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物理選修3
專題二 原子 原子核 波粒二象性
第1講 光電效應 波粒二象性
1.(2022·江蘇一模)(多選)某種金屬逸出光電子的最大初動能Ek 與入射光頻率ν的關系如圖所示.已知該
金屬的逸出功為W0,普朗克常量為h.下列說法正確的是 ( )
A.入射光的頻率越高,金屬的逸出功越大
B.Ek 與入射光的頻率成正比
C.圖中圖線的斜率為h
W
D.圖線在橫軸上的截距為
0
h
2.(2022·上海模擬)在用如圖所示裝置做光電效應實驗中,當紫外線照射鋅板時,發現原本閉合的驗電器指
針發生了明顯的偏轉,則此時 ( )
A.驗電器的金屬球不帶電
B.驗電器的金屬指針帶正電
C.鋅板被紫外線照射到的一面帶負電
D.鋅板未被紫外線照射到的一面帶負電
3.(2022·江蘇模擬)(多選)下列說法中正確的是 ( )
A.電子的衍射圖樣證實了實物粒子具有波動性
B.為了解釋黑體輻射規律,普朗克提出了能量量子化的觀點
C.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將放出光子
D.光電效應現象中存在極限頻率,導致含有光電管的電路存在飽和電流
4.(2022·黃浦區二模)在光電效應實驗中,用黃光照射某金屬板表面未發生光電效應,下列做法有可能產生
光電效應現象的是 ( )
A.改用更強的黃光照射
B.增加照射的時間
C.改用紅光照射
D.改用頻率更高的光照射
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5.(2022·廣東模擬)(多選)在光電效應實驗中,用同一種單色光,先后照射鋅和銀的表面,都能發生光電效
應.對于這兩個過程,下列四個物理過程中,一定不同的是 ( )
A.遏止電壓
B.飽和光電流
C.光電子的最大初動能
D.逸出功
E.發生光電效應的時間
6.(2022春·南陽月考)(多選)下列關于熱輻射說法正確的是 ( )
A.一切物體都在輻射電磁波
B.任何物體輻射電磁波的情況只與溫度有關
C.黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體溫度有關是因為能量量子化
D.黑體能完全吸收入射的各種波長的電磁波
7.(2022春·赤峰校級月考)關于光電效應,下列說法正確的是 ( )
A.動能最大的光電子的動能與入射光的頻率成正比
B.光電子的動能越大,光電子形成的電流強度就越大
C.光子本身所具有的能量取決于光子本身的頻率
D.用紫光照射某金屬發生光電效應,用綠光照射該金屬一定不發生光電效應
8.(2022·揚州一模)某金屬在光的照射下發生光電效應,光電子的最大初動能Ek 與入射光頻率ν的關系如
圖所示,試求:
(1)普朗克常量h(用圖中字母表示);
(2)入射光的頻率為3νc 時,產生的光電子的最大初動能E'k.
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1.(2022春·宜春校級月考)用藍光照射一光電管,能產生光電流,則下列一定可以使該光電管產生光電效
應的有 ( )
A.紅光 B.黃光 C.綠光 D.紫光
2.(2022春·上饒校級月考)研究光電效應,用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極
K),鈉極板發射出的光電子被陽極A吸收,在電路中形成光電流.下列光電流I與A,K之間的電壓UAK的關系圖
像中,正確的是 ( )
3.(2022春·荊州校級月考)(多選)2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就
是發明了電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器.他們的發明利用了愛因斯坦的光電效應原理.如圖所示電路可研究光
電效應規律.圖中標有A和K的為光電管,其中A為陰極,K為陽極.理想電流計可檢測通過光電管的電流,理想
電壓表用來指示光電管兩端的電壓.現接通電源,用光子能量為10.5eV的光照射陰極A,電流計中有示數,若將
滑動變阻器的滑片P 緩慢向右滑動,電流計的讀數逐漸減小,當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零,讀出此
時電壓表的示數為6.0V;現保持滑片P 位置不變,以下判斷正確的是 ( )
A.光電管陰極A射出的光電子是具有瞬時性的
B.光電管陰極材料的逸出功為4.5eV
C.若增大入射光的強度,電流計的讀數不為零
D.若用光子能量為12eV的光照射陰極A,光電子的最大初動能一定變大
E.若用光子能量為9.5eV的光照射陰極A,同時把滑片P 向左移動少許,電流計的讀數一定不為零
4.(2022春·許昌校級月考)(多選)在做光電效應的實驗時,某金屬被光照射發生了光電效應,實驗測得光
電子的最大初動能Ek 與入射光的頻率ν的關系如圖所示,C,νc 為已知量.由實驗圖線可求出 ( )
A.當入射光的頻率增為2倍時,逸出的光電子最大初動能也增為2倍
B.該金屬的極限頻率
C.當入射光的頻率增大時,陰極在單位時間內放出的光電子數增多
D.該金屬的逸出功
E.普朗克常量的數值
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5.(2022春·宜春校級月考)(多選)如圖是某金屬在光的照射下產生的光電子的最大初動能Ek 與入射光頻
率ν的關系圖像.由圖像可知 ( )
A.該金屬的逸出功等于E
B.該金屬的逸出功等于hνc
C.入射光的頻率為2νc 時,產生的光電子的最大初動能為E
D.入射光的頻率為2νc 時,產生的光電子的最大初動能為2E
6.(2022春·邵陽校級月考)某金屬的逸出功為2.6eV,這意味著 ( )
A.這種金屬內部的電子克服原子核引力做2.6eV的功即可脫離該金屬表面
B.這種金屬內部的電子只要獲得2.6eV的能量即可脫離該金屬表面
C.要使這種金屬有電子逸出,入射光子的能量必須大于2.6eV
D.這種金屬受到光照時若有電子逸出,則電子離開金屬表面時的動能至少等于2.6eV
7.(2022春·邯鄲校級月考)下面關于光的波粒二象性的說法中,不正確的是 ( )
A.大量光子產生的效果往往顯示出波動性,個別光子產生的效果往往顯示出粒子性
B.頻率越大的光其粒子性越顯著,頻率越小的光其波動性越顯著
C.光在傳播時往往表現出波動性,光在跟物質相互作用時往往表現出粒子性
D.光不可能同時既具有波動性,又具有粒子性
8.(2022春·
h
南陽月考)德布羅意認為:任何一個運動著的物體,都有一種波與它對應,波長是λ= ,式中p p
是運動物體的動量,h是普朗克常量.已知某種紫光的波長是440nm,若將電子加速,使它的德布羅意波長是這種
紫光波長的10-4倍,求:
(1)電子的動量的大小;
(2)試推導加速電壓跟德布羅意波長的關系,并計算加速電壓的大小.(電子質量m=9.1×10-31kg,電子電荷
量e=1.6×10-19C,普朗克常量h=6.6×10-34J·s,加速電壓的計算結果取一位有效數字)
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1.(2022春·荊州校級月考)在光電效應實驗中,光強分別為E1,E2 對應的波長分別為λ1,λ2 的單色光,分
別照在光電管陰極上,測得兩極間電壓U 與光電流I的關系曲線如圖所示,則 ( )
A.E1>E2,λ1<λ2 B.E1>E2,λ1>λ2
C.E1λ2 D.E12.(2022春·汕頭校級月考)(多選)下列有關黑體輻射和光電效應的說法中正確的是 ( )
A.普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說
B.在黑體輻射中,隨著溫度的升高,各種頻率的輻射都增加,輻射強度極大值的光向頻率較低的方向移動
C.用一束綠光照射某金屬,能產生光電效應,現把這束綠光遮住一半,仍然可發生光電效應
D.在光電效應現象中,極限頻率越大的金屬材料逸出功越大
E.在光電效應現象中,入射光的強度越大,光電子的最大初動能越大
3.(2022·浙江模擬)(多選)在光電效應實驗中,采用極限頻率為ν =5.5×1014c Hz鈉陰極,已知普朗克常量
h=6.6×10-34J·s,電子質量m=9.1×10-31kg.用頻率ν=7.5×1014Hz的紫光照射鈉陰極產生光電子的( )
A.動能的數量級為10-19J B.速率的數量級為108m/s
C.動量的數量級為10-27kg·m/s D.德布羅意波長的數量級為10-9m
4.(2022·朝陽區一模)從1907年起,密立根就開始測量金屬的遏止電壓Uc(即圖1所示的電路中電流表
的讀數減小到零時加在電極K,A之間的反向電壓)與入射光的頻率ν,由此算出普朗克常量h,并與普朗克根據
黑體輻射得出的h相比較,以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性.按照密立根的方法我們利用圖示裝置進行實
驗,得到了某金屬的Uc ν圖像如圖2所示.下列說法正確的是 ( )
圖1 圖2
A.該金屬的截止頻率約為4.27×1014Hz
B.該金屬的截止頻率約為5.50×1014Hz
C.該圖線的斜率為普朗克常量
D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功
5.(2022·石嘴山校級一模)(多選)圖甲是光電效應的實驗裝置,圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的
電壓的關系.下列說法正確的是 ( )
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A.在光的顏色不變的情況下,入射光越強,飽和電流越大
B.對某種確定的金屬來說,其遏止電壓只由入射光的頻率決定
C.遏止電壓越大,說明從該金屬中逃出來的光電子的最大初動能越大
D.入射光的頻率低于截止頻率時,如果光足夠強,也可能發生光電效應
E.只要增大電壓,光電流就會一直增大
6.(2022春·上饒校級月考)某同學采用如圖所示的實驗裝置來研究光電效應現象.當用某單色光照射光電
管的陰極K時,會發生光電效應現象.閉合開關S,在陽極A和陰極K之間加上反向電壓,通過調節滑動變阻器的
滑片逐漸增大電壓,直至電流計中電流恰為零,此電壓表的電壓值U 稱為遏止電壓,根據遏止電壓,可以計算出光
電子的最大初動能Ekm.現分別用頻率為ν1 和ν2 的單色光照射陰極,測量到遏止電壓分別為U1 和U2,設電子質
量為m,電荷量為e,求:
(1)用頻率為ν1 的光照射時,光電子的最大初速度v;
(2)普朗克常數h;
(3)陰極K金屬的極限頻率νc.
拓展題特訓
1.(2022·黃岡校級模擬)(多選)在光電效應實驗中,某同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光
電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光),如圖所示.則可判斷出 ( )
A.甲光的頻率等于乙光的頻率
B.乙光的波長大于丙光的波長
C.乙光對應的截止頻率大于丙光的截止頻率
D.甲光對應的飽和光電流大于丙光對應的飽和光電流
E.甲光對應的光電子最大初動能大于丙光的光電子最大初動能
2.(2022·安徽校級模擬)(多選)如圖所示為研究光電效應規律的實驗電路,電源的兩個電極分別與接線柱
c,d 連接.用一定頻率的單色光a照射光電管時,靈敏電流計G的指針會發生偏轉,而用另一頻率的單色光b照
射該光電管時,靈敏電流計G的指針不偏轉.下列說法正確的是 ( )
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A.a光的頻率一定大于b光的頻率
B.用b光照射光電管時,一定沒有發生光電效應
C.電源正極可能與c接線柱連接
D.若靈敏電流計的指針發生偏轉,則電流方向一定是由d→G→f
E.光電子數增加,逸出的光電子最大初動能變大
3.(2022·泰安一模)(多選)用如圖所示的裝置研究光電效應現象.所用光子能量為2.75eV的光照射到光電
管上時發生了光電效應,電流表G的示數不為零;移動變阻器的觸點c,發現當電壓表的示數大于或等于1.7V
時,電流表示數為0,則下列說法正確的是 ( )
A.光電子的最大初動能始終為1.05eV
B.光電管陰極的逸出功為1.05eV
C.電鍵S斷開后,電流表G中有電流流過
D.當滑動觸頭向a端滑動時,反向電壓增大,電流增大
E.改用能量為2.5eV的光子照射,移動變阻器的觸點c,電流表G中也可能有電流
4.(2022春·金臺區期中)紫光在真空中的波長為4.5×10-7m,問:
(1)紫光光子的能量是多少
(2)用它照射極限頻率為ν 14c=4.62×10 Hz的金屬鉀能否產生光電效應 若能產生,則光電子的最大初動能
為多少 (h=6.63×10-34J·s)(計算結果小數點后保留兩位小數)
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第2講 原子結構
1.(2022·通州區模擬)關于α粒子散射實驗,α粒子的運動軌跡如圖所示,在其中一條α粒子的運動軌跡上
標出a,b,c三點.原子核對α粒子的作用力在哪個點最大 ( )
A.a點 B.b點
C.c點 D.三個點一樣大
2.(2022·普陀區二模)在α粒子散射實驗中,我們并沒有考慮到α粒子跟電子碰撞,這是因為 ( )
A.電子體積非常小,以至于α粒子碰不到它
B.電子質量遠比α粒子的小,所以它對α粒子運動的影響極其微小
C.α粒子跟各個電子碰撞的效果相互抵消
D.電子在核外均勻分布,所以α粒子受到電子作用的合外力為零
3.(2022·淮安模擬)許多情況下光是由原子內部電子的運動產生的,因此光譜的研究是探索原子結構的一
條重要途徑.關于氫原子光譜、氫原子能級和氫原子核外電子的運動,下列說法中正確的是 ( )
A.氫原子巴爾末線系譜線是包含從紅外到紫外的線狀譜
B.氫原子光譜的不連續性,表明了氫原子的能級是不連續的
C.氫原子處于不同能級時,電子在各處的概率是相同的
D.氫光譜管內氣體導電發光是熱輻射現象
4.(2022·德州校級模擬)(多選)下列五幅圖涉及不同的物理知識,其中說法正確的是 ( )
A.圖甲:普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念,成為量子力學的奠基人之一
B.圖乙:玻爾理論指出氫原子能級是分立的,所以原子發射光子的頻率也是不連續的
C.圖丙:盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果,發現了質子和中子
D.圖丁:根據電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,可以說明電子具有粒子性
E.圖戊:康普頓通過研究石墨對X射線的散射,說明光具有粒子性
5.(2022·江蘇模擬)氫原子處于基態時,原子能量E1=-13.6eV,已知氫原子各定態能量與基態能量之間
E
的關系為E 1n= 2,式中n=2,3,n 4
,5… ( )
A.若氫原子處于n=2的定態,該氫原子的電離能為10.2eV
B.若氫原子處于n=2的定態,該氫原子的電離能為3.4eV
C.一個處于n=3定態的氫原子在向基態躍遷時最多放出3種頻率的光子
D.氫原子從n=4定態向n=3定態時要放出光子,電子的動能減小
6.(2022·紅橋區一模)用光子能量為E 的單色光照射容器中處于基態的氫原子.停止照射后,發現該容器內
的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子,它們的頻率由低到高依次為ν1,ν2,ν3,由此可知,開始用來照射容器的單
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色光的光子能量可以表示為:①hν1;②hν3;③h(ν1+ν2);④h(ν1+ν2+ν3)以上表示式中 ( )
A.只有①③正確 B.只有②正確
C.只有②③正確 D.只有④正確
7.(2022·南寧一模)(多選)1913年丹麥物理學家波爾把微觀世界中的物理量取分力值的觀念應用到原子
系統,提出了新的原子結構,下列有關波爾的原子結構的說法,正確的是 ( )
A.原子核外電子的運行軌道半徑只能是一些特定的值
B.電子在定態軌道上運動時會向外輻射電磁波
C.玻爾的原子模型能解釋氫原子光譜,但不能解釋氦原子光譜
D.玻爾的原子模型否定了湯姆孫的原子模型
E.玻爾的原子模型否定了盧瑟福的原子模型
8.(2015春·泰州期末)強激光的出現豐富了人們對光電效應的認識.用強激光照射金屬時,由于其光子密度
極大,一個電子在極短時間內吸收多個光子成為可能,從而形成多光子光電效應.氫原子的能級如圖所示,一群氫
原子受激發后處于n=3能級.當它們向基態躍遷時,輻射的光照射光電管陰極K,假設電子在極短時間內吸收兩
個光子形成光電效應.實驗測得其遏止電壓為10.92V.求:
(1)氫原子從n=3能級向基態躍遷,輻射光子的能量;
(2)逸出光電子的最大初動能Ek初;
(3)寫出該光電管雙光子光電效應方程,并求出逸出功.
