2022届优质校一模数学试卷汇编-原子物理 答案版

2017年高考“最后三十天”专题透析2017年高考“最后三十天”专题透析好教育云平台--教育因你我而变好教育云平台--教育因你我而变专题16专题16××原子物理常考题型常考题型题型考查年份关联知识点光电效应、波粒二象性2021河北卷3题单位推导，理解量子化与能量子2021浙江6月13题德布罗意波的公式2021辽宁卷2题光电效应，物理学史2021江苏卷8题爱因斯坦光电效应方程，Ekm－U图像原子结构及能级跃迁2019全国I卷14题氢原子能级跃迁2020江苏卷13题氢原子能级公式及跃迁，光子动量原子核的衰变规律及核反应方程2021全国甲卷17题计算发生α衰变和β衰变的次数2021全国乙卷17题半衰期相关的计算2021河北卷1题计算原子核中的质子数和中子数，半衰期的概念，半衰期相关的计算2021浙江6月14题核聚变现象和产生条件2021湖北卷1题氢弹和原子弹的原理2021广东卷1题半衰期相关的计算2021福建卷9题衰变方程，半衰期方法点拨方法点拨1．光电效应定量分析时应抓住三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。2．光电效应的三类图象最大初动能(Ek)与入射光频率(ν)的关系图线W0＝|－E|＝E图线斜率k＝h光电流与光的颜色、强度和电压关系图线Ek＝eUc遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线h＝ke3．解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。(3)一群原子和一个原子不同，一群原子从n能级向基态跃迁时辐射光子的种类N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(1,2)n(n－1)，一个氢原子从n能级向基态跃迁时，可能产生的光谱线条数最多为(n－1)。(4)计算能级能量时应注意，因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值。4．核反应的四种类型方程类型核反应方程示例衰变α衰变：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He(核内2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)He)β衰变：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(核内eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(核内eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e)γ辐射：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级人工核转变eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(发现质子的核反应)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(发现中子的核反应)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)neq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e(人工制造放射性同位素)重核的裂变eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n轻核的聚变eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(需要几百万度高温，所以又叫热核反应)【例1】(多选)对于钠和钙两种金属，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量，则()A．钠的逸出功小于钙的逸出功B．图中直线的斜率为eq\f(h,e)C．在得到这两条直线时，必须保证入射光的光强相同D．若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较高【解析】根据Uce＝Ek＝hν－W0，即Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，则由题图可知钠的逸出功小于钙的逸出功，A正确；题图中直线的斜率为eq\f(h,e)，B正确；在得到这两条直线时，与入射光的光强无关，C错误；根据Ek＝hν－W0，若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能，则照射到钠的光频率较低，D错误。【答案】AB例2．(2020·山东卷·2)氚核eq\o\al(3,1)H发生β衰变成为氦核eq\o\al(3,2)He。假设含氚材料中eq\o\al(3,1)H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104s时间内形成的平均电流为5.0×10－8A。已知电子电荷量为1.6×10－19C，在这段时间内发生β衰变的氚核eq\o\al(3,1)H的个数为()A．5.0×1014B．1.0×1016C．2.0×1016D．1.0×1018【解析】由题意知，3.2×104s内氚核发生β衰变产生的电子的电荷量为Q＝It＝5.0×10－8×3.2×104C＝1.6×10－3C，对应的电子数n＝eq\f(Q,e)＝eq\f(1.6×10－3,1.6×10－19)＝1.0×1016(个)；由eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(3,2)He可知，一个eq\o\al(3,1)H核发生一次β衰变产生一个电子，故这段时间内发生β衰变的eq\o\al(3,1)H核的个数为1.0×1016，B正确。【答案】B试题汇编试题汇编光电效应、波粒二象性1．