專題十六 近代物理初步【專題檢測】一、選擇題1.(2020湖南師大附中月考五)實驗得到金屬鈣的光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示,下表中列出了幾種金屬的截止頻率和逸出功,參照下表可以確定的是( )金屬鎢鈣鈉截止頻率ν0/Hz10.957.735.53逸出功W0/eV4.543.202.29A.如用金屬鎢做實驗,得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大B.如用金屬鈉做實驗,得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,其斜率比圖中直線的斜率大C.如用金屬鎢做實驗,當(dāng)入射光的頻率ν<ν1時,可能會有光電子逸出D.如用金屬鈉做實驗,得到的Ekm-ν圖線也是一條直線,設(shè)其延長線與縱軸交點(diǎn)的坐標(biāo)為(0,-Ek2),則Ek2λ2>λ3,則λ2∶λ3等于( ) A.3∶2 B.4∶3 C.9∶4 D.32∶27答案 D 能放出三種光,說明此時氫原子處在第3能級,從第3能級躍遷到基態(tài)時放出光子能量為ΔE=
氫原子的能級公式表示為En=則有=-E1=-E1而=-E1=-E1可得λ2∶λ3=32∶27故A、B、C錯誤,D正確。4.(2019湖南長沙四大名校五月模擬)下列說法正確的是( )A.氫原子的核外電子從低能級躍遷到高能級時,吸收光子,電子的軌道半徑增大BUThHe是核裂變方程,當(dāng)鈾塊體積大于臨界體積時,才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能與照射光的強(qiáng)度無關(guān),與照射光的頻率成正比D.α射線是高速運(yùn)動的氦原子核,能夠穿透幾厘米厚的鉛板答案 A 本題考查光電效應(yīng)、氫原子能級躍遷、原子核衰變等必備知識,主要考查理解能力、推理論證能力,體現(xiàn)物理觀念、科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng),突出對基礎(chǔ)性、應(yīng)用性的考查要求。氫原子的核外電子從低能級躍遷到高能級時,吸收光子,電子的軌道半徑增大,A正確U→He屬于α衰變,不是核裂變方程,故B錯誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0,知光電子的最大初動能與光子的頻率成一次函數(shù)關(guān)系,不成正比關(guān)系,故C錯誤;α射線是高速運(yùn)動的氦原子核,電離能力最強(qiáng),而穿透能力最弱,故D錯誤。5.(2019湖南長沙二模)用n轟擊U產(chǎn)生了m個某種粒子,核反應(yīng)方程為UnXeSr+mX。則( )A.方程式中的m=3B.方程式中的X是α粒子C.該反應(yīng)需要吸收熱量DXe的比結(jié)合能一定大于U的比結(jié)合能答案 D 根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知,其核反應(yīng)方程為UnXeSr+n,這個核反應(yīng)為重核裂變,會釋放出大量的能量,故A、B、C錯誤;根據(jù)比結(jié)合能曲線可知,中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能大,輕核和重核的比結(jié)合能小,U是重核,故Xe的比結(jié)合能大于U的比結(jié)合能,故D正確。6.(2020湘贛十五校一模)一平行板電容器的電容為C,A極板材料發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長為λ0,整個裝置處于真空中,如圖所示?，F(xiàn)用一波長為λ(λ<λ0)的單色光持續(xù)照射電容器的A極板,B極板接地。若產(chǎn)生的光電子均不會飛出兩極板間,則下列說法正確的是(已知真空中的光速為c,普朗克常量為h,光電子的電荷量為e)( )A.光電子的最大初動能為B.光電子的最大初動能為C.平行板電容器可帶的電荷量最多為D.平行板電容器可帶的電荷量最多為答案 C 根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知A極板發(fā)生光電效應(yīng)所產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek=h-h=,故A、B項錯誤;當(dāng)單色光持續(xù)照射A極板時,平行板電容器的電荷量逐漸增加,兩極板間形成的電場阻礙光電子到達(dá)B極板,設(shè)最大電荷量為q,兩極板間的電壓U=,由Ue=Ek得平行板電容器可帶的電荷量最多為q=,故C項正確,D項錯誤。
7.(2020湘贛十五校一模)為了做好疫情防控工作,小區(qū)物業(yè)利用紅外測溫儀對出入人員進(jìn)行體溫檢測。紅外測溫儀的原理是:被測物體輻射的光線只有紅外線可被捕捉,并轉(zhuǎn)變成電信號。圖為氫原子能級示意圖,已知紅外線單個光子能量的最大值為1.62eV,要使氫原子輻射出的光子可被紅外測溫儀捕捉,最少應(yīng)給處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子提供的能量為( ) A.10.20eV B.2.89eV C.2.55eV D.1.89eV答案 C 本題以紅外測溫儀原理為物理情境,考查內(nèi)容涉及氫原子向高能級躍遷吸收的能量特點(diǎn)和向低能級躍遷輻射出來的光子能量特點(diǎn)等必備知識,主要考查推理論證能力,體現(xiàn)科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng),突出對應(yīng)用性的考查要求。處于n=2能級的氫原子吸收10.20eV的能量會發(fā)生電離,不能吸收2.89eV的能量,故A、B項錯誤;處n=2能級的原子能吸收2.55eV的能量而躍遷到n=4的能級,然后向低能級躍遷時輻射光子,其中從n=4能級到n=3能級躍遷輻射出的光子的能量小于1.62eV,可被紅外測溫儀捕捉,故C項正確;處于n=2能級的原子能吸收1.89eV的能量而躍遷到n=3的能級,從n=3能級到低能級躍遷時輻射光子的能量均大于1.62eV,不能被紅外測溫儀捕捉,故D項錯誤。