高頻題特訓
1.(2022·東城區模擬)關于原子模型,下列說法錯誤的是 ( )
A.湯姆生發現電子,表明原子具有核式結構
B.盧瑟福完成的α粒子散射實驗,說明了原子的“棗糕”模型是不正確的
C.按照玻爾理論,氫原子核外電子從高能級向低能級躍遷時,輻射出光子
D.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,電子的動能減小,原子總能
量增加
2.(2022·龍巖模擬)(多選)氫原子能級如圖所示,已知可見光的光子能量在1.62eV到3.11eV之間,當氫原
子從n=3躍遷到n=2的能級時,輻射光的波長為656nm.以下判斷正確的是 ( )
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A.氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷時發出的光為可見光
B.用波長為502nm的光照射,能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級
C.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級時,輻射光的波長大于656nm
D.一群處于n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生3種譜線
E.處于n=3能級的氫原子吸收1.51eV的能量會發生電離
3.(2022·蘭州模擬)(多選)如圖所示是氫原子的能級圖,現有大量處于n=3激發態的氫原子向低能級躍
遷,所輻射的光子中,只有一種能使某金屬產生光電效應,以下判斷正確的是 ( )
A.該光子一定是氫原子從激發態n=3躍遷到基態時輻射的光子
B.該光子一定是氫原子從激發態n=2躍遷到基態時輻射的光子
C.若氫原子從激發態n=3躍遷到低能級,可輻射出3種頻率的光子
D.若氫原子從激發態n=4躍遷到基態,輻射出的光子一定能使該金屬產生光線效應
E.若氫原子從激發態n=4躍遷到低能級,則會有3種光子使該金屬產生光電效應
4.(2022·鹽城一模)如圖所示,某原子的三個能級的能量分別為E1,E2 和E3.a,b,c 為原子躍遷所發出的3
種波長的光,下列判斷正確的是 ( )
A.E1>E2>E3 B.E3-E2>E2-E1
C.b光的波長最長 D.c光的頻率最高
5.(2022·河南模擬)(多選)用頻率為ν0 的光照射大量處于基態的氫原子,在所發射的光譜中僅能觀測到頻
率分別為ν1,ν2,ν3 的三條譜線,且ν3>ν2>ν1,對應光子的能量分別為E1,E2,E3,已知普朗克常數為h,則下面正
確的是(填入正確選項前的字母) ( )
A.E1B.ν3=ν2+ν1
C.上面觀測到頻率分別為ν1,ν2,ν3 的三條譜線都能使極限頻率為ν0 金屬表面逸出電子
1 1 1
D.ν =1 ν
+
2 ν3
c
E.上面觀測到頻率分別為ν1,ν2,ν3 的三條譜線真空中最長波長為ν1
6.(2022春·海淀區期中)已知氦離子(He+)的能級圖如圖所示,根據能級躍遷理論可知 ( )
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A.氦離子(He+)從n=4能級躍遷到n=3能級比從n=3能級躍遷到n=2能級輻射出光子的頻率低
B.大量處在n=3能級的氦離子(He+)向低能級躍遷,只能發出2種不同頻率的光子
C.氦離子(He+)處于n=1能級時,能吸收45eV的能量躍遷到n=2能級
D.氦離子(He+)從n=4能級躍遷到n=3能級,需要吸收能量
7.(2022春·荊州校級月考)(多選)氦原子被電離一個核外電子,形成類氫結構的氦離子.已知基態的氦離子
能量為E1=-54.4eV,氦離子能級的示意圖如下所示.在具有下列能量的光子中,能被基態氦離子吸收而發生躍
遷的是 ( )
A.40.8eV B.43.2eV
C.51.0eV D.54.4eV
8.(2015春·確山縣校級期中)如圖所示為氫原子能級示意圖,現有動能是E(eV)的某個粒子與處在基態的
一個氫原子在同一直線上相向運動,并發生碰撞.已知碰撞前粒子的動量和氫原子的動量大小相等.碰撞后氫原子
受激發躍遷到n=5的能級.(粒子的質量m 與氫原子的質量mH 之比為k)求:
(1)碰前氫原子的動能;
(2)若有一群氫原子處在n=5的能級,會輻射出幾種頻率的光
(3)其中頻率最高的光子能量為多大
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1.(2022·上海)在α粒子散射實驗中,電子對α粒子運動的影響可以忽略,這是因為與α粒子相比,電子的
( )
A.電量太小 B.速度太小
C.體積太小 D.質量太小
2.(2022春·冀州市校級月考)(多選)氫原子的能級如圖所示,已知可見光的光子能量范圍約為1.62~3.11
eV.下列說法正確的是 ( )
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A.一個處于n=2能級的氫原子,可以吸收一個能量為4eV的光子
B.大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發出的光是不可見光
C.大量處于n=4能級的氫原子,躍遷到基態的過程中可以釋放出6種頻率的光子
D.氫原子從高能級向低能級躍遷的過程中釋放的光子的能量可能大于13.6eV
E.用能量為10eV和3.6eV的兩種光子同時照射大量處于基態的氫原子,有可能使個別氫原子電離
3.(2015春·平度市期末)(多選)有關氫原子光譜的說法正確的是 ( )
A.氫原子的發射光譜是連續譜
B.氫原子光譜說明氫原子只發出特殊頻率的光
C.氫原子光譜說明氫原子能級是分立的
D.氫原子光譜線的頻率與氫原子能級的能量差無關
E
4.(2022·蓮湖區校級二模)已知氫原子的基態能量為E,激發態能量E 1n= 2,其中n=2,3,…用n h
表示普
朗克常量,c表示真空中的光速.能使氫原子從第一激發態電離的光子的最大波長為 ( )
4hc 2hc
A.-3E B.-1 E1
4hc 9hc
C.-E D.-1 E1
5.(2015春·宜興市期末)(多選)氫原子在某三個相鄰能級間躍遷時,可發出三種不同波長的輻射光.已知其
中的兩個波長分別為λ1 和λ2,且λ1>λ2,則另一個波長可能是 ( )
A.λ1+λ2 B.λ1-λ2
λ1λ2 λ1λ2
C.λ D.1+λ2 λ1-λ2
6.(2015春·三明校級月考)氫原子處于基態時能量E1=-13.6eV,軌道半徑為r1,已知電子電量為e,質量
為m,靜電力衡量為k.(普朗克常量h=6.63×10-34J·s)求:
(1)若要使處于n=2的氫原子電離,至少要用多大頻率的電磁波照射氫原子
(2)若已知鈉的極限頻率為6.00×1014Hz,今用一群處于n=4的激發態的氫原子發射的光照射鈉,通過計算
說明有幾條譜線可使鈉發生光電效應
(3)氫原子核外電子的繞核運動可等效為一環形電流,則氫原子處于n=2的定態時,核外電子的等效電流為
多大 (用k,e,m,r1 表示)
32
物理選修3
拓展題特訓
1.(2022·奉賢區二模)二十世紀初,為研究物質的內部結構,物理學家做了大量的實驗,如圖裝置的實驗是
( )
A.α粒子散射實驗 B.發現質子的實驗
C.發現電子的實驗 D.發現中子的實驗
2.(2022·新建縣校級模擬)(多選)如圖是氫原子的能級圖,一群氫原子處于n=3能級,下列說法中正確
的是 ( )
A.這群氫原子躍遷時能夠發出3種不同頻率的波
B.這群氫原子發出的光子中,能量最大為10.2eV
C.從n=3能級躍遷到n=2能級時發出的光波長最長
D.這群氫原子能夠吸收任意光子的能量而向更高能級躍遷
E.如果發出的光子中只有一種能使某金屬產生光電效應,那一定是由n=3能級躍遷到n=1能級發出的
3.(2022·黔東南州模擬)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.α粒子散射實驗表明原子的絕大部分質量和全部正電荷集中在一個很小的核內
B.一群氫原子受激發后處于n=3能級,當它們向低能級躍遷時能發出3種頻率的光
C.用某種頻率的光照射鋅板不能發生光電效應,可能是因為該光的強度不夠
D.放射性元素發生衰變時,如果溫度越高衰變的周期將會變小
E.每一種原子都有自己的特征譜線,因此可以用原子光譜來鑒別物質
4.(2015秋·定州市校級月考)實驗室考查氫原子躍遷時的微觀效應.已知氫原子能級圖如圖所示,氫原子質
量為m -27H=1.67×10 kg.設原來處于靜止狀態的大量激發態氫原子處于n=5的能級狀態.
