2019年高考物理专题13回归基础专题训练__光电效应原子物理含解析

专题13 回归基础专题训练——光电效应原子物理
1．如图2所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是( )
图2
A．有光子从锌板逸出
B．有电子从锌板逸出
C．验电器指针张开一个角度
D．锌板带负电
【解析】选C 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。

2．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是( )
A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生
B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比
C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7s
D．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比
【解析】选D由ε＝hν＝h c
λ
知，当入射光波长小于金属的极限波长时，发生光电效应，故A错；由E k＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率决定，与入射光强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9s，故C错误；发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光的强度是成正比的，D正确。

3图3为一真空光电管的应用电路，其金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断中正确的是( )
图3
A ．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B ．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
C 用λ＝0.5 μm 的光照射光电管时，电路中有光电流产生
D ．光照射时间越长，电路中的电流越大
【解析】选C 在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关。

据此可判断A 、D 错误，B 正确；波长λ＝0.5 μm 的光子的频率ν＝c
λ＝3×108
0.5×10－6 Hz ＝6×1014 Hz ＞4.5×1014 Hz ，可发生光电效应，所以C 正确。

4．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U c 与入射光的频率ν的关系如图6所示。

若该直线的斜率和截距分别为k 和b ，电子电荷量的绝对值为e ，则普朗克常量和所用材料的逸出功可分别表示为( )
图6
A ．ek eb
B ．－ek eb
C ．ek －eb
D ．－ek －eb
【解析】选C 光电效应中，入射光子能量h ν，克服逸出功W 0后多余的能量转换为电子动能，反向遏制电压，有eU ＝h ν－W 0，整理得U ＝h
e ν－W 0e ，斜率即h e
＝k ，所以普朗克常量h ＝ek ，截距为b ，即eb ＝－
W 0，所以逸出功W 0＝－eb 。

故选项C 正确。

5．如图3所示为氢原子的四个能级，其中E 1为基态，若氢原子A 处于激发态E 2，氢原子B 处于激发态
E 3，则下列说法正确的是（ ）
图3
A ．原子A 可能辐射出3种频率的光子
B ．原子B 可能辐射出3种频率的光子
C ．原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁到能级E 4
D ．原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁到能级
E 4
【解析】选B 原子A从激发态E2跃迁到E1，只辐射一种频率的光子，A错误；原子B从激发态E3跃迁到基态E1可能辐射三种频率的光子，B正确；由原子能级跃迁理论可知，原子A可能吸收原子B由E3跃迁到E2时放出的光子并跃迁到E3，但不能跃迁到E4，C错误；A原子发出的光子能量ΔE＝E2－E1大于E4－E3，故原子B不可能跃迁到能级E4，D错误。

6．（多选） 14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年。

已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少。

现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。

下列说法正确的是（）
A．该古木的年代距今约5 700年
B．12C、13C、14C具有相同的中子数
C．14C衰变为14N的过程中放出β射线
D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变
【解析】选AC 因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期，即该古木的年代距今约为5 700年，选项A正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项B错误；根据核反应方程可知，14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出β射线，选项C正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项D错误。

7．(多选）一个静止的放射性原子核处于匀强磁场中，由于发生了衰变而在磁场中形成如图5所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，下列判断中正确的是（）
图5
A．该原子核发生了α衰变
B．反冲原子核在小圆上逆时针运动
C．原来静止的核，其原子序数为15
D．放射性的粒子与反冲核运动周期相同
【解析】选BC 衰变后产生的新核——即反冲核及放射的带电粒子在匀强磁场中均做匀速圆周运动，
轨道半径r＝mv
qB
，因反冲核与放射的粒子动量守恒，而反冲核电荷量较大，所以其半径较小，并且反冲核带正电荷，由左手定则可以判定反冲核在小圆上做逆时针运动，在大圆上运动的放射粒子在衰变处由动量
守恒可知其向上运动，且顺时针旋转，由左手定则可以判定一定带负电荷。

因此，这个衰变为β衰变，放出的粒子为电子，衰变方程为M Q A→M′Q′B＋0－1e。

由两圆的半径之比为1∶16可知，B核的核电荷数为16。

原来的放射性原子核的核电荷数为15，其原子序数为15。

即A为P（磷）核，B为S（硫）核。

由周期公式T＝2πm
可知，因电子与反冲核的比荷不同，它们在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期不相同，反冲核的周期qB
较大。

