2023课标版物理高考第一轮专题练习--专题十三 原子物理

1、2023课标版物理高考第一轮专题练习专题十三原子物理考点1光电效应、波粒二象性1.如图所示,把一块不带电的锌板连接在静电计上.当用可见光照射锌板时,静电计指针不偏转.当用紫外线照射锌板时,发现静电计指针偏转一定角度()A.若减小紫外线的强度,静电计的指针也会偏转B.若改用红光长时间照射,静电计的指针也会偏转C.用紫外线照射锌板时,锌板带正电,静电计带负电D.这个现象说明了光具有波动性2.黑体辐射的研究表明:辐射强度、波长分布与辐射体的温度有密切关系.此研究对冶金工业的迅速发展有巨大贡献.如图所示,图中画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系,从中可以看出()A.温度越高,辐射电磁波的波长越短

2、B.温度越低,辐射电磁波的波长越长C.同一波长的辐射强度随着温度的升高而增强D.不同温度时辐射强度的最大值变化无规律可循3.让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格(大小约10-10 m)上,可得到电子的衍射图样,如图所示.下列说法正确的是()A.电子衍射图样说明了电子具有粒子性B.加速电压越大,电子的物质波波长越长C.电子物质波波长比可见光波长更长D.动量相等的质子和电子,对应的物质波波长也相等4.下表给出了几种金属的极限频率,现用频率为4.8010145.101014 Hz的橙光,分别照射这几种金属,可以发生光电效应的是()金属铯铷钠锌极限频率/1014 Hz4.555.155.568.07

3、A.铯B.铷C.钠D.锌5.2022山西太原检测关于光电效应,下列说法正确的是()A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B.饱和光电流的强度与入射光的强度有关,且随入射光强度的增强而增强C.金属的逸出功与入射光的频率成正比D.用不可见光照射某金属,比用可见光照射同种金属产生的光电子的最大初动能大6.甲、乙两种金属发生光电效应时,光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示.下列判断正确的是()A.图线a与b不一定平行B.图线a与b的斜率是定值,与入射光和金属材料均无关系C.乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率D.甲、乙两种金属发生光电效应时,若光电子的最大初动能相同,甲

4、金属的入射光频率大7.如图,实验中分别用波长为1、2的单色光照射光电管的阴极K,测得相应的遏止电压分别为U1和U2,设电子的质量为m,带电荷量为e,真空中的光速为c,下列说法正确的是()A.若12,则U1U2B.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率C.用波长为1的光照射时,光电子的最大初动能为eU1D.入射光的波长与光电子的最大初动能成正比8.多选根据下列图像所反映的物理现象进行分析判断,正确的是()A.图甲对应的三种光中“黄光(强)”的光子能量最强B.根据图甲分析可知若用橙光照射同一实验装置可能没有光电流产生C.图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量D.图丙中现象说明电子具有波动性,可

5、运用波动规律确定电子通过双缝后的具体位置9.2021江苏适应性考试,8分我国中微子探测实验利用光电管把光信号转换为电信号.如图所示,A和K分别是光电管的阳极和阴极,加在A、K之间的电压为U.发光功率为P的发光器发出频率为的光全部照射在K上,回路中形成电流.已知阴极K材料的逸出功为W0,普朗克常量为h,电子电荷量为e.(1)求光电子到达A时的最大动能Ekm;(2)若每入射N个光子会产生1个光电子,求回路的饱和电流I.考点2原子和原子核1.2021广西桂林市高三检测下列说法符合历史事实的是()A.贝可勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子中存在原子核B.汤姆孙通过阴极射线在电场中偏转的实验,发现

6、了阴极射线是由带负电的粒子组成的C.查德威克发现中子促使了原子的核式结构模型的建立D.相对论的创立表明经典力学已不再适用2.2022甘肃天水模拟以下是有关近代物理内容的若干叙述,其中正确的是()A.太阳内部发生的核反应是热核反应B.一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,可能是因为这束光的光强太小C.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,势能变大,但原子的能量减小D.原子核发生一次衰变,该原子外层就失去一个电子3.科学家发现在月球上含有丰富的23He(氦3).它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为23He+23He2