(1)求氫原子由高能級向低能級躍遷時,可能發射出多少種不同頻率的光
(2)
hν
若躍遷后光子沿某一方向飛出,且光子的動量可以用p= 表示,h 為普朗克常量,ν為光子頻率,c為真c
空中光速),求發生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率.(保留三位有效數字)
33
小題狂刷 高考專題特訓
第3講 原子核
1.(2022·廣東模擬)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.α射線和γ射線均為電磁波
B.γ射線的電離本領比β射線弱
C.愛因斯坦在對光電效應的研究中,提出了光子說
D.氫原子從n=2的狀態躍遷到n=4的狀態時,需要吸收能量
E.一束光照射到某金屬上不能發生光電效應,改用波長更長的光束可能發生光電效應
2.(2022·上海模擬)下列關于α,β,γ三種放射線的說法中,正確的是 ( )
A.β射線電離本領最強
B.γ射線穿透本領最強
C.α射線在真空中的傳播速度與光速相同
D.α,β,γ射線都能在電場中發生偏轉
3.(2022·房山區一模)日本福島核電站發生核泄漏危機引起世界對安全利用核能的關注.泄漏的污染物中
含有131I和137Cs.131I發生衰變時會釋放β射線;137Cs發生衰變時會釋放γ射線,過量的射線對人體組織有破壞作
用.核泄露一旦發生,應盡量避免污染物的擴散.下列說法正確的是 ( )
A.γ射線電離作用很強
B.β射線是高速電子流
C.目前世界上運行的核電站均采用核聚變
D.可以通過降低溫度減小污染物的半衰期,從而減小危害
4.(2022·泗陽縣校級一模)(多選)下列說法中正確的是 ( )
A.如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等,則它們的動量不相等
B.組成原子核的核子(質子、中子)之間存在著一種核力,核力是強相互作用的一種表現,因此核子結合成原
子核要吸收能量
C.美國科學家康普頓研究石墨中的電子對X射線的散射時發現,有些散射波的波長λ比入射波的波長λ0 略
大,說明光除了具有能量還具有動量
D.天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示,由此可推知,③是一種波長很短的電
磁波
5.(2022·江西校級一模)(多選)下列說法中正確的是 ( )
A.盧瑟福提出原子的核式結構模型,建立的基礎是α粒子的散射實驗
B.發現天然放射現象的意義在于使人類認識到原子核具有復雜的結構
C.原子核內的某一核子與其他核子間都有核力作用
D.核反應方程147N+42He →17 18O+1H屬于原子核的人工轉變
E.氫原子的核外電子,在由離核較遠的軌道自發躍遷到離核較近的軌道過程中,放出光子,電子動能增加,原
子的電勢能增加
6.(2022·揭陽一模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.天然放射現象說明了原子核具有復雜結構
B.放射性物質的溫度升高,其半衰期減小
C.核裂變與聚變都伴有質量虧損
34
物理選修3
D.氫原子從n=4的能級躍遷到n=2的能級要輻射光子
E.β衰變所釋放的電子來自原子核外
7.(2022·太原模擬)(多選)據媒體報道,叛逃英國的俄羅斯前持工利特維年科在倫敦離奇身亡,英國警方調
査認為毒殺利特維年科的是超級毒藥一放射性元索釙(21084Po).若元素釙發生某種衰變,其半衰期是138天,衰變方
程為21084Po →20682Pb+Y+γ.下列說法正確的是 ( )
A.該元素發生的是β衰變
B.Y原子核含有4個核子
C.γ射線是衰變形成的鉛核釋放的
D.200g的21084Po經276天,已發生衰變的質量為150g
E.該衰變過程質量守恒
8.(2022·泗陽縣校級一模)重核的裂變與輕核的聚變都能發生質量虧損,釋放出核能,用中子轟擊鈾核而引
起裂變,鈾核裂變時要放出更多的中子,裂變反應方程:235U+1n →140Xe+9492 0 54 38Sr+X,氘核和氚核可發生熱核聚變
而釋放出巨大的能量,該反應方程為:21H+3 41H →2He+Y.已知:2 3 41H,1H,2He和粒子Y的質量分別為2.0141u,
3.0161u,4.0026u和1.0087u;1u=931.5MeV/c2,c是真空中的光速.由上述反應方程和數據可知,
(1)X,Y分別是什么粒子;
(2)該核聚變反應釋放出的能量為多少 MeV.(結果保留3位有效數字)
高頻題特訓
1.(2022·衡陽一模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.在α,β,γ這三種射線中γ射線的穿透能力最強,α射線的電離能力最強
B.假如有18個某種放射性元素的原子核,經過一個半衰期,一定是有9個原子核發生了衰變
C.某單色光照射一定金屬時不發生光電效應,改用波長較短的光照射該金屬時可能發生光電效應
D.原子核的比結合能越大,原子核越穩定
E.兩個輕核結合成質量較大的核,這樣的核反應是核裂變
2.(2022·重慶校級模擬)下列說法正確的是 ( )
A.在康普頓效應中,當入射光子與晶體中的電子碰撞時,把一部分動量轉移給電子,因此,光子散射后波長
變長
35
小題狂刷 高考專題特訓
B.考古學家發現某一骸骨中14C的含量為活著的生物含量的四分之一,已知14C的半衰期為5730年,則確定
該生物死亡距今11460年
C.按照波爾理論,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,電子的動能減少,原子總能
量增大
D.盧瑟福發現了中子,湯姆孫發現了電子
E.機場、車站等地方進行安檢工作時,能輕而易舉地窺見箱內物品,利用了γ射線較強的穿透能力
3.(2022·鷹潭校級模擬)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.將核子束縛在原子核內的核力,是不同于萬有引力和電磁力的另一種相互作用力且每個核子只跟鄰近的
核子發生核力的作用,它具有飽和性
B.在核反應堆中利用慢化劑(如石墨、重水等)來減慢核反應的速度
C.普朗克引入了能量子的概念,得出黑體輻射的強度按波長分布的公式,與實驗符合得非常好,并由此開創
了物理學的新紀元
D.人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物質長的多,放射性廢料容易處理,因此凡用到射線時,用的都
是人工放射性同位素,而不用天然放射性物質
E.比結合能小的原子核結合成比結合能大的原子核時一定放出核能
4.(2022·濟南一模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.β射線與γ射線一樣都是電磁波,但β射線的穿透本領遠比γ射線弱
B.玻爾將量子觀念引入原子領域,其理論能夠解釋氫原子光譜的特征
C.氫原子的核外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時氫原子的能量減少
D.在原子核中,比結合能越小表示原子核中的核子結合得越牢固
E.238 20692U衰變成 82Pb要經過6次β衰變和8次α衰變
5.(2022·淄博一模)(多選)下列說法中正確的是 ( )
A.質子與中子結合成氘核的過程中需要吸收能量
B.22688Ra(鐳)衰變為22286Rn(氡)要經過1次α衰變
C.β射線是原子核外電子掙脫原子核的束縛后而形成的電子流
D.放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數發生衰變所需要的時間
E.法國物理學家德布羅意預言了實物粒子的波動性
6.(2022·湘陰縣二模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態和外部條件無關
B.β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子時所產生的
C.結合能越大,原子中核子結合的越牢固,原子核越穩定
D.各種氣體原子的能級不同,躍遷時發射光子的能量(頻率)不同,因此利用不同的氣體可以制成五顏六色
的霓虹燈
E.根據波爾理論,氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,要釋放一定頻率的光子,同時電子的動
能減少,電勢能增大
7.(2022·詔安縣校級一模)(多選)對下列各項敘述正確的是 ( )
A.實物粒子只具有粒子性,沒有波動性,光子具有波粒二象性
B.α粒子散射實驗中少數α粒子發生較大偏轉是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據
C.在α,β,γ這三種射線中,γ射線的穿透能力最強,α射線的電離能力最強
D.當入射光的頻率低于截止頻率時則不會發生光電效應
E.若使放射性物質的溫度升高,其半衰期將減小
8.(2022·奉化市校級模擬)已知相關的數據如圖表所示.
原子核 1 2 3 41H 1H 2He 2He
質量/u 1.0078 2.0136 3.0160 4.0026
1u相當于931.5MeV
(1)原子核A 2ZX與氘核1H反應生成一個α粒子和一個質子.由此可知 ( )
36
物理選修3
A.A=2,Z=1 B.A=2,Z=2
C.A=3,Z=3 D.A=3,Z=2
(2)計算上述反應中釋放的核能是多少
(3)若原子核AZX以E 2k1=0.2MeV的動能與氘核1H以Ek1=0.3MeV的動能發生對心碰撞,則反應中生成物
的動能分別是多少
易錯題特訓
1.(2022·遼寧校級一模)(多選)23892U是一種放射性元素,能夠自發地進行一系列放射性衰變,如下圖所示,
可以判斷下列說法正確的是 ( )
238 210 210
92U → 83Bi → aPo
X
Y ↓ ↓Z
b81Tl 20682Pb
A.圖中a是84,b是206
B.206Pb比23882 92U的比結合能大
C.Y是β衰變,放出電子,電子是由中子轉變成質子時產生的
D.Y和Z是同一種衰變
E.從X衰變中放出的射線電離性最強
2.(2022·石家莊一模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.原子核內部某個中子轉變為質子和電子,產生的電子從原子核中發射出來,這就是β衰變的本質
B.已知氦原子核的質量為m1、質子的質量為m2、中子的質量為m3,則質子和中子在結合成核時釋放的核能
為(m 22+m3-m1)c
C.根據玻爾理論可知,氫原子輻射出一個光子后,氫原子的電勢能增大,核外電子的運動速度減小
D.光電效應說明光具有粒子性
E.α粒子散射實驗中少數粒子發生較大偏轉是盧瑟福猜想原子具有核式結構模型的主要依據
3.(2022·呼和浩特一模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.天然放射元素衰變的快慢與所處的化學、物理狀態無關
B.α粒子散射實驗中少數α粒子發生了較大偏轉,這是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據之一
C.由玻爾理論可知,氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,要輻射一定頻率的光子,同時電子的
動能增大,電勢能減少
37
小題狂刷 高考專題特訓
D.在光電效應實驗中,用同種頻率的光照射不同的金屬表面,從金屬表面逸出的光電子的最大初動能Ek 越
大,則這種金屬的逸出功W0 越大
E.在康普頓效應中,當入射光子與晶體中的電子碰撞時,把一部分動量轉移給電子,因此,光子散射后波長
變短
4.(2022·江蘇一模)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.235U的半衰期約為7億年,隨地球環境的變化,半衰期可能變短
B.盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結構模型
C.結合能越大,原子中核子結合得越牢固,原子核越穩定
D.任何金屬都存在一個“極限頻率”,入射光的頻率大于這個頻率,才能產生光電效應
5.(2022·新余二模)設钚的同位素離子23994Pu靜止在勻強磁場中,該粒子沿與磁場垂直的方向放出α粒子以
后,變成鈾的一個同位素離子,同時放出能量為E=0.09MeV的光子.(普朗克常量h=6.63×10-34J·s)
(1)試寫出這一過程的核衰變方程;
(2)光子的波長為多少
(3)若不計光子的動量,則α粒子與鈾核在該磁場中的回轉半徑之比Rα∶RU 為多少
拓展題特訓
1.(2022·大連模擬)(多選)以下說法正確的是 ( )
A.黑體輻射的實驗規律可用能量量子化的觀點解釋
B.21083Bi的半衰期是5天,100g21083Bi經過10天后還剩下50g
C.使較重的核分裂成中等大小的核或者使較輕的核合并成中等質量大小的核,核子的比結合能都會增加
D.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,電子的動能減少,原子總能
量增大
E.發生光電效應時,光電子的最大初動能隨入射光強度的增大而增大
2.(2022·寶雞模擬)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數發生衰變所需要的時間
B.23892U(鈾)衰變為23491Pa(鏷)要經過1次α衰變和2次β衰變
C.在原子核中,平均結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固
D.氫原子從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到能級1輻射出的光子的波長
E.紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠產生光電效應,則當增大紫外線的照射強度時,從鋅板表面逸出的光電
子的最大初動能也隨之增大
38
物理選修3
3.(2022·保定一模)(多選)下列說法中正確的有 ( )
A.根據玻爾的原子模型知道,氫原子從低能級躍遷到高能級時需吸收某種特定頻率的光子
B.鎢鈣鈉鉀銣五種金屬的逸出功逐漸減小,所以發生光電效應時,從銣中逸出的光電子初動能最大
C.可見光中紫光光子的能量最大,所以紫光是可見光中最亮的單色光
D.半衰期只與原子核的構成有關,與原子所處的物環境和化學環境無關
E.原子核是核子憑借核力結合在一起的,結合過程會釋放大量的核能,平均每個核子釋放的核能越多,構成
的原子核越穩定
4.(2022·淮安四模)1930年英國物理學家考克饒夫和瓦爾頓建造了世界上第一臺粒子加速器,他們獲得了
高速運動的質子,用來轟擊靜止的鋰7(73Li)原子核,形成一個不穩定的復合核后分解成兩個相同的原子核.
(1)寫出核反應方程式;
( 32)已知質子的質量為m,初速度為v0,反應后產生的一個原子核速度大小為 v0,方向與質子運動方向相4
反,求反應后產生的另一個原子核的速度以及反應過程中釋放的核能.(設反應過程中釋放的核能全部轉變為動
能)
39
小題狂刷 高考專題特訓
綜合特訓(二)
1.(2022·新課標Ⅱ)(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性,下列事實中突出體現波動性的是 ( )
A.電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣
B.β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡
C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結構
D.人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構
E.光電效應實驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與入射光的強度無關
2.(2022·江蘇)(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征,以下說法正確的有 ( )
A.光電效應現象揭示了光的粒子性
B.熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣說明中子具有波動性
C.黑體輻射的實驗規律可用光的波動性解釋
D.動能相等的質子和電子,它們的德布羅意波也相等
3.(2022·安徽)圖示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡,M,N,P,Q 是軌跡上的四點,在
散射過程中可以認為重金屬原子核靜止不動.圖中所標出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是 ( )
A.M 點 B.N 點
C.P 點 D.Q 點
4.(2022·新課標Ⅲ)(多選)一靜止的鋁原子原子核2713Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質子p后,變為處于
激發狀態的硅原子核2814Si,下列說法正確的是 ( )
A.核反應方程為p+27 2813Al →14Si
B.核反應方程過程中系統動量守恒
C.核反應過程中系統能量不守恒
D.核反應前后核子數相等,所以生成物的質量等于反應物的質量之和
E.硅原子核速度的數量級為105m/s,方向與質子的初速度方向一致
5.(2022·山東)(多選)14C發生放射性衰變為14N,半衰期約為5700年.已知植物存活其間,其體內14C與12C
的比例不變;生命活動結束后,14C的比例持續減少.現通過測量得知,某古木樣品中14C的比例正好是現代植物所
制樣品的二分之一.下列說法正確的是 ( )
A.該古木的年代距今約為5700年
B.12C,13C,14C具有相同的中子數
C.14C衰變為14N的過程中放出β射線
D.增加樣品測量環境的壓強將加速14C的衰變
6.(2022·上海)盧瑟福通過對α粒子散射實驗結果的分析,提出了原子內部存在 ( )
A.電子 B.中子
C.質子 D.原子核
7.(2022·上海)放射性元素A經過2次α衰變和1次β衰變后生成一新元素B,則元素B在元素周期表中的
位置較元素A的位置向前移動了 ( )
A.1位 B.2位
C.3位 D.4位
8.(2022·上海)研究放射性元素射線性質的實驗裝置如圖所示.兩塊平行放置的金屬板A,B 分別與電源的
兩極a,b連接,放射源發出的射線從其上方小孔向外射出.則 ( )
40
物理選修3
A.a為電源正極,到達A 板的為α射線
B.a為電源正極,到達A 板的為β射線
C.a為電源負極,到達A 板的為α射線
D.a為電源負極,到達A 板的為β射線
9.(2022·天津)(多選)物理學家通過對實驗的深入觀察和研究,獲得正確的科學認知,推動物理學的發展,
下列說法符合事實的是 ( )
A.赫茲通過一系列實驗,證實了麥克斯韋關于光的電磁理論
B.查德威克用α離子轟擊147N獲得反沖核178O,發現了中子
C.貝克勒爾發現天然放射性現象,說明原子核有復雜結構
D.盧瑟福通過對陰極射線的研究,提出了原子核式結構模型
10.(2022·浙江)以下說法正確的是 ( )
A.所有原子核中的質子數和中子數都相等
B.在核反應中,質量數守恒、電荷數守恒
C.氫原子從高能級向低能級躍遷時能輻射出γ射線
D.只要光照射金屬電極的時間足夠長,就能發生光電效應
11.(2022·福建)下列有關原子結構和原子核的認識,其中正確的是 ( )
A.γ射線是高速運動的電子流
B.氫原子輻射光子后,其繞核運動的電子動能增大
C.太陽輻射能量的主要來源是太陽中發生的重核裂變
D.210 21083Bi的半衰期是5天,100g 83Bi經過10天后還剩下50g
12.(2022·上海)232Th經過一系列α衰變和β衰變后變成208Pb,則20890 82 82Pb比23290Th少 ( )
A.16個中子,8個質子 B.8個中子,16個質子
C.24個中子,8個質子 D.8個中子,24個質子
13.(2022·上海)鈾核可以發生衰變和裂變,鈾核的 ( )
A.衰變和裂變都能自發發生
B.衰變和裂變都不能自發發生
C.衰變能自發發生而裂變不能自發發生
D.衰變不能自發發生而裂變能自發發生
14.(2022·福建)如圖,放射性元素鐳衰變過程中釋放α,β,γ三種射線,分別進入勻強電場和勻強磁場中,下
列說法中正確的是 ( )
A.①表示γ射線,③表示α射線
B.②表示β射線,③表示α射線
41
小題狂刷 高考專題特訓
C.④表示α射線,⑤表示γ射線
D.⑤表示β射線,⑥表示α射線
15.(2022·重慶)碘131的半衰期約為8天,若某藥物含有質量為m 的碘131,經過32天后,該藥物中碘131
的含量大約還有 ( )
m m
A.4 B.8
m m
C.16 D.32
16.(2022·天津)(多選)下列說法正確的是 ( )
A.玻爾對氫原子光譜的研究導致原子的核式結構模型的建立
B.可利用某些物質在紫外線照射下發出熒光來設計防偽措施
C.天然放射現象中產生的射線都能在電場或磁場中發生偏轉
D.觀察者與波源互相遠離時接收到波的頻率與波源頻率不同
17.(2022·江蘇)取質子的質量mp=1.6726×10-27kg,中子的質量mn=1.6749×10-27kg,α粒子的質量mα
=6.6467×10-27kg,光速c=3.0×108m/s,請計算α粒子的結合能.(計算結果保留兩位有效數字)
18.(2022·海南)運動的原子核AZX放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X,Y和α粒子的質量分別是M,
m1 和m2,真空中的光速為c,α粒子的速度遠小于光速.求反應后與反應前的總動能之差以及α粒子的動能.
