專題十六 近代物理初步【5年高考】考點(diǎn)一 光電效應(yīng)、波粒二象性1.[2016課標(biāo)Ⅰ,35(1),5分](多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí),有光電流產(chǎn)生。下列說法正確的是( )A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和光電流變大B.入射光的頻率變高,飽和光電流變大C.入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生E.遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān),與入射光的光強(qiáng)無關(guān)答案 ACE 2.(2017課標(biāo)Ⅲ,19,6分)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測(cè)得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動(dòng)能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是( )A.若νa>νb,則一定有Uaνb,則一定有Eka>EkbC.若Uaνb,則一定有hνa-Eka>hνb-Ekb答案 BC 3.(2019天津理綜,5,6分)如圖為a、b、c三種光在同一光電效應(yīng)裝置中測(cè)得的光電流和電壓的關(guān)系。由a、b、c組成的復(fù)色光通過三棱鏡時(shí),下述光路圖中正確的是( )答案 C 4.(2019北京理綜,19,6分)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置,當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí),可能形成光電流。表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大動(dòng)能/eV1234.04.04.0弱中強(qiáng)2943600.90.90.9,4566.06.06.0弱中強(qiáng)2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是( )A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動(dòng)能為1.9eVD.若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),光電流越大答案 B 考點(diǎn)二 原子的結(jié)構(gòu)、原子核1.(2017課標(biāo)Ⅱ,15,6分)一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核,衰變方程為UThHe。下列說法正確的是( )A.衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B.衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案 B 2.(2017天津理綜,1,6分)我國(guó)自主研發(fā)制造的國(guó)際熱核聚變核心部件在國(guó)際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證,這是我國(guó)對(duì)國(guó)際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)。下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是 ( ) AHHHen BNHeOHCHeAlPn DUnBaKr+n答案 A 3.(2018天津理綜,1,6分)國(guó)家大科學(xué)工程——中國(guó)散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái)。下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是 ( )AN俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生O并放出一個(gè)粒子BAl俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生P并放出一個(gè)粒子CB俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生Be并放出一個(gè)粒子DLi俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生He并放出一個(gè)粒子答案 B 4.(2017課標(biāo)Ⅰ,17,6分)大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是:H→n。已知H的質(zhì)量為2.0136uHe的質(zhì)量為3.0150un的質(zhì)量為1.0087u,1u=931MeV/c2。氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為( )A.3.7MeV B.3.3MeV C.2.7MeV D.0.93MeV,答案 B 5.(2019課標(biāo)Ⅱ,15,6分)太陽(yáng)內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán),循環(huán)的結(jié)果可表示為HHe+e+2ν已知H和He的質(zhì)量分別為mp=1.0078u和mα=4.0026u,1u=931MeV/c2,c為光速。在4個(gè)H轉(zhuǎn)變成He的過程中,釋放的能量約為( )A.8MeV B.16MeV C.26MeV D.52MeV答案 C 6.[2016課標(biāo)Ⅲ,35(1),5分](多選)一靜止的鋁原子核Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后,變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核Si*。下列說法正確的是 。 A.核反應(yīng)方程為pAlSi*B.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒C.核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D.核反應(yīng)前后核子數(shù)相等,所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和E.硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105m/s,方向與質(zhì)子初速度的方向一致答案 ABE 7.(2016北京理綜,13,6分)處于n=3能級(jí)的大量氫原子,向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射光的頻率有( ) A.1種 B.2種C.3種 D.4種答案 C 8.(2020山東等級(jí)考,2,3分)氚核H發(fā)生β衰變成為氦核He。假設(shè)含氚材料中H發(fā)生β衰變產(chǎn)生的電子可以全部定向移動(dòng),在3.2×104s時(shí)間內(nèi)形成的平均電流為5.0×10-8A。已知電子電荷量為1.6×10-19C,在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生β衰變的氚核H的個(gè)數(shù)為( )A.5.0×1014 B.1.0×1016 C.2.0×1016 D.1.0×1018答案 B 9.(2020課標(biāo)Ⅰ,19,6分)(多選)下列核反應(yīng)方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有( )AHHn+X1BHHn+X2CUnBaKr+3X3DnLiH+X4答案 BD 10.(2019天津理綜,6,6分)(多選)我國(guó)核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽(yáng)”2018年獲得重大突破,等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度,為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是( )A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,總質(zhì)量較聚變前增加D.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,核子的比結(jié)合能增加答案 AD 11.[2017江蘇單科,12C(1)](多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有( ),AHe核的結(jié)合能約為14MeVBHe核比Li核更穩(wěn)定C.兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量DU核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大答案 BC 12.(2018天津理綜,5,6分)氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ,都是氫原子中電子從量子數(shù)n>2的能級(jí)躍遷到n=2的能級(jí)時(shí)發(fā)出的光,它們?cè)谡婵罩械牟ㄩL(zhǎng)由長(zhǎng)到短,可以判定( )A.Hα對(duì)應(yīng)的前后能級(jí)之差最小B.同一介質(zhì)對(duì)Hα的折射率最大C.同一介質(zhì)中Hδ的傳播速度最大D.用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng),則Hβ也一定能答案 A [教師專用題組]【5年高考】考點(diǎn)一 光電效應(yīng)、波粒二象性1.(2020浙江7月選考,5,3分)下列說法正確的是( )A.質(zhì)子的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)能成正比B.天然放射的三種射線,穿透能力最強(qiáng)的是α射線C.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中的截止頻率與入射光的頻率有關(guān)D.電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣說明電子具有波動(dòng)性答案 D 質(zhì)子的波長(zhǎng)λ=,故A選項(xiàng)錯(cuò)誤。三種射線中γ射線的穿透能力最強(qiáng),故B選項(xiàng)錯(cuò)誤。金屬的截止頻率決定于金屬材料本身,與入射光的頻率無關(guān),故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。衍射現(xiàn)象是波特有的性質(zhì),D選項(xiàng)正確。2.(2018課標(biāo)Ⅱ,17,6分)用波長(zhǎng)為300nm的光照射鋅板,電子逸出鋅板表面的最大初動(dòng)能為1.28×10-19J。已知普朗克常量為6.63×10-34J·s,真空中的光速為3.00×108m·s-1。能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率約為( ) A.1×1014Hz B.8×1014HzC.2×1015Hz D.8×1015Hz答案 B 本題考查光電效應(yīng)規(guī)律。由光電效應(yīng)方程得Ek=-W0,而能使鋅產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率ν0應(yīng)滿足hν0=W0,聯(lián)立得ν0=-=8×1014Hz,故選項(xiàng)B正確。方法技巧 光電效應(yīng)現(xiàn)象的判斷能使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的單色光的最低頻率即恰好發(fā)生光電效應(yīng)的條件:照射光的能量等于金屬的逸出功。3.(2013上海單科,2,2分)當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí),產(chǎn)生了光電效應(yīng),這時(shí)( )A.鋅板帶負(fù)電 B.有正離子從鋅板逸出C.有電子從鋅板逸出 D.鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子,答案 C 鋅板在紫外線的照射下發(fā)生了光電效應(yīng),說明鋅板上有光電子飛出,所以鋅板帶正電,C正確,A、B、D錯(cuò)誤。4.(2013北京理綜,20,6分,0.53)以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng),即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí),用強(qiáng)激光照射金屬,由于其光子密度極大,一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能,從而形成多光子光電效應(yīng),這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為ν的普通光源照射陰極K,沒有發(fā)生光電效應(yīng)。