2024高考物理课时作业十四含解析

PAGEPAGE7课时作业(十四)一、选择题(共10个小题，每题5分，4、6为多选，其余为单项选择题，共50分)1．(2024·课标全国Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核1327Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋1327Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31答案B分析本题考查核反应方程遵循的规律及其相关的学问点．解析依据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，依据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，B项正确．2．(2024·西城区校级一模)月球土壤里大量存在着一种叫作“氦3”(23He)的化学元素，是核聚变的重要原料之一．科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，假如相关技术开发胜利，将可为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3”与氘核(12H)聚变生成“氦4”(24He)，下列说法中正确的是()A．该核反应方程式为23He＋12H→24He＋11HB．该核反应生成物的质量大于参与反应物的质量C．该核反应出现质量亏损，汲取能量D．因为“氦3”比“氦4”的比结合能小，所以“氦3”比“氦4”稳定答案A解析A．该核反应方程为23He＋12H→24He＋11H，电荷数守恒，质量数守恒．故A项正确；B、C项，关于“氦3(23He)”与氘核(12H)聚变生成氦4(24He)和质子，有大量的能量放出，依据爱因斯坦质能方程，知有质量亏损，生成物的质量小于参与反应物质的质量．故B项错误，C项错误．D项，比结合能越大，原子核越稳定，所以所以“氦4”比“氦3”稳定．故D项错误；故选A项．3．(2024·天津)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上领先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是()A．12H＋13H→24He＋01nB．714N＋24He→817O＋11HC．24He＋1327Al→1530P＋01nD．92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n答案A解析核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在肯定条件下(如超高温柔高压)，发生原子核相互聚合作用，生成新的质量更大的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式，由此可知：核反应方程12H＋13H→24He＋01n是原子核的聚变反应；B项与C项属于原子核的人工核转变；D项属于裂变反应；故只有A项正确；B、C、D三项错误．4．(2024·课标全国Ⅲ)(多选)在光电效应试验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照耀到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb，h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νa>νb，则肯定有Ua<UbB．若νa>νb，则肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，则肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，则肯定有hνa－Eka>hνb－Ekb答案BC解析A、B项，依据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，νa>νb，逸出功相同，则Eka>Ekb，又Ekm＝eUc，则Ua>Ub，故A项错误，B项正确．C项，依据Ekm＝eUc知，若Ua<Ub，则肯定有Eka<Ekb，故C项正确．D项，逸出功W0＝hν－Ekm，由于金属的逸出功相同，则有：hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D项错误．故选B、C两项．5.(2024·上海)探讨放射性元素射线性质的试验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则()A．a为电源正极，到达A板的为α射线B．a为电源正极，到达A板的为β射线C．a为电源负极，到达A板的为α射线D．a为电源负极，到达A板的为β射线答案B解析从图可以看出，到达两极板的粒子做类平抛运动，到达A极板的粒子的竖直位移小于到达B板的粒子的竖直位移，粒子在竖直方向做匀速直线运动，则依据公式x＝v0t＝v0eq\r(\f(md2,qU))，两个粒子初速度v0相同，两极板间电压U相同，放射源与两极板的距离eq\f(d,2)也相同，而电子的eq\f(m,q)小，所以电子的竖直位移小，故达到A极板的是β射线，A极板带正电，a为电源的正极，故B项正确．6．