42
物理選修3
19.(2022·江蘇)核電站利用原子核鏈式反應放出的大量能量進行發電,23592U是核電站常用的核燃料,23592U
受一個中子轟擊后裂變成144Ba和8956 36Kr兩部分,并產生 個中子,要使鏈式反應發生,裂變物質的體積要
(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積.
20.(2022·江蘇)氡222是一種天然放射性氣體,被吸入后,會對人的呼吸系統造成輻射損傷,它是世界衛生
組織公布的主要環境致癌物質之一,其衰變方程是22286Rn →218 22284Po+ .已知 86Rn的半衰期約為3.8天,則
約經過 天,16g的22286Rn衰變后還剩1g.
21.(2022·海南)一靜止原子核發生α衰變,生成一α粒子及一新核,α粒子垂直進入磁感應強度大小為B
的勻強磁場,其運動軌跡是半徑為R 的圓.已知α粒子的質量為m,電荷量為q,新核的質量為 M,光在真空中的
速度大小為c.求衰變前原子核的質量.
本試卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分.共100分,考試時間100分鐘.
第Ⅰ卷(選擇題 共70分)
一、選擇題(本大題共10小題,每小題7分,共70分.)
1.(2022·天津)物理學重視邏輯,崇尚理性,其理論總是建立在對事實觀察的基礎上,下列說法正確的是
( )
A.天然放射現象說明原子核內部是有結構的
B.電子的發現使人們認識到原子具有核式結構
C.α粒子散射實驗的重要發現是電荷是量子化的
D.密立根油滴實驗表明核外電子的軌道是不連續的
2.(2022·揚州開學考試)(多選)下列說法中正確的是 ( )
A.用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產生的光電子的初動能大
B.查德威克發現中子的核反應是:94Be+4 122He → 6C+10n
C.β衰變說明了β粒子(電子)是原子核的組成部分
D.“探究碰撞中的不變量”的實驗中得到的結論是碰撞前后兩個物體mv的矢量和保持不變
3.(2022·東莞模擬)運用光子說對光電效應現象進行解釋,可以得出的正確結論是 ( )
A.當光照時間增大為原來的2倍時,光電流的強度也增大為原來的2倍
B.當入射光頻率增大為原來的2倍時,光電子的最大初動能也增大為原來的2倍
C.當入射光波長增大為原來的2倍時,光電子的最大初動能也增大為原來的2倍
D.當入射光強度增大為原來的2倍時,單位時間內產生的光電子數目也增大為原來的2倍
4.(2022·北京)下列核反應方程中,屬于α衰變的是 ( )
A.14 47N+2He →17O+18 1H B.238 234 492U → 90Th+2He
C.21H+3H →4He+1n D.234Th →234 01 2 0 90 91Pa+-1e
43
小題狂刷 高考專題特訓
5.(2022·云浮市模擬)(多選)如圖所示,一驗電器與鋅板相連,現用一弧光燈照射鋅板一段時間,關燈后,指
針保持一定偏角 ( )
A.用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸,則驗電器指針偏角將增大
B.用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸,則驗電器指針偏角將減小
C.使驗電器指針回到零,改用強度更大的弧光燈照射鋅板相同的時間,驗電器的指針偏角將增大
D.使驗電器指針回到零,改用強度更大的紅外線燈照射鋅板,驗電器的指針一定偏轉
6.(2022·日照聯合檢測)(多選)目前,在居室裝修中經常用到花崗巖、大理石等裝飾材料,這些材料都不同
程度地含有放射性元素,下列有關放射性元素的說法中正確的是 ( )
A.β射線與λ射線一樣都是電磁波,但穿透本領遠比γ射線弱
B.氡的半衰期為3.8天,4個氡原子核經過7.6天后就一定只剩下1個氡原子核
C.238 20692U哀變成 82Pb要經過8次α衰變和6次β衰變
D.放射性元素發生β衰變時所釋放的電子是原子核內的中子轉化為質子時產生的
7.(2022·濰坊模擬)(多選)下列關于近代物理知識的描述中,正確的是 ( )
A.處于n=3能級狀態的大量氫原子自發躍遷時,能發出3種頻率的光子
B.β射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛而形成的
C.在147N+4 172He → 8O+X核反應中,X是質子,這個反應過程叫α衰變
D.原子核所含核子單獨存在時的總質量大于該原子核的質量
8.(2022· 廣東)(多選)科學家使用核反應獲取氚,再利用氘和氚核反應獲得能量,核反應方程分別為:X+
Y →4 32He+1H+4.9MeV和2 3 41H+1H →2He+X+17.6MeV,下列表述正確的有 ( )
A.X是中子
B.Y的質子數是3,中子數是6
C.兩個核反應都沒有質量虧損
D.氘和氚的核反應是核聚變反應
9.(2022· 廣東高考研究組模擬)(多選)用同一光電管研究a,b兩種單色光產生的光電效應,得到光電流I
與光電管兩極間所加電壓U 的關系如圖.則這兩種光 ( )
A.a光的頻率更大
B.在增大電壓U 時,光電流一定都會增大
C.照射該光電管時,a光單位時間發生的光電子數多
D.照射該光電管時,b光使其逸出的光電子最大初動能大
10.(2022·重慶名校聯考)太陽內部持續不斷地發生著4個質子(11H)聚變為1個氦核(42He)的熱核反應,核
反應方程是41 41H →2He+2X,這個核反應釋放出大量核能.已知質子、氦核、X的質量分別為m1,m2,m3,真空中
的光速為c.下列說法中正確的是 ( )
A.方程中的X表示中子(10n)
B.方程中的X表示正電子(01e)
C.這個核反應中質量虧損Δm=4m1-m2
D.這個核反應中釋放的核能ΔE=(4m -m 21 2-m3)c
44
物理選修3
第Ⅱ卷(非選擇題 共30分)
二、非選擇題(本大題共2小題,共30分.)
11.(2022·江西南昌模擬)(15分)小明用金屬銣為陰極的光電管,觀測光電效應現象,實驗裝置示意如圖甲
所示.已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s.
(1)圖甲中電極A為光電管的 (填“陰極”或“陽極”);
(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc 與入射光頻率ν之間的關系如圖乙所示,則銣的截止頻率νc= Hz;
(3)如果實驗中入射光的頻率ν=6.0×1014Hz,則產生的光電子的最大初動能Ek= J.
E
12.(2022·宿遷市三校檢測)(15分)已知氫原子的基態能量為E1,量子數為n的激發態的能量為
1
2.現有一n
群氫原子處于n=3的能級,在向低能級躍遷過程中,其中從n=2能級向n=1能級躍遷輻射出的光照射某金屬
的表面恰能發生光電效應,求該金屬的極限頻率和能從該金屬表面逸出的光電子的最大初動能.
45物理選修3
(3)
1
若x≥xB,s= R;若3 0≤x≤x
2
B,s= R -2Rx.
【解析】 1 (1)A 由靜止滑至底端過程:mgR=2mv
2
0, ①
解得:v0= 2gR.
v2
A 0在最低點時:N-mg=m ,R ②
解得:N=3mg.
由牛頓第三定律:A 對軌道的壓力大小N'=N=3mg,方向豎直向下;
(2)B 與P 碰撞時,A,B 恰好共速,設A 的位移為xA,B 的位移為xB,則有
mv0=(m+M)v共, ③
對B:
1
μmgx 2B=2Mv共
, ④
1 1
對A:-μmgx 2 2B= ,2Mv共-2mv0 ⑤
16 4
聯立①③④⑤解得:xA=9R
,xB=9R
,
4 4
所以有:x=xB=9R
,L≥xA-xB= R;3
( 3R 43)由于L= > R,故B 與P 碰撞前,A 不會滑離2 3 B.
(ⅰ)若x≥xB,則B 與P 碰撞時,A,B 已共速,設A 滑離B 時的速度為vA,則碰后至A 滑離B 的過程有:
- m 3 4
1
μ g R- R

÷= mv2
1
- mv2 ,2 3 2 A 2 共 ⑥è
2gR
聯立①③⑥解得:vA= ,6 ⑦
1
A 滑離B 后做平拋運動,則有:R= 2,2gt ⑧
s=vAt, ⑨
1
聯立⑦⑧⑨解得:s=3R
;
(ⅱ)若0≤x≤xB,則B 與P 碰撞時,A,B 還未共速,碰后A 繼續在B 上滑行,A 滑離B 時的速度為vA,則
3 1 1
有:-μmg

÷ 2 2,
è2R+x = 2mvA-2mv0 ⑩
: 1解得 vA= (2g R-x
)>0,說明A 能滑離B.
聯立解得:s= R2-2Rx.
專題二 原子 原子核 波粒二象性
第1講 光電效應 波粒二象性
【基礎特訓】
1.CD 【解析】 金屬的逸出功是由金屬自身決定的,與入射光頻率無關,其大小W=hν0,故A錯誤.根據愛
因斯坦光電效應方程Ekm=hν-W,可知光電子的最大初動能Ekm與入射光的頻率成線性關系,不是成正比,故B
W0
錯誤.根據愛因斯坦光電效應方程Ekm=hν-W,可知斜率k=h,故C正確.由圖可知,圖線在橫軸上的截距為 ,h
故D正確.
2.B 【解析】 用弧光燈發出的紫外線照射鋅板,鋅板失去電子帶正電,驗電器與鋅板相連,則驗電器的金屬
69
小題狂刷 高考專題特訓
球和金屬指針帶正電,故B正確,ACD錯誤.
3.AB 【解析】 衍射是波的特有現象,電子的衍射圖樣證實了實物粒子具有波動性,故A正確.為了解釋黑
體輻射規律,普朗克提出了能量量子化的觀點,故B正確.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,能量增大,需吸收光子,故C錯誤.飽和電流的大小與極限頻率無關,與入射光的強度有關,故D錯誤.
4.D 【解析】 發生光電效應的條件是入射光的頻率大于或等于金屬的極限頻率,延長黃光的照射時間和
增大黃光的照射強度都不行,所以AB錯誤,改用紅光照射時,其頻率小于黃光,則不可能發生光電效應,而當改
用頻率更高的光照射,可能發生光電效應,所以C錯誤,D正確.
5.ACD 【解析】 同一束光照射不同的金屬,一定相同的是入射光的光子能量,不同的金屬,逸出功不同,根
據光電效應方程Ekm=hν-W0 知,最大初動能不同,則遏止電壓不同;同一束光照射,光中的光子數目相等,所以
飽和光電流是相同的.故一定不同的是ACD,故ACD正確,B錯誤.兩束光都能發生光電效應,光照射到金屬表面
的瞬間即可發生光電效應,所以發生光電效應的時間不一定不同,故E錯誤.
6.ACD 【解析】 自然界的任何物體都向外輻射紅外線,溫度越高,輻射電磁波的本領越強,故A正確;實
際物體輻射電磁波情況與溫度、表面情況、材料都有關,故B錯誤;黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體
的溫度有關,溫度升高時,黑體輻射強度的極大值向波長減小的方向移動,故C正確;能完全吸收入射的各種波長
的電磁波的理想物體叫做黑體,故D正確.
7.C 【解析】 根據愛因斯坦光電效應方程Ekm=hν-W0,入射光的頻率越大,光電子的最大初動能也越
大,并不是成正比,故A錯誤;光電流的強度與入射光的強度有關,入射光越大,單位時間內溢出的光電子數目越
多,光電流越大,故B錯誤;根據E=hν可知,光子的能量取決于光子本身的頻率,故C正確;發生光電效應的條
件是入射光的頻率大于對應金屬的極限頻率,當紫光照射某金屬恰好發生光電效應,用綠光照射該金屬一定不發
生光電效應,如今不一定是恰好發生的,故D錯誤.
E
8.(1)普朗克常量為 ;νc
(2)入射光的頻率為3νc 時,產生的光電子的最大初動能為2E.
【解析】 (1)由光電效應方程Ek=hν-W0,
結合圖像可知金屬的逸出功W0=E,而
極限頻率為νc,所以hνc-W0=0,
E
解得:h= ;νc
(2)由光電效應方程:E'k=h×3νc-W0=2E.
【能力特訓】
高頻題特訓
1.D 【解析】 紫光的頻率大于藍光的頻率,一定能夠發生光電效應,紅外線的頻率、黃光的頻率、綠光的頻
率小于藍光的,不一定能使光電管產生光電效應.
1
2.C 【解析】 入射光的頻率相同,則光電子的最大初動能相同,由-eU=- 2 知,兩種情況下遏止電2mvm
壓相同,故選項AB錯誤;光電流的強度與入射光的強度成正比,所以強光的光電流比弱光的光電流大,故選項C
正確,選項D錯誤.
