2019届高考物理一轮复习 第十二章 原子与原子核（课件+练习）（打包4套）新人教版.zip

1第 1 讲 光电效应 波粒二象性[课时作业] 单独成册 方便使用[基础题组]一、单项选择题1．下列有关光的波粒二象性的说法中正确的是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往显示出粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，A、B 错误；光的波粒二象性表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，C 正确，D 错误．答案：C2．用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是( )A．改用频率更小的紫外线照射B．改用 X 射线照射C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间解析：某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关．不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X 射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为 B.答案：B3．关于光电效应，下列说法正确的是( )A．极限频率越大的金属材料逸出功越大B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多解析：逸出功 W＝ hν 0， W∝ ν 0，A 正确；只有照射光的频率 ν 大于金属极限频率 ν 0，才能产生光电效应现象，B 错误；某金属的逸出功只与该金属的极限频率有关，与从金属表面逸出的光电子的最大初动能无关，C 错误；光强 E＝ nhν ， ν 越大， E 一定，则光子数 n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，D 错误．2答案：A4．频率为 ν 的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为 Ekm.改为频率为 2ν 的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为( h 为普朗克常量)( )A． Ekm－ hν B．2 EkmC． Ekm＋ hν D． Ekm＋2 hν解析：根据爱因斯坦光电效应方程得 Ekm＝ hν － W，若入射光频率变为 2ν ，则Ekm′＝ h·2ν － W＝2 hν －( hν － Ekm)＝ hν ＋ Ekm，故选 C.答案：C5．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率 ν 变化的 Ek­ν 图像．已知钨的逸出功是 3.28 eV，锌的逸出功是 3.34 eV，若将二者的图线画在同一个 Ek ­ν 坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是( )解析：依据光电效应方程 Ek＝ hν － W 可知， Ek­ν 图线的斜率代表普朗克常量 h，因此钨和锌的 Ek­ν 图线应该平行．图线的横轴截距代表截止频率 ν 0，而 ν 0＝ ，因此钨的截止Wh频率小些，综上所述，A 图正确．答案：A二、多项选择题6．波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A．光电效应现象揭示了光的粒子性B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：光电效应说明光具有粒子性，A 正确．衍射是波的特点，说明中子具有波动性，B 正确．黑体辐射的实验规律说明光具有粒子性，C 错误．动能相等的质子和电子，二者质量不同，动量不同，德布罗意波长不相等，D 错误．答案：AB37．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)(b)(c)所示的图像，则( )A．图像(a)表明光具有粒子性B．图像(c)表明光具有波动性C．用紫外线观察不到类似的图像D．实验表明光是一种概率波解析：图像(a)曝光时间短，通过的光子数很少，呈现粒子性，A 正确．图像(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，B 正确．该实验表明光是一种概率波，D 正确．紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C 错误．答案：ABD8．在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为 λ 、2 λ 的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为 2∶1，普朗克常量用 h 表示，光在真空中的速度用 c 表示，则( )A．