(2015·江苏)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的试验规律可用光的波动性说明D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波也相等答案AB解析光电效应说明光的粒子性，所以A项正确；热中子在晶体上产生衍射图样，即运动的实物粒子具有波的特性，即说明中子具有波动性，所以B项正确；黑体辐射的试验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性说明，即C项错误；依据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)，p2＝2mEk，又质子的质量大于电子的质量，所以动能相等的质子和电子，质子的德布罗意波波长较短，所以D项错误．7．(2024·兴庆区校级三模)如图甲所示是探讨光电效应试验规律的电路．当用强度肯定的黄光照耀到光电管上时，测得电流表的示数随电压变更的图像如图乙所示．下列说法正确的是()A．若改用红光照耀光电管，肯定不会发生光电效应B．若照耀的黄光越强，饱和光电流将越大C．若用频率更高的光照耀光电管，则光电管中金属的逸出功越大D．若改用蓝光照耀光电管，图像与横轴交点在黄光照耀时的右侧答案B解析A项，依据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0，红光的频率小于黄光的频率，红光照耀不肯定发生光电效应，但不是肯定不会发生光电效应．故A项错误．B项，增加入射光的强度，则单位时间内产生的光电子数目增加，饱和光电流将越大．故B项正确．C项，光电管中金属的逸出功的大小是由材料本身确定的，与入射光的频率无关．故C项错误．D项，依据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0，蓝光的频率大于黄光的频率，则光电子的最大初动能增大，所以反向遏止电压增大，图像与横轴交点在黄光照耀时的左侧．故D项错误．故选B项．8．(2024·南岗区校级四模)玻尔为说明氢原子光谱画出的氢原子能级如图所示，一群氢原子处于n＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有()A．电子的动能与势能均减小B．氢原子跃迁时，可发出连续光谱C．由n＝4跃迁到n＝1时发出光子的波长最长D．能使金属钾(逸出功为2.25eV)发生光电效应的光谱线有4条答案D解析A项，从高能级跃迁到低能级，电子轨道半径减小，依据keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)知，电子动能增大，由于原子能量减小，则电势能减小，故A项错误．B项，由于能级差是量子化的，可知氢原子跃迁时，发出的光子频率是一些分立值，故B项错误．C项，由n＝4跃迁到n＝1时发出光子频率最大，波长最短，故C项错误．D项，一群氢原子处于n＝4的激发态，可辐射出6种不同频率的光子，从n＝4跃迁到n＝1，n＝3跃迁到n＝1，n＝2跃迁到n＝1，n＝4跃迁到n＝2辐射的光子能量大于逸出功，可以发生光电效应，可知能使金属钾(逸出功为2.25eV)发生光电效应的光谱线有4条，故D项正确．故选D项．9．(2024·课标全国Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程式12H＋12H→23He＋01n.已知12H的质量为2.0136u，23He的质量为3.0150u，01n的质量为1.0087u，lu＝931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV答案B解析核反应方程式是12H＋12H→23He＋01n；核反应过程中的质量亏损：Δm＝2.0136u＋2.0136u－3.0150u－1.0087u＝0.0035u，在核反应释放出的能量：ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV＝3.2585MeV≈3.3MeV.10．(2024·课标全国Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为92238U→90234Th＋24He，下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经验的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量答案B解析A、B项，一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，依据系统动量守恒知，衰变后钍核和α粒子动量之和为零，可知衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小，依据Ek＝eq\f(p2,2m)知，由于钍核和α粒子质量不同，则动能不同，故A项错误，B项正确．C项，半衰期是原子核有半数发生衰变的时间，故C项错误．D项，衰变的过程中有质量亏损，即衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，故D项错误．二、计算题(共4个小题，11题10分，12题12分，13题14分，14题14分，共50分)11．(2024·句容市校级三模)如图所示，一光电管的阴极用极限波长λ0＝5000nm的钠制成．用波长λ＝3000nm的紫外线照耀阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U＝2.1V，饱和光电流的值(当阴极K放射电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I＝0.56μA.