3.ABD 【解析】 射出的光電子是具有瞬時性的,故A正確.電流計的讀數恰好為零,此時電壓表的示數為
6.0V,根據動能定理得,eU=Ekm=6eV.再根據光電效應方程知:W0=hν-Ekm=10.5eV-6eV=4.5eV,故B正
確.光電效應產生的最大初動能與入射光的強度無關,與入射光的頻率有關,故C錯誤.增大入射光的光子能量,根
據光電效應方程知,光電子的最大初動能變大,故D正確.若用光子能量為9.5eV的光照射陰極A,能發生光電效
應,但是把滑片P 向左移動少許,電流計的讀數不一定不為零,故E錯誤.
4.BDE 【解析】 根據光電效應方程知Ekm=hν-W0,當入射光的頻率增為2倍時,光電子的最大初動能不
是增為原來的2倍,故A錯誤.由圖線可知,該金屬的極限頻率為νc,故B正確.單位時間內發出的光電子數目與
入射光的強度有關,而入射光的頻率影響最大初動能,故C錯誤.根據光電效應方程知Ekm=hν-W0,縱軸截距的
絕對值表示逸出功,則逸出功W0=-C,故D正確.由以上知極限頻率可以得出,逸出功可以得出,根據 W0=hνC
70
物理選修3
可以求出普朗克常量,故E正確.
5.ABC 【解析】 根據Ekm=hν-W0 得,金屬的截止頻率等于νc;縱軸截距的絕對值等于金屬的逸出功,逸
出功等于E,且E=hνc,故AB正確;根據光電效應方程有:Ekm=hν-W,其中 W 為金屬的逸出功:W=hνc;所以
有:Ekm=hν-hνc,由此結合圖像可知,該金屬的逸出功為E,或者W=hνc,當入射光的頻率為2νc 時,帶入方程可
知產生的光電子的最大初動能為E,故C正確,D錯誤.
6.C 【解析】 金屬內部的電子克服原子核引力做2.6eV的功或大于2.6eV,不一定能脫離表面,故AB錯
誤;由金屬的逸出功為2.6eV,知克服金屬所做的最小的功為2.6eV,則要使這種金屬有電子逸出,入射光子的能
量必須大于2.6eV,故C正確;這種金屬受到光照時若有電子逸出,則電子離開金屬表面時的動能最小為零,故D
錯誤.
7.D 【解析】 光既具有粒子性,又具有波動性,大量的光子波動性比較明顯,個別光子粒子性比較明顯,故
A正確;在光的波粒二象性中,頻率越大的光其粒子性越顯著,頻率越小的光其波動性越顯著,故B正確;光在傳
播時往往表現出波動性,光在跟物質相互作用時往往表現出粒子性,故C正確;光的波粒二象性是指光有時表現
為波動性,有時表現為粒子性,兩者是統一的,故D錯誤.
8.(1)電子的動量的大小為1.5×10-23kg·m/s;
h2(2)加速電壓跟德布羅意波波長的關系是U= 2,加速電壓的大小是8×1022meλ V.
【解析】 (
h
1)根據德布羅意波波長公式,則有λ= ,p
h
電子的動量為:p= ,λ
6.6×10-34
代入數據解得p= -234.4×10-11kg
·m/s=1.5×10 kg·m/s;
( 12)電子在電場中加速,根據動能定理,則有:eU= mv2,2
mv2 h2
即加速電壓為U= ,2e =2meλ2
代入數據得:U=8×102V.
易錯題特訓
1.B 【解析】 光的強度影響飽和電流的大小,光越強,飽和電流越大,由圖可知,E1>E2,根據光電效應方
c
程知,Ekm=h -W0=eUc,遏止電壓U2>U1,則λ λ1>λ2.
2.ACD 【解析】 普朗克在研究黑體輻射問題時,提出了能量子假說:能量在傳播與吸收時,是一份一份的,
故A正確.黑體輻射的強度與溫度有關,溫度越高,黑體輻射的強度越大,隨著溫度的升高,黑體輻射強度的極大
值向波長較短的方向移動,故B錯誤;光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的極限頻率,與入射光的強度無
關,故C正確;由逸出功W=hνc,知極限頻率越大,逸出功越大,故D正確;在光電效應中,光電子的最大初動能與
入射光的頻率有關,而入射光越強,光電流的飽和值越大,故E錯誤.
3.AD 【解析】 根據愛因斯坦光電效應方程,有:Ekm=hν-W0=hν-hνc=6.6×10-34J·s×(7.5×1014Hz
-19
-5.5×1014 )
1 2Ekm 2×1.32×10
Hz=1.32×10-19J,故A正確;E 2km= ,解得:2mvm vm= m = 9.1×10-31 m
/s=5.4×105
m/s,故B錯誤;動量p=mvm=9.1×10-31kg×5.4×105m/s=4.9×10-25kg·m/s,故C錯誤;德布羅意波長:λ
h 6.6×10-34J·s
= = -9p 4.9×10-25kg·m/s
=1.3×10 m,故D正確.
4.A 【解析】 設金屬的逸出功為W0,截止頻率為νc,則有W0=hνc;光電子的最大初動能Ekm與遏止電壓
h W
Uc 的關系是Ekm=eUc,
0
光電效應方程為Ekm=hν-W0;聯立兩式可得:Uc= ν- ,故Uc 與ν圖像的斜率為e e
h, W0故CD錯誤;當e Uc=0
時,可解得ν= 此時讀圖可知,h =νc. ν≈4.3×10
14 Hz,即金屬的截止頻率約為4.3×
71
小題狂刷 高考專題特訓
1014Hz,在誤差允許范圍內,故A正確,B錯誤.
5.ABC 【解析】 入射光的強度影響單位時間內發出的光電子數目,入射光越強,飽和電流越大,故A正確.
根據光電效應方程知,Ekm=hν-W0=eUc,可知入射光頻率越大,最大初動能越大,遏止電壓越大,對于確定的金
屬,遏止電壓與入射光的頻率有關,故B正確.根據Ekm=eUc,遏止電壓越大,說明從該金屬中逃出來的光電子的
最大初動能越大,故C正確.發生光電效應的條件是入射光的頻率大于截止頻率,與入射光的強度無關,故D錯
誤.增大電壓,當電壓增大到一定值,電流達到飽和電流,不再增大,故E錯誤.
2eU
6.(1)用頻率為ν1 的光照射時,光電子的最大初速度為
1;
m
() e
(U
普朗克常數為 1
-U2)
2 ;ν1-ν2
( Uν -Uν3)陰極K金屬的極限頻率為 1 2 2 1U1-U
.
2
【 1解析】 (1)光電子在電場中做減速運動,根據動能定理可知:-eU1=0- 2,2mv
2eU1
可得:v= ;m
(2)根據光電效應方程有:Ek=hν-W0,
可得:W0=hν1-eU1=hν2-eU2,
e(U -U )
聯立解得:h 1 2= ;ν1-ν2
( U1ν2-U2ν13)將h 代入hνc=W0,解得:νc= U1-U
.
2
拓展題特訓
1.ABD 【解析】 由圖可知,甲、乙兩光的遏止電壓相等,則光電子的最大初動能相等,根據Ekm=hν-W0
知,逸出功相等,則甲、乙兩光的頻率相等,故A正確.丙光的遏止電壓大于乙光的遏止電壓,則丙光照射產生的光
電子最大初動能較大,根據Ekm=hν-W0 知,丙光的頻率較大,則丙光的波長較短,故B正確,E錯誤.金屬的截止
頻率與入射光的頻率無關,由金屬本身決定,故C錯誤.由圖可知,甲光對應的飽和光電流大于丙光對應的飽和光
電流,故D正確.
2.ACD 【解析】 由于電源的接法不知道,所以有兩種情況:
(1)c接負極,d 接正極:用某種頻率的單色光a 照射光電管陰極K,電流計G的指針發生偏轉,知a 光的頻率
大于金屬的極限頻率.用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時,電流計G的指針不發生偏轉,知b 光的頻率
小于金屬的極限頻率,所以a 光的頻率一定大于b光的頻率.
(2)c接正極,d 接負極:用某種頻率的單色光a 照射光電管陰極K,電流計G的指針發生偏轉,知a 光產生的
光電子能到達負極d 端.用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時,電流計G的指針不發生偏轉,知b 光產生
的光電子不能到達負極d 端,所以a 光產生的光電子的最大初動能大,所以a 光的頻率一定大于b 光的頻率,故
AC正確;由以上分析可知,不能判斷出用b光照射光電管時,能否發生光電效應,故B錯誤;電流的方向與負電荷
定向移動的方向相反,若靈敏電流計的指針發生偏轉,則電流方向一定是由d→G→f,故D正確;根據光電效應
方程Ekm=hν-W0,入射光的強度增大,逸出的光電子最大初動能不變,單位時間內逸出的光電子數目增大,故E
錯誤.
3.BCE 【解析】 該裝置所加的電壓為反向電壓,發現當電壓表的示數大于或等于1.7V時,電流表示數為
0,知道光電子的最大初動能為1.7eV,根據光電效應方程Ekm=hν-W0,得W0=1.05eV,故A錯誤,B正確.電鍵
S斷開后,用光子能量為2.75eV的光照射到光電管上時發生了光電效應,有光電子逸出,則有電流流過電流表,
故C正確.當滑動觸頭向a 端滑動時,反向電壓增大,則到達集電極的電子的數目減少,電流減小,故D錯誤.改用
能量為2.5eV的光子照射,2.5eV仍然大于1.7eV,仍然可以發生光電效應,電流表G也有電流,即使移動變阻器
的觸點c,電流表G中也可能有電流,故E正確.
4.(1)紫光光子的能量是4.42×10-19J;
72
物理選修3
(2)用它照射極限頻率為ν0=4.62×1014Hz的金屬鉀能產生光電效應,光電子的最大初動能為1.36×10-19J.
【解析】 (1)由題意可得紫光光子的能量為:
c 6.63×10-34×3.0×108
E=hλ= 4.5×10-7 J=4.42×10
-19J;
(2)紫光光子的頻率為:
c 3.0×108
ν= = 14 ,因為λ 4.5×10-7 Hz=6.67×10 Hz ν>νc
,所以能產生光電效應.
由光電效應方程可得光電子的最大初動能為:
Ekm=hν-W0,
得:E =h(ν-ν)=6.63×10-34km c ×(6.67×1014-4.62×1014)J=1.36×10-19J.
第2講 原子結構
【基礎特訓】
1.B 【解析】 α粒子與金原子核間存在靜電斥力,即庫侖力,根據庫侖定律,該力與距離的二次方成正比,
故在b位置力最大;故選B.
2.B 【解析】 α粒子碰到電子,像子彈碰到灰塵,損失的能量極少,不改變運動的軌跡.故B正確,ACD
錯誤.
3.B 【解析】 巴爾末公式描述的光譜就是氫原子從n 能級向2能級躍遷放出的,從能量計算可以得出,這
一段也恰好是可見光區域,故A錯誤.根據玻爾原子模型,結合氫原子光譜,則表明氫原子的能量是不連續的,故
B正確.處于不同能級時,核外電子在各處出現的概率不同,故C錯誤.由高能級向低能級躍遷,氫原子向外輻射能
量,不是熱輻射現象,故D錯誤.
4.ABE 【解析】 普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念,成為量子力學的奠基人之一,故A正確.玻
爾理論指出氫原子能級是分立的,所以原子發射光子的頻率也是不連續的,故B正確.盧瑟福通過分析α粒子散
射實驗結果,提出了原子的核式結構模型,故C錯誤.根據電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,說明電子具有波動性,
故D錯誤.康普頓在研究石墨對X射線的散射中發現了康普頓效應,康普頓效應進一步表明光子具有動量,進一
步證明了光具有粒子性,故E正確.
5.B 【解析】
1 1
量子數n=2時,能級時的能量為E2=n2E1=22×
(-13.6eV)=-3.4eV,因此該氫原子的
電離能為3.4eV,故A錯誤,B正確.一個處于n=3定態的氫原子在向基態躍遷時,最多可釋放出2種不同頻率的
光子,故C錯誤;從n=4定態向n=3定態時要放出光子,但電子的動能增加,故D錯誤.
6.C 【解析】 由題意可知,氫原子吸收能量后躍遷到第三能級,則吸收的能量等于n=1和n=3能級間的
能級差,即單色光的能量E=hν3.又hν3=hν1+hν2.故②③正確.故C正確,ABD錯誤.
7.ACD 【解析】 玻爾的原子理論:①電子在一些特定的可能軌道上繞核做圓周運動,離核越遠能量越高;
②可能的軌道不連續;③當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發射也不吸收能量,只有當電子從一個軌道躍
遷到另一個軌道時原子才發射或吸收能量,而且發射或吸收的輻射是單頻的,輻射的頻率和能量之間的關系由 E
=hν給出.玻爾的理論成功地說明了原子的穩定性和氫原子光譜線規律.故A正確,B錯誤;玻爾的原子模型局限
性是,玻爾的原子模型能解釋氫原子光譜,但不能解釋氦原子光譜,故C正確;玻爾提出的原子模型,否定了湯姆
孫關于原子結構的“西瓜模型”,但并沒有否定盧瑟福的原子核式結構學說,故D正確,E錯誤.
8.(1)輻射的光子能量為12.09eV;
(2)逸出光電子的最大初動能為10.92eV;
(3)逸出功為1.17eV.
【解析】 (1)氫原子從n=3能級向基態躍遷,輻射光子的能量為:
hν=E3-E1=-1.51eV+13.6eV=12.09eV;
(2)逸出光電子的最大初動能為:
Ek初=eUc=10.92eV;
(3)根據光電效應方程得:
73
小題狂刷 高考專題特訓
W0=hν-Ek初=(12.09-10.92)eV=1.17eV.
【能力特訓】
高頻題特訓
1.A 【解析】 湯姆生發現電子,提出原子的棗糕模型,盧瑟福通過α粒子散射實驗得出原子的核式結構模
型,故A錯誤.盧瑟福完成的α粒子散射實驗,說明了原子的“棗糕”模型是不正確的,故B正確.氫原子核外電子從
高能級向低能級躍遷時,輻射出光子,故C正確.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,總
e2 ν2
能量增加,根據k 2=m 知,r變大,電子動能減小,故D正確r r .