換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K,則發(fā)生了光電效應(yīng);此時(shí),若加上反向電壓U,即將陰極K接電源正極,陽(yáng)極A接電源負(fù)極,在K、A之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)。逐漸增大U,光電流會(huì)逐漸減小;當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí),所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功,h為普朗克常量,e為電子電量)( )A.U=- B.U=-C.U=2hν-W D.U=-答案 B 同頻率的光照射陰極K,普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng),而強(qiáng)激光能使其發(fā)生光電效應(yīng),說明一個(gè)電子吸收了多個(gè)光子。設(shè)吸收的光子個(gè)數(shù)為n,光電子逸出的最大初動(dòng)能為Ek,由光電效應(yīng)方程知:Ek=nhν-W(n≥2)①;光電子逸出后克服電場(chǎng)力做功,由動(dòng)能定理知Ek=eU②,聯(lián)立上述兩式得U=-(n≥2),當(dāng)n=2時(shí),即為B選項(xiàng),其他選項(xiàng)均不可能?？疾辄c(diǎn) 光電效應(yīng)。思路點(diǎn)撥 電子一次吸收的能量只能是一個(gè)光子能量的整數(shù)倍,本題中倍數(shù)n≥2。5.[2018江蘇單科,12C(2)]光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用波長(zhǎng)為λ0的單色光A照射某金屬板時(shí),剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)波長(zhǎng)為的單色光B照射該金屬板時(shí),光電子的最大初動(dòng)能為 ,A、B兩種光子的動(dòng)量之比為 。(已知普朗克常量為h、光速為c) 答案 1∶2解析 由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知EkA=h-W0=0,得W0=hEkB=h-h=A種光子的動(dòng)量pA=B種光子的動(dòng)量pB==得pA∶pB=1∶26.[2011課標(biāo),35(1),6分]在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長(zhǎng)為λ0,該金屬的逸出功為 。若用波長(zhǎng)為λ(λ<λ0)的單色光做該實(shí)驗(yàn),則其遏止電壓為 。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h。 答案 (寫為也可)解析 設(shè)金屬的截止頻率為ν0,則該金屬的逸出功W0=hν0=h;對(duì)光電子,由動(dòng)能定理得eU0=h-W0,解得U0=·7.[2019江蘇單科,12(3)]在“焊接”視網(wǎng)膜的眼科手術(shù)中,所用激光的波長(zhǎng)λ=6.4×10-7m,每個(gè)激光脈沖的能量E=1.5×10-2J。求每個(gè)脈沖中的光子數(shù)目。(已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108m/s。計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)答案 5×1016,解析 本題考查了光的波粒二象性中粒子性問題,考查了學(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了物理觀念中能量觀念的素養(yǎng)要素,滲透了關(guān)注社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步、生產(chǎn)生活的價(jià)值觀念。光子能量ε=,光子數(shù)目n=,代入數(shù)據(jù)得n=5×1016?？键c(diǎn)二 原子的結(jié)構(gòu)、原子核1.(2015安徽理綜,14,6分)圖示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運(yùn)動(dòng)軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點(diǎn),在散射過程中可以認(rèn)為重金屬原子核靜止不動(dòng)。圖中所標(biāo)出的α粒子在各點(diǎn)處的加速度方向正確的是( )A.M點(diǎn) B.N點(diǎn) C.P點(diǎn) D.Q點(diǎn)答案 C α粒子與重金屬原子核帶同種電荷,由于庫(kù)侖力作用,α粒子在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn),由牛頓第二定律可知,α粒子的加速度方向?yàn)槠渌軒?kù)侖力方向,指向軌跡彎曲方向的內(nèi)側(cè),故圖中P點(diǎn)所示加速度方向正確,選項(xiàng)C正確。2.(2015天津理綜,1,6分)物理學(xué)重視邏輯,崇尚理性,其理論總是建立在對(duì)事實(shí)觀察的基礎(chǔ)上。下列說法正確的是( )A.天然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的B.電子的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子具有核式結(jié)構(gòu)C.α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)是電荷是量子化的D.密立根油滴實(shí)驗(yàn)表明核外電子的軌道是不連續(xù)的答案 A α粒子散射實(shí)驗(yàn)的重要發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到原子具有核式結(jié)構(gòu),B、C項(xiàng)錯(cuò)誤;密立根的油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出了電子的電荷量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.(2014天津理綜,6,6分)(多選)下列說法正確的是( )A.玻爾對(duì)氫原子光譜的研究導(dǎo)致原子的核式結(jié)構(gòu)模型的建立B.