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1、(江苏专用)2022版高考物理大一轮复习 第12单元 原子物理作业手册 第12单元原子物理 课时作业(三十) 第30讲波粒二象性氢原子能级结构 时间 / 40分钟 基础巩固 1.2022湖南岳阳二模关于原子物理问题,下列说法中正确的是() A.一群处于n=3激发态的氢原子向较低能级跃迁,最多可放出两种不同频率的光子 B.由于每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质 C.实际上,原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是一定的 D.粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的 2.(多选)对光的认识,下列说法正确的是() A.个别光子的行为表现出粒子性 B.大量光子的行
2、为表现出粒子性 C.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的 D.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了 3.2022安徽黄山模拟在“光电效应”实验中,用某一单色光照到某金属表面时,没有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是() 图K30-1 A.增大照射光的频率,就一定发生光电效应 B.增大照射光的强度,就一定发生光电效应 C.延长照射光照射时间,就一定发生光电效应 D.若照射光的频率大于该金属材料的极限频率,则能发生光电效应 4.(多选)2022成都二诊光伏发电是利用光电效应原理来工作的.目前,人类提高光伏发电效率的途径主要有两个方面
3、:一是改变光源体发光谱带的频率,从而改变产生光电效应的光谱宽度;二是改变被照射金属材料的成分,从而改变其逸出功.下列提高光伏发电效率的途径正确的是() A.减小光源体发光谱带的频率 B.增大光源体发光谱带的频率 C.增大金属材料的逸出功 D.减小金属材料的逸出功 5.氢光谱在可见光的区域内有4条谱线,按照在真空中波长由长到短的顺序,这4条谱线分别是H、 H、H和H,它们都是氢原子的电子从量子数大于2的可能轨道上跃迁到量子数为2的轨道时所发出的光.下列判断错误的是() A.电子处于激发态时,H所对应的轨道量子数大 B.H的光子能量大于H的光子能量 C.对于同一种玻璃,4种光的折射率以H为最小 D
4、.对同一种金属,若H能使它发生光电效应,则H、H、H都可以使它发生光电效应 6.(多选)2022太原模拟 20世纪初,爱因斯坦提出光子理论,使得光电效应现象得以完美解释.玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的.关于光电效应和氢原子模型,下列说法正确的是() A.光电效应实验中,照射光足够强就可以有光电流 B.若某金属的逸出功为W0,则该金属的截止频率为 C.保持照射光强度不变,增大照射光频率,在单位时间内逸出的光电子数将减少 D.氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差 技能提升 7.(多选)2022河北衡水中学月考如图K30-2所示为研究光电效应的实验装置示
5、意图,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的金属表面K时,电流表有示数.下列说法正确的是() 图K30-2 A.若仅增大该单色光照射的强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大 B.无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度,金属的逸出功都不变 C.保持照射光频率不变,当强度减弱时,发射光电子的时间将明显增加 D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数增大 8.2022长沙模拟以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,
6、一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图K30-3所示.用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率为的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量) () 图K30-3 A.U= C.U=2h-W D.U= 9.2022湖北武昌调研用如图K30-4所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光a照
7、射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,那么() 图K30-4 A.a光的波长一定大于b光的波长 B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c D.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 10.(多选)2022太原模拟图K30-5为氢原子的能级示意图.关于氢原子跃迁,下列说法中正确的是 () 图K30-5 A.一个处于量子数n=5激发态的氢原子,它向低能级跃迁时,最多可产生10种不同频率的光子 B.处于n=3激发态的氢原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离