2.ADE 【解析】 氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷時發出的光的能量:E=E3-E2=-1.51eV-
-34 8
(-3.4eV)
hc 6.63×10 ×3.0×10
=1.89eV,看見為可見光,故A正確;502nm的光的能量:E=λ = 502×10-9 J=3.96×
10-19J=2.47eV.不等于能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級的能量值,氫原子不能吸收該光子,故B錯誤;氫
原子從n=2躍遷到n=1能級時,輻射光的能量大于氫原子從n=3躍遷到n=2能級時輻射光的能量,根據E=
hc
可知,輻射光的波長一定小于656nm,故C錯誤;根據數學組合C23=3,可知一群n=3能級上的氫原子向低能λ
級躍遷時最多產生3種譜線,故D正確.處于n=3能級的氫原子的能量值為-1.51eV,所以若吸收1.51eV的能
量會發生電離,故E正確.
3.ACD 【解析】 大量處于n=3激發態的氫原子向低能級躍遷,所輻射的光子中,只有一種能使某金屬產
生光電效應,知頻率最高的光子,即從n=3躍遷到n=1輻射的光子能使金屬發生光電效應,故A正確,B錯誤.
根據數學組合C23=3,可知一群n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產生3種譜線,故C正確;因為n=4躍
遷到n=1輻射的光子能量大于n=3躍遷到n=1輻射的光子能量,所以一定能使金屬發生光電效應,故D正確;
n=4躍遷到n=3輻射的光子能量小于n=3躍遷到n=2輻射的光子能量,所以該光子一定不能使金屬發生光
電效應;結合D的分析可知從激發態n=4躍遷到低能級,則會有兩種光子使該金屬產生光電效應,故E錯誤.
4.D 【解析】 結合題圖和電子躍遷時發出的光子的能量為:E=Em-En 可知,Ec=Ea+Eb,能量差E3-
E2 等于光子a 的能量,能量差E2-E1 等于光子b的能量,能量差E3-E1 等于光子c的能量,那么c對應的能量
最大, E1 hc而a 對應的能量最小,因:E1,則有E3-E2頻率最高,a 光的波長最長,故C錯誤,D正確.
5.ABE 【解析】 用波長為ν0 的光照射大量處于基態的氫原子,在所發射的光譜中僅能觀測到波長分別為
ν1,ν2,ν3 的三條譜線,根據輻射的光子的種類與能級的關系:C2n,說明是從n=3能級向低能級躍遷.由于三條譜線
中的頻率關系為ν3>ν2>ν1,所以
n=3能級向n=1能級躍遷時,E3=hν3=E3n-E1n,
n=2能級向n=1能級躍遷時,E2=hν2=E2n-E1n,
n=3能級向n=2能級躍遷時,E1=hν1=E3n-E2n,
由以上公式可知,E1錯誤;根據氫原子理論可知,入射光頻率ν0=ν3,所以只有頻率為ν3 的譜線能使極限頻率為ν0 的金屬表面逸出電
子, c故C錯誤;根據頻率與波長的關系:ν= ,得頻率越小,波長越大,由于λ ν3>ν2>ν1
,上面觀測到頻率分別為
ν1,
c
ν2,ν3 的三條譜線真空中最長波長為 ,故E正確ν .1
6.A 【解析】 由圖可知,n=4和n=3的能級差小于n=3和n=2的能級差,則從n=4躍遷到n=3能級
釋放的光子能量小于從n=3躍遷到n=2能級輻射的光子能量,所以從n=4能級躍遷到n=3能級比從n=3能
級躍遷到n=2能級輻射出光子的頻率低,故A正確.大量處在n=3能級的氦離子(He+)向低能級躍遷,能發出3
種不同頻率的光子,故B錯誤.吸收的光子能量等于兩能級間的能級差,才能發生躍遷,從n=1躍遷到n=2,吸收
的光子能量為40.8eV,故C錯誤.氦離子(He+)從n=4能級躍遷到n=3能級,釋放能量,故D錯誤.
7.ACD 【解析】 基態氦原子能量為-54.4eV,-54.4eV+40.8eV=-13.6eV,躍遷到第2能級,故A正
74
物理選修3
確.-54.4eV+43.2eV=-11.2eV,不能躍遷,故B錯誤.-54.4eV+51.0eV=-3.4eV,躍遷到第4能級,故C正
確.-54.4eV+54.4eV=0,氦原子被電離,該能量能被吸收.故D正確.
8.(1)碰前氫原子的動能是kE;
(2)若有一群氫原子處在n=5的能級,會輻射出10種頻率的光;
(3)其中頻率最高的光子能量是13.06eV.
【解析】 (1)設v 和vH 分別表示粒子和氫原子的速率,碰撞的過程中動量守恒,可得:mv-mHvH=0.
1 1
又E=2mv
2,EH=2m
2
HvH,
m
k= ,mH
聯立得:EH=kE;
(2)輻射出光子的頻率種數:N=C25=10(種);
(3)頻率最高的光子能量
ΔE=E5-E1=-0.54eV-(-13.6)eV=13.06eV.
易錯題特訓
1.D 【解析】 α粒子的質量是電子質量的7000多倍,α粒子碰到電子,像子彈碰到灰塵,損失的能量極少,
幾乎不改變運動的軌跡,故D正確,ABC錯誤.故選D.
2.ABC 【解析】 一個處于n=2能級的氫原子,吸收一個能量為4eV的光子,能量為0.6eV,該原子被電
離,故A正確.大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發出的最大光子的能量為1.51eV,小于可見光的光子能
量,則大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,發出的光是不可見光,故B正確.根據C24=6知,大量處于n=4
能級的氫原子,躍遷到基態的過程中可以釋放出6種頻率的光子,故C正確.氫原子從高能級向低能級躍遷的過
程中釋放的光子的能量最大為13.6eV,不可能大于13.6eV,故D錯誤.E也不正確.
1
3.BC 【解析】 由于氫原子的軌道是不連續的,而氫原子在不同的軌道上的能級En=n2E1
,故氫原子的能
級是不連續的,即是分立的,故C正確.當氫原子從較高軌道躍第n 能級遷到較低軌道第m 能級時,發射的光子的
1 1 m2-n2
能量為E=En-Em= 2E1- 2E1= 2 2 E1=hν,顯然n,m 的取值不同,發射光子的頻率就不同,故氫原子n m nm
1
光譜線的頻率與氫原子能級的能量差有關,故D錯誤.由于氫原子發射的光子的能量:E=En-Em=n2E1-
1 m2-n2
m2E1= n2m2 E1
,所以發射的光子的能量值E 是不連續的,只能是一些特殊頻率的譜線,故A錯誤,B正確.
E1
4.C 【解析】 第一激發態即第二能級,是能量最低的激發態,則有:E2= ;電離是氫原子從第一激發態躍4
E1 E1 hc 4hc
遷到最高能級0的過程,需要吸收的光子能量最小為:0-E2=- ,所以有:- = ,解得:4 4 λ λ=-
,故
E ABD1
錯誤,C正確.
5.CD 【解析】 氫原子在能級間躍遷時,發出的光子的能量與能級差相等.如果這三個相鄰能級分別為1,
2,3能級E3>E2>E1,且能級差滿足E3-E1>E2-E1>E3-E2,
c
根據h =E高-E低 得可以產生的光子波長λ
由小到大分別為: hc , hc hc , 1 1 1 1 1 1和 這三種波長滿足兩種關系 和 ,變形可知
E3-E1 E2-E1 E3-E2 λ
= + = - CD
3 λ1 λ2 λ3 λ2 λ1
正確.
6.(1)若要使處于n=2的氫原子電離,至少要用8.21×1014Hz頻率的電磁波照射氫原子;
(2)通過計算有4條譜線可使鈉發生光電效應;
() e
2 k
3 核外電子的等效電流為16πr .1 mr1
【解析】 (1)n=2的氫原子的能量為:
E
E 12=22=-3.4eV
;
75
小題狂刷 高考專題特訓
用頻率為ν的電磁波照射氫原子,則有:hν=0-E2=3.4eV=3.4×1.6×10-19J,
解得:ν=8.21×1014Hz;
(2)已知鈉的極限頻率為6.00×1014Hz,
鈉的逸出功為:W=hν=6.63×10-34×6.00×1014J=2.49eV,
一群處于n=4的激發態的氫原子發射的光照射鈉,要使鈉發生光電效應,必使躍遷時兩能級的差ΔE≥W,
所以在六條光譜線中有E41,E31,E21,E42四條譜線可使鈉發生光電效應;
2 · 2
(3)
ke m 4πr2
氫原子核外電子繞核做勻速圓周運動,庫侖力充當向心力,有:
r2 = 2
,r2=4r1,核外電子的等效
2 T
e e2 k
電流為:I=T=16πr .1 mr1
拓展題特訓
1.A 【解析】 本實驗是α粒子散射實驗,盧瑟福根據極少數α粒子產生大角度偏轉,提出了原子的核式結
構模型,故A正確.故選A.
2.ACE 【解析】 根據C23=3知,這群氫原子能夠發出3種不同頻率的光子,故A正確.由n=3躍遷到n=
1,輻射的光子能量最大,ΔE=13.6eV-1.51eV=12.09eV,故B錯誤.從n=3躍遷到n=2輻射的光子能量最小,
頻率最小,則波長最長,故C正確.一群處于n=3的氫原子發生躍遷,吸收的能量必須等于兩能級的能級差,故D
錯誤.如果發出的光子只有一種能使某金屬產生光電效應,知這種光子為能量最大的一種,即為n=3躍遷到n=1
能級發出的,故E正確.
3.ABE 【解析】 盧瑟福α粒子散射實驗說明了原子的正電荷和絕大部分質量集中在一個很小的核上,故
A正確;一群氫原子受激發后處于n=3能級,當它們向低能級躍遷時,根據C23=3,則能發出3種頻率的光,故B
正確;用某種頻率的光照射鋅板不能發生光電效應,是因為該光的頻率不夠,與強度無關,故C錯誤;半衰期與外
界因素及元素的狀態無關,故D錯誤;每一種原子都有自己的特征譜線,因此可用來光譜分析,故E正確.
4.(1)氫原子由高能級向低能級躍遷時,可能發射出10種不同頻率的光;
(2)發生電子躍遷后氫原子的最大反沖速率是4.17m/s.
【解析】 (1)可以有n=C25=10(種)不同頻率的光輻射;
(2)由題意知氫原子從n=5能級躍遷到n=1能級時,氫原子具有最大反沖速率.
氫原子發生躍遷時輻射出的光子能量為E=ΔE=|E5-E1|.
開始時,將原子(含核外電子)和即將輻射出去的光子作為一個系統,
由動量守恒定律可得:m原v原-p光=0,
hν
光子的動量p= ,c
hν
氫原子速度為v原=m c.H
所以v原=4.17m/s.
第3講 原子核
【基礎特訓】
1.BCD 【解析】 γ射線是原子核在發生α衰變和β衰變時產生的能量以γ光子的形式釋放,是高頻電磁
波,而α射線是氦核流,不是電磁波,故A錯誤.α射線電離本領最大,貫穿本領最小,γ射線的電離本領比β射線
弱,故B正確.愛因斯坦在對光電效應的研究中,提出了光子說,故C正確.當氫原子從n=2的狀態躍遷到n=4的
狀態時,能量增大,需要吸收能量,故D正確.一束光照射到某金屬上不能發生光電效應,改用波長更短的光束可
能發生光電效應,故E錯誤.
2.B 【解析】 三種射線中的α射線電離性強,穿透能力最差;γ穿透能力最強,電離本領最弱,故B正確,A
錯誤;α射線不屬于電磁波,則在真空中的傳播速度與光速不相同,故C錯誤;γ射線在電場中不發生偏轉,因為它
不帶電,故D錯誤.
3.B 【解析】 三種射線中,γ射線的電離作用最弱,故A錯誤;β射線是高速的電子流,故B正確;目前世界
76
物理選修3
上運行的核電站均采用核裂變,故C錯誤;半衰期的大小與溫度、壓強等因素無關,由原子核內部因素決定,故D
錯誤.
4.CD 【解析】 根據德布羅意波長公式,若一個電子的德布羅意波長和一個中子的波長相等,則動量p 也
相等,故A錯誤;核力是一種強相互作用力,核子結合成原子核,有質量虧損,釋放能量,故B錯誤;康普頓研究石
墨中的電子對X射線的散射時發現,有些散射波的波長λ 比入射波的波長λ0 略大,說明光除了具有能量還具有
動量,故C正確;天然放射性元素放出的三種射線都是原子核發生衰變造成的,β射線能貫穿幾毫米厚的鋁板,電
離作用較強,故②是β射線,α射線貫穿能力很弱,電離作用很強,一張紙就能把它擋住,故①是α射線;α射線是高
速氦核流,是實物粒子,不是電磁波;γ射線穿透本領最強,甚至能穿透幾厘米厚的鉛板,但幾乎沒有電離本領,故
③是γ射線,是一種光子,是一種波長較短的電磁波,所以D正確.
5.ABD 【解析】 盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子核式結構模型,故A正確;元素的放射性不受化學
形態影響,說明射線來自原子核,說明原子核內部是有結構的,故B正確;核力是短程力,只有相鄰的核力之間有
力,故C錯誤;核反應方程147N+42He →17 18O+1H中的核反應不是天然放射現象,故屬于原子核的人工轉變,故D
正確;氫原子的核外電子,在由離核較遠的軌道自發躍遷到離核較近的軌道的過程中,放出光子,電子動能增加,
原子的電勢能減少,故E錯誤.
6.ACD 【解析】 天然放射現象說明了原子核具有復雜結構,故A正確;半衰期由原子核本身決定,與外界
因素無關,故B錯誤;核裂變與聚變都伴有質量虧損,伴隨能量釋放,故C正確;氫原子從n=4的能級躍遷到n=
2的能級要放出光子,故D正確;β衰變釋放出的高速粒子,不是來自于繞原子核運轉的外層電子,而是核內中子
轉化而來的,故E錯誤.