可利用某些物質(zhì)在紫外線照射下發(fā)出熒光來設(shè)計(jì)防偽措施C.天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線都能在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)D.觀察者與波源互相遠(yuǎn)離時(shí)接收到波的頻率與波源頻率不同答案 BD 玻爾對(duì)氫原子光譜的研究完善了核式結(jié)構(gòu)模型,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;紫外線有熒光效應(yīng),故B選項(xiàng)正確;天然放射現(xiàn)象中的γ射線不帶電,在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中不發(fā)生偏轉(zhuǎn),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;觀察者與波源互相遠(yuǎn)離,由多普勒效應(yīng)可知接收到的頻率變小,故選項(xiàng)D正確。4.(2018浙江4月選考,15,2分)(多選)氫原子的能級(jí)圖如圖所示,關(guān)于大量氫原子的能級(jí)躍遷,下列說法正確的是(可見光的波長(zhǎng)范圍為4.0×10-7m~7.6×10-7m,普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空中的光速c=3.0×108m/s)( )A.氫原子從高能級(jí)躍遷到基態(tài)時(shí),會(huì)輻射γ射線,B.氫原子處在n=4能級(jí),會(huì)輻射可見光C.氫原子從高能級(jí)向n=3能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光具有顯著的熱效應(yīng)D.氫原子從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí),輻射的光在同一介質(zhì)中傳播速度最小的光子能量為1.89eV答案 BC γ射線是原子核通過衰變產(chǎn)生的高能電磁波,與原子躍遷無關(guān),故A錯(cuò)誤。氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射出光子,根據(jù)ΔE=hν=h,可得可見光光子的能量范圍為1.63~3.09eV;從n=4能級(jí)躍遷到n=2時(shí)能級(jí)ΔE=2.55eV,處在可見光能量范圍內(nèi),故B選項(xiàng)正確。從高能級(jí)向n=3時(shí)能級(jí)躍遷輻射出的光子最大能量為ΔE=1.51eV<1.63eV,屬于紅外線,具有顯著的熱效應(yīng),所以C選項(xiàng)正確。傳播速度越小,折射率越大,光子頻率越大,能量越大,而氫原子從高能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光子最大能量為3.40eV,所以D選項(xiàng)錯(cuò)誤。5.[2014山東理綜,39(1)]氫原子能級(jí)如圖,當(dāng)氫原子從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656nm。以下判斷正確的是 。(雙選,填正確答案標(biāo)號(hào)) a.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656nmb.用波長(zhǎng)為325nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí)c.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線d.用波長(zhǎng)為633nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí)答案 cd解析 由E初-E終=hν=h可知,氫原子躍遷時(shí)始末能級(jí)差值越大,輻射的光子能量越高、波長(zhǎng)越短,由能級(jí)圖知E3-E2W0判斷,鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。知識(shí)歸納 (1)光子的頻率ν、波長(zhǎng)λ和光速c之間的關(guān)系為:ν=(2)光子的能量:E=hν=(3)光子的動(dòng)量:p=12.[2015山東理綜,39(1)]14C發(fā)生放射性衰變成為14N,半衰期約5700年。已知植物存活期間,其體內(nèi)14C與12C的比例不變;生命活動(dòng)結(jié)束后,14C的比例持續(xù)減少?，F(xiàn)通過測(cè)量得知,某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一。下列說法正確的是 。(雙選,填正確答案標(biāo)號(hào)) a.該古木的年代距今約5700年b.12C、13C、14C具有相同的中子數(shù)c.14C衰變?yōu)?4N的過程中放出β射線d.增加樣品測(cè)量環(huán)境的壓強(qiáng)將加速14C的衰變答案 ac解析 古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代樣品的二分之一,說明該古木恰好經(jīng)歷了一個(gè)半衰期的時(shí)間,故a正確。12C、13C、14C具有相同的質(zhì)子數(shù)、不同的中子數(shù),故b錯(cuò)。14C的衰變方程為:CNe,可見c正確。放射性元素的半衰期與外界因素?zé)o關(guān),故d錯(cuò)。13.[2014課標(biāo)Ⅰ,35(1),6分,0.537](多選)關(guān)于天然放射性,下列說法正確的是 。 A.所有元素都可能發(fā)生衰變,B.放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C.放射性元素與別的元素形成化合物時(shí)仍具有放射性D.α、β和γ三種射線中,γ射線的穿透能力最強(qiáng)E.一個(gè)原子核在一次衰變中可同時(shí)放出α、β和γ三種射線答案 BCD 原子序數(shù)大于或等于83的元素,都能發(fā)生衰變,而原子序數(shù)小于83的部分元素能發(fā)生衰變,故A錯(cuò)。放射性元素的衰變是原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,與核外電子的得失及環(huán)境溫度無關(guān),故B、C項(xiàng)正確。在α、β、γ三種射線中,α、β為帶電粒子,穿透本領(lǐng)較弱,γ射線不帶電,具有較強(qiáng)的穿透本領(lǐng),故D項(xiàng)正確。一個(gè)原子核不能同時(shí)發(fā)生α衰變和β衰變,故E項(xiàng)錯(cuò)誤。