光电子的最大初动能之比为 2∶1B．该金属的截止频率为cλC．用波长为 λ 的单色光照射该金属时能发生光电效应52D．用波长为 4λ 的单色光照射该金属时不能发生光电效应解析：在两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为 2∶1，由 Ek＝ mv2可知，光12电子的最大初动能之比为 4∶1，A 错误；又由 hν ＝ W＋ Ek知， h ＝ W＋ mv ， h ＝ W＋cλ 12 21 c2λmv ，又 v1＝2 v2，解得 W＝ h ，则该金属的截止频率为 ，B 错误；光的波长小于或等12 2 c3λ c3λ于 3λ 时才能发生光电效应，C、D 正确．答案：CD[能力题组]一、选择题9．用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )A．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小4C．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了解析：光的频率不变，表示光子能量不变，仍会有光电子从该金属表面逸出，逸出的光电子的最大初动能也不变；而减弱光的强度，逸出的光电子数就会减少，选项 A 正确．答案：A10．如图甲所示，合上开关，用光子能量为 2.5 eV 的一束光照射阴极 K，发现电流表读数不为零．调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.60 V 时，电流表读数仍不为零，当电压表读数大于或等于 0.60 V 时，电流表读数为零．把电路改为图乙，当电压表读数为 2 V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为( )A．1.5 eV,0.6 eV B．1.7 eV,1.9 eVC．1.9 eV,2.6 eV D．3.1 eV,4.5 eV解析：光子能量 hν ＝2.5 eV 的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于 0.6 V 时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝ mv 知，最大初动能 Ekm＝ eU＝0.6 eV，由光电效应方程 hν ＝ Ekm＋ W 知 W＝1.9 eV，12 2m对图乙，当电压表读数为 2 V 时，电子到达阳极的最大动能 Ekm′＝ Ekm＋ eU′＝0.6 eV＋2 eV＝2.6 eV.故 C 正确．答案：C11.(多选)(2018·重庆万州二中模拟)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压 Uc与入射光频率 ν 的关系图像如图所示，则由图像可知( )A．若已知电子电荷量 e，就可以求出普朗克常量 hB．遏止电压是确定的，与照射光的频率无关C．入射光的频率为 2ν 0时，产生的光电子的最大初动能为 hν 0D．入射光的频率为 3ν 0时，产生的光电子的最大初动能为 hν 0解析：根据光电效应方程 Ek＝ hν － W 和－ eUc＝0－ Ek得， Uc＝ ν － ，可知当入射光的频he We率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率呈线性关系，B 错误；因为 Uc＝ ν － ，知he We图线的斜率等于 ，从图像上可以得出斜率的大小，若已知电子电荷量 e，可以求出普朗克he5常量 h，A 正确；从图像上可知逸出功 W＝ hν 0，根据光电效应方程得Ek＝ h·2ν 0－ W＝ hν 0，C 正确； Ek＝ h·3ν 0－ W＝2 hν 0，D 错误．答案：AC12．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能 Ek，下列说法正确的是( )A．对于同种金属， Ek与照射光的强度无关B．对于同种金属， Ek与照射光的时间成正比C．对于同种金属， Ek与照射光的频率成线性关系D．对于不同种金属，若照射光频率不变， Ek与金属的逸出功成线性关系解析：发生光电效应，一个电子获得一个光子的能量， Ek＝ hν － W，所以 Ek与照射光的强度无关，与光照射的时间无关，A 正确，B 错误；由 Ek＝ hν － W 可知，对同种金属， Ek与照射光的频率成线性关系，若频率不变，对不同金属， Ek与 W 成线性关系，C、D 正确．答案：ACD二、非选择题13．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管．用波长 λ ＝0.50 μm 的绿光照射阴极 K，实验测得流过电流表 G 的电流 I 与 AK 之间的电势差 UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10 －34 J·s.结合图像，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极 K 时的最大动能．