2023屆高考物理二輪復(fù)習(xí)第17講近代物理初步學(xué)案（浙江專用）

這是一份2023屆高考物理二輪復(fù)習(xí)第17講近代物理初步學(xué)案（浙江專用），共31頁。
第17講　近代物理初步題型1　光電效應(yīng)1.光的波粒二象性(1)大量光子易顯示出波動性,而少量光子易顯示出粒子性。(2)波長長(頻率低)的光波動性強(qiáng),而波長短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)。2.光電效應(yīng)的三個關(guān)系式(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0。(2)最大初動能與遏止電壓:Ek=eUc。(3)逸出功與截止頻率:W0=hνc。3.光電效應(yīng)的圖像分析圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像①截止頻率:圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc②逸出功:圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)W0=|-E|=E③普朗克常量:圖線的斜率h=k顏色相同、強(qiáng)弱不同的光,光電流與電壓的關(guān)系圖像①遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點②飽和光電流Im、Im′,電流的最大值③最大初動能:Ek=eUc顏色不同時,光電流與電壓的關(guān)系圖像①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流I1、I2③最大初動能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像(1)截止頻率νc:圖線與橫軸的交點(2)遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大(3)普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積,即h=ke(注:此時兩極之間接反向電壓)4.解決光電效應(yīng)的兩條線索(1)光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子數(shù)多→光電流大。(2)光子頻率高→光子能量大→產(chǎn)生光電子的最大初動能大。[例1] (2022·杭州二模)(多選)如圖所示是研究光電效應(yīng)的實驗裝置,某同學(xué)進(jìn)行了如下操作:(1)用頻率為ν1的光照射光電管,此時微安表中有電流,將滑動變阻器滑片P調(diào)至位置M(圖中未畫出),使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?,此時電壓表示數(shù)為U1;(2)用頻率為ν2的光照射光電管,將滑片P調(diào)至位置N(圖中未畫出),使微安表示數(shù)恰好變?yōu)?,此時電壓表的示數(shù)為U2。已知元電荷為e,ν1<ν2。關(guān)于該實驗,下列說法正確的是(　AD　)A.位置M比位置N更靠近b端B.位置M、N與光強(qiáng)有關(guān)C.可求得普朗克常量為D.該光電管中金屬的截止頻率為解析:只有K的電勢高于A,即滑片P向a端滑動,才能實現(xiàn)微安表示數(shù)恰好變?yōu)榱?根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ekm=hν-W0=eUc,因ν1<ν2,則U1<U2,即位置M對應(yīng)的電壓較小,位置M比位置N更靠近b端,故A正確;位置M、N對應(yīng)的是遏止電壓,與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故B錯誤;根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek1=hν1-W0=eU1,Ek2=hν2-W0=eU2,聯(lián)立解得普朗克常量為h=,故C錯誤;聯(lián)立方程組可解得逸出功為W0=,根據(jù)W0=hν0,可解得該光電管中金屬的截止頻率為ν0==,故D正確。[拓展訓(xùn)練1] (多選)利用圖甲所示的實驗裝置測量遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系。若某次實驗中得到如圖乙所示的Uc-ν圖像。已知普朗克常量h=6.63×10-34 J· s,則下列說法正確的是(　ABD　)A.電源的右端為正極B.遏止電壓Uc越大說明光電子最大初動能越大C.若保持入射光的頻率不變,增大入射光的強(qiáng)度,遏止電壓也會增大D.