8、C.用12 eV的光子照射处于基态的氢原子,氢原子仍处于基态 D.氢原子从高能级向低能级跃迁时,动能增大,电势能增大 11.(多选)2022济南模拟如图K30-6所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k与照射光频率的关系图像.由图像可知() 图K30-6 A.该金属的逸出功等于E B.该金属的逸出功等于h0 C.照射光的频率为20时,产生的光电子的最大初动能为E D.照射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为 12.(多选)2022东北三校一联如图K30-7所示为氢原子的能级示意图.氢原子可在下列各能级间发生跃迁,设从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为1,从n=4能
9、级跃迁到n=2能级辐射的电磁波的波长为2,从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为3,则下列关系式中正确的是() 图K30-7 A.12 D. 13.(多选)图K30-8为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子跃迁的理解正确的是() 图K30-8 A.由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应 B.大量处于n=4能级的氢原子向n=1能级跃迁时,向外辐射6种不同频率的光子 C.大量处于n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eV D.如果用光子能量为10.3 e
10、V的光照射处于n=1能级的氢原子,则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级 14.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h.下列说法中正确的是() A.该实验说明了电子具有波动性 B.实验中电子束的德布罗意波长为= C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显 D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显 挑战自我 15.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有
11、13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰. (1)能否使静止氢原子发生能级跃迁?(氢原子能级图如图K30-9所示) (2)若上述碰撞中可以使静止氢原子发生电离,则运动氢原子的初动能至少为多少? 图K30-9 课时作业(三十一) 第31讲核反应、核能 时间 / 40分钟 基础巩固 1.2022青岛模拟下列说法正确的是() A.在核反应过程的前后,反应体系的质量数守恒,但电荷数不守恒 B.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性原子核的半衰期 C.18个放射性元素的原子核经一个半衰期一定有9个发生了衰变 D.由两种元素的原子核结合成一种新元素的原
12、子核时,一定吸收能量 2.2022石家庄二中模拟下列说法正确的是() A.12C与14C是同位素,它们的化学性质并不相同 B.核力是原子核内质子与质子之间的力,中子和中子之间并不存在核力 C.在裂变反应Kr都大,但比结合能没有 Kr大 D.、三种射线都是带电粒子流 3.(多选)下列说法中正确的是() A.放射性元素的半衰期与温度、压强无关 B.玻尔理论认为,原子中的核外电子轨道是量子化的 C.“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福粒子散射实验判定的 D.天然放射性元素Th(钍)共经过4次衰变和6次衰变成为Pb(铅) 4.2022太原模拟我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的
13、需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射.请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是() A.n B.n C. e D.n 5.(多选) 2022黑龙江牡丹江一中月考Pu衰变时释放巨大能量,如图K31-1所示,其衰变反应方程为He,并伴随光子辐射,则下列说法中正确的是() 图K31-1 A.核燃料总是利用比结合能小的核 B.核反应中光子的能量就是Pu的结合能 C.Pu核更稳定,说明U的结合能大 D.由于U的比结合能小,所以衰变时释放巨大能量 6.钚239Pu)可由铀239U)经过衰变而产生.下列说法正确的是() A.
14、U的核内具有相同的中子数 B.U的核内具有相同的质子数 C.Pu D.Pu 技能提升 7.2022广州二模U的衰变有多种途径,其中一种途径是先衰成为Bi,然后可以经一次衰变成为X(X代表某种元素),也可以经一次衰变成为Ti,最后都变成Pb,衰变路径如图K31-2所示,下列说法中正确的是() 图K31-2 A.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变 B.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变 C.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变 D.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变 8.2022西安铁一中月考在正、负电子对撞机中,一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化
