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2021届高考物理二轮复习 专题五 光电效应 原子结构 原子核作业

2021届高考物理二轮复习 专题五 光电效应 原子结构 原子核作业

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- 10 -

专题五 光电效应 原子结构 原子核
(45分钟)
[基础题组专练]
1．(2020·湖北天门、仙桃等八市第二次联考)下列现象中，原子核结构发生了改变的是(　　)
A．氢气放电管发出可见光
B．β衰变放出β粒子
C．α粒子散射现象
D．光电效应现象
解析：氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由原子核外电子运动产生的，与原子核内部变化无关，故A错误；β衰变放出β粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，所以导致原子核结构发生了改变，故B正确；α粒子散射实验表明原子具有核式结构，故C错误；光电效应是原子核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D错误。
答案：B
2．(多选)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是(　　)

A．核聚变比核裂变更为安全、清洁
B．任何两个原子核都可以发生聚变
C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加
D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加
解析：核聚变没有放射性污染，安全、清洁，故A对；只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变，故B错；轻核聚变成质量较大的原子核，核子的比结合能增加，总质量减小，故C错，D对。
答案：AD
3．(多选)(2020·高考全国卷Ⅰ)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)
A.H＋H→n＋X1
B.H＋H→n＋X2
C.92U＋n→56Ba＋Kr＋3X3
D.n＋Li→H＋X4
解析：H＋H→n＋He，A错误；H＋H→n＋He，B正确；92U＋n→56Ba＋Kr＋3n，C错误；n＋Li→H＋He，D正确。
答案：BD
4．(2020·福建福州高三下学期5月模拟)下列说法正确的是(　　)
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．结合能越大的原子核，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和守恒
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
解析：发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构，选项A错误。比结合能越大的原子核，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B错误。根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程，电子的总能量将减小(或增加)，即电子的电势能和动能之和是不守恒的，这是因为氢原子要辐射(或吸收)光子，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，故D正确。
答案：D
5．(多选)(2020·高考全国卷Ⅲ)1934年，约里奥­居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为He＋Al→X＋n。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e。则(　　)
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比Al的电荷数多2
D．X的质量数与Al的质量数相等
解析：发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等；X的电荷数比Y的电荷数多1；X的电荷数比Al的电荷数多2；X的质量数比Al的质量数多3。
答案：AC
6．(2020·河北石家庄高三下学期5月二模)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为H＋H→He＋n。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为(　　)
A.　　　　　　 B．
C. D．
解析：反应过程释放的核能为ΔE＝E3－(E1＋E2)，根据爱因斯坦质能方程有ΔE＝Δmc2，解得质量亏损为Δm＝，故B正确，A、C、D错误。
答案：B
7．(2020·辽宁辽阳高三下学期二模)用n轰击U产生了m个某种粒子，核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋mX，则(　　)
A．方程式中的m＝3
B．方程式中的X是α粒子
C.Ba的比结合能一定小于U的比结合能
D．该反应需要吸收热量
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，方程式中的m＝3，选项A正确；方程式中的X是中子，选项B错误；根据比结合能曲线可知，中等质量的原子核比结合能大，轻核和重核的比结合能小，即Ba的比结合能一定大于U的比结合能，选项C错误；该反应放出热量，选项D错误。
答案：A
8．太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为4H→He＋2e＋2γ。
已知H和He的质量分别为mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931 MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为(　　)
A．8 MeV B．16 MeV
C．26 MeV D．52 MeV
解析：因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。
质量亏损Δm＝4mp－mα
由质能方程得
ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV。
答案：C
9．(2020·河南信阳高三诊断)如图所示为光电管工作原理图，当有波长(均指真空中的波长，下同)为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，则(　　)

A．换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B．换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
C．增大电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大
D．将电路中电源的极性反接，电路中一定没有光电流
解析：当入射光的频率大于截止频率时，就会发生光电效应，换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时，光频率变小，如果仍大于阴极K的极限频率，仍会发生光电效应，电路中仍有光电流，选项A错误；换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时，频率变大，一定能发生光电效应，电路中一定有光电流，选项B正确；若电路中已达到饱和电流，增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流不再增大，选项C错误；将电路中电源的极性反接，若电源电压小于遏止电压，光电子可以到达阳极，电路中有光电流，选项D错误。
答案：B
10．氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV～3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为(　　)