規(guī)律總結(jié) α衰變XYHeβ衰變XYeγ射線:放射性原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí),蘊(yùn)藏在核內(nèi)的能量會(huì)釋放出來,使產(chǎn)生的新核處于高能級(jí),這時(shí)它要向低能級(jí)躍遷,能量以γ光子的形式輻射出來,即γ射線。14.(2014重慶理綜,1,6分)碘131的半衰期約為8天。若某藥物含有質(zhì)量為m的碘131,經(jīng)過32天后,該藥物中碘131的含量大約還有( )A. B. C. D.答案 C 設(shè)剩余質(zhì)量為m剩,則由m剩=m(,得m剩=m(==,C正確。15.[2018江蘇蘇錫常鎮(zhèn)一模聯(lián)考,12C(1)]放射性元素氡(Rn)的半衰期為T,氡核放出一個(gè)X粒子后變成釙核(Po),設(shè)氡核、釙核和X粒子的質(zhì)量為m1、m2、m3,下列說法正確的是( )A.該過程的核反應(yīng)方程是RnPoHeB.發(fā)生一次核反應(yīng)釋放的核能為(m2+m3-m1)c2C.1g氡經(jīng)2T時(shí)間后,剩余氡原子的質(zhì)量為0.5gD.釙核的比結(jié)合能比氡核的比結(jié)合能大答案 AD 根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,該核反應(yīng)方程是RnPoHe,故A正確;核反應(yīng)中虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,故釋放的核能為E=(m1-m2-m3)c2,故B錯(cuò)誤;1g氡經(jīng)2T時(shí)間后,剩余氡原子的質(zhì)量為0.25g,故C錯(cuò)誤;從氡核衰變到釙核放出核能,所以釙核的比結(jié)合能比氡核的比結(jié)合能大,故D正確。解題指導(dǎo) 核反應(yīng)方程要遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒;正確利用質(zhì)能方程求釋放的能量;比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。16.(2013上海單科,7,2分)在一個(gè)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)Pb原子核的過程中,發(fā)生β衰變的次數(shù)為( )A.6次 B.10次 C.22次 C.32次答案 A 設(shè)原子核衰變過程中發(fā)生了n次α衰變、m次β衰變,由核衰變規(guī)律及衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒得4n=238-206,2n-m=92-82,解得n=8,m=6,故A正確。17.(2013天津理綜,1,6分)下列說法正確的是( )A.原子核發(fā)生衰變時(shí)要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律B.α射線、β射線、γ射線都是高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子流C.氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子D.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)光電子的動(dòng)能只與入射光的強(qiáng)度有關(guān)答案 C 原子核發(fā)生衰變時(shí)有質(zhì)量虧損,質(zhì)量不守恒,選項(xiàng)A錯(cuò)。γ射線是光子流,不是帶電粒子流,選項(xiàng)B錯(cuò)。氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷,輻射的光子能量hν=Em-En,即只能輻射特定頻率的光子,C項(xiàng)正確。光電效應(yīng)的光電子動(dòng)能Ek=hν-W0,與入射光頻率有關(guān),而與入射光強(qiáng)度無關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。18.(2020課標(biāo)Ⅱ,18,6分)氘核H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量,其總效果可用反應(yīng)式H→He+H+n+43.15MeV表示。海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè),若全都發(fā)生聚變反應(yīng),其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等;已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J,1MeV=1.6×10-13J,則M約為( ),A.40kg B.100kg C.400kg D.1000kg答案 C 由1kg海水中的氘核聚變釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量相等,有:2.9×107M(J)=×43.15×1.6×10-13(J),解得M≈400kg,故C選項(xiàng)正確。19.(2020課標(biāo)Ⅲ,19,6分)(多選)1934年,約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔,首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X,反應(yīng)方程為HeAl→n。X會(huì)衰變成原子核Y,衰變方程為X→Ye。則( )A.X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B.X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C.X的電荷數(shù)比Al的電荷數(shù)多2D.X的質(zhì)量數(shù)與Al的質(zhì)量數(shù)相等答案 AC 由核反應(yīng)過程遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知X為P(磷核),用α粒子轟擊鋁箔的核反應(yīng)方程為HeAl→n,而P不穩(wěn)定,會(huì)衰變成Si,其衰變方程為PSie,則X與Y的質(zhì)量數(shù)相等,而X的質(zhì)量數(shù)比Al多3,選項(xiàng)A正確,D錯(cuò)誤;X的電荷數(shù)比Y多1,比Al多2,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,C正確。