7.BCD 【解析】 根據衰變方程為210 20684Po → 82Pb+Y+γ.可知,Y是42He,屬于α衰變,而γ射線是伴隨著α
衰變產生的,故A錯誤;根據電荷數守恒和質量數守恒得,Y的電荷數為2,質量數為4,則核子數為4.故B正確.γ
t
1 T
射線是衰變形成的鉛核釋放的.故C正確;根據m=m 2100 ÷ 知,200g的 84Po經276天,已衰變的質量為2 150è g
,
故D正確;衰變過程質量數守恒,釋放能量,出現質量虧損,故E錯誤.
8.(1)X,Y都是中子;
(2)該核聚變反應釋放出的能量為17.6MeV.
【解析】 (1)由核電荷數守恒可知,X粒子的核電荷數為:92+0-54-38=0,
由質量數守恒可知,X粒子的質量數為:235+1-140-94=2,
則X粒子是210n或中子;
由核電荷數守恒可知,Y粒子的核電荷數為:1+1-2=0,
由質量數守恒可知,Y粒子的質量數為:2+3-4=1,
則Y粒子是10n或中子;
(2)核聚變反應過程的質量虧損:Δm=m1+m2-m3-m4,
由質能方程可知,核反應過程中釋放的能量為E=Δmc2=17.6MeV.
【能力特訓】
高頻題特訓
1.ACD 【解析】 α,β,γ三種射線中γ射線的穿透能力最強,α射線的電離能力最強,故A正確;半衰期具有
統計規律,只有大量原子核才有意義,故B錯誤;不發生光電效應,說明入射光的頻率小于極限頻率,波長較短,則
其頻率越高,因此可能發生光電效應,故C正確;比結合能越大,原子核越穩定,故D正確;兩個輕核結合成質量較
大的核,屬于核聚變,故E錯誤.
2.ABC 【解析】 在康普頓效應中,當入射光子與晶體中的電子碰撞時,把一部分動量轉移給電子,則動量
h
減小,根據λ= ,知波長變長.故A正確;考古專家發現某一骸骨中14C的含量為活著的生物中14C的四分之一,p
可知經過了2個半衰期,14C的半衰期為5730年,則確定該生物死亡時距今11460年,故B正確;氫原子核外電子
e2 v2
從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時,原子能量增大,根據k 2=m 知,動能減少,故C正確;盧瑟福發r r
現了質子,查德維克發現了中子,湯姆孫發現了電子,故D錯誤;機場、車站等地方進行安檢工作時,能輕而易舉地
77
小題狂刷 高考專題特訓
窺見箱內物品,利用了X射線較強的穿透能力,γ射線能夠穿透金屬,可用于工業探傷,故E錯誤.
3.ACE 【解析】 核力是強相互作用,具有飽和性和短程性;故將核子束縛在原子核內的核力,是不同于萬
有引力和電磁力的另一種相互作用力且每個核子只跟鄰近的核子發生核力的作用,故A正確;在核反應堆中利用
慢化劑(如石墨、重水等)來減慢核反應中產生的快中子的速度,從而提高核反應的速度,故B錯誤;普朗克提出能
量量子化,引入了能量子的概念,得出黑體輻射的強度按波長分布的公式,與實驗符合得非常好,并由此開創了物
理學的新紀元,故C正確;人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物質長的多,放射性廢料容易處理;但用到射
線時,用的不都是人工放射性同位素,故D錯誤;比結合能是結合能與核子數的比值,比結合能小的原子核結合成
比結合能大的原子核時一定放出核能,如輕核聚變、重核裂變,故E正確.
4.BCE 【解析】 β射線不是電磁波,但β射線的穿透本領遠比γ射線弱,故A錯誤.玻爾原子理論第一次將
量子觀念引入原子領域,提出了定態和躍遷的概念,成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律,故B正確.氫原子的核
外電子由離原子核較遠的軌道躍遷到離核較近的軌道上時,軌道半徑減小,原子能量減少,故C正確.在原子核
中,比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固,故D錯誤.根據質量數和電荷數守恒知,鈾核(23892U)衰變為
鉛核(20682Pb)要經過8次α衰變和6次β衰變,故E正確.
5.BDE 【解析】 質子與中子結合成氘核有質量虧損,釋放能量,故A錯誤;由質量數守恒和電荷數守恒知
經過1次α衰變即可,故B正確;β射線是原子核中的中子轉化為質子時產生的,故C錯誤;放射性元素的半衰期
是指大量該元素的原子核中有半數發生衰變所需要的時間,故D正確;法國物理學家德布羅意預言了實物粒子的
波動性,后被證實,故E正確.
6.ABD 【解析】 原子核的半衰期由核內部自身因素決定,與原子所處的化學狀態和外部條件無關,故 A
正確;β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子時所產生的,故B正確;比結合能越大,原子中核
子結合得越牢固,原子核越穩定.與原子核的結合能無關.故C錯誤;根據波爾理論,各種氣體原子的能級不同,躍
遷時發射光子的能量(頻率)不同,因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈,故D正確;根據波爾理論,氫
2 2
原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,要釋放一定頻率的光子,電勢能減少;同時, :ke mv根據 2 = ,可知r r
電子的動能隨軌道的減少而增大.故E錯誤.
7.BCD 【解析】 電子的衍射現象說明實物粒子也具有波動性,故A錯誤;α粒子散射實驗中少數α粒子發
生較大偏轉是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據,故B正確;根據三種射線的特點可知,在α,β,γ這三種
射線中,γ射線的穿透能力最強,α射線的電離能力最強,故C正確;根據光電效應發生的條件可知,當入射光的頻
率低于截止頻率時則不會發生光電效應,故D正確;放射性元素的半衰期與元素的物理狀態以及化學狀態無關,
故E錯誤.
8.(1)D
(2)反應中釋放的核能是17.88MeV;
(3)反應中生成物的動能分別是3.676MeV,14.704MeV.
【解析】 (1)寫出該反應的方程有:AX+2H →4He+1Z 1 2 1H,應用質量數與電荷數的守恒得:A+2=4+1,Z+
1=2+1,解得A=3,Z=2,故選D;
(2)反應過程中質量減少了:
Δm=3.0160u+2.0136u-4.0026u-1.0078u=0.0192u,
反應過程中釋放的核能ΔE=0.0192×931.5MeV=17.88MeV;
2
(3)設2H核和A
p
1 ZX的動量分別為p1 和p2,由Ek= 知p1 和p2 大小相等,由動量守恒定律得:2m 0=p1+p2
,
生成的氦核和質子動量大小相等得:質子的動能E1 是 He核動能E2 的4倍,
即E1∶E2=4∶1,
由能量守恒定律得:E1+E2=ΔE+0.2+0.3,
由以上可以算出:E2=3.676MeV,
E1=14.704MeV.
易錯題特訓
1.ABD 【解析】 210Bi衰變成21083 aPo,質量數不變,可知發生的是β衰變,則電荷數多1,可知a=84,21083Bi衰變
78
物理選修3
成 b81Tl,知電荷數少2,發生的是α衰變,質量數少4,則b=206,故A正確,C錯誤.由衰變的過程知,206Pb比23882 92U穩
定,則206Pb比23882 92U的比結合能大,故B正確.Z衰變,質量數少4,發生的是α衰變,Y和Z是同一種衰變,故D正
確.從X衰變中放出的射線是β射線,電離能力不是最強,故E錯誤.
2.ADE 【解析】 原子核內部某個中子轉變為質子和電子,產生的電子從原子核中發射出來,這就是β衰
變,故A正確;依據211H+21n=40 2He,根據質能方程ΔE=Δmc2,可知:釋放的能量是(2m3+2m2-m1)c2,故B錯
誤;據玻爾理論可知,氫原子輻射出一個光子后,能量減少,半徑減小,電子的電場力做正功,則氫原子的電勢能減
少,因此核外電子的運動速度增大,故C錯誤;光電效應說明光具有粒子性,故D正確;α粒子散射實驗中少數粒
子發生較大偏轉,是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據,故E正確.
3.ABC 【解析】 天然放射元素衰變的快慢與所處的化學、物理狀態無關,由原子核內部因素決定,故A正
確.α粒子散射實驗中少數α粒子發生了較大偏轉,這是盧瑟福猜想原子核式結構模型的主要依據之一,故B正
e2
確.氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時,要輻射一定頻率的光子,電子的軌道半徑減小,根據kr2=
v2
m 得,電子動能增大,由于原子能量減少,則電勢能減少,故C正確.金屬的逸出功與入射光的頻率無關,故D錯r
h
誤.在康普頓效應中,當入射光子與晶體中的電子碰撞時,把一部分動量轉移給電子,根據λ= 知,光子散射后波p
長變長,故E錯誤.
4.BD 【解析】 原子核的半衰期與所處的化學狀態和外部條件無關,由內部自身因素決定,地球環境變化,
半衰期不變,故A錯誤;盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結構模型,故B正確;比結合能越大,原子中
核子結合得越牢固,故C錯誤.要有光電子逸出,則光電子的最大初動能Ekm>0,即只有入射光的頻率大于金屬的
極限頻率,即ν>νc 時,才會有光電子逸出,故D正確.
5.(1)這一過程的核衰變方程為239 23594Pu → 92U+42He+E;
(2)光子的波長為1.38×10-11m;
(3)若不計光子的動量,則α粒子與鈾核在該磁場中的回轉半徑之比Rα∶RU 為46∶1.
【解析】 (1)由質量數與核電荷數守恒可知,核反應方程式為:23994Pu →235 492U+2He+E;
() c2 光子能量:E=hν=h ,λ
: hc 6.63×10
-34×3×108
波長 λ= = -11 ;E 0.09×1.6×10-19×106 m=1.38×10 m
(3)設衰變后,鈾核速率為v2,α粒子的速率為v3,
衰變過程動量守恒,由動量守恒定律得::m2v2=m3v3,
v2
帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動,由牛頓第二定律得:Bqv=m ,R
: mv( mv解得 R= 即qB R∝
),
q
粒子半徑之比:Rα m3v3·q2 92 46
R =U mv q
=1×2=1.2 2 3
拓展題特訓
1.ACD 【解析】 普朗克提出電磁輻射的能量的量子化,能很好地解釋黑體輻射的實驗規律,故A正確;設
t 10
T 5
原來21083Bi的質量為m0,
1 1
衰變后剩余質量為m,則有:m=m =100× 0 ÷ ÷ =25 ,即可知剩余質量為2 2 25è è g g
g.故B錯誤;較重的核分裂成中等質量大小的核或較輕的核合并成中等質量大小的核的過程中會釋放一定的能
量,所以核子的比結合能都會增加,故C正確;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,庫侖力對電子做負功,所以動能減少,電勢能增大(動能轉為電勢能),而因為吸收了光子,總能量變大,
故D正確;在光電效應的實驗中,若入射光的頻率小于金屬的極限頻率,則不能產生光電流,與光的強度無關,故
E錯誤.
2.ACD 【解析】 放射性元素的半衰期是指大量該元素的原子核中有半數發生衰變所需要的時間,故A正
79
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確;經過1次α衰變和1次β衰變后,則質量數減小4,而中子減小1,因此23892U(鈾)衰變為23491Pa(鏷)要經過1次α
衰變和1次β衰變,故B錯誤;平均結合能反應原子核的穩定程度,在原子核中,平均結合能越大表示原子核中的
核子結合得越牢固,故C正確;從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的能量小于從能級2躍遷到能級1輻射出的
光子的能量,根據波長與頻率成反比,則從能級3躍遷到能級2輻射出的光子的波長大于從能級2躍遷到能級1
輻射出的光子的波長,故D正確;根據光電效應方程可知光電子的最大初動能與入射光的強度無關,所以,增大紫
外線的照射強度時,從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能不變,故E錯誤.
3.ABDE 【解析】 根據玻爾的原子模型中頻率條件,氫原子從低能級躍遷到高能級時需吸收某種特定頻
率的光子,故A正確;根據愛因斯坦光電效應方程,逸出功最小的金屬對應光電子的最大初動能越大,所以從銣中
逸出的光電子初動能最大,故B正確;可見光中紫光光子的能量最大,但是光的亮度是由光子數密度和單個光子
的能量共同決定的,故C錯誤;半衰期只與原子核的內部結構有關,與原子所處的物理環境和化學環境無關,故D
正確;原子核是核子憑借核力結合在一起的,結合過程會釋放大量的核能,平均每個核子釋放的核能越多,即比結
合能越大,構成的原子核越穩定,故E正確.
4.(1)核反應方程式為73Li+11H →242He;
() 212 反應后產生的另一個原子核的速度為v0,反應過程中釋放的核能為8mv
2
0.
【解析】 (1)根據質量與電荷數守恒,則有:7 13Li+1H →242He;
(2) mv =4m 3由動量守恒定律得 0 -4v

÷
0 +4mv;è
解得:v=v0,
釋放的核能為
1( )2 1ΔE= 4m v + 4m 3
2 1

2 2 4v

÷
0 - mv20;è 2
21
解得:ΔE= 28mv0.
綜合特訓(二)
【母題特訓】
1.ACD 【解析】 電子束通過雙縫實驗后可以形成干涉圖樣,可以說明電子是一種波,故A正確;β射線在
云室中穿過會留下清晰的徑跡,可以說明β射線是一種粒子,故B錯誤;人們利用中子衍射來研究晶體的結構,中
子衍射說明中子是一種波,故C正確;人們利用電子顯微鏡觀測物質的微觀結構,利用了電子的干涉現象,說明電
子是一種波,故D正確;光電效應實驗中,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與入射光的強度無關,說明
光是一種粒子,故E錯誤.
2.AB 【解析】 光電效應說明光的粒子性,所以A正確;熱中子在晶體上產生衍射圖樣,即運動的實物粒子
具有波的特性,即說明中子具有波動性,所以B正確;黑體輻射的實驗規律說明電磁輻射具有量子化,即黑體輻射
h
是不連續的、一份一份的,所以黑體輻射用光的粒子性解釋,即C錯誤;根據的德布羅意波長公式λ= ,p p
2=
2mEk,又質子的質量大于電子的質量,所以動能相等的質子和電子,質子的德布羅意波較短,所以D錯誤.