(2)该阴极材料的极限波长．解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极 A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝ ＝ (个)＝4.0×10 12(个)Ime 0.64×10－ 61.6×10－ 19光电子的最大初动能为Ekm＝ eU0＝1.6×10 －19 C×0.6 V＝9.6×10 －20 J.(2)设阴极材料的极限波长为 λ 0，根据爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝ h － h ，代入数据得 λ 0＝0.66 μm.cλ cλ 0答案：(1)4.0×10 12个 9.6×10 －20 J(2)0.66 μm14．用功率 P0＝1 W 的光源照射离光源 r＝3 m 处的某块金属的薄片，已知光源发出的是6波长 λ ＝663 nm 的单色光，试计算：(1)1 s 内打到金属板 1 m2面积上的光子数；(2)若取该金属原子半径 r1＝0.5×10 －10 m，则金属表面上每个原子平均需隔多少时间才能接收到一个光子？解析：(1)离光源 r＝3 m 处的金属板 1 m2面积上 1 s 内接收的光能E0＝ ＝8.85×10 －3 JP0t4π r2每个光子的能量 E＝ h ＝3×10 －19 Jcλ所以每秒接收的光子数n＝ ＝2.95×10 16个．8.85×10－ 33×10－ 19(2)每个原子的截面积为S1＝π r ＝7.85×10 －21 m221把金属板看成由原子密集排列组成的，则面积 S1上接收的光的功率P′＝8.85×10 －3 ×7.85×10－21 W＝6.95×10 －23 W每两个光子落在原子上的时间间隔Δ t＝ ＝ s＝4 317 s.EP′ 3×10－ 196.95×10－ 23答案：(1)2.95×10 16个 (2)4 317 s1第 2 讲 原子结构与原子核[课时作业] 单独成册 方便使用[基础题组]一、单项选择题1．(2017·四川宜宾高三诊断)有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是( )A．居里夫人最先发现天然放射现象B．伦琴射线的发现揭示了原子具有核式结构C．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关D．在衰变方程 X 原子核的质量数是 234解析：贝克勒尔首先发现了天然放射性现象，证明原子核有复杂的结构，故 A 错误；卢瑟福的 α 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，B 错误；在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，选项 C 正确；在衰变方程 →X＋ 中，X 原子核的质量数是 235，电荷数为 92，选项 D 错误．答案：C2．(2018·湖北六校联考)关于近代物理，下列说法正确的是( )A．β 衰变现象说明电子是原子核的组成部分B．目前已建成的核电站的能量来自于重核裂变C．一个氢原子从 n＝3 的激发态跃迁到基态时，能辐射 3 种不同频率的光子D．α 粒子散射实验表明核外电子轨道是量子化的解析：β 衰变时 β 射线是原子核内部发出来的，不是原子核外的电子释放出来的，A 错误．目前的核电都是利用重核裂变发电的，B 正确．一群氢原子从 n＝3 的激发态跃迁到基态时，能辐射 C ＝3 种不同频率的光子，而只有一个氢原子时，只能是三种可能频率中的23一种或两种，C 错误．α 粒子散射实验表明原子具有核式结构，D 错误．答案：B3．(2018·安徽江南十校联考)铀核( U)经过 m 次 α 衰变和 n 次 β 衰变变成铅核( Pb)，23592 20782关于该过程，下列说法中正确的是( )A． m＝5， n＝4B．铀核( U)的比结合能比铅核( Pb)的比结合能小23592 20782C．衰变产物的结合能之和小于铀核( U)的结合能23592D．铀核( U)衰变过程的半衰期与温度和压强有关23592解析：原子核衰变时质量数守恒，电荷数守恒，235＝4 m＋207,92＝82＋2 m－ n，两式联立解得 m＝7， n＝4，A 项错误．衰变产物的结合能之和大于铀核( U)的结合能，C 错235922误．半衰期由原子核内部自身的因素决定，与温度和压强无关，D 项错误．答案：B4．(2018·湖南长沙模拟)一个静止的铀核，放在匀强磁场中，它发生一次 α 衰变后变为钍核，α 粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动．某同学作出如图所示运动径迹示意图，以下判断正确的是( )A．1 是 α 粒子的径迹，2 是钍核的径迹B．1 是钍核的径迹，2 是 α 粒子的径迹C．3 是 α 粒子的径迹，4 是钍核的径迹D．