20.(2020浙江7月選考,14,2分)(多選)太陽(yáng)輻射的總功率約為4×1026W,其輻射的能量來自聚變反應(yīng)。在聚變反應(yīng)中,一個(gè)質(zhì)量為1876.1MeV/c2(c為真空中的光速)的氘核H)和一個(gè)質(zhì)量為2809.5MeV/c2的氚核H)結(jié)合為一個(gè)質(zhì)量為3728.4MeV/c2的氦核He),并放出一個(gè)X粒子,同時(shí)釋放大約17.6MeV的能量。下列說法正確的是( )A.X粒子是質(zhì)子B.X粒子的質(zhì)量為939.6MeV/c2C.太陽(yáng)每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為4.4×109kgD.太陽(yáng)每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為17.6MeV/c2答案 BC 根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知,X粒子是中子,A錯(cuò)誤;根據(jù)能量守恒可知X粒子的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為939.6MeV,由E=mc2可知X粒子的質(zhì)量為939.6MeV/c2,B正確;太陽(yáng)每秒輻射的能量約為ΔE=4×1026J,則太陽(yáng)每秒因?yàn)檩椛鋼p失的質(zhì)量約為Δm==4.4×109kg,遠(yuǎn)大于17.6MeV/c2,C正確,D錯(cuò)誤。21.(2018課標(biāo)Ⅲ,14,6分)1934年,約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al,產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X:αAl→n+X。X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為( )A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31答案 B 本題考查核反應(yīng)方程。在核反應(yīng)過程中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒,則X的原子序數(shù)為2+13=15,X的質(zhì)量數(shù)為4+27-1=30,選項(xiàng)B正確。規(guī)律總結(jié) 核反應(yīng)方程的特點(diǎn) 核反應(yīng)過程中,質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別守恒。22.(2018北京理綜,13,6分)在核反應(yīng)方程HeNO+X中,X表示的是( )A.質(zhì)子 B.中子 C.電子 D.α粒子答案 A 本題考查核反應(yīng)方程。由核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均守恒,可判斷X為質(zhì)子H,故選項(xiàng)A正確。23.(2013重慶理綜,2,6分)鈾是常用的一種核燃料,若它的原子核發(fā)生了如下的裂變反應(yīng)Un→a+b+n則a+b可能是( )AXeKr BBaKrCBaSr DXeSr答案 D 根據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒可知,a+b的質(zhì)量數(shù)應(yīng)為235+1-2=234,質(zhì)子數(shù)應(yīng)為92,A項(xiàng)中的質(zhì)量數(shù)為140+93=233,B項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)是141+92=233,C項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為141+93=234,質(zhì)子數(shù)為56+38=94,D項(xiàng)中質(zhì)量數(shù)為140+94=234,質(zhì)子數(shù)為54+38=92,綜上可知,答案為D。24.(2013廣東理綜,17,4分)鈾核裂變是核電站核能的重要來源,其一種裂變反應(yīng)式是UnBaKr+n。下列說法正確的有( )A.上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出B.鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無影響,C.鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制D.鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響答案 ACn表示中子,反應(yīng)式中有n放出,A項(xiàng)正確。當(dāng)鈾塊體積小于臨界體積時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不會(huì)發(fā)生,B項(xiàng)錯(cuò)誤。鈾核的核反應(yīng)中釋放出的快中子被減速劑減速后變?yōu)槁凶?而慢中子會(huì)被鈾核吸收發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng),減速劑可由人工控制,C項(xiàng)正確。鈾核的半衰期只由自身決定,而與其他外部因素?zé)o關(guān),D項(xiàng)錯(cuò)誤。25.[2016課標(biāo)Ⅱ,35(1),5分]在下列描述核過程的方程中,屬于α衰變的是 ,屬于β衰變的是 ,屬于裂變的是 ,屬于聚變的是 。(填正確答案標(biāo)號(hào)) ACNe BPSeCUThHe DNHeOHEUnXeSr+n FHHHen答案 C AB E F解析 天然放射性元素自發(fā)地放出α粒子(即氦核He)的衰變屬于α衰變;放出β粒子的衰變屬于β衰變;重核分裂成幾個(gè)中等質(zhì)量原子核的現(xiàn)象為核裂變;輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)為核聚變。26.[2019江蘇單科,12(2)]100年前,盧瑟福用α粒子轟擊氮核打出了質(zhì)子。后來,人們用α粒子轟擊Ni核也打出了質(zhì)子HeNiCuH+X,該反應(yīng)中的X是 (選填“電子”“正電子”或“中子”)。此后,對(duì)原子核反應(yīng)的持續(xù)研究為核能利用提供了可能。目前人類獲得核能的主要方式是 (選填“核衰變”“核裂變”或“核聚變”)。 