該金屬的逸出功約為2.85×10-19 J解析:因為測量遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系時,需要使加在兩極間的電壓為反向電壓,使電子減速,所以應(yīng)該讓電場方向從K指向A,所以電源右端應(yīng)為正極,故A正確;因為最大初動能為Ek=eUc,即遏止電壓Uc越大說明光電子最大初動能越大,故B正確;愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,聯(lián)立可得eUc=hν-W0,遏止電壓與只與入射光的頻率有關(guān),與入射光的強(qiáng)度無關(guān),故C錯誤;當(dāng)最大初動能為零時,對應(yīng)頻率即為截止頻率,由圖像知截止頻率為νc=4.3×1014Hz,所以逸出功為W0=hνc=6.63×10-34×4.3×1014 J≈2.85×10-19 J,故D正確。[拓展訓(xùn)練2] (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1.6 eV。下列說法正確的是(　AC　)A.當(dāng)滑片P與c正對時,電路中有光電流B.當(dāng)U=-0.6 V時,滑片P位于a、c之間C.陰極材料的逸出功為1.0 eVD.當(dāng)U=0.8 V時,到達(dá)陽極的光電子的最大動能為2.4 eV解析:當(dāng)滑片P與c正對時,光電管兩端無電壓,由題圖乙可以看出光電流不為零,故A正確;由題圖乙可知,當(dāng)U=-0.6 V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錯誤;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0,由題圖乙可知,當(dāng)U=-0.6 V時,光電流為0,則有-0.6 eV=0-Ek,聯(lián)立解得W0=1.0 eV,故C正確;光電子逸出時的最大初動能為Ek0=hν-W0=0.6 eV,當(dāng)U=0.8 V時由動能定理得eU=Ek-Ek0,得Ek=eU+Ek0=(0.8+0.6) eV=1.4 eV,故D錯誤。題型2　能級躍遷1.兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷:高能級→低能級,釋放能量,發(fā)出光子。光子的頻率ν==。(2)受激躍遷:低能級→高能級,吸收能量。①光照(吸收光子):光子的能量必須恰好等于能級差ΔE。②碰撞:只要入射粒子能量大于或等于能級差即可,E外≥ΔE。③大于電離能的光子被吸收,原子被電離。2.能級躍遷分析(1)原子躍遷時,所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。(2)原子電離時,所吸收的能量可以大于或等于某一能級的絕對值。(3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時,可能輻射光子的種類N==。(4)計算能級能量時應(yīng)注意:因一般取無窮遠(yuǎn)處的電勢為零,故各個能級的能量值均為負(fù)值。[例2] (2022·浙江6月選考)如圖為氫原子的能級圖。大量氫原子處于n=3的激發(fā)態(tài),在向低能級躍遷時放出光子,用這些光子照射逸出功為2.29 eV 的金屬鈉。下列說法正確的是(　B　)A.逸出光電子的最大初動能為10.80 eVB.n=3躍遷到n=1放出的光子動量最大C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng)D.用0.85 eV的光子照射,氫原子躍遷到n=4激發(fā)態(tài)解析:氫原子從n=3能級躍遷到n=1能級時釋放的光子能量最大,頻率也最大,能量為E1=(-1.51 eV)-(-13.6 eV)=12.09 eV,照射逸出功為2.29 eV的金屬鈉,光電子的最大初動能為Ekm=E1-W=9.8 eV,頻率大的光子波長小,根據(jù)p=可知頻率大的光子動量大,選項A錯誤,B正確;氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級時釋放的光子能量為E2=(-1.51 eV)-(-3.4 eV)=1.89 eV<W,該光子不能使金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng),可知有2種頻率的光子能使金屬鈉產(chǎn)生光電效應(yīng),選項C錯誤;-1.51 eV+0.85 eV=-0.66 eV,可知?dú)湓硬荒芪赵摴庾訌膎=3能級躍遷到n=4能級,選項D錯誤。[拓展訓(xùn)練3] (2022·金華模擬)(多選)如圖所示,圖甲為氫原子的能級圖,大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時,發(fā)出頻率不同的大量光子,其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時,電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是(　BD　)A.光電管陰極K金屬材料的逸出功為7.0 eVB.這些氫原子躍遷時共發(fā)出3種頻率的光C.若調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片能使光電流為零,則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極D.