第十八章 波粒二象性 原子结构和原子核.doc

光电效应考向扫描1利用光电效应规律分析、解释光电子的最大初动能、光电流的形成等2利用爱因斯坦光电效应方程定量计算逸出功、遏止电压等1.(2011年广东理综,18,6分)光电效应实验中,下列表述正确的是()A.光照时间越长光电流越大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解析:光电流的大小与光强有关,A错误;发生光电效应的条件是入射光的频率大于等于材料的极限频率,B错误,D正确;入射光的频率越大,遏止电压越大,C正确.答案:CD. 本题考查光电效应的基本知识,属容易题.理解发生光电效应的条件是关键.2.(2011年福建理综,29(1),6分)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示,其中0为极限频率.从图中可以确定的是.(填选项前的字母)A.逸出功与有关B.Ekm与入射光强度成正比C.当0时,会逸出光电子D.图中直线的斜率与普朗克常量有关解析:由爱因斯坦光电效应方程得Ekm=h-W0,Ekm图象的斜率为h,故A、B、C错误,D正确.答案:D.3.(2010年浙江理综,16,6分)在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示.则可判断出()A.甲光的频率大于乙光的频率B.乙光的波长大于丙光的波长C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析:由图象知,甲、乙光对应的遏止电压相等,由eUc=hc得甲、乙光频率相等,A错误.由知,丙光的频率大于乙光的频率,由=cf知,丙光的波长小于乙光波长,B正确.由hc=eUc得甲、乙光对应的截止频率相同均小于丙光的截止频率,C错误.由知,甲光对应的光电子最大初动能小于丙光对应的光电子最大初动能,D错误.答案:B. 通过对光电流与电压关系图线考查不同频率光的截止频率和遏止电压,是高考对光电效应考查的常见形式.4.(2011年新课标全国理综,35(1),6分)在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为0,该金属的逸出功为.若用波长为(n),知n=4到n=3辐射的波长长,故A选项正确;能级跃迁时,辐射出的电磁波速度都为光速c,故B选项错误;不同能级电子出现概率不同,n时,电子脱离束缚,成为自由电子,故C选项错误;高能级向低能级跃迁是核外电子与外界交换能量,非原子核,故D选项错误.答案:A. 氢原子跃迁知识和玻尔理论,能级跃迁是个易错点,是学生软肋,应加强知识理解及迁移.4.(2012年江苏物理,12C(1),4分,节选)如图所示是某原子的能级图,a、b、c为原子跃迁所发出的三种波长的光.在下列该原子光谱的各选项中,谱线从左向右的波长依次增大,则正确的是.解析:根据玻尔的原子跃迁公式hc=Em-En(mn)可知,两个能级间的能量差值越大,辐射光的波长越短,从图中可看出,能量差值最大的是E3-E1,辐射光的波长a最短,能量差值最小的是E3-E2,辐射光的波长b最长,所以谱线从左向右的波长依次增大的是a、c、b,C正确;A、B、D错误.答案:C.5.(2011年四川理综,18,6分)氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1,从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2,已知普朗克常量为h,若氢原子从能级k跃迁到能级m,则()A.吸收光子的能量为h1+h2B.辐射光子的能量为h1+h2C.吸收光子的能量为h2-h1D.辐射光子的能量为h2-h1解析:由题意,h1=Em-En,h2=Ek-En两式相减得辐射光子的能量Ek-Em=h2-h1,所以D正确,A、B、C错误.答案:D.6.(2011年天津理综,1,6分)下列能揭示原子具有核式结构的实验是()A.光电效应实验B.伦琴射线的发现C.粒子散射实验D.氢原子光谱的发现解析:光电效应实验揭示了光具有粒子性,故A错误;伦琴射线是原子内层电子能级跃迁产生,故B错误;粒子散射实验揭示了原子具有核式结构.因为绝大部分粒子不偏转,极少数粒子发生了大角度散射.故C正确;氢原子光谱的发现说明原子内轨道量子化.故D错误.答案:C.7.(2011年大纲全国理综卷,18,6分)已知氢原子的基态能量为E1,激发态能量En=E1/n2,其中n=2,3,.用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速.