3 是钍核的径迹，4 是 α 粒子的径迹解析：由动量守恒可知，静止的铀核发生 α 衰变后，生成的均带正电的 α 粒子和钍核的动量大小相等，但方向相反，由左手定则可知它们的运动轨迹应为“外切”圆，又R＝ ＝ ，在 p 和 B 相等的情况下， R∝ ，因 q 钍 qα ，则 R 钍 hν 1，因此能级 k 比能级 m 高，所以若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m，应辐射光子，且光子能量应为 hν 2－ hν 1.故选项 D 正确．答案：D二、多项选择题6．(2017·高考江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的有( )3A. He 核的结合能约为 14 MeV42B. He 核比 Li 核更稳定42 63C．两个 H 核结合成 He 核时释放能量21 42D. U 核中核子的平均结合能比 Kr 核中的大23592 8936解析：由图像可知， He 的比结合能约为 7 MeV，其结合能应约为 28 MeV，故 A 错误．比42结合能较大的核较稳定，故 B 正确．比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故 C 正确．比结合能就是平均结合能，故由图可知 D 错误．答案：BC7．下列说法正确的是( )A．方程式 U→ Th＋ He 是重核裂变反应方程23892 23490 42B．铯原子核( Cs)的结合能小于铅原子核( Pb)的结合能13355 20882C．β 衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D．核力是短程力，与核子间的距离有关，有时表现为引力，有时表现为斥力解析：方程式 U→ Th＋ He 的反应物只有一个，生成物有 He，属于 α 衰变，选项23892 23490 42 42A 错误；由原子核的比结合能的曲线可知，铯原子核的比结合能与铅原子核的比结合能差不多，而铯原子核的核子数少得多，所以铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，选项B 正确；β 衰变所释放的电子不是来源于原子核外的电子，而是原子核内的中子转化成质子时所产生的( n→ H＋ e)，选项 C 正确；相邻的质子与质子、中子与质子、中子与中10 1 0－ 1子既不会融合在一起(斥力)，又相距一定距离组成原子核(引力)，选项 D 正确．答案：BCD8．氢原子核外电子发生了两次跃迁，第一次从外层轨道跃迁到 n＝3 轨道；第二次核外电子再从 n＝3 轨道跃迁到 n＝2 轨道，下列说法中正确的是( )A．两次跃迁原子的能量增加相等B．第二次跃迁原子的能量减小量比第一次的大C．两次跃迁原子的电势能减小量均大于电子的动能增加量D．两次跃迁原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量解析：氢原子核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道这一过程中，原子的能量减小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的电势能减小量大于电子的动能增加量．又由氢原子能级图知因跃迁到 n＝3 轨道放出的光子能量(或原子的能量减小量)最多为 1.51 eV，而氢4原子核外电子从 n＝3 轨道跃迁到 n＝2 轨道放出的光子的能量(或原子的能量减小量)为1.89 eV，B、C 正确．答案：BC[能力题组]一、选择题9．原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子．例如在某种条件下，铬原子的 n＝2 能级上的电子跃迁到 n＝1 能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n＝4 能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫作俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫作俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 En＝－ ，式中 n＝1,2,3，…表示An2不同能级， A 是正的已知常数，上述俄歇电子的动能是( )A. A B. A1116 716C. A D. A316 1316解析：由题意可知铬原子 n＝1 能级能量为 E1＝－ A， n＝2 能级能量为 E2＝－ ，从 n＝2 能A4级跃迁到 n＝1 能级释放的能量为 Δ E＝ E2－ E1＝ ， n＝4 能级能量为 E4＝－ ，电离需要3A4 A16能量为 E＝0－ E4＝ ，所以电子从 n＝4 能级电离后的动能为 Ek＝Δ E－ E＝ － ＝ ，A16 3A4 A16 11A16故 B、C、D 错误，A 正确．答案：A10.K－ 介子衰变的方程为 K－ →π － ＋π 0，其中 K－ 介子和 π － 介子带负的基元电荷，π 0介子不带电．如图所示，一个 K－ 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧 AP，衰变后产生的 π － 介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在 P 点相切，它们半径 RK－ 与 Rπ－ 之比为2∶1.