氫原子躍遷放出的光子中共有2種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象解析:由圖甲可知,大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時,發(fā)出頻率最高的光子的能量為E=E3-E1=12.09 eV,根據(jù)圖丙可知,遏止電壓為7 V,則光電子的最大初動能Ek=eUc=7 eV,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=E-W0,則光電管陰極K金屬材料的逸出功為W0=E-Ek=5.09 eV,故A錯誤;根據(jù)排列組合的規(guī)律可知,大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時,共發(fā)出=3種頻率的光,故B正確;光電子由陰極K向?qū)γ娴臉O板運(yùn)動,形成光電流,要阻止該電流,需要接反向電壓,則可判斷圖乙中電源左側(cè)為正極,故C錯誤;通過A分析可知,只要光電子的能量大于5.09 eV,就可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象,由圖甲可知,大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時,有2種頻率的光子滿足要求,故D正確。題型3　核反應(yīng)與核能的計算1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)UThHeβ衰變自發(fā)ThPae人工轉(zhuǎn)變人工控制NHeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBe→Cn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHe→Pn約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時發(fā)現(xiàn)正電子PSie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制UnBaKr+nUnXeSr+1n輕核聚變現(xiàn)階段很難控制HHHen+17.6 MeV2.原子核的衰變(1)衰變的實質(zhì):α衰變?yōu)?/span>H+nHe,即放出α射線;β衰變?yōu)?/span>nHe,即放出β射線,在α衰變或β衰變過程中放出γ射線。(2)衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定,與原子所處的物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān);半衰期是統(tǒng)計規(guī)律,對個別、少數(shù)原子無意義。3.核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計算時,Δm的單位是“ kg”,c的單位是“ m/s”,ΔE的單位是“ J”。(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5 MeV計算時,Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)如果核反應(yīng)時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn),則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動能的增量即為釋放的核能。[例3] 太陽現(xiàn)正處于主序星演化階段,由于太陽內(nèi)部含有大量的氘核,在高溫環(huán)境下氘核不斷發(fā)生核反應(yīng)而釋放大量的核能,使得太陽的質(zhì)量逐漸的減小。兩個氘核在高溫環(huán)境下生成一個新核X,同時釋放一個中子,已知氘核、中子以及X核的質(zhì)量分別為2.013 6 u、1.008 7 u、3.015 0 u,核反應(yīng)時質(zhì)量虧損1 u向外放出的核能為931.5 MeV。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)(1)X核是什么核并計算該反應(yīng)向外釋放的核能為多少?(2)假設(shè)兩個動能均為0.37 MeV的氘核在高溫環(huán)境下相向運(yùn)動并發(fā)生碰撞時也能發(fā)生題中的核反應(yīng),該反應(yīng)產(chǎn)生的能量均轉(zhuǎn)化為動能,則反應(yīng)后X核、中子的動能分別為多少?解析:(1)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,核反應(yīng)方程為HHHen,則X核是He,反應(yīng)過程中質(zhì)量減少了Δm=2×2.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,反應(yīng)過程中釋放的核能ΔE=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV。(2)設(shè)n和He的動量分別為p1和p2,由動量守恒定律得0=p1+p2,由動能和動量關(guān)系Ek=及n和He質(zhì)量關(guān)系,中子的動能E1是He的動能E2的3倍,由能量守恒定律得E1+E2=ΔE+2×0.37 MeV,解得E2=1.00 MeV,E1=3.00 MeV。答案:(1He　3.26 MeV(2)1.00 MeV　3.00 MeV[拓展訓(xùn)練4] (2022·浙江6月選考)(多選)秦山核電站生產(chǎn)C的核反應(yīng)方程為NnC+X,其產(chǎn)物C的衰變方程為CNe。下列說法正確的是(　AB　)A.X是HBC可以用作示蹤原子Ce來自原子核外D.經(jīng)過一個半衰期,10個C將剩下5個解析:根據(jù)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可知X為質(zhì)子H,選項A正確;由于C具有放射性,且C是構(gòu)成生物體的主要元素之一,所以C可以用作示蹤原子,選項B正確;β衰變放出的電子e來自原子核,選項C錯誤;由于半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律,對少量原子核不適用;所以經(jīng)過一個半衰期,10個C不一定剩下5個,選項D錯誤。[拓展訓(xùn)練5] (2022·杭州二模)(多選)在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限,因此科學(xué)家用放射性材料PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電。PuO2中的Pu元素是Pu,其半衰期是87.7年,可衰變?yōu)?/span>U。某次火星探測時火星車儲存了5 kg的放射性材料PuO2。下列說法正確的是(　BC　)APu的半衰期一定為87.7年BPu的衰變方程為PuUHeCPu的比結(jié)合能小于U的比結(jié)合能D.經(jīng)過87.7年該火星車上的PuO2能釋放約1.4×1030MeV的能量解析:半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律,則Pu的半衰期不一定為準(zhǔn)確的87.7年,故A錯誤;衰變過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,則Pu衰變?yōu)?/span>U和He,其衰變方程為Pu→He,故B正確;重核和輕核的比結(jié)合能較小,中核的比結(jié)合能較大,則Pu的比結(jié)合能小于U的比結(jié)合能,故C正確;經(jīng)過87.7年,有2.5 kg的Pu衰變,而不是質(zhì)量虧損2.5 kg,所以不能直接將2.5 kg代入公式ΔE=Δmc2來算出釋放的能量,故D錯誤。專題訓(xùn)練17　近代物理初步保分基礎(chǔ)練1.如圖所示,把一塊不帶電的鋅板用導(dǎo)線連接在驗電器上,當(dāng)用某頻率的紫外線照射鋅板時,發(fā)現(xiàn)驗電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度,下列說法正確的是(　A　)A.鋅板帶正電,驗電器帶正電B.鋅板帶負(fù)電,驗電器帶負(fù)電C.若改用紅光照射鋅板,驗電器的指針一定也會偏轉(zhuǎn)D.若改用頻率更低的紫外線照射鋅板,驗電器的指針一定會偏轉(zhuǎn)解析:用紫外線照射鋅板,鋅板失去電子帶正電,驗電器與鋅板相連,則驗電器的金屬球和金屬指針帶正電,A正確,B錯誤;紅光的頻率小于紫外線的頻率,根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知,若改用紅光照射鋅板,不一定能發(fā)生光電效應(yīng),所以驗電器的指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn),C錯誤;若改用頻率更低的紫外線照射鋅板,根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知頻率更低的紫外線照射鋅板不一定能發(fā)生光電效應(yīng),所以驗電器的指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn),D錯誤。2.下列說法正確的是(　B　)A.光的波動性是光子之間相互作用的結(jié)果B.玻爾第一次將“量子”引入原子領(lǐng)域,提出了定態(tài)和躍遷的概念C.光電效應(yīng)揭示了光的粒子性,證明了光子除了具有能量之外還具有動量D.α射線經(jīng)過置于空氣中帶正電驗電器金屬小球的上方,驗電器金屬箔的張角會變大解析:光的波動性并不是光子間相互作用的結(jié)果,例如光的衍射或干涉現(xiàn)象,其亮條紋是光子出現(xiàn)概率較大的地方,是大量光子的統(tǒng)計規(guī)律,選項A錯誤;玻爾首先將“量子”的概念引入原子領(lǐng)域,并通過定態(tài)、躍遷的概念,成功解釋了氫原子能級躍遷,選項B正確;光電效應(yīng)證明光具有粒子性,康普頓效應(yīng)證明光子還具有動量,選項C錯誤;α射線電離作用很強(qiáng),能使金屬小球上方空氣發(fā)生電離,而帶電金屬球的電荷更易被電離的空氣導(dǎo)走,從而張角減小,選項D錯誤。3.