A．12.09 eV　　　　　 B．10.20 eV
C．1.89 eV D．1.51 eV
解析：可见光光子能量范围为1.63 eV～3.10 eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20 eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89 eV，此值属于可见光光子的能量，符合题意，即处于基态的氢原子至少被激发到n＝3能级才可辐射出可见光光子。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为－1.51 eV－(－13.60 eV)＝12.09 eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。
答案：A
11．光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。
组
次
入射光子的能量/eV
相对光强
光电流大小/mA
逸出光电子的最大动能/eV
第一组
1
2
3
4.0
4.0
4.0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0.9
0.9
第二组
4
5
6
6.0
6.0
6.0
弱
中
强
27
40
55
2.9
2.9
2.9
由表中数据得出的论断中不正确的是(　　)
A．两组实验采用了不同频率的入射光
B．两组实验所用的金属板材质不同
C．若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV
D．若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大
解析：光子的能量E＝hν，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，故A对；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功W0均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，故B错；由hν＝W0＋Ek，W0＝3.1 eV，当hν＝5.0 eV时，Ek＝1.9 eV，故C对；光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大，故D对。
答案：B
[能力题组专练]
12．(2020·辽宁葫芦岛高三第一次模拟)大量氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级，辐射出的光照射下列三种金属，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.30×10－34 J·s。下列判断正确的是(　　)
金属
钨
钙
钾
极限频率(1014Hz)
10.95
7.73
5.44

A．仅钾能产生光电子　　　 B．钾、钙能产生光电子
C．都能产生光电子 D．都不能产生光电子
解析：氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级，辐射出的光能量为E1＝－0.85 eV－(－3.4)eV＝2.55 eV，从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光能量为E2＝－0.85 eV－(－1.51)eV＝0.66 eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光能量为E3＝－1.51 eV－(－3.40)eV＝1.89 eV。钨对应的逸出功为W钨＝ eV≈4.31 eV，钙对应的逸出功为W钙＝ eV≈3.04 eV，钾对应的逸出功为W钾＝ eV≈2.14 eV，则仅钾能产生光电效应即产生光电子，故A正确，B、C、D错误。
答案：A
13．(2020·河北衡水中学高三调研)下列说法正确的是(　　)
A．原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变
B．氡222的半衰期是3.8天，镭226的半衰期是1 620年，所以一个确定的氡222核一定比一个确定的镭226核先衰变
C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电势能增大，电子的动能减小，原子的总能量减小
D．原子核越大，它的结合能越高，原子核能级越稳定
解析：原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质，故A正确；对于大量原子有半数发生衰变所用的时间是半衰期，对于一个确定的原子核，半衰期没有意义，故B错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加，故C错误；结合能越高，原子核不一定稳定，比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
答案：A
14．(多选)(2020·辽宁大连联考)在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．新核为Mg
B．轨迹2是新核的径迹
C.Na发生的是α衰变
D．新核沿顺时针方向旋转
解析：根据动量守恒可知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断可知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为Na→Mg＋e，可知新核为Mg，选项A正确，C错误；由题意，静止的钠核发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝可知，新核的半径小于β粒子的半径，所以轨迹2是新核的径迹，选项B正确；根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，选项D错误。
答案：AB
15．(2020·四川南充高级中学高三模拟)一个静止的铀核U(质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(质量为228.028 7 u)。已知1 u相当于931 MeV的能量。下列说法正确的是(　　)
A．该核衰变反应方程为U→Th＋He
B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeV
C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017 MeV
解析：由题意可知，该核衰变反应方程为U→Th＋He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.005 9 u，释放出的核能ΔE＝0.005 9×931 MeV≈5.49 MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，又EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝×ΔE＝×5.49 MeV≈0.09 MeV，选项C、D错误。
答案：A
16．(多选)如图所示，人工元素原子核 Nh开始静止在匀强磁场B1、B2的边界MN上，某时刻发生裂变生成一个氦原子核He和一个Rg原子核，裂变后的粒子速度方向均垂直于B1、B2的边界MN。氦原子核通过B1区域第一次经过MN边界时，距出发点的距离为l，Rg原子核第一次经过MN边界距出发点的距离也为l。则下列有关说法正确的是(　　)

A．两磁场的磁感应强度之比B1∶B2＝111∶141
B．两磁场的磁感应强度之比B1∶B2＝111∶2
C．氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为2∶141
D．氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为111∶141
解析：原子核裂变的方程为 Nh→He＋Rg，由题意知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，偏转半径为r＝，由题意可知二者偏转半径相等，由于原子核由静止裂变，动量守恒，即m1v1＝m2v2，所以有q1B1＝q2B2，易得＝＝，故A错误，B正确；又T＝，由前面可知，q1B1＝q2B2，所以＝，粒子在第一次经过MN边界时，运动了半个周期，所以＝＝，故C正确，D错误。
答案：BC