15、为一对光子.设正、负电子的质量在对撞前均为m,对撞前的动能均为E,光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则对撞后转化成光子的波长等于() A. C. 9.(多选)2022湖南十校联考核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能 Kr+a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X是某种粒子,a是X粒子的个数, 用m U、m Ba、m Kr分别表示Kr核的质量,m X表示X粒子的质量,c为真空中的光速,以下说 法正确的是() A.X为中子,a=2 B.X为中子,a=3 C.上述核反应中放出的核能E=(m U-m Ba-m Kr-2m X)c2 D.上述核反应中放出的核能E=(m U-
16、m Ba-m Kr-3m X)c2 10.(多选)2022山西大学附中月考科学家利用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:X+Y He+X+17.6 MeV.下列表述正确的是() A.X是中子 B.Y的质子数是3,中子数是6 C.两个核反应都没有出现质量亏损 D.氘和氚的核反应是核聚变反应 11.(多选)一静止的原子核A发生衰变后变成原子核B,已知原子核A、原子核B和粒子的质量分别为m A、m B和m,光速为c,反应释放的核能全部转化为粒子的动能,则 () A.原子核B与粒子的速度之比为m Bm B.原子核B与粒子的动能之比为m Bm C.原子核B与粒子的动能之和为(m
17、 A-m B-m)c2 D.原子核A比原子核B的中子数多2,质子数多2 12.(多选)2022武汉华师一附中月考现有两动能均为E0=0.35 MeV的H核在一条直线上相向运动,两个H核发生对撞后能发生核反应,得到He核和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为 He核的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数) () A.核反应方程为H B.核反应前后不满足能量守恒定律 C.新粒子的动能约为3 MeV D.He核的动能约为1 MeV 挑战自我 13.静止的铀238U)经历一次
18、衰变成为Th原子核,同时放出一个光子(频率为),已知粒 子的质量为m.(普朗克常量为h,光速为c) (1)写出衰变方程. (2)若衰变后,粒子的速度为v,而Th原子核的运动方向恰好与粒子的速度方向相反,不考虑光子的动量,那么Th原子核的速度为多大? (3)如果核反应放出的能量全部转化为粒子的动能和光子的能量,那么该衰变发生的质量亏损m为多大? 14.2022湖北黄石模拟用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li),发生核反应后生成氚核和 粒子.生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与粒子的速度之比为78,已知中子的质量为m,质子的质量可近似看作m,光速为c. (1)写出核反应方程; (2)求
19、氚核和粒子的速度大小; (3)若核反应过程中放出的核能全部转化为粒子和氚核的动能,求质量亏损. 教师详解(作业手册) 课时作业(三十) 1.B解析 一群处于n=3激发态的氢原子向较低能级跃迁,可能放出三种不同频率的光子,故选项A 错误;每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质,故选项B正确;原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是不一定的,故选项C错误.粒子散射实验揭示了原子的核式 结构模型,认为电子绕核旋转,故选项D错误. 2.AC解析 光是一种概率波,少量光子的行为易显示出粒子性,而大量光子的行为往往显示出波动性,A正确,B错误;光的波动性不是由于光子之间的相互作
20、用引起的,而是光的一种属性,C正确;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,D错误. 3.D解析 增大照射光的频率,若其不大于金属材料的极限频率,还是不会发生光电效应,选项A错误;光电效应是否产生与照射光频率有关,而与照射光强度无关,选项B错误;光电效应是否产生与照射光照射时间无关,选项C错误;只要照射光的频率大于该金属材料的极限频率,就能发生光电效应,选项D正确. 4.BD解析 根据爱因斯坦的光电效应方程,h=W+mv2,最大初动能随照射光频率的增大而增大,随 照射光频率的减小而减小,选项A错误,B正确;减小金属的逸出功,也能增大最大初动能,选项C错误,D 正确. 5.A解析 由E=h可知,波
21、长大,光子能量小,故H光子能量最小,H光子能量最大,再由h=E n-E2可知,H对应的轨道量子数最小,A错误. 6.BC解析 发生光电效应的条件是照射光频率大于截止频率,并不是光足够强就能发生光电效应,故 A错误;金属的逸出功W0=h,得=,故B正确;一定强度的照射光照射某金属发生光电效应时,照射 光的频率越高,单个光子的能量值越大,光子的个数越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故C正确;氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量等于两能级间能量差,故D错误. 7.BD解析 若仅增大该单色光照射的强度,由于每个光子的能量不变,因此光电子的最大初动能不变,但单位时间内射出的光电子数增多,因此
22、光电流增大,故选项A错误;逸出功由金属材料自身决定,与是否有光照无关,故B正确;发生光电效应不需要时间积累,只要照射光的频率大于极限频率即可,故选项 C错误;若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,因为电压是反向电压,所以电压减小时,光电子更容易到达A极形成电流,电流表示数增大,故选项D正确. 8.B解析 以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得-Ue=0-,由 光电效应方程得nh=+W(n=2,3,4,),联立解得U=(n=2,3,4,),故选项B正确. 9.D解析 用一定频率的a单色光照射光电管时,电流计指针会发生偏转,知ac,a光的波长小于b光的波长,A错误;发生