答案 中子 核裂變解析 本題通過原子核的人工轉(zhuǎn)變考查了核反應(yīng)方程中的質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒等規(guī)律。考查學(xué)生的理解能力,體現(xiàn)了物理觀念中的物質(zhì)觀念要素。由質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可確定X應(yīng)是n,是中子。目前人類對(duì)和平利用核聚變獲得能量的技術(shù)還不成熟,而衰變中能量釋放速率太緩慢,故目前利用核能的主要方式是核裂變。27.[2015江蘇單科,12C(2)(3)](2)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電U是核電站常用的核燃料。U受一個(gè)中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分,并產(chǎn)生 個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要 (選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。 (3)取質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg,中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的質(zhì)量mα=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。請(qǐng)計(jì)算α粒子的結(jié)合能。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案 (2)3 大于 (3)4.3×10-12J解析 (2)由UnBaKr+n可知,會(huì)產(chǎn)生3個(gè)中子,要使裂變持續(xù)進(jìn)行(鏈?zhǔn)椒磻?yīng)),裂變物質(zhì)的體積需大于它的臨界體積。(3)組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差為Δm=(2mp+2mn)-mα結(jié)合能ΔE=Δmc2代入數(shù)據(jù)得ΔE=4.3×10-12J28.[2013課標(biāo)Ⅰ,35(1),6分,0.549]一質(zhì)子束入射到靜止靶核Al上,產(chǎn)生如下核反應(yīng):pAl→X+n式中p代表質(zhì)子,n代表中子,X代表核反應(yīng)產(chǎn)生的新核。由反應(yīng)式可知,新核X的質(zhì)子數(shù)為 ,中子數(shù)為 。 答案 14 13解析 p代表質(zhì)子,符號(hào)為H,n代表中子,符號(hào)為n,根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知HAlSin,則新核X的質(zhì)子數(shù)為14,中子數(shù)為27-14=13。解題關(guān)鍵 牢記核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒和常見的粒子的符號(hào)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)。29.[2013山東理綜,38(1)]恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng),當(dāng)溫度達(dá)到108K時(shí),可以發(fā)生“氦燃燒”。①完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程He+ Be+γ。,Be是一種不穩(wěn)定的粒子,其半衰期為2.6×10-16s。一定質(zhì)量的Be,經(jīng)7.8×10-16s后所剩Be占開始時(shí)的 。 答案 He或α?、诨?2.5%解析 ①由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得HeHeBe+γ②在t=7.8×10-16s時(shí)間內(nèi),原子核衰變的次數(shù)n==3故m=m030.(2017北京理綜,23,18分)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子He)在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為R。以m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符號(hào)用Y表示,寫出該α衰變的核反應(yīng)方程。(2)α粒子的圓周運(yùn)動(dòng)可以等效成一個(gè)環(huán)形電流,求圓周運(yùn)動(dòng)的周期和環(huán)形電流大小。(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)化為α粒子和新核的動(dòng)能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm。答案 見解析解析 本題考查了原子核的衰變、動(dòng)量和能量守恒、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、質(zhì)能方程等多個(gè)考點(diǎn),是一道綜合題,難度中等。(1XYHe(2)設(shè)α粒子的速度大小為v,由qvB=m,T=,得α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期T=環(huán)形電流大小I==(3)由qvB=m,得v=設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v',系統(tǒng)動(dòng)量守恒Mv'-mv=0v'==由Δmc2=Mv'2+mv2得Δm=說明:若利用M=m解答,亦可。31.[2015海南單科,17(2),8分]運(yùn)動(dòng)的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y。已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2,真空中的光速為c,α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速。求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動(dòng)能之差以及α粒子的動(dòng)能。