π 0介子的轨迹未画出．由此可知 π － 的动量大小与 π 0的动量大小之比为( )A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6解析：由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知R＝ ＝ ∝ p，mvBq pBq＝ .pK－pπ － 215即 pπ－ ＝ pK－ .12又由动量守恒定律 pK－ ＝ pπ0 － pπ－得 pπ0 ＝ pK－ ＋ pπ－ ＝ pK－ .32即 ＝ .pπ －pπ 0 13答案：C11．下列描述中正确的是( )A．质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B．某原子核经过一次 α 衰变和两次 β 衰变后，核内中子数减少 2 个C． (氡核)要经过 3 次 α 衰变，4 次 β 衰变D．发生光电效应时入射光波长相同，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸出功越小解析：中子和质子结合成氘核有质量亏损，释放能量，选顼 A 错误；某原子核经过一次 α 衰变和两次 β 衰变后，核内中子数减少 4 个，选项 B 错误；Rn(氡核)质量数减小 16，故要经过 4 次 α 衰变，由于电荷数减少 6，则应该有 2 次 β 衰变，选项 C 错误；发生光电效应时入射光波长相同，则光的频率相同，根据 hν ＝ W 逸出功 ＋ mvm2，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的12逸出功越小，选项 D 正确．答案：D12．(多选)下列说法正确的是( )A．人们在研究天然放射现象过程中发现了质子B．铀核裂变的一种核反应方程为 U→ Ba＋ Kr＋2 n23592 14456 8936 10C．设质子、中子、α 粒子的质量分别为 m1、 m2、 m3，两个质子和两个中子结合成一个 α粒子，释放的能量是(2 m1＋2 m2－ m3)c2D．原子在 a、 b 两个能级的能量分别为 Ea、 Eb，且 EaEb，当原子从 a 能级跃迁到 b 能级时，放出光子的波长 λ ＝ (其中 c 为真空中的光速， h 为普朗克常量)hcEa－ Eb解析：卢瑟福通过 α 粒子轰击氮核，发现了质子，选项 A 错误；铀核裂变的一种核反应方程为 U＋ n→ Ba＋ Kr＋3 n，反应前后的中子不能抵消，选项 B 错误；根据爱因斯23592 10 14456 8936 10坦质能方程 E＝ mc2可知，当两个质子和两个中子结合成一个 α 粒子时释放的能量为E＝(2 m1＋2 m2－ m3)c2，选项 C 正确；根据玻尔原子模型可知，原子从高能级跃迁到低能级6时会释放光子，由 Ea－ Eb＝ 解得 λ ＝ ，选项 D 正确．hcλ hcEa－ Eb答案：CD二、非选择题13．氡 222 是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤．它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一．其衰变方程是 Rn→ Po＋________.已知22286 21884Rn 的半衰期约为 3.8 天，则约经过________天 16 g 的 Rn 衰变后还剩 1 g.22286 22286解析：衰变过程中质量数、电荷数守恒，有 Rn→ Po＋ He；由半衰期定义，22286 21884 42解得 t＝15.2 天．答案： He(或 α) 15.24214．(2017·高考北京卷)在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核发生了一次 α 衰变．放射出的 α 粒子( He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为42R.以 m、 q 分别表示 α 粒子的质量和电荷量．(1)放射性原子核用 X 表示，新核的元素符号用 Y 表示，写出该 α 衰变的核反应方程．AZ(2)α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，求圆周运动的周期和环形电流大小．(3)设该衰变过程释放的核能都转化为 α 粒子和新核的动能，新核的质量为 M，求衰变过程的质量亏损 Δ m.解析：(1) X→ Y＋ HeAZ A－ 4Z－ 2 42(2)设 α 粒子的速度大小为 v，由 qvB＝ m ， T＝ ，得 α 粒子在磁场中的运动周期v2R 2π RvT＝2π mqB环形电流大小 I＝ ＝qT q2B2π m(3)由 qvB＝ m ，得 v＝v2R qBRm设衰变后新核 Y 的速度大小为 v′，系统动量守恒Mv′－ mv＝0v′＝ ＝mvM qBRM由 Δ mc2＝ Mv′ 2＋ mv212 12得 Δ m＝ M＋ m  qBR 22mMc2答案：见解析