23、光电效应的条件是c,增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转,B 错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计G的电流方向是由c到d,C错误;增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大,D正确. 10.BC解析 一个处于量子数n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生4种不同频率的光子,选项A错误;当n=3时,氢原子的能量E3=-1.51 eV,所以处于n=3激发态的氢原子的电离能是1.51 eV,当该氢原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离,选项B正确;根据玻尔理论,处于基态的氢原子不可能吸收该光子,所以氢原子仍处于基态,选
24、项C正确;电子从高能级到低能级跃迁时,动能增大,电势能减小,选项D错误. 11.ABC解析 由爱因斯坦光电效应方程E k=h-W0知,当=0时,-W0=E k,故W0=E,A正确;而E k=0 时,h=W0,即W0=h0,B正确;照射光的频率为20时产生的光电子的最大初动能E km=2h0- h0=h0=E,C正确;照射光的频率为时,不会发生光电效应,D错误. 12.AB解析 已知从n=4到n=1能级辐射的电磁波的波长为1,从n=4到n=2能级辐射的电磁波的波长为2,从n=2到n=1能级辐射的电磁波的波长为3,则1、2、3的关系为h, 即,13,32,又h,即,则,选项A、B正确. 13.BC
25、解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前、后两个能级的能量之差,当氢原子从高能级直接跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,大于 3.34 eV,所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应,A错误;大量处于n=4能级的氢原子向 基态跃迁时,辐射光子的种数为=6,B正确;大量处于n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属,由爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为12.09 eV-3.34 eV=8.7
26、5 eV,C正确;当氢原子由低能级向高能级跃迁时,氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差,而由氢原子的能级图可知 n=1能级与任何能级间的能量差都不等于10.3 eV,因此不能使n=1能级的氢原子跃迁到较高的能级,D 错误. 14.AB解析 能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;由德布罗意波长公式 =,可得=,B正确;由=可知,加速电压越大,电子的波 长越小,衍射现象就越不明显,C错误;用相同动能的质子替代电子,质子的波长变小,衍射现象与电子相比更不明显,故D错误. 15.(1)不能(2)27.2 eV 解析 (1)设运动氢原子的速度为v0,发生完全非弹性碰撞后两者的速度为
27、v,损失的动能E被静止 氢原子吸收.若E=10.2 eV,则静止氢原子可由n=1能级跃迁到n=2能级. 由动量守恒定律和能量守恒定律有 mv0=2mv mv2+E =E k=13.6 eV 联立解得E=6.8 eV 因为E=6.8 eV10.2 eV,所以不能使静止氢原子发生跃迁. (2)若要使静止氢原子电离,则E13.6 eV 联立解得E k27.2 eV. 课时作业(三十一) 1.B解析 核反应前后质量数守恒,电荷数也守恒,A错误;半衰期是宏观统计概念,C错误;核聚变释放能量,D错误. 2. C解析 同位素的核外电子数量相同,所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质,A错误;原子核内相
28、邻的质子和中子之间均存在核力,B错误;核子数越多其结合能也越大,所以 Kr都大,但Kr都小,C正确;射线、射线都 是带电粒子流,而射线是电磁波,不带电,故D错误. 3.AB解析 放射性元素的半衰期只与原子核自身有关,与温度、压强无关,故A正确;玻尔理论认为原子只能处在能量不连续的一系列状态,故B正确;通过卢瑟福粒子散射实验判定的是原子具有核式 结构,并未判定原子由电子和带正电的物质组成,故C错误Pb时,质量数减小24,而质子 数减小8,因衰变时质量数不变,质子数增加1,而衰变时质量数减小4,质子数减小2,所以要经过6次衰变和4次衰变,故D错误. 4.C解析 A是聚变反应,反应剧烈,至今可控聚变反应还处于实验研究阶段;B是裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化;C是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式;D是人工核反应,需要高能粒子. 5.AD解析 根据比结合能越大,越稳定,则核燃料总是利用比结合能小的核,故A正确.核反应中 光子的能量就是质量亏损对应的能量,故B错误Pu更稳定,说明U的比结合能大,所以 Pu衰变时,会释放巨大能量,故C错误,D正确. 6.C解析 钚239Pu)和铀239U)质量数相同,质子数和中子数均不同,选项A、B错误 Pu多两个中子,少两个质子Pu,选项C正确.