(　　) A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压与入射光的频率 有关 C．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大 D．不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应 解析：由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，选项A正确；根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0＝eUc，可知入射光频率越大，光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，所以对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，选项B正确；根据最大初动能Ek＝eUc可知，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，选项C正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，选项D错误。 【答案】ABC 6、在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是(　　) A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变 B．径迹2可能是衰变后新核的径迹 C．若衰变方程是U→Th＋He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2 D．若衰变方程是U→Th＋He，则r1：r2＝1∶45 解析：原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，衰变生成的两粒子动量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定则知：若生成的两粒子电性相反，则在磁场中的轨迹为内切圆，若电性相同，则在磁场中的轨迹为外切圆，所以为电性相同的粒子，可能发生的是α衰变，但不是β衰变，故A错误；核反应过程系统动量守恒，原子核原来静止，初动量为零，由动量守恒定律可知，原子核衰变后生成的两核动量p大小相等、方向相反，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，解得r＝＝，由于p、B都相等，则粒子电荷量q越大，其轨道半径r越小，由于新核的电荷量大于粒子的电荷量，则新核的轨道半径小于粒子的轨道半径，则半径为r1的圆为放出新核的运动轨迹，半径为r2的圆为粒子的运动轨迹，故B错误；根据动量守恒定律知，新核Th和α粒子的动量大小相等，则动能Ek＝，所以动能之比等于质量之反比，为2∶117，故C错误；由B选项的分析知r1∶r2＝2∶90＝1∶45，故D正确。 【答案】D 7、关于物理学家和他们对物理学的贡献，下列说法正确的是(　　) A．爱因斯坦提出了光的电磁说 B．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在 C．玻尔建立了量子理论，并成功解释了各种原子的发光原理 D．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型 解析：麦克斯韦提出了光的电磁说，认为光是一种电磁波，故A项错误；麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹用实验证实了电磁波的存在，故B项错误；玻尔结合普朗克的量子概念、爱因斯坦的光子概念和卢瑟福的原子核式结构模型提出了玻尔理论，成功解释了氢原子的发光原理；但由于过多保留了经典电磁学的理论，不能很好地解释其他原子的发光现象，C错误；卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型，故D项正确。 【答案】D 8、下列现象中，原子核结构发生了改变的是(　　) A．氢气放电管发出可见光 B．β衰变放出β粒子 C．α粒子散射现象 D．光电效应现象 解析：氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由于原子核外部电子运动产生的，与原子核内部变化无关，故A错误；β衰变放出β粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，所以导致原子核结构发生了改变，故B正确；α粒子散射实验表明原子具有核式结构，故C错误；光电效应是原子核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D错误． 【答案】B 9、下列说法正确的是(　　) A．原子核的结合能越大，原子核越稳定 B．β衰变释放出电子，说明原子核内有电子 C．氡的半衰期为3.8天，8个氡原子核经过7.6天后剩下2个氡原子核 D．用频率为ν的入射光照射光电管的阴极，遏止电压为Uc，改用频率为2ν的入射光照射同一光电管，遏止电压大于2Uc 解析：原子核的比结合能越大，原子核越稳定，故A错误；β衰变释放出电子，是中子转化为质子放出的，不能说明原子核内有电子，故B错误；半衰期的概念是对大量原子核而言的，对于个别原子核无意义，故C错误；由光电效应方程：eUc＝hν－W0，当改用频率为2ν的入射光照射同一光电管，由光电效应方程：eUc′＝h·2ν－W0，则Uc′>2Uc，故D正确。 【答案】D 10、关于原子物理知识，下列说法正确的是(　　) A．升高放射性物质的温度，其半衰期变短 B．发生光电效应现象时，增大入射光的频率，同一金属的逸出功变大 C．Np经过7次α衰变和5次β衰变后变成Bi D．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子 解析：半衰期与温度无关，即升高放射性物质的温度，其半衰期不会发生变化，故A错误；金属的逸出功由金属材料决定，与入射光的频率无关，故B错误；设需要经过x次α衰变和y次β衰变，根据质量数守恒和电荷数守恒有：93＝2x－y＋83，4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故选项C错误；根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子。 【答案】D 11、氢原子的能级公式为En＝E1(n＝1，2，3…)，其中基态能量E1＝－13.6 eV，能级图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，则n和可能发出的频率最小的光子能量分别为(　　) A．n＝5，0.54 eV B．n＝5，0.3