(1)求每秒钟内由K极放射的光电子数目．(2)求电子到达A极时的最大动能．(3)假如电势差U不变，而照耀光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极时最大动能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)答案(1)每秒钟内由K极放射的光电子数目3.5×1012个(2)电子到达A极时的最大动能6.01×10－19J(3)电子到达A极的最大动能是6.01×10－19J解析(1)设每秒钟内放射的光电子数为n，则n＝eq\f(I,e)＝eq\f(0.56×10－6,1.60×10－19)个＝3.5×1012个(2)由光电效应方程可知Ek0＝hν－W＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)＝hc(eq\f(1,λ)－eq\f(1,λ0))在AK间加电压U时，电子到达阳极时的动能Ek＝Ek0＋eU＝hc(eq\f(1,λ)－eq\f(1,λ0))＋eU代入数值得Ek＝6.01×10－19J(3)依据光电效应规律，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，假如电压U不变，则电子到达A极的最大动能不变．12．(2024·淮安市)一静止的92238U核衰变为90234Th核时，放出一个α粒子，已知衰变过程中质量亏损为Δm,90234Th的质量为m1，α粒子质量为m2，光在真空中的速度为c.若释放的核能全部转化为系统的动能，请写出衰变方程并求出α粒子的动能．答案92238U→90234Th＋24Heeq\f(m1,m1＋m2)Δmc2解析依据质量数守恒和电荷数守恒，可得核反应方程为92238U→90234Th＋24He，依据动量守恒定律0＝m1vT－m2vα由能量守恒Δmc2＝eq\f(1,2)m1vT2＋eq\f(1,2)m2vα2解得，α粒子的动能Ek＝eq\f(m1,m1＋m2)Δmc2.13．(2024·三亚校级模拟)已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，氦核的质量为3.0150u.(1)写出两个氘核聚变成氦核的核反应方程；(2)计算上述核反应中释放的核能；(3)若两氘核以相等的动能E做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能(设为ΔE)全部转化为机械能，中子的质量设为m.求：反应中生成的氦核和中子的动能各是多少？(用本小题中的物理符号表示结果)答案(1)两个氘核聚变成氦核的核反应方程为：12H＋12H→23He＋01n.(2)核反应中释放的核能为3.26MeV；(3)反应中生成的氦核和中子的动能各是eq\f(1,4)(2E＋ΔE)，eq\f(3,4)(2E＋ΔE)解析(1)核反应方程：12H＋12H→23He＋01n.(2)由题给条件可求出质量亏损为：Δm＝2.0136u×2－(3.0150＋1.0087)u＝0.0035u所以释放的核能为ΔE＝Δmc2＝931.5×0.0035MeV＝3.26MeV(3)由动量守恒及能的转化和守恒定律，得0＝3mvα－mvn2E＋ΔE＝Ekα＋Ekn得Ekα＝eq\f(3,2)mvα2，EkH＝eq\f(1,2)mvn2联立方程组解得：Ekα＝eq\f(1,4)(2E＋ΔE)Ekn＝eq\f(3,4)(2E＋ΔE)．14．(2024·海淀区二模)光电效应现象逸出的光电子的最大初动能不简单干脆测量，也可以利用类似的转换的方法．(1)如图1是探讨某光电管发生光电效应的电路图，当用频率为ν的光照耀金属K时，通过调整光电管两端电压U，测量对应的光电流强度I，绘制了如图2的I­U图像．求当用频率为2ν的光照耀金属K时，光电子的最大初动能Ek的大小．已知电子所带电荷量为e，图像中Uc、Im及普朗克常量h均为已知量．(2)有探讨者设计了如下的测量光电子最大初动能的方式．探讨装置如图3，真空中放置的平行正对金属板可以作为光电转换装置．用肯定频率的激光照耀A板中心O点，O点旁边将有大量的电子汲取光子的能量而逸出．B板上涂有特别材料，当电子打在B板上时会在落点处留有可视察的痕迹．可以认为全部逸出的电子都从O点以相同大小的速度逸出，其初速度沿各个方向匀称分布，金属板的正对面积足够大(保证全部的光电子都不会射出两极板所围的区域)，光照条件保持不变．已知A、B两极板间的距离为d，电子所带电荷量为e，质量为m，其所受重力及它们之间的相互作用力均可忽视不计．①通过外接可调稳压电源使A、B两极板有肯定的电势差，A板接电源的负极，由O点逸出的电子打在B板上的最大区域范围为一个圆形，且圆形的面积随A、B两极板间的电压变更而变更．已知电子逸出时的速度大小为v0，试通过计算，推导电子打在B板上的最大范围圆形半径r与两极板间电压U的关系式．②通过外接电源给A、B两极板间加上肯定的电压U0，若第一次A板接电源的负极，电子打在B板上的最大区域为一个圆形；其次次A板接电源的正极，保持极板间所加电压U0不变，电子打在B板上的最大区域范围仍为一个圆形，只是这个圆形半径恰好是第一次的一半．为使B板上没有电子落点的痕迹，则两金属板间的电压满意什么条件？答案(1)光电子的最大初动能Ek的大小为hν＋eUc；(2)①电子打在B板上的最大范围圆形半径r与两极板间电压U的关系式为r＝v0·deq\r(\f(2m,eU))，②两金属板间的电压满意