8．（多选）关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有（）
A.238 92U→234 90Th＋42He是α衰变
B.14 7N＋42He→17 8O＋11H是β衰变
C.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变
D.8234Se→8236Kr＋20－1e是重核裂变
【解析】选AC α衰变是放射出氦核的天然放射现象，A正确；β衰变是放射出电子的天然放射现象，而B项是发现质子的原子核人工转变，故B错误；C项是轻核聚变，D项是β衰变现象，故C正确，D 错误。

9．（多选）关于原子核的结合能，下列说法正确的是（）
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核（133 55Cs）的结合能小于铅原子核（208 82Pb）的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
【解析】选ABC 由原子核的结合能定义可知，原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能，选项A正确；重原子核的核子平均质量大于轻原子核的核子平均质量，因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能，选项B正确；铯原子核的核子数少，因此其结合能小，选项C正确；比结合能越大的原子核越稳定，选项D错误。

10．下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是（）
A．γ射线是高速运动的电子流
B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大
C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变
D.21083Bi的半衰期是5天，100克21083Bi经过10天后还剩下50克
【解析】选B γ射线是光子流，故A错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故B正确；太阳辐射能量主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；100克210
83Bi 经过10天即2个半衰期还剩下1
22×100克＝25克，故D 错误。

11．（多选）下列说法正确的是（ ）
A ．Th 核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4
B ．太阳辐射的能量最主要来自太阳内部的热核反应
C ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小
D ．用14 eV 的光子照射处于基态的氢原子，可使其电离
【解析】选BD 因α衰变的本质是发生衰变的核中减少2个质子和2个中子形成氦核，所以一次α衰变，新核与原来的核相比，中子数减少了2，A 项错；太阳辐射的能量是太阳内部核聚产生的，所以B 项正确；半衰期由核内部自身因素决定，与其他因素无关，所以C 项错；因为氢原子基态的能量为－13.6 eV ，所以用14 eV 光子照射一定能电离，D 项正确。

12．(多选）下列说法中正确的是（ ）
A ．卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构 B.232
90Th 衰变成208
82Pb 要经过6次α衰变和4次β衰变
C ．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
D ．对于某种金属，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大
【解析】选BD 卢瑟福的α粒子散射实验揭示了原子具有核式结构，但并不能说明原子核有复杂的结构，A 错；据α衰变、β衰变的实质可知232
90Th→208
82Pb ＋n 4
2He ＋m 0
－1e ，得n ＝6，m ＝4，故B 正确；β衰变中β射线是由原子核中的中子转变形成的，C 错；据光电效应方程E k ＝h ν－W 0得入射光频率ν越高，所产生的光电子的最大初动能E k 就越大，D 正确。

13．氢原子核外电子由离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道时（ ） A ．要吸收光子，电子的动能、电势能都减小 B ．要吸收光子，电子的动能增大，电势能减小 C ．要放出光子，电子的动能、电势能都减小 D ．要放出光子，电子的动能增大，电势能减小
【解析】选D 根据E k ＝12mv 2n ，而ke 2
r 2n ＝mv 2
n r n ，有E k ＝ke
2
2r n
，当r n 减小时，E k 增加，而氢原子的能量（包括
动能和电势能）E n ＝E 1n
2＝－13.6
n
2 eV ，所以当r n 减小时，氢原子的能量要减少，原子能量中动能增加，总能
量减少，所以电势能必然减少。

选项D 正确。

14．（多选）氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m 1、m 2、m 3和m 4，如果氘核和氚核结合生成氦核，
则下列说法中正确的是（）
A．核反应方程式为21H＋31H→42He＋10n
B．这是一个裂变反应
C．核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3
D．核反应过程中释放的核能ΔE＝（m1＋m2－m3－m4）c2
【解析】AD由氘核和氚核的结合以及电荷数、质量数守恒可知选项A正确；该核反应为聚变反应，选项B错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3－m4，选项C错误；由爱因斯坦质能方程可知核反应过程中释放的核能ΔE＝Δmc2，可知选项D正确。