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1、专题十七波粒二象性原子结构和原子核模拟试题考点一 光电效应1.(2012延边州高三质检)用a、b两种不同频率的光分别照射同一金属板,发现当a光照射时验电器的指针偏转,b光照射时指针未偏转,以下说法正确的是() A.增大a光的强度,验电器的指针偏角一定增大B.a光照射金属板时验电器的金属小球带负电C.a光在真空中的波长大于b光在真空中的波长D.若a光是氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时产生的,则b光可能是氢原子从n=5的能级向n=2的能级跃迁时产生的解析:增大a光的强度,则单位时间内入射的光子数增多,单位时间内飞出的光电子数增多,金属板带电荷量增多,验电器指针偏角增大,选项A正确;a光照射
2、金属板时验电器的金属球与金属板带电性质相同,均带正电,选项B错误;依题意知,a光频率高于b光频率,由c=可得a光波长小于b光波长,选项C错误;氢原子从n=4的能级向n=2的能级跃迁时释放的光子能量E4-E1=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV,从n=5的能级向n=2的能级跃迁时释放的光子能量E5-E2=-0.54 eV-(-3.4 eV)=2.86 eV,故选项D错误.答案:A2.(2011扬州中学模拟)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能和入射光频率的数据作出的图线直线与横轴的交点坐标为(4.27,0),与纵轴交点坐标为(0,0.5).由图可知普朗克常量为J
3、s(保留两位有效数字).解析:由题图可知光电子能逸出的截止频率c=4.271014Hz,当入射光频率为5.51014Hz时,逸出的光电子能量为0.5 eV,由于图线斜率表示普朗克常量,则h=Js=6.510-34 Js.答案:6.510-34点评： 对于光电效应问题,在掌握逸出功、爱因斯坦光电效应方程等知识的基础上,要加强自己的读图能力和应用知识解决实际问题的能力.3.(2013贵州湄潭中学月考)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为c,当用频率为2c的单色光照射该金属时,所产生的光电子的最大初动能为.当照射光的频率继续增大时,则逸出功(填“增大”、“减小”或“不变”).解析:根据爱因斯坦光电
4、效应方程,所求光电子的最大初动能为Ek=h-W0=2hc-hc=hc.金属的逸出功与金属本身有关,而与照射光的频率无关,所以即使照射光的频率增大了,逸出功也不会改变.答案:hc不变4.(2013石家庄质检)如图所示,一光电管的阴极用极限波长0=510-7m的钠制成.用波长=310-7m的紫外线照射阴极,光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.4 V时光电流达到饱和,饱和值为I=0.56 mA.则每秒内由K极发射的电子数为,电子到达阳极A时的最大动能为J(结果均保留两位有效数字).如果电势差U不变,而照射光的强度增到原值的三倍,此时电子到达阳极A时的最大动能(填“变大”“不变”或“变小”),已知
5、普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3.0108 m/s,电子电荷量e=1.6010-19C.解析:由I=Q/t,Q=ne可得每秒内由K极发射的电子数为n=I/e=3.51015.由爱因斯坦光电效应方程得Ek=hc/-W0,W0=hc/0.而Ek=Ek+eU,联立解得电子到达阳极A时的最大动能为Ek=6.510-19J.如果电势差U不变,而照射光的强度增到原值的三倍,此时电子到达阳极A时的最大动能不变.答案:3.510156.510-19不变5.(2013徐州高三摸底考试)某光源能发出波长为0.6 m的可见光,用它照射某金属能发生光电效应,产生光电子的最大初动能为0.25 eV.已
6、知普朗克常量h=6.6310-34 Js,光速c=3108m/s,1 eV=1.6010-19 J.求:(1)上述可见光中每个光子的能量;(2)该金属的逸出功.解析:(1)每个光子的能量E=h=hc/=3.31510-19J2.07 eV.(2)根据爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0可得,该金属的逸出功W0=h-Ek=2.07 eV-0.25 eV=1.82 eV.答案:(1)2.07 eV(2)1.82 eV考点二 原子结构与氢原子的能级跃迁6.(2013南京盐城一模)以下说法中正确的是()A.汤姆孙通过实验发现了质子B.贝克勒尔通过实验发现了中子C.卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型D