答案 (M-m1-m2)c2 c2解析 設(shè)衰變前原子核X的速度為v0,衰變后放出的α粒子的速度為v,由動(dòng)量守恒有:Mv0=m2v再由反應(yīng)中能量守恒有M=m2v2-ΔE由愛因斯坦質(zhì)能方程有ΔE=Δmc2而Δm=M-(m1+m2)解之有ΔE=m2v2-M=[M-(m1+m2)]c2=(M-m1-m2)c2Ekα=m2v2==c2,【3年模擬】時(shí)間:20分鐘 分值:25分一、單項(xiàng)選擇題(每小題3分,共21分) 1.(2020山東濟(jì)寧一中期中,2)科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚,再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量,核反應(yīng)方程分別為X+Y→He+H+4.9MeV和HHHe+X+17.6MeV,下列表述正確的是( )A.X是質(zhì)子B.Y的質(zhì)子數(shù)是3,中子數(shù)是6C.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)D.兩個(gè)核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損答案 C 2.(2020山東菏澤期末,7)根據(jù)有關(guān)放射性及結(jié)合能方面的知識(shí)可知,下列說法正確的是( )A.隨著氣溫的升高,氡的半衰期會(huì)變短B.許多元素能自發(fā)地放出射線,使人們開始認(rèn)識(shí)到原子是有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的C.具有放射性的物質(zhì),每經(jīng)過一個(gè)半衰期,剩余物質(zhì)的質(zhì)量為原來質(zhì)量的二分之一D.氫核、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,當(dāng)氫核與中子結(jié)合為氘核時(shí),放出的能量為(m1+m2-m3)c2答案 D 3.(2020山東聊城期末,5)下列關(guān)于核反應(yīng)的說法,正確的是( )A.The是β衰變方程,UHe是核裂變方程B.nBan是核裂變方程,也是氫彈的核反應(yīng)方程C.Th衰變?yōu)镽h,經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變D.鋁核Al被α粒子擊中后產(chǎn)生的反應(yīng)生成物是磷P,同時(shí)放出一個(gè)質(zhì)子答案 C 4.(2020山東青島二模,3)圖甲為某實(shí)驗(yàn)小組探究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置,使用a、b、c三束單色光在同一光電管中實(shí)驗(yàn),得到光電流與對(duì)應(yīng)電壓之間的關(guān)系圖像如圖乙所示,下列說法正確的是( )A.a光頻率最大,c光頻率最小B.a光與c光為同種色光,但a光強(qiáng)度大C.a光波長(zhǎng)小于b光波長(zhǎng)D.a光與c光照射同一金屬,逸出光電子的初動(dòng)能都相等答案 B 5.(2020山東北鎮(zhèn)中學(xué)5月檢測(cè),4)某學(xué)?？萍蓟顒?dòng)小組設(shè)計(jì)了一個(gè)光電煙霧探測(cè)器(如圖甲),當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測(cè)器時(shí)(如圖乙),來自光源S的光會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C,當(dāng)光射到光電管中的鈉表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流,當(dāng)光電流大于10-8A時(shí),便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)。已知鈉的極限頻率為6.0×1014Hz,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3.0×108m/s,則下列說法正確的是( ),A.要使該探測(cè)器正常工作,光源S發(fā)出的光波波長(zhǎng)不能小于5.0×10-7mB.若光電管發(fā)生光電效應(yīng),那么光源的光變強(qiáng)時(shí),并不能改變光電煙霧探測(cè)器的靈敏度C.光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因?yàn)楣獍l(fā)生了全反射現(xiàn)象D.當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí),鈉表面每秒釋放出的光電子最少數(shù)目是n=6.25×1010答案 D 6.(2021屆山東鄒城實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二期中,7)根據(jù)玻爾理論,某原子從能量為E的軌道躍遷到能量為E'的軌道輻射出波長(zhǎng)為λ的光,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,E'等于( )A.E-h B.E+hC.E-h D.E+h答案 C 7.(2020山東臨沂檢測(cè),10)氫原子能級(jí)圖如圖所示,已知可見光光子的能量在1.61~3.10eV范圍內(nèi),則下列說法正確的是( )A.氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí),放出的光子為可見光B.大量氫原子處于n=4能級(jí)時(shí),向低能級(jí)躍遷最多能發(fā)出12種不同頻率的光子C.處于基態(tài)的氫原子電離需要釋放13.6eV的能量D.氫原子處于n=2能級(jí)時(shí),可吸收2.86eV能量的光子躍遷到高能級(jí)答案 D 二、多項(xiàng)選擇題(共4分)8.(2021屆山東德州實(shí)驗(yàn)高中調(diào)研,3)下列說法正確的是( )A.按照玻爾理論,氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí),電子的動(dòng)能減小,原子總能量也減小B.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)所產(chǎn)生的C.在康普頓效應(yīng)中,當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí),把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子,因此,光子散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)D.放射性元素的半衰期會(huì)隨壓強(qiáng)的變化而變化答案 BC