能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()A.-4hc3E1B.-2hcE1C.-4hcE1D.-9hcE1解析:氢原子处于第一激发态时,n=2,E2=E14,使其电离应满足:0-E14h=hc,所以-4hcE1,所以C正确.答案:C.8.(2012年山东理综,38(1),4分,节选)氢原子第n能级的能量为En=E1n2,其中E1为基态能量.当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的频率为1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为2,则12=.解析:依据E=h,又由于En=E1n2得:(14-116)E1(1-14)E1=h1h2=12=14.答案:149.(2011年江苏卷,12C(2)按照玻尔原子理论,氢原子中的电子离原子核越远,氢原子的能量(选填“越大”或“越小”).已知氢原子的基态能量为E1(E10),电子质量为m,基态氢原子中的电子吸收一频率为的光子被电离后,电子速度大小为(普朗克常量为h).解析:由En=-E0n2可知,电子离原子核越远,n越大,En越大,故氢原子的能量越大.由能量守恒定律得:E1+h=12mv2-0解得:v=2(E1+h)m.答案:越大2(E1+h)m10.(2010年山东卷,38(1),3分)大量氢原子处于不同能量激发态,发生跃迁时放出三种不同能量的光子,其能量值分别是:1.89 eV、10.2 eV、12.09 eV.跃迁发生前这些原子分布在个激发态能级上,其中最高能级的能量值是eV(基态能量为-13.6 eV).解析:原子分布在2个激发态能级上,则最高能级的能量值E3=-13.6eV9-1.51 eV.答案:2-1.51天然放射现象考向扫描1考查、三种射线的特点,并根据其产生理解原子核衰变的实质2根据原子核衰变所遵循的两个守恒书写核反应方程式,并判断反应类型3根据半衰期规律及公式计算衰变的时间、衰变的比例等1.(2012年全国大纲卷,15,6分)92235U经过m次衰变和n次衰变,变成Pb,则()A.m=7,n=3B.m=7,n=4C.m=14,n=9D.m=14,n=18解析:依据衰变和衰变规律我们可以列出如下方程:4m+0=235-207,2m+(-1)n=92-82,以上两式联立解得m=7,n=4,可知答案B正确.答案:B.2.(2011年北京理综,13,6分)表示放射性元素碘131(53131I)衰变的方程是()A.53131I51127Sb+24HeB.53131I54131Xe+-10eC.53131I53130I+01n D.53131I52130Te+11H解析:衰变释放的是电子e,A、C、D错误,B正确.答案:B.3.(2011年重庆理综,16,6分)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天,会释放射线;铯137是铯133的同位素,半衰期约为30年,发生衰变时会辐射射线.下列说法正确的是()A.碘131释放的射线由氦核组成B.铯137衰变时辐射出的光子能量小于可见光光子能量C.与铯137相比,碘131衰变更慢D.铯133和铯137含有相同的质子数解析:射线是高速电子流,A错误;光子能量比可见光光子能量大,B错误;碘131比铯137衰变得更快,C错误.铯137和铯133是同位素,即核内具有相同质子数和不同中子数,故D正确.答案:D.4.(2011年浙江理综,15,6分)关于天然放射现象,下列说法正确的是()A.射线是由氦原子核衰变产生B.射线是由原子核外电子电离产生C.射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D.通过化学反应不能改变物质的放射性解析:射线本身是高速氦核流,所以A错误;射线是高速电子流,是原子核内一个中子变成一个质子时放射出的电子,不是核外电子电离产生的,所以B错误;射线是衰变或衰变发生时,产生的新核由于具有过多的能量(处于激发态)而辐射出的光子流,所以C错误;化学反应中不会形成新的原子核,而物质的放射性主要是元素的放射性,所以D正确.答案:D.5.(2010年全国卷,14,6分)原子核U经放射性衰变变为原子核Th,继而经放射性衰变变为原子核Pa,再经放射性衰变变为原子核U.放射性衰变、和依次为()A.衰变、衰变和衰变B.衰变、衰变和衰变C.衰变、衰变和衰变D.衰变、衰变和衰变解析:衰变过程中电荷数、质量数守恒;由题意可得衰变方程分别为:92238U90234Th+24He,90234Th91234Pa+-10e,91234Pa92234U+e,所以A对.答案:A.6.