7、.查德威克发现了天然放射现象说明原子具有复杂结构解析:汤姆孙通过实验发现了电子,卢瑟福通过实验发现了质子,选项A错误;查德威克通过实验发现了中子,卢瑟福通过实验提出了原子的核式结构模型,选项B错误,C正确;贝克勒耳发现了天然放射现象说明原子具有复杂结构,选项D错误.答案:C7.(2012烟台高三诊断)如图所示,大量氢原子处于能级n=4的激发态,当它们向较低能级跃迁时,对于多种可能的跃迁,下面说法中正确的是()A.从n=4能级跃迁到n=2能级放出的光子的频率等于从n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子的频率B.最多只能放出3种不同频率的光子C.从n=4能级跃迁到n=1能级放出的光子频率最高D.从n
8、=4能级跃迁到n=1能级放出的光子波长最长解析:从n=4能级跃迁到n=2能级放出的光子能量为E4-E2=-0.85 eV-(-3.4 eV)=2.55 eV,从n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子能量为E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,选项A错误;最多放出的光子频率种类为种=6种,选项B错误;根据能级图可知,从n=4能级跃迁到n=1能级时放出的光子能量最大,由E=h=h可知,选项C正确,D错误.答案:C8.(2013江西临川一中、师大附中高三联考)氢原子的能级如图所示,当氢原子从n=4向n=2的能级跃迁时,辐射的光子照射在某金属上,刚好能发生光电效应,则该金属的
9、逸出功为eV.现有一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁,在辐射出的各种频率的光子中,能使该金属发生光电效应的频率共有种.解析:该金属的逸出功为W0=E4-E2=-0.85 eV-(-3.40 eV)=2.55 eV.一群处于n=4的能级的氢原子向低能级跃迁,共可以辐射n=种=6种不同频率的光子,在这些光子中,只有氢原子从n=4向n=3的能级跃迁时和氢原子从n=3向n=2的能级跃迁时辐射的光子能量低于该金属的逸出功,所以这6种光子中,能使该金属发生光电效应的频率共有4种.答案:2.5549.(2013连云港期末)汞原子的能级如图所示,现让处于n=1的汞原子跃迁到n=3能级,则入射光光子能量为
10、eV,处于n=3的汞原子辐射的最大波长为m.(普朗克常量为6.6310-34Js,计算结果取2位有效数字)解析:让处于n=1的汞原子跃迁到n=3能级,则入射光光子能量为-2.7 eV-(-10.4 eV)=7.7 eV.处于n=3的汞原子从n=3能级跃迁到n=2能级时,发出光的波长最大,发出光的最大波长为=m=4.410-7m.答案:7.74.410-7考点三 天然放射现象核反应核能10.(2013河南开封一模)下列说法正确的是()A.光子像其他粒子一样,不但具有能量,也具有动量B.卢瑟福认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的C.将由放射性元素组成的化合物进行高温分解,会改变放射性元
11、素的半衰期D.原子核的质量大于组成它的核子的质量之和,这个现象叫做质量亏损解析:光子像其他粒子一样,不但具有能量,也具有动量,选项A正确;玻尔认为,原子中电子轨道是量子化的,能量也是量子化的,选项B错误;将由放射性元素组成的化合物进行高温分解,不会改变放射性元素的半衰期,选项C错误;原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,这个现象叫做质量亏损,选项D错误.答案:A11.(2013广东湛江二中检测)下列说法中正确的是()A.放射性元素发生一次衰变,原子序数减少1B.氢原子处于n=3的能级时,只能辐射出2种频率的光子C.在光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的强弱无关,只随入射光的频率增大而
12、增大D.的半衰期约为7亿年,随着地球环境的不断变化,半衰期可以变短解析:衰变时,原子核放出一个电子,同时转化成新核,形如,可见,原子序数增加1,选项A错误;氢原子由n=3的能级跃迁时,能辐射n=种=3种频率的光子,选项B错误;根据光电效应方程Ek=h-W0可知,选项C正确;放射性元素的半衰期由原子核内部的本身因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,选项D错误.答案:C12.(2013丹东四校协作体高三摸底考试)2011年3月11日发生的日本东北部9.0级大地震并引发海啸致使福岛第一核电站的反应堆发生爆炸,使放射性物质外泄进入大气.碘131就是其中之一,它可以富集到人类的甲状腺中长期积累会