(2022·紹興二模)(多選)如圖所示是我國的“祝融號”火星車,它的電源來自于太陽能電池而非核電池(核電池能量來自钚238發(fā)生的α衰變),它多次將火星表面影像通過無線電波傳送回地球,為人類提供了許多寶貴資料。下列說法正確的是(　BD　)A.α粒子的速度可以達(dá)到光速B.無線電波與光波都是電磁波C.钚238發(fā)生α衰變后新核的中子數(shù)增加2D.當(dāng)?shù)厍蚓嗷鹦羌s為6×107 km時,地球上收到的是大約200 s之前的影像解析:α粒子的速度只有光速的十分之一,選項A錯誤;無線電波與光波都是電磁波,選項B正確;钚238發(fā)生α衰變后新核的質(zhì)量數(shù)減少4,電荷數(shù)減少2,則中子數(shù)減少2,選項C錯誤;當(dāng)?shù)厍蚓嗷鹦羌s為6×107 km時,電磁波傳到地球的時間為t= s=200 s,即地球上收到的是大約200 s之前的影像,選項D正確。4.(2022·嘉興二模)(多選)在實驗中讓電子束通過電場加速后,通過多晶薄膜得到了如圖所示衍射圖樣,已知電子質(zhì)量為m=9.1×10-31 kg,加速后電子速度v=5.0×106 m/s,普朗克常量h=6.63×10-34 J· s,則(　BD　)A.該圖樣說明了電子具有粒子性B.該實驗中電子的德布羅意波長約為0.15 nmC.加速電壓越大,電子的物質(zhì)波波長越大D.使用電子束工作的電子顯微鏡中,加速電壓越大,分辨本領(lǐng)越強(qiáng)解析:圖為電子束通過多晶薄膜的衍射圖樣,因為衍射是波所特有的現(xiàn)象,所以說明了電子具有波動性,A錯誤;由德布羅意波長公式可得λ=,而動量p=mv,聯(lián)立得λ==0.15 nm,該實驗中電子的德布羅意波長約為0.15 nm,B正確;由德布羅意波長公式可得λ=,而動量p==,聯(lián)立得λ=,加速電壓越大,電子的波長越短,衍射現(xiàn)象就越不明顯,分辨本領(lǐng)越強(qiáng),C錯誤,D正確。5.某同學(xué)在研究甲、乙兩金屬的光電效應(yīng)現(xiàn)象時,發(fā)現(xiàn)兩金屬逸出光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系分別如圖中的①、②所示,圖中虛線與兩條實線平行。下列說法正確的是(　D　)A.甲金屬的截止頻率大于乙金屬的截止頻率B.甲金屬的逸出功大于乙金屬的逸出功C.用頻率為ν2的光照射甲金屬不能產(chǎn)生光電效應(yīng)D.用頻率為ν2的光照射乙金屬不能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析:根據(jù)Ek=hν-W0可知,橫軸截距表示最大初動能為零時的入射光頻率,此時的頻率等于金屬的截止頻率,由圖可知乙金屬的截止頻率大,甲金屬的逸出功小于乙金屬的逸出功,故A、B錯誤;由A、B選項分析可知,用頻率為ν2的光照射甲金屬能產(chǎn)生光電效應(yīng),用頻率為ν2的光照射乙金屬不能產(chǎn)生光電效應(yīng),故D正確,C錯誤。6.(2022·衢州選考模擬)愛因斯坦光電效應(yīng)方程給出了光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關(guān)系。但是,很難直接測量光電子的動能,容易測量的是遏止電壓Uc。用圖甲所示的實驗裝置測得某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示,已知電子的電荷量為e=1.6×10-19C,則(　C　)A.圖中A為光電管的陰極B.本實驗電源的左端為正極C.當(dāng)入射光的頻率為1015Hz時,光電子的最大初動能為3.2×10-19 JD.根據(jù)圖像可求出光電管內(nèi)金屬的逸出功為3.2×10-20 J解析:產(chǎn)生光電效應(yīng)的一側(cè)是陰極,故A為光電管的陽極,A錯誤;為使電子減速,A可連接電源負(fù)極,則電源左側(cè)為負(fù)極,B錯誤;當(dāng)入射光的頻率為1015Hz時,遏止電壓為2.0 V,由eUc=mv2可求得最大初動能為3.2×10-19 J,C正確;根據(jù)圖像可知光電管內(nèi)金屬的截止頻率為5×1014Hz,其逸出功W0=hνc≈3.32×10-19 J,D錯誤。7.(2022·紹興二模)氫原子的能級圖如圖甲所示,一群處于第4能級的氫原子,向低能級躍遷過程中能發(fā)出6種不同頻率的光,其中只有頻率為νa、νb兩種光可讓圖乙所示的光電管陰極K發(fā)生光電效應(yīng)。分別用頻率為νa、νb的兩個光源照射光電管陰極K,測得電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是(　C　)A.處于第4能級的氫原子可以吸收一個能量為0.75 eV的光子并電離B.圖丙中的圖線a所表示的光是氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的C.圖丙中的圖線b所表示的光的光子能量為12.75 eVD.