7、11H+24He.关于23He聚变下列表述正确的是()A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.现有的核电站可采用23He聚变反应发电4.下列四幅图分别对应着四种说法,其中正确的是()A.如图甲,大量氢原子处于n=4能级时,向低能级跃迁能发出8种频率的光子B.如图乙,根据、射线的特点可知,射线1是射线,射线2是射线,射线3是射线C.如图丙,天然放射性元素的半衰期跟所处的化学状态和外部条件有关D.如图丁,原子弹爆炸属于重核的裂变,其反应方程可以有92235U56144Ba+3689Kr+201n5.2021湖北20世纪60年代,我国以国防为主的尖端科技取得了

8、突破性的发展.1964年,我国第一颗原子弹试爆成功;1967年,我国第一颗氢弹试爆成功.关于原子弹和氢弹,下列说法正确的是()A.原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的B.原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的C.原子弹是根据核裂变原理研制的,氢弹是根据核聚变原理研制的D.原子弹是根据核聚变原理研制的,氢弹是根据核裂变原理研制的6.2021全国乙卷医学治疗中常用放射性核素113In产生射线,而113In是由半衰期相对较长的113Sn衰变产生的.对于质量为m0的113Sn, 经过时间t后剩余的113Sn质量为m,其mm0-t图线如图所示.从图中可以得到113Sn的半衰期为()A.67.3 d B.1

9、01.0 dC.115.1 d D.124.9 d7.2022江苏苏州检测如图所示为氢原子能级示意图,下列有关说法正确的是()A.处于基态的氢原子吸收10.5 eV的光子后能跃迁至n=2能级B.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可辐射出3种不同频率的光子C.若用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光,照射该金属时一定能发生光电效应D.用n=4能级跃迁到n=1能级时辐射出的光,照射逸出功为6.34 eV的金属铂,产生的光电子的最大初动能为6.41 eV8.2022江西九江模拟图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放

10、射物质发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里.以下判断可能正确的是()A.a、b为粒子的径迹B.a、b为粒子的径迹C.c、d为粒子的径迹D.c、d为粒子的径迹9.2021福建厦门大同中学检测,多选科幻大片流浪地球中描述的行星发动机为“重元素核聚变发动机”,通过燃烧石头获得能量,所谓“重元素核聚变”指的是两个比较重(相对氘,氚)的核,产生聚变形成一个更重的核并放出能量的过程.影片中发动机燃烧石头指的是石头里的硅(Si)聚变生成铁(Fe),下列说法正确的是()A.比结合能越大,原子核越稳定B.Fe的比结合能比Si的比结合能大C.比结合能越大,原子核总的结合能也越大D.轻核

11、聚变会释放能量,重核裂变不会释放能量10.7分在方向垂直纸面的匀强磁场中,一个原来静止的88226Ra原子核衰变后变成一个86222Rn核并放出一个粒子,该粒子动能为Ek,速度方向恰好垂直于磁场.Rn核和粒子的径迹如图所示,若衰变时产生的能量全部以动能的形式释放,真空中的光速为c.(1)写出这个核反应方程;(2)求Rn核与粒子做圆周运动的半径之比;(3)求衰变过程中的质量亏损.一、选择题(共11小题,共66分)1.2021广东惠州第一次调研与原子核内部变化有关的现象是()A.天然放射现象B.光电效应现象C.电离现象 D.粒子散射现象2.下列有关原子物理的说法正确的是()A.核反应中释放核能时,

12、核子的比结合能增大B.原子核的结合能越大越稳定C.卢瑟福通过核反应714N+24He817O+X发现了中子D.射线是原子核中的质子衰变成中子而释放出来的电子流3.月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(23He)”的化学元素,它是一种高效、清洁、安全的核燃料,其参与的一种核反应为223He2X+24He.关于该核反应,下列说法正确的是()A.该核反应是核裂变反应B.X是质子C.目前核电站使用的核燃料是23HeD.23He的比结合能比24He的大4.多选下列四幅图涉及不同的物理知识,其中说法正确的是()图甲图乙图丙图丁A.根据玻尔理论可知,图甲氢原子中的电子绕原子核高速运转时,运行轨道的半径是任意的