8.(2020湖南長沙長郡中學(xué)適應(yīng)性考試三,19)(多選)用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,光電管陰極K與滑動變阻器的中心抽頭c相連,光電管陽極與滑動變阻器的滑片P相連,初始時滑片P與抽頭c正對,電壓表的示數(shù)為0(電壓表0刻線在表盤中央)。在移動滑片P的過程中,光電流I隨電壓表示數(shù)U變化的圖像如圖乙所示,已知入射光的光子能量為1.6eV。下列說法正確的是( )A.當(dāng)滑片P與c正對時,電路中無光電流B.當(dāng)U=-0.6V時,滑片P位于b、c之間C.陰極材料的逸出功為0.6eVD.當(dāng)U=0.8V時,到達(dá)陽極的光電子的最大動能為1.4eV答案 BD 由題意可知,能發(fā)生光電效應(yīng),當(dāng)滑片P與c正對時,光電管兩端無電壓,但此時光電子仍能從陰極到達(dá)陽極,則電路中有光電流,故A錯誤;由圖乙可知,當(dāng)U=-0.6V時,光電流為0,即光電管兩端接反向電壓,則陰極電勢應(yīng)更高,滑片P位于b、c之間,故B正確;由光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0,由圖可知,當(dāng)U=-0.6V時,光電流為0,則有-0.6eV=0-Ek,聯(lián)立解得W0=1.0eV,故C錯誤;光電子逸出時的最大初動能為Ek=0.6eV,當(dāng)U=0.8V時由動能定理得eU=Ek'-Ek得Ek'=eU+Ek=(0.8+0.6)eV=1.4eV,故D正確。9.(2020五岳四月聯(lián)考,19)(多選)原子核的平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線如圖所示。下列說法正確的是( )
AHe核的結(jié)合能約為14MeVBKr核比Ba核更穩(wěn)定C.三個中子和三個質(zhì)子結(jié)合成Li核時放出能量D.在核反應(yīng)UnKrBa+n中,要吸收熱量答案 BC 本題以原子核的平均結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線為物理情境,考查內(nèi)容涉及結(jié)合能、平均結(jié)合能之間關(guān)系以及物理意義等基礎(chǔ)知識,主要考查推理論證能力,體現(xiàn)科學(xué)思維的學(xué)科素養(yǎng),突出對基礎(chǔ)性、應(yīng)用性的考查要求。根據(jù)圖像可知He的平均結(jié)合能約為7MeV,核子數(shù)為4,所以結(jié)合能約為4×7MeV=28MeV,A錯誤;平均結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,所以Kr核比Ba核更穩(wěn)定,B正確;核子結(jié)合成原子核時會質(zhì)量虧損放出核能,即結(jié)合能,所以三個中子和三個質(zhì)子結(jié)合成Li核時放出能量,C正確;重核裂變會質(zhì)量虧損,所以會釋放能量,D錯誤。10.(2020湖南六校聯(lián)考,14)玻爾在盧瑟福原子模型的基礎(chǔ)上,提出了電子在核外的量子化軌道模型,建立了新的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說。如圖所示為氫原子玻爾模型的能級圖,一群處于n=4能級的氫原子,在向較低能級躍遷的過程中向外輻射光子,則下列說法正確的是( )A.這群氫原子能發(fā)出6種頻率不同的光,其中從n=4能級躍遷到n=3能級所發(fā)出的光波長最短B.其中從n=4能級躍遷到n=3能級的氫原子所發(fā)出的光子又能使另外的n=4能級的氫原子向高能級躍遷C.用這些光子照射逸出功為3.34eV的金屬鋅板,對于鋅板表面逸出的光電子,遏止電壓的大小為9.41VD.用這些光子照射逸出功為3.34eV的金屬鋅板,鋅板表面發(fā)出的光電子的最大初動能為10.26eV答案 C 從n=4能級躍遷到n=3能級所發(fā)出的光頻率最小,波長最長,故A錯誤;從n=4能級躍遷到n=3能級的氫原子所發(fā)出的光子能量為0.66eV,既不滿足能級間能量差值,也達(dá)不到電離能,所以不能使n=4能級的氫原子向高能級躍遷,故B錯誤;用這些光子照射逸出功為3.34eV的金屬鋅板,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知,鋅板表面發(fā)出的光電子的最大初動能為-0.85eV-(-13.6eV)-3.34eV=9.41eV,所以遏止電壓等于9.41V,故C正確,D錯誤。二、非選擇題11.如圖所示,有界的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.05T,磁場方向垂直于紙面向里,MN是磁場的左邊界。在磁場中A處放一個放射源,內(nèi)裝RaRa放出某種射線后衰變成Rn。(1)試寫出Ra衰變成Rn的方程;(2)若A距磁場邊界MN的距離OA=1.0m時,放在MN左側(cè)的粒子接收器收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子,此時接收器距過O、A的直線1.0m。據(jù)此可推算出一個靜止鐳核衰變過程中釋放的核能有多少?(取1u=1.6×10-27kg,e=1.6×10-19C,結(jié)果保留三位有效數(shù)字)
答案 (1RaRnHe (2)2.04×10-14J解析 (1)根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可寫出該衰變方程為RaRnHe,放出的粒子為α粒子。(2)垂直MN穿出磁場的α粒子在磁場中運(yùn)動的軌跡如圖所示,即其軌跡半徑R=OA=1.0m。由qvαB=m得vα==m/s=2.5×106m/sEkα=mα=×6.4×10-27×(2.5×106)2J=2.0×10-14J由動量守恒有mαvα=mRnvRn所以=,==所以EkRn=Ekα由能量守恒定律得,釋放的核能為E=Ekα+EkRn=Ekα=×2.0×10-14J=2.04×10-14J。