(2010年上海物理卷,8,2分)某放射性元素经过11.4天有7/8的原子核发生了衰变,该元素的半衰期为()A.11.4天B.7.6天C.5.7天D.3.8天解析:有78的原子核发生了衰变,则剩下了18的未衰变的原子核.由18N0=N02tT,t=11.4天,解出T=3.8天.答案:D.7.(2011年山东理综,38(1)碘131核不稳定,会发生衰变,其半衰期为8天.碘131核的衰变方程:53131I(衰变后的元素用X表示).经过天有75%的碘131核发生了衰变.解析:53131I54131X+-10e.由半衰期的定义知,8天衰变一半,下一个8天又衰变剩下的一半,所以经过16天衰变75%.答案:54131X+-10e16核反应与核能考向扫描1根据原子核反应所遵循的两个守恒书写核反应方程式2根据爱因斯坦的质能方程分析、计算核反应过程中放出的核能3结合动量守恒定律及能量守恒定律分析、计算核反应过程中的相互作用问题备考点拨近年考题一般结合时事新闻或高科技发展情况考查核反应方程的书写、半衰期公式、质能方程的应用等,核技术、核电站问题是近年考查热点,复习时应加以重视1.(2012年重庆理综,19,6分)以下是物理学史上3个著名的核反应方程x+37Li2yy+714Nx+817Oy+49Bez+612Cx、y和z是3种不同的粒子,其中z是()A.粒子B.质子C.中子 D.电子解析:由质子守恒,知x+3=2y,y+7=x+8,y+4=z+6.解得:z=0,故z是中子,选项C正确.答案:C.2.(2012年广东理综,18,6分)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一,下列释放核能的反应方程,表述正确的有()A.13H+12H24He+01n是核聚变反应B.13H+12H24He+01n是衰变C.92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n是核裂变反应D.92235U+01n54140Xe+3894Sr+201n是衰变解析:13H和H聚变生成He和n,A正确;原子核放出电子才是衰变,B错误;中子轰击U,裂变成两个中等质量的原子核,是裂变反应,C正确;放出He才是衰变,D错误.答案:AC.3.(2012年福建理综,29(1),6分,节选)关于近代物理,下列说法正确的是.(填选项前的字母)A.射线是高速运动的氦原子B.核聚变反应方程H +13H24He+01n中,01n表示质子C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D.玻尔将量子观念引入原子领域,其理论能够解释氢原子光谱的特征解析:射线是氦原子核,A错误;01n是中子,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程,Ekm=h-W0,光电子最大初动能Ekm与照射光频率是线性关系,而非正比关系,C错误;玻尔理论能够成功解释氢原子光谱的特征,D正确.答案:D.4.(2010年天津理综,2,6分)下列关于原子和原子核的说法正确的是()A.衰变现象说明电子是原子核的组成部分B.玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C.放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D.比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析:衰变是原子核内部中子转化成一个质子和一个电子,然后释放出电子,故A错误;玻尔理论的假设是电子轨道的量子化和原子能量的量子化,故B项正确;放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定,而跟原子所处的物理和化学状态无关,故C项错误;比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固,D项错误.答案:B.5.(2010年全国卷,14,6分)原子核X与氘核H反应生成一个粒子和一个质子.由此可知()A.A=2,Z=1B.A=2,Z=2C.A=3,Z=3D.A=3,Z=2解析:写出核反应方程式X+12H24He+11H;应用质量数守恒与电荷数守恒,可得:A+2=4+1,Z+1=2+1解得A=3,Z=2,故D正确.答案:D.6.