13、B.图乙光电效应实验说明了光具有粒子性C.图丙电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性D.图丁实验中极少数粒子发生大角度偏转,说明原子的质量和正电荷绝大部分集中在很小的空间5.2022湖南名校高三联考核武器实验会产生一些放射性微尘,微尘中对环境影响最大的核素之一是锶-90(3890Sr),它的化学性质和钙相似,能被吸收到骨骼和牙齿里,它的半衰期为28.1年,它发生衰变会对人体健康造成影响.下列说法正确的是()A.射线是能量很高的电磁波B.锶-90经过衰变后形成的新核的电荷数减少1C.锶-90含量减少到初始水平的6.25%需要112.4年D.核武器实验涉及的核反应过程中,质量守恒、电荷数守

14、恒6.2022福建漳州检测某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为11H+612C713N+Q1,11H+715N612C+X+Q2,方程式中Q1、Q2表示核反应中释放的能量,相关的原子核质量见下表.原子核11H23He24He612C713N715N质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1以下推断正确的是()A.X是23He,Q2Q1B.X是24He,Q2Q1C.X是23He,Q2Q1D.X是24He,Q22,则U1U2,故A错误;根据c1-W0=eU1;c2-W0=eU2,其中W0=h0,三式联立可求解h和0

15、,选项B错误;用波长为1的单色光照射时,光电子的最大初动能为eU1,选项C正确;根据c-W0=Ek可知入射光的波长与光电子的最大初动能并非成正比,故D错误.8.BC因为蓝光的遏止电压最大,根据h-W=eUc,可知图甲对应的三种光中“蓝光”的光子能量最强,所以A错误;因为橙光的频率比图甲中光的小,根据图甲分析可知若用橙光照射同一实验装置可能没有光电流产生,所以B正确;图乙中现象说明光子不仅具有能量也具有动量,所以C正确;图丙中现象说明电子具有波动性,但电子波为概率波,无法确定单个电子通过双缝后的具体位置,则D错误.9.(1)eU+h-W0(2)PeN【解析】(1)设从K中逸出的光电子最大初动能为

16、Ek0由光电效应方程可知Ek0=h-W0(2分)光电子从K到A电场力做正功,由动能定理可知eU=Ekm-Ek0(1分)联立得Ekm=eU+h-W0(1分).(2)发光器每秒发射光子数为n=P(1分)回路中的饱和电流为I=nNe(1分)联立得回路中饱和电流为I=PeN(2分).考点2原子和原子核1.B贝可勒尔通过对天然放射现象的研究,发现了原子核具有复杂结构,选项A错误;汤姆孙通过阴极射线在电场中偏转的实验,发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的,选项B正确;卢瑟福对粒子散射实验的研究促使了原子的核式结构模型的建立,选项C错误;相对论的创立并不表明经典力学已不再适用,实际上在宏观、低速的情况下经典

17、力学仍适用,故D错误.2.A太阳内部发生的核反应是热核反应,所以A正确;一束光照射到某种金属上不能发生光电效应,是因为这束光的频率太小,发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率,所以B错误;按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,吸收光子或其他能量,电子的动能减小,势能变大,原子的能量增大,所以C错误;原子核发生一次衰变,则原子核内的一个中子变为质子,是核内中子失去电子,所以D错误.3.B聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变中会有质量亏损,由质能方程可知,反应过程会放出大量的能量,A、C错误;聚变反应产生了新的原子核,同时由于质量亏损,会有核

18、能的释放,B正确;现有的核电站都是采用核裂变反应发电,D错误.4.B大量氢原子处于n=4能级时,向低能级跃迁能发出6种频率的光子,故A错误;三种射线的穿透本领不同,根据、射线的特点可知,射线1的穿透本领最弱,是射线,射线3的穿透本领最强,是射线,射线2是射线,故B正确;天然放射性元素的半衰期由原子核的自身因素决定,跟所处的化学状态和外部条件无关,故C错误;D项中核反应方程应为92235U+01n56144Ba+3689Br+301n,故D错误.5.C原子弹是根据重核裂变研制的,而氢弹是根据轻核聚变研制的,C正确.6.C由题中给出的mm0-t图线可知mm0由23变为13正好经过了一个半衰期,则1

19、13Sn半衰期T=(182.4-67.3)d=115.1 d,选项C正确.7.D处于基态的氢原子吸收10.2 eV的光子后能跃迁至n=2能级,不能吸收10.5 eV的光子,故A错误;大量处于n=4能级的氢原子,最多可以辐射出C42=6种不同频率的光子,故B错误;从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光子的能量大于从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光子的能量,用从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光,照射某金属时恰好发生光电效应,则用从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光照射该金属时一定不能发生光电效应,故C错误;处于n=4能级的氢原子跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为E=E4-E1=-0.8