用圖丙中的圖線a所表示的光照射陰極K時,光電子的最大初動能比用圖線b所表示的光照射時更大解析:處于第4能級的氫原子至少要吸收能量為0.85 eV的光子才能電離,故A錯誤;由題意可知,發(fā)生光電效應(yīng)的能量值對應(yīng)的躍遷為氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷或氫原子由第3能級向基態(tài)躍遷;由圖丙可知,b光的遏止電壓大,a光的遏止電壓小,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0及eUc=Ek知,b光為氫原子由第4能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的,a光為氫原子由第3能級向基態(tài)躍遷發(fā)出的,故B錯誤;圖丙中b光的光子能量為Eb=E4-E1=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,故C正確;b光的遏止電壓大,a光的遏止電壓小,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,用a光照射陰極K時,光電子的最大初動能比用b光照射時更小,故D錯誤。8.(多選)如圖是根據(jù)實際測量結(jié)果畫的不同原子核比結(jié)合能的圖像,根據(jù)圖像和所學(xué)知識判斷下列說法正確的是(　AB　)A.質(zhì)量數(shù)60左右的原子核最穩(wěn)定B.圖中的質(zhì)量數(shù)等于原子核的核子數(shù)C.原子核的核子數(shù)越多,結(jié)合能越小D.核子的平均質(zhì)量與質(zhì)量數(shù)圖像和該圖像都是“中間大、兩端小”解析:由圖可知質(zhì)量數(shù)60左右的原子核比結(jié)合能最大,原子核最穩(wěn)定,A正確;原子核由質(zhì)子和中子組成,質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子,原子核的質(zhì)量數(shù)等于其核子數(shù),B正確;比結(jié)合能等于結(jié)合能除以核子數(shù),原子核的核子數(shù)越大,結(jié)合能越大,C錯誤;“核子平均質(zhì)量”的大小反映核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的多少,平均質(zhì)量曲線為中間小,兩端大,而核子的比結(jié)合能曲線為兩邊低,中間高,D錯誤。9.(2022·臺州二模)(多選)釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(TMSR)是第四代核能系統(tǒng)之一,它的試驗成功標(biāo)志著我國在這方面的研究“處于國際引領(lǐng)地位”。其中釷基核燃料鈾,由較難裂變的釷吸收一個中子后經(jīng)過若干次β衰變而來,鈾的一種典型裂變產(chǎn)物是鋇和氪。以下說法正確的是(　BCD　)A.外界溫度越高,釷核衰變的速度越快B.釷核Th經(jīng)過1次β衰變可變成鏷PaC.在鈾核裂變成鋇和氪的核反應(yīng)中,核子的比結(jié)合能增大D.題中鈾核裂變的核反應(yīng)方程為Un→BaKr+n解析:半衰期的大小與溫度、壓強(qiáng)以及化學(xué)狀態(tài)無關(guān),故A錯誤;1次β衰變原子核質(zhì)量數(shù)不變,質(zhì)子數(shù)增加1,所以釷核Th經(jīng)過1次β衰變可變成鏷Pa,故B正確;核反應(yīng)方程式中生成物比反應(yīng)物穩(wěn)定,生成物的比結(jié)合能比反應(yīng)物的比結(jié)合能大,所以在鈾核裂變成鋇和氪的核反應(yīng)中,核子的比結(jié)合能增大,故C正確;根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知,題中鈾核裂變的核反應(yīng)方程為nBaKr+n,故D正確。高分強(qiáng)化練10.可見光的光子能量范圍如表所示:色光光子能量范圍(eV)紅橙黃1.62-2.002.00-2.072.07-2.14綠藍(lán)—靛紫2.14-2.532.53-2.762.76-3.10氫原子的能級示意圖如圖所示,大量處于某激發(fā)態(tài)的氫原子在向低能級躍遷時發(fā)出的光,其光譜線只有1條處于可見光范圍內(nèi)。根據(jù)以上信息可知處于該激發(fā)態(tài)的氫原子(　D　)A.發(fā)出的可見光顏色是藍(lán)—靛B.處在第4能級C.最多可以釋放出6種頻率的光D.在紅光照射下可以被電離解析:如果該激發(fā)態(tài)的氫原子處在第4能級,則可以發(fā)出兩種可見光,光子能量分別為-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV,故B錯誤;由于躍遷時發(fā)出的光只有一種可見光,可知該激發(fā)態(tài)的氫原子處于第3能級,則發(fā)出的可見光的光子能量為-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,則發(fā)出的可見光顏色是紅光,故A錯誤;由于該激發(fā)態(tài)的氫原子處于第3能級,則最多可以釋放出3種頻率的光,故C錯誤;由于該激發(fā)態(tài)的氫原子處于第3能級,則在紅光照射下可以被電離,故D正確。11.(多選)研究光電效應(yīng)的實驗電路圖如圖所示,ab、cd為兩正對的、半徑為R的平行圓形金屬板,板間距為d,且滿足R?d。