(2010年北京理综,15,6分)太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为41026 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近()A.1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg解析:由质能方程E=mc2得:m=Ec2=41026(3.0108)2 kg4109 kg,D正确.答案:D.7.(2010年上海物理卷,4,2分)现已建成的核电站发电的能量来自于()A.天然放射性元素衰变放出的能量B.人工放射性同位素放出的能量C.重核裂变放出的能量D.化学反应放出的能量解析:核电站的核心部分是核反应堆,核反应堆是人工控制链式反应的装置.核电站所用原料主要是铀,利用铀裂变放出的核能发电.答案:C.8.(2012年江苏物理,12C(2),4分,节选)一个中子与某原子核发生核反应,生成一个氘核,其核反应方程式为.该反应放出的能量为Q,则氘核的比结合能为.解析:氘核可表示为H,根据质量数守恒和电荷数守恒可知未知原子核的质量数是1,电荷数是1,应该是氢的原子核H,即n+11H12H.释放的核能E=mc2,即E=Q,氘核的比结合能是Q2.答案:01n+11H12HQ29.(2012年浙江自选模块,14,10分)一个静止的钚核:94239Pu自发衰变成一个铀核U的另一个原子核X,并释放出一定的能量.其核衰变方程为:94239Pu92235U+X.(1)方程中的“X”核符号为;(2)钚核的质量为239.0522u,铀核的质量为235.0439u,X核的质量为4.0026u,已知1u相当于931 MeV,则该衰变过程放出的能量是 MeV;(3)假设钚核衰变释放出的能量全部转变为铀核和X核的动能,则X核与铀核的动能之比是.解析:(1)设X可写为X,据质量数守恒和电荷数守恒有,A=239-235=4,Z=94-92=2,则X为He.(2)E=mc2=(239.052 2-235.043 9-4.002 6)931 MeV=5.31 MeV.(3)X粒子质量用m1表示,铀核质量用m2表示,衰变过程动量守恒,0=m1v1-m2v2,又m1v1=2m1Ek1,m2v2=2m2Ek2联立得Ek1Ek2=m2m1=235.043 94.002 658.7.答案:(1)24He(2)5.31(0.02皆可)(3)58.7(0.1皆可)10.(2012年全国新课标卷,35(1),6分,节选)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量,该反应方程为:12H+13H24H+x,式中x是某种粒子.已知:12H、13H、24H和粒子x的质量分别为2.0141u、3.016 1u、4.002 6u和1.008 7u;1u=931.5MeV/c2,c是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知,粒子x是,该反应释放出的能量为 MeV(结果保留3位有效数字).解析:根据质量数守恒和电荷数守恒可知:x的质量数是1,电荷数是0,此粒子是中子.根据爱因斯坦质能方程E=mc2可知,该反应释放出的能量为E=(2.0141+3.0161-4.0026-1.0087)uc2=0.0189uc2=0.0189931.5 MeV17.6 MeV.答案:中子17.611.(2011年海南卷,19(1),4分)2011年3月11日,日本发生九级大地震,造成福岛核电站严重的核泄漏事故.在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素,它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射.在下列四个式子中,有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程,它们分别是和(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是和.A.X156137Ba+01n B.X254131Xe+-10eC.X356137Ba+-10e D.X454131Xe+11p解析:根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知,131I的衰变为选项B,137Cs的衰变为选项C.131I的中子数为131-53即78;137Cs的中子数137-55即82.答案:BC788212.(2011年浙江自选模块选修12,13,10分)(1)在核反应堆中,铀核吸收中子会发生裂变,裂变的产物是多样的,所生成的核往往还会衰变,其中一个衰变过程可表述为IXe+E.试问式中空格应为何种粒子?(2)53131I的半衰期为8天.开始时核废料中有N0个I核,经过16天,还有个I核.(