3.C 【解析】 由庫侖定律,可得兩點電荷間的庫侖力的方向在兩者的兩線上,同種電荷相互排斥,由牛頓第
二定律,加速度的方向就是合外力的方向,故C正確,ABD錯誤.
4.ABE 【解析】 由質量數、電荷數守恒可知,核反應方程為p+27 2813Al →14Si,故A正確;核反應方程過程中
系統動量守恒,能量也守恒,故B正確,C錯誤;核反應過程中,要釋放熱量,質量發生虧損,生成物的質量小于反
應物的質量之和,故D錯誤;設質子的質量為m,則鋁原子原子核的質量約為27m,以質子初速度方向為正,根據
動量守恒定律得:
mv0=(m+27m)v,
解得:v=3.57×105m/s,方向與質子的初速度方向一致,故E正確.
5.AC 【解析】 因古木樣品中14C的比例正好是現代植物所制樣品的二分之一,則可知經過的時間為一個
半衰期,即該古木的年代距今約為5700年,選項A正確;12C,13C,14C具有相同的質子數,由于質量數不同,故中子
80
物理選修3
數不同,選項B錯誤;根據核反應方程可知,14C衰變為14N的過程中放出電子,即放出β射線,選項C正確;外界環
境不影響放射性元素的半衰期,選項D錯誤;故選AC.
6.D 【解析】 α粒子散射實驗現象為:絕大多數α粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進,但有少數α粒子
發生了較大的偏轉,并有極少數α粒子的偏轉超過90°,有的甚至幾乎達到180°而被反彈回來.盧瑟福根據該實驗
現象提出了原子核式結構模型:原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核里,帶負電的電子在核外空間
里繞著核旋轉,故ABC錯誤,D正確.
7.C 【解析】 原子核經過一次α衰變,電荷數減小2,所以經過2次α衰變后電荷數減小4;同時,經過一次
β衰變,電荷數增加1;所以元素A經過2次α衰變和1次β衰變后電荷數減小3,則生成的新元素在元素周期表
中的位置向前移3位,故C正確,ABD錯誤.
1
8.B 【解析】 β射線為高速電子流,質量約為質子質量的 ,1800
1
速度接近光速;α射線為氦核流,速度約為光速的10.
在同一電場中,β射線偏轉的軌跡曲率半徑小于α射線的曲率半徑,
由圖知,向左偏的為β射線,向右偏的為α射線,即到達A 板的為β射線;
因α粒子帶正電,向右偏轉,說明電場方向水平向右,那么a 為電源正極,故B正確,ACD錯誤.
9.AC 【解析】 根據物理學史可知,赫茲通過一系列實驗,證實了麥克斯韋關于光的電磁理論,故A正確;
查德威克用α粒子轟擊氮原子核發現了中子,但不是獲得反沖核178O,故B錯誤;貝克勒爾發現天然放射性現象,
說明原子核有復雜結構,故C正確;盧瑟福通過對α射線散射的研究提出了原子的核式結構模型,故D錯誤.
10.B 【解析】 不同的原子核具有不同的核子數,中子數和質子數均不相同,故 A錯誤;在核反應中,質量
數守恒,電荷數守恒,故B正確;γ射線的產生機理是原子核受激發,是原子核變化才產生的,不是氫原子躍遷產
生的,故C錯誤;只有入射光的頻率足夠大時,才能產生光電效應,與光照時間無關,故D錯誤.
11.B 【解析】 γ射線是高速運動的光子流,故A錯誤;氫原子輻射出一個光子后,從高能級向低能級躍遷,
2 2
軌道半徑減小,能級減小, ke mv根據 2 = ,得動能增大,故B正確;太陽輻射能量的主要來源是太陽中發生輕核聚r r
t 10
1 T 1 5
變,故C錯誤;設原來21083Bi的質量為m0,衰變后剩余質量為m,則有:m=m

0 ÷ =100×

÷ =25 ,即可知
è2 è2 g g
剩余質量為25g,故D錯誤,故選B.
12.A 【解析】 發生α衰變是放出42He,發生β衰變是放出電子 0 208-1e,則根據質量數和電荷數守恒有:82Pb
比23290Th少的質子數:z=90-82=8(個),質量數:m=232-208=24(個),根據質量數=電荷數+中子數可知,減
少的中子數:n=24-8=16(個),即鉛核比釷核少8個質子,少16個中子.
13.C 【解析】 衰變能自發發生.鈾235發生裂變的條件是有慢速中子轟擊.故C正確,ABD錯誤.故選C.
14.C 【解析】 α射線實質為氦核,帶正電,β射線為電子流,帶負電,γ射線為高頻電磁波,根據電荷所受電
場力特點可知:①為β射線,②為γ射線,③為α射線,α射線是高速 He流,一個α粒子帶兩個正電荷.根據左手定
則,α射線受到的洛倫茲力向左,故④是α射線.β射線是高速電子流,帶負電荷.根據左手定則,β射線受到的洛倫
茲力向右,故⑥是β射線.γ射線是γ光子,是中性的,故在磁場中不受磁場的作用力,軌跡不會發生偏轉.故⑤是γ
射線.故C正確,ABD錯誤.
t
T
15.C 【解析】 碘131的半衰期約為8天,經過32天后,
m
碘131 1的剩余質量為:m'=m· ÷2 =
,故
è 16
選C.
16.BD 【解析】 盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結構模型,故A錯誤;紫外線可以使熒光物質
發出熒光,利用這一特性可以對鈔票或商標設計防偽措施,故B正確;天然放射現象中產生的γ射線不能在電場
或磁場中發生偏轉,故C錯誤;當波源與觀察者有相對運動時,如果兩者相互接近,間距變小,觀察者接收的頻率
增大,如果兩者遠離,間距變大,觀察者接收的頻率減小,故D正確.
17.α粒子的結合能為4.3×10-12J.
【解析】 組成α粒子的核子與α粒子的質量差為:
81
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Δm=(2mp+2mn)-mα,
所以結合能為:ΔE=Δmc2,
代入數據解得:ΔE=4.3×10-12J.
M
18.反應后與反應前的總動能之差為(M-m 2 21-m2)c ,α粒子的動能為 (M-m M-m1-m2
)c .
2
【解析】 由于反應后存在質量虧損,所以反應前后總動能之差等于質量虧損而釋放的核能,則根據愛因斯坦
質能方程得
1 1
ΔEk= 2 2 ( )2;2m2vα-2Mvx= M-m1-m2c
反應過程中三個粒子組成的系統動量守恒,則有
Mvx=m2vα;
1
聯立解得α粒子的動能 mv2
M 2
2 2 α=
( )
M-m M-m1-m2c .2
19.3 大于 【解析】 23592U受一個中子轟擊后裂變成144 8956Ba和36Kr兩部分,根據電荷數和質量數守恒有:92
=56+36,235+1=144+89+x×1,解得x=3,所以中子個數為3.鏈式反應的條件:大于臨界體積,因此當物質
體積小于臨界體積時,鏈式反應不能進行.
20.42He(或α) 15.2 【解析】 根據電荷數守恒、質量數守恒知,未知粒子的電荷數為2,質量數為4,為α粒
子(42He).
n n m 1
根據m=m 1 0 ÷ ,
1
得 ÷ = = ,解得2 2 m 16 n=4
,
è è 0
則t=4T=4×3.8天=15.2天.
(qBR)2
21.衰變前原子核的質量為 M0=(M+m)
é
êê1+ 2 úú
ù
Mmc . 2
2
【解析】 v 設衰變產生的α粒子的速度大小為v,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得:qvB=m ,R
設衰變后新核的速度大小為V,衰變前后動量守恒,有:0=MV-mv,
1 1
設衰變前原子核的質量為 M 2 2 2 2 20,衰變前后能量守恒,有:M0c =Mc +2MV +mc + mv
,
2
( )2
由以上三式解得: ( )éê qBRM = M+m 1+ úù0 ê 2Mmc2 ú .
【過關特訓】
1.A 【解析】 天然放射現象說明原子核內部是有結構的,A正確;電子的發現使人們認識到原子是可分
的,盧瑟福的α粒子散射實驗使人們認識到原子具有核式結構,BC錯誤;密立根油滴實驗表明物體所帶電荷量是
不連續的,D錯誤.
2.BD 【解析】 光電子的初動能與入射光的頻率有關,隨著入射光頻率的增大而增大,用不可見光照射金
屬不一定比用可見光照射同種金屬產生的光電子的初動能大,比如紅外線照射金屬比用紅光照射同種金屬產生
的光電子的初動能小,故A錯誤;查德威克發現中子的核反應用α粒子轟擊鈹核,產生126C和中子,故B正確;β衰
變中產生β粒子不是原子核存在的,而是中子轉化而來的,故C錯誤;D.“探究碰撞中的不變量”的實驗中得到的
結論是碰撞前后兩個物體mv 的矢量和保持不變,故D正確.故選BD.
3.D 【解析】 根據愛因斯坦光電效應方程Ek=hν-W,可知,當入射光頻率提高2倍時,產生光電子的最
hc
大初動能大于原來的2倍;與照射的時間無關.故AB錯誤;根據愛因斯坦光電效應方程,Ek=hν-W= ,當λ -W
入射光波長增大為原來的2倍時,光電子的最大初動能減少,故C錯誤;當入射光強度增大為原來的2倍時,單位
時間內產生的光子數是原來的2倍,所以單位時間內產生的光電子數目也增大為原來的2倍,故D正確.故選D.
4.B 【解析】 α衰變是指某一原子核自發的變成另一種原子核,并放出α粒子的過程.可以很容易地選出B
正確;A選項為人工轉變方程;C選項為輕核聚變;D選項為β衰變.
5.BC 【解析】 A.發生光電效應時,鋅板失去電子帶正電,用一帶負電的金屬小球與鋅板接觸,鋅板所帶
82
物理選修3
的正電變小,所以驗電器指針偏角將減小,故A錯誤,B正確;C.入射光的強度影響單位時間內發出光電子的數
目,所以鋅板所帶的正電變多,驗電器的指針偏角將增大,故C正確;D.發生光電效應的條件是入射光的頻率大
于極限頻率,紅外線照射不一定發生光電效應,所以指針不一定偏轉,故D錯誤.故選BC.
6.CD 【解析】 β射線的實質是電子流,γ射線的實質是電磁波,γ射線的穿透本領比較強,故A錯誤;半衰
期對大量的原子核適用,對少量的原子核不適用,故B錯誤;因為β衰變的質量數不變,所以α衰變的次數n=
238-206 , 16-10=8 在α衰變的過程中電荷數總共少16,則β衰變的次數 m= =6,故C正確;β衰變時,原子核4 1
中的一個中子,轉變為一個質子和一個電子,電子釋放出來,故D正確.故選CD.
7.AD 【解析】 處于n=3能級狀態的大量氫原子自發躍遷時,能發出C23=3(種)頻率的光子,故A正確;β
衰變中產生的β射線實際上是原子核中的一個中子轉化為質子同時生成一個電子,故B錯誤;14 4 177N+2He → 8O
+X核反應中,X是質子,但這個反應過程不叫α衰變,只有是氦原子核,才是α衰變,故C錯誤;原子核所含核子
單獨存在時的總質量大于該原子核的質量,因為核子結合成原子核時要釋放能量,由質能方程知質量減小,故D
正確.
8.AD 【解析】 本題考查了原子物理的基礎知識.題目中有原子物理的兩個核反應方程,根據質量數和電
荷數守恒規律,由第二個核反應方程得到X為中子(10n),選項A正確;再由第一個方程得到Y質子數為3,質量數
為6,則中子數=質量數-質子數=3,選項B錯誤;兩個核反應都產生了能量,根據愛因斯坦質能方程可知一定
有質量虧損,選項C錯誤;氘和氚的核反應是核聚變反應,選項D正確.
9.CD 【解析】 A.由題圖可得b光照射光電管時反向截止電壓大,根據eUc=hν-W0,b光的頻率大,故A
錯誤;B.當加遏止電壓時,電壓增加,光電流減小,故B錯誤;C.由于a 光的飽和電流大,故照射該光電管時a 光
單位時間發生的光電子數多,故C正確;D.由題圖可得b光照射光電管時反向截止電壓大,根據eUc=Ekm,照射
該光電管時,b光使其逸出的光電子最大初動能大,故D正確.
10.B 【解析】 核反應方程為41 4 01H →2He+21e,即X表示正電子,這個核反應中質量虧損Δm=4m1-
m2-2m3,這個核反應中釋放的核能ΔE=(4m1-m2-2m3)c2,選項B正確.
11.(1)陽極 (2)5.15×1014 (3)5.6355×10-19
【解析】 (1)電子從金屬板上射出后被電場加速,由此可知A板為正極,即為陽極;
(2)(3)由Ekm=hν-W0 和eUc=Ekm得:eUc=hν-W0,因此當遏制電壓為零時,hνc=W0,
根據圖像可知,銣的截止頻率ν =5.15×1014c Hz,
根據hν =W ,可求出該金屬的逸出功大小W =6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19c 0 0 J.
如果實驗中入射光的頻率ν=6.00×1014Hz,則產生的光電子的最大初動能為:
E =6.63×10-34×6.00×1014-6.63×10-34×5.15×1014=5.6355×10-19k J.
3E 5
12.該金屬的極限頻率為
1
- ,光子的最大初動能為4h -36E1.
【解析】 由WA=hνc,得:
1 3
hνc=W0= E1-E1=- E1,4 4
所以: 3Eν 1c=- ;4h
氫原子從n=3能級向n=1能級躍遷輻射出的光子能量最大,此時從金屬表面逸出的光電子的最大初動能
1 8
為Ekm,則有:hν=9E1-E1=-9E1
,
8 5
由Ekm=hν-WA,得:Ekm=hν-W0=-9E1-
3

è-4E

÷
1 =-36E1.
綜合練習一
1.AB 【解析】 選項A為康普頓效應,選項B為光電效應,康普頓效應和光電效應都深入揭示了光的粒子
性;選項C為α粒子散射實驗,未涉及光子,揭示了原子的核式結構;選項D為光的折射,揭示了氫原子能級的不
連續.
83

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