當(dāng)一細(xì)束頻率為ν的光照射極板ab圓心時,產(chǎn)生沿不同方向運(yùn)動的光電子。調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片改變兩板間電壓,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表示數(shù)為Uc時,電流表示數(shù)恰好為零。假設(shè)光電子只從極板圓心處發(fā)出,普朗克常量為h,電子電荷量為e,電子質(zhì)量為m,忽略電場的邊界效應(yīng)和電子之間的相互作用。則(　ABD　)A.金屬板的逸出功為hν-eUcB.改變電源的極性,要使電流表讀數(shù)達(dá)到飽和時,電壓表讀數(shù)至少為U=C.改變電源的極性,電壓表讀數(shù)為U時,電子到達(dá)cd板時的動能為e(Uc+U)D.斷開S,在兩板間加方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過時,電流表讀數(shù)為0解析:光電子的最大初動能為eUc,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得金屬板的逸出功為hν-eUc,A正確;要使光電流達(dá)到飽和,平行于ab板的具有最大初速度的光電子也能打到cd板上,e=ma,d=at2,R=vmt, eUc=m,聯(lián)立解得U=,B正確;到達(dá)cd板時電子的動能為eU到e(Uc+U)之間,C錯誤;斷開S,在兩板間加方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場時,當(dāng)平行于ab板向右具有最大初速度的光電子也不能到達(dá)cd板時,電流表示數(shù)為0,此時光電子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的軌道半徑r≤,由Bevm=m,eUc=m,得到B≥,D正確。12.如圖所示,圖甲為原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)關(guān)系曲線,圖乙為原子核的平均核子質(zhì)量與原子序數(shù)的關(guān)系曲線,根據(jù)兩曲線,下列說法正確的是(　B　)A.根據(jù)圖甲可知He核的結(jié)合能約為7 MeVB.根據(jù)圖甲可知U核的結(jié)合能比Kr核的結(jié)合能更大C.根據(jù)圖乙可知,核D裂變成核E和F的過程中,比結(jié)合能減小D.根據(jù)圖乙可知,若A、B能結(jié)合成C,結(jié)合過程一定要吸收能量解析:圖甲中He核的比結(jié)合能約為7 MeV,但圖中不能看出He核的比結(jié)合能,不能計算He核的結(jié)合能,故A錯誤;分析圖甲可知U核比Kr核的比結(jié)合能略小,但核子數(shù)遠(yuǎn)大于Kr核,根據(jù)結(jié)合能等于比結(jié)合能與核子數(shù)的乘積可知U核的結(jié)合能比Kr核的結(jié)合能更大,故B正確;將D分裂成E、F,由圖可知是重核的裂變,因此核子的比結(jié)合能將增大,故C錯誤;若A、B能結(jié)合成C,平均核子質(zhì)量減少,會有質(zhì)量虧損,釋放出核能,故D錯誤。13.U發(fā)生α衰變時,其衰變方程為U→He+5.5 MeV,光在真空中的傳播速度為c=3×108 m/s,e=1.6×10-19C。(1)求一次衰變過程中虧損的質(zhì)量;(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(2)若靜止的鈾核U處在勻強(qiáng)磁場中,釋放的α粒子和產(chǎn)生的新核均能在磁場中做勻速圓周運(yùn)動,則α粒子和釷核在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑之比為多少?(3)若U開始處于靜止?fàn)顟B(tài),衰變過程釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釷核的動能,則放出的α粒子的動能是多少?(單位用MeV表示,結(jié)果保留2位有效數(shù)字)解析:(1)由衰變方程可知,一次衰變釋放的核能ΔE=5.5 MeV=8.8×10-13 J,由質(zhì)能方程可知ΔE=Δmc2 ,解得Δm=9.8×10-30 kg。(2)由牛頓第二定律可得qvB=m,解得r=,根據(jù)動量守恒定律可得mαvα=mThvTh,聯(lián)立解得==。(3)釋放的核能ΔE=5.5 MeV,根據(jù)動量守恒定律可知,α粒子和釷核動量等大反向,根據(jù)Ek=,可知===57,Ekα+EkTh=5.5 MeV,解得Ekα≈5.4 MeV。答案:(1)9.8×10-30 kg　(2)45∶1　(3)5.4 MeV14.熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著。太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆,太陽的主要成分是氫,太陽的中心溫度使氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著,不斷地放出能量。