(2022届湖北新高考联考协作体12月联考)有关光的波粒二象性、物质波，下列说法正确的是（）A．个别光子只有粒子性，多数光子的作用效果才表现为波动性B．光电效应揭示了光具有粒子性，光的波长越短，其粒子性越显著C．速度相等的电子和质子，电子的动量小，电子的物质波波长小D．康普顿效应揭示了光具有波动性【答案】B【解析】光子既有波动性又有粒子性，个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性，A错误；光电效应揭示了光具有粒子性，光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著，B正确；速度相等的电子和质子，电子的动量小，根据物质波的波长公式可知，电子的波长长，C错误；康普顿效应揭示了光具有粒子性，D错误。2．(2022届龙岩一中第三次月考)下列说法正确的是（）A．按照玻尔理论，氢原子从高能级向低能级发生辐射跃迁时，核外电子动能增加，电势能减小。B．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的D．eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(234,91)Pa要经过2次α衰变和1次β衰变【答案】A【解析】按照玻尔理论，氢原子从高能级向低能级发生辐射跃迁时，核外电子的轨道半径变小，原子的动能增加，而库仑力做正功，电势能减小，故A正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核内的中子变成一种质子和电子形成的，故B错误；若要发生光电效应，需要满足或，对于任何一种金属都存在一个“极限波长”，入射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应，故C错误；根据核反应方程应满足质量数守恒和电荷数守恒，可推出衰变为要经过1次α衰变和1次β衰变，故D错误。3．(2022届巴蜀中学高考适应性月考)赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯坦第一次成功地解释了光电效应，以下关于光电效应的说法正确的是（）A．饱和电流与光电管两端加的电压有关，电压越大，饱和电流越大B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．遏止电压与光电子的最大初动能成正比D．截止频率与金属的种类无关【答案】C【解析】饱和电流与光电管两端加的电压无关，只与光照强度有关，A错误；根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，B错误；根据动能定理可知可知，遏止电压与光电子的最大初动能成正比，C正确；截止频率与金属的种类有关，D错误。4．(2022届宝鸡第一次教学质量检测)(多选)下列说法正确的是（）A．太阳内部发生的核聚变反应前各原子核的质量之和等于核反应后各原子核的质量之和B．U核裂变的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．原子从低能级向高能级跃迁时，不吸收光子也能实现D．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大光子的能量也越大【答案】BC【解析】由核聚变反应规律可知，在产生核聚变反应时，都有大量的能量释放，由质能方程可知，都有质量亏损，所以太阳内部发生的核聚变反应前各原子核的质量之和不等于核反应后各原子核的质量之和，A错误；U核裂变的核反应有多种形式，其中有一种典型的U核裂变的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，B正确；原子从低能级向高能级跃迁时，可能吸收光子，也可能是吸收实物粒子如自由电子使原子获得能量，不吸收光子也能实现，C正确；根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大光子的能量越小，因光子的能量与光的频率成正比，D错误。5．(2022届会泽期中)如图所示是用不同颜色和强度的光做光电效应实验得到的图象，横轴是所加的电压，纵轴是光电流的大小，则下列说法正确的是（）A．光颜色一定时，光越强光电流一定越大B．遏制电压大小与光强有关C．光电子的最大初动能与光强无关D．遏制电压与光的频率无关【答案】C【解析】从图象可知，颜色一定饱和电流与光强有关系，不能说光电流与光强有关，故A错误；根据光电效应方程，可知光电子的最大初动能与光的频率有关，与光强无关，故C正确；根据，可知遏制电压与光的频率有关系与光强无关，故BD错误。6．(2022届浙江山水联盟12月联考)(多选)真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾（其极限波长分别为λ1和λ2）制成，板面积为S，间距为d。现用波长为λ（λ1＜λ＜λ2）的单色光持续照射两板内表面，则（）A．电容器电容将增加B．钾板带正电C．电容器极板最终带电量正比于D．若将电容器视为电源，其电动势最大值为【答案】BD【解析】电容器的电容是由本身的结构决定的，则用单色光持续照射两板内表面，则电容器电容不变，A错误；因单色光的波长为λ（λ1＜λ＜λ2），小于钾的极限波长，可知单色光能使钾极板发生光电效应，打出电子，则钾板带正电，B正确；电子从钾金属板飞出时的动能，公式中W2为钾金属的逸出功。光电子不断从钾极板发出，又不断到达铂极板，使电容器带电不断增加，电压也不断增大，这个电压是使光电子减速的反向电压。当某时刻，光电子恰好到达铂极板时其速度减为零，则电容器的电量达到最大值Q＝CU（这里的电压U相当于反向截止电压），由动能定理可得，若将电容器视为电源，其电动势最大值，平行板电容器的电容，，C错误，D正确。原子结构及能级跃迁7．(2022届全国百强校11月领军联考)如图所示是原子的发射光谱、原子的吸收光谱、太阳光谱图像，下则说法正确的是（）A．大多数原子的发射光谱是线状谱B．太阳光谱中的暗线表明，太阳中正好不存在这些金属C．