20、5 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,根据光电效应方程知,照射逸出功为6.34 eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为Ek=E-W0=12.75 eV-6.34 eV=6.41 eV,故D正确.8.D射线是不带电的光子流,不能产生图中径迹,故B错误;粒子为氦核,带正电,由左手定则知,在图示磁场中逆时针偏转,故C错误;粒子带负电,根据左手定则知,在图示磁场中顺时针偏转,故A错误,D正确.9.AB比结合能越大,表示原子核中的核子结合的越牢固,原子核越稳定,A正确;由题中Si聚变生成Fe知,Fe的比结合能比Si的比结合能大,B正确;比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值,所以比结合能大

21、,原子核总的结合能不一定大,C错误;轻核聚变会释放能量,重核裂变也会释放能量,核电站就是利用重核裂变释放的能量来发电的,D错误.10.(1)88226Ra86222Rn+24He(2)143(3)113Ek111c2【解析】(1)根据质量数与电荷数守恒,可得衰变方程为88226Ra86222Rn+24He(2分)(2)由动量守恒定律可知,Rn核与粒子的动量大小相等p1=p2洛伦兹力提供向心力有qvB=mv2R(1分)可知RRnR=qqRn代入数据解得RRnR=143(1分)(3)由动能与动量的关系有p=2mRnEk=2mEk(1分)解得Rn核获得的动能Ek=mmRnEk(1分)核反应中释放的核

22、能E=Ek+Ek由质能方程E=mc2解得m=113Ek111c2(1分)1.A天然放射现象是放射性元素自发地发出射线的现象,放射性元素发生放射现象后变为另一种元素,原子核内部发生变化,A项正确.光电效应现象和电离现象均是核外电子发生变化,B、C项错误.粒子散射现象是原子核间的相互作用,不涉及原子核内部变化,D项错误.2.A核反应中释放核能时,核子的比结合能增大,选项A正确;原子核的稳定程度取决于原子核的比结合能,而不是结合能,比结合能越大原子核越稳定,选项B错误;卢瑟福通过核反应714N+24He817O+11H发现了质子,选项C错误;射线是原子核中的中子转变成质子时释放出来的电子流,选项D错

23、误.3.B223He2X+24He是核聚变反应,根据质量数守恒和电荷数守恒可知X是质子,A错误,B正确;目前核电站采用的核燃料是铀核,C错误;23He的比结合能比24He的小,D错误. 4.BCD根据玻尔理论可知,图甲氢原子中的电子绕原子核高速运转时,运行轨道的半径是量子化的,只能是某些特定值,选项A错误;图乙光电效应实验说明了光具有粒子性,选项B正确;衍射是波的特性,图丙电子束穿过铝箔后的衍射图样证实了电子具有波动性,选项C正确;图丁实验中极少数粒子发生大角度偏转,说明原子几乎全部的质量和全部正电荷集中在很小的核上,选项D正确.5.C射线的实质是高速运动的电子流,不是电磁波,故A错误;根据衰

24、变特点可知,锶-90经过衰变后形成的新核的电荷数增加1,故B错误;核武器实验涉及的核反应过程中有能量放出,发生质量亏损,则质量不守恒,故D错误.由公式m=m0(12)tT,代入数据解得t=112.4年,故C正确.6.B根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可知X是24He,A、C错误;核反应过程中的质量亏损m1m2,根据爱因斯坦质能方程可知Q113.6 eV,故该光子能使基态氢原子电离,D错误.11.BC能级间跃迁辐射或吸收光子的能量等于两能级间的能量差,处于基态的氢原子被某外来光子激发后跃迁到n=4能级,则该外来光子的能量为E=E4-E1=-0.85 eV-(-13.6)eV=12.75 eV,故A错误;因为处于n=4能级的氢原子电离所需要的最小能量为0.85 eV,所以动能为1 eV的电子能使处于n=4能级的氢原子电离,B正确;由题可知,从n=4能级跃迁到n=3能级辐射出的光子能量最小,频率最低,代入数据得=E4-