太陽在“核燃燒”的過程中“體重”不斷減輕。(1)太陽內(nèi)部的熱核反應(yīng)中4個質(zhì)子聚變?yōu)?個氦核He,請寫出核反應(yīng)方程;(2)若質(zhì)子、氦核、正電子的靜止質(zhì)量分別為mp=1.672 6×10-27 kg,mα=6.642 5×10-27 kg,me=0.000 9×10-27 kg,則4個質(zhì)子發(fā)生上述熱核反應(yīng)所釋放的能量是多少?(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026 J,則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少?(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)(4)太陽現(xiàn)在的質(zhì)量約為2×1030 kg,科學(xué)家預(yù)測太陽質(zhì)量減少萬分之三,熱核反應(yīng)將不能繼續(xù)進(jìn)行。請你計算推導(dǎo)太陽還能存在多少年?(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)解析:(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒,其核反應(yīng)方程為HHe+e。(2)由核反應(yīng)方程可知ΔE=(4mp-mα-2me)c2=4.15×10-12 J。(3)太陽每秒釋放的能量為E=3.8×1026 J,則太陽每秒減少的質(zhì)量為Δm=,解得Δm=4×109 kg。(4)太陽還能存在的時間為t== s=1.5×1017 s=5×109年。答案:(1)HHe+e　(2)4.15×10-12 J　(3)4×109 kg　(4)5×109年15.19世紀(jì)末、20世紀(jì)初,通過對光電效應(yīng)的研究,加深了對光的本質(zhì)的認(rèn)識?？茖W(xué)家利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng),圖中K、A是密封在真空玻璃管中的兩個電極,K極受到光照時可能發(fā)射電子。已知電子電荷量為e,普朗克常量為h。(1)當(dāng)有光照射K極,電流表的示數(shù)為I,求經(jīng)過時間t到達(dá)A極的電子數(shù)n。(2)使用普通光源進(jìn)行實驗時,電子在極短時間內(nèi)只能吸收一個光子的能量。用頻率為ν0的普通光源照射K極,可以發(fā)生光電效應(yīng)。此時,調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片,當(dāng)電壓表的示數(shù)為U時,電流表的示數(shù)減小為0。隨著科技的發(fā)展,強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對光電效應(yīng)的認(rèn)識,用強(qiáng)激光照射金屬,一個電子在極短時間內(nèi)吸收到多個光子成為可能。若用強(qiáng)激光照射K極時,一個電子在極短時間內(nèi)能吸收n個光子,求能使K極發(fā)生光電效應(yīng)的強(qiáng)激光的最低頻率ν。(3)某同學(xué)為了解為什么使用普通光源進(jìn)行光電效應(yīng)實驗時一個電子在極短時間內(nèi)不能吸收多個光子,他查閱資料獲得以下信息:原子半徑大小數(shù)量級為10-10m;若普通光源的發(fā)光頻率為6×1014Hz,其在1 s內(nèi)垂直照射到1 m2面積上的光的能量約為106 J;若電子吸收第一個光子能量不足以脫離金屬表面時,在不超過10-8 s的時間內(nèi)電子將該能量釋放給周圍原子而恢復(fù)到原狀態(tài)。為了進(jìn)一步分析,他建構(gòu)了簡單模型:假定原子間沒有縫隙,一個原子范圍內(nèi)只有一個電子,且電子可以吸收一個原子范圍內(nèi)的光子。請利用以上資料,解決以下問題。①普朗克常量h取6.6×10-34J·s,估算1 s內(nèi)照射到一個原子范圍的光子個數(shù);②分析一個電子在極短時間內(nèi)不能吸收多個光子的原因。解析:(1)經(jīng)過時間t到達(dá)A極的電荷量為q=It,到達(dá)A極的電子數(shù)n==。(2)根據(jù)題意可得eU=hν0-W,nhν=W,則能使K極發(fā)生光電效應(yīng)的強(qiáng)激光的最低頻率ν=-。(3)①普通光子的能量為E1=hν1=3.96×10-19 J,在1 s內(nèi)垂直照射到原子上的光的能量約為E2=E0St′=106×4π××1 J=1.256×10-13 J,則1 s內(nèi)照射到一個原子范圍的光子個數(shù)n′=≈3.17×105(個)。②電子吸收第一個光子能量不足以脫離金屬表面時,在不超過10-8 s的時間內(nèi)電子將該能量釋放給周圍原子而恢復(fù)到原狀態(tài),而原子吸收一個光子能量需要的時間為t0==3.15×10-6 s,所以一個電子在極短時間內(nèi)不能吸收多個光子。答案:(1)　(2)-　(3)①3.17×105?、谝娊馕?/span>