可见光谱有分立特征，不可见光的光谱没有分立特征D．电子绕原子核运动的轨道是不连续的，所长我们看到了原子光谱的分立特征【答案】D【解析】任何原子的发射光谱都是线状谱，A错误；太阳光谱中的许多暗线与太阳中存在的金属元素的特征谱线相对应，太阳光谱中的暗线表明太阳中正好存在这些金属元素，B错误；可见光谱与不可见光谱都有分立特征，没有连续特征，C错误；电子绕原子核的运动都是不连续变化的，我们看到的原子光谱都是线状谱，D正确。8．(2022届柳州第一次模拟考试)如图为玻尔的氢原子能级图，一群处于n＝3激发态的氢原子，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法正确的是（）A．由n＝3能级跃迁到n＝2能级时发出光子的波长最长B．氢原子跃迁时可以发出连续光谱C．核外电子的轨道半径增大，动能减小D．一共能发出2种频率的谱线【答案】A【解析】由n＝3跃迁到n＝2时辐射的光子能量最小，由可知发出光子的波长最长，故A正确；能级间跃迁辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，氢原子跃迁时，可发出不连续的光谱线，故B错误；当原子从高能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，轨道半径减小，电子的动能增大，故C错误；一共能发出3种频率的谱线，故D错误。9．(2022届丽衢十二校第一次联考)结合以下图像，下列说法正确的是（）A．根据图甲，eq\o\al(6,3)Li原子核与原子核相比，前者核子的平均质量大，后者结合能大B．如图乙所示的光电效应实验，若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能增大，电流表示数也增大C．由图丙可知，一群处于n＝3的原子向低能级跃迁时，会辐射出3种频率的光子，这3种频率的光子都不能被n＝3的原子吸收D．德国物理学家维恩，英国物理学家瑞利根据热学和电磁学的知识对黑体辐射规律进行了解释，其理论与如图丁所示的实验规律吻合【答案】A【解析】由图甲可知，原子核与原子核相比，前者比结合能较小，核子的平均质量大；结合能等于比结合能乘以核子数，后者结合能较大，故A正确；若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大初动能Ekm＝hν−W0不变；增大该单色光入射的强度，单位时间内射出的光电子数增多，所以光电流增大，电流表示数增大，故B错误；由C＝3可知，一群处于n＝3的原子向低能级跃迁时，会辐射出3种频率的光子，这三种光子的能量都大于1.51eV，都能被n＝3的原子吸收，故C错误；德国物理学家维恩，英国物理学家瑞利根据热学和电磁学的知识对黑体辐射规律进行了解释，其理论与如图丁所示的实验规律不能吻合，被当时的科学家称为“紫外灾难”，故D错误。原子核的衰变规律及核反应方程10．(2022届河南顶尖名校联盟12月质检)一个碳12核与一个氢核相撞，二者会发生聚变产生一个氮13核，核反应方程为。如果碳核的比结合能为E1，氢核的比结合能为E2，氮核的比结合能为E3，则上述反应释放的能量可表示为（）A．13E3－12E1－E2 B．12E1＋E2－13E3 C．13E3＋12E1－E2 D．12E1－13E3－E2【答案】A【解析】根据比结合能等于结合能与核子数的比值，可得该反应释放的能量ΔE＝13E3－12E1－E2，故A正确，BCD错误。11．(2022届鄂南高中等十一校第一次联考)根据近代物理知识，你认为下列说法中正确的是（）A．在原子核中，结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固B．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂变反应C．氡的半衰期为3.8天，现有16个氡原子核，经过7.6天后剩下4个氡原子核D．一个氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时，最多能辐射出6种不同频率的光子【答案】B【解析】在原子核中，比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故A错误；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是核裂变反应，故B正确；半衰期对大量的原子核适用，对少量的原子核不适用，所以无法判断16个氡原子核，经过7.6天后剩下多少氡原子核，故C错误；一个氢原子从n＝4的激发态向低能级跃迁时，最多能辐射出3种不同频率的光子，故D错误。12．(2022届百校联盟12月联考)(多选)太阳能是地球上最大的能源，太阳内部聚变时释放出巨大的能量。模拟太阳原理的装置叫EAST，该装置内部发生的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV，已知eq\o\al(2,1)H的比结合能为1.09MeV，eq\o\al(3,1)H的比结合能为2.78MeV，其中eq\o\al(3,1)H在自然界中含量极微但可以用某种粒子X轰击锂核（eq\o\al(6,3)Li）得到，核反应方程为eq\o\al(6,3)Li＋X→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He，则下列说法正确的是（）A．粒子X为中子B．核反应方程eq\o\al(6,3)Li＋X→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He表示的是原子核的人工转变C．eq\o\al(4,2)He的比结合能是7.03MeVD．在核反应eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n中，反应前的总质量等于反应后的总质量【答案】ABC【解析】根据电荷数和质量数守恒可知，粒子X为中子，故A正确；核反应为人工核反应，故B正确；由比结合能定义可知反应释放能量，的比结合能是7.03MeV，故C正确；根据质量亏