13、引发甲状腺癌变诱发肿瘤.碘131是人工放射性核素(核裂变产物),是衰变核素,发射和射线,碘131半衰期为8天左右.下列说法正确的是()A.射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚而形成的电子流B.由于碘131半衰期比较短,并会很快衰变为没有放射性的同位素氙131,所以我国境内检测的极微量核素碘131,不足以威胁人体健康C.碘131的半衰期为8天,若有四个碘原子核,经过4天就只剩下2个D.福岛第一核电站是利用原子核衰变时释放的核能来发电解析:射线是放射性元素发生衰变时原子核内的中子转化为质子时产生的电子流,选项A错误;半衰期只具有统计意义,对少数粒子不适用,选项C错误;福岛第一核电站是利用重核裂变时释
14、放的核能来发电,选项D错误;选项B正确.答案:B13.(2012黄冈高三质检)2005年被定为“国际物理年”,以纪念爱因斯坦在物理学上做出的突出贡献.下列对爱因斯坦提出的理论,理解正确的是()A.由爱因斯坦的光子说理论知,光子的能量是一份一份的,故一束单色光的能量不可能连续变化,而是某个值的整数倍B.由爱因斯坦的光电效应方程知,发生光电效应时,光越强,逸出光电子的最大初动能也越大C.由爱因斯坦的质能方程E=mc2可知,质量和能量可以相互转化D.由爱因斯坦的质能方程E=mc2可知,每个核子的结合能由小变大的核反应中原子核要吸收核能,质量要增加解析:根据爱因斯坦光子说可知,选项A正确;由爱因斯坦的
15、光电效应方程Ek=h-W0可知,光电子的最大初动能Ek与入射光频率有关,若入射光频率不变,光强增大,则单位时间内入射的光子数增多,单位时间内飞出的光电子数增多,但光电子的最大初动能不变,故选项B错误;爱因斯坦的质能方程E=mc2只说明能量E与质量m有对应关系,并非相互转化,选项C错误;每个核子的结合能由小变大的核反应中,原子核质量有亏损要释放能量,故选项D错误.答案:A14.(2013青岛高三一模)2013年2月12日朝鲜进行了第三次核试验,韩美情报部门通过氙(Xe)和氪(Kr)等放射性气体可判断出朝鲜使用的核原料是铀(U)还是钚(Pu),若核实验的核原料是,则(1)完成核反应方程式+ .(2
16、)本次核试验释放的能量大约相当于7 000吨TNT当量,已知铀核的质量为235.043 9 u,中子质量为1.008 7 u,锶(Sr)核的质量为89.907 7 u,氙(Xe)核的质量为135.907 2 u,1 u相当于931.5 MeV的能量,求一个原子核裂变释放的能量是MeV.解析:(1)根据电荷数守恒和质量数守恒可得1.(2)该反应的质量亏损是m=235.043 9 u+1.008 7 u-89.907 7 u-135.907 2 u-101.008 7 u=0.150 7 u.根据爱因斯坦方程E=mc2=0.150 7931.5 MeV140.4 MeV.答案:(1)1(2)140
17、.415.(2013济宁高三一模)静止的氮核被速度为v0的中子击中生成碳核和另一种原子核甲,已知与甲核的速度方向与碰撞前中子的速度方向一致,碰后核与甲核的动量之比为21.(1)写出核反应方程式.(2)求与甲核的速度各是多大?解析:(1).(2)设中子质量为m0,核质量为mC,甲核质量为m甲,由动量守恒得m0v0=mCvC+m甲v甲,即m0v0=12m0vC+3m0v甲,又因为与甲核动量比为21,即mCvC=2m甲v甲,12m0vC=23m0v甲,联立求得vC=,v甲=.答案: (1) . (2)16.(2013兰州一中高三上学期期中考试)云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中,一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次衰变.粒子的质量为m,带电荷量为q,其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得粒子运动的轨道半径为R,试求在衰变过程中的质量亏损.解析:设衰变后粒子的速度大小为v,生成的新核的速度大小为v,取粒子的速度方向为正方向,根据动量守恒定律有mv-(M-m)v=0;粒子在磁场中做圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,则Bvq=;根据爱因斯坦质能方程,在衰变过程中的质量亏损mv2+(M-m)v2=mc2,联立以上各式,可得m=.答案: 6