2021高考物理(新高考版)一轮复习考点考法精练：专题十六 原子物理 (3)

专题十六 原子物理
一、单项选择题(共3小题,9分)
1.[2020江西七校联考]下列关于近代物理学的说法正确的是( )
A.光电效应现象揭示了光具有波动性
B.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经过7.6天后一定剩下1个氡原子核
C.卢瑟福通过α粒子散射实验证实了原子核由质子和中子组成
D.一群氢原子从n=4的激发态跃迁时,最多能辐射出6种不同频率的光子
2.氢原子能级图如图所示,用光子能量为E 1的光照射一群处于基态的氢原子,可以看到三条光谱线,用
光子能量为E 2的光照射该群处于基态的氢原子,可以看到六条光谱线,则下列说法正确的是( ) A .E 2=2E 1 B .E 2>2E 1 C .E 1<E 2<2E 1 D .E 1<12 eV
3.图示为氢原子能级图以及氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线,已知氢原子从
n=3能级跃迁到n=2能级时辐射光子的波长为656 nm,下列叙述不正确的有( )
A.四条谱线中频率最大的是H δ
B .用633 nm 的光照射能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级
C .一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时,最多产生3种谱线
D .如果用能量为10.3 eV 的电子轰击,可以使基态的氢原子受激发
二、多项选择题(共13小题,52分)
4.自然界存在的放射性元素的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态,而是要发生一系列连续的衰变,最
终达到稳定状态.如 90232Th 经过一系列α衰变和β衰变后变成了 82208Pb,已知 90232
Th 、
α粒子、β粒子、82
208Pb 的质
量分别为m 1、m 2、m 3、m 4,已知 90232Th 的半衰期是T ,光速为c.下列说法正确的是( ) A.8个 90232Th 经过2T 时间后还剩2个
B.从 90232Th 到 82208Pb 共发生6次α衰变和4次β衰变
C.衰变过程中释放出的α射线的穿透能力比β射线的弱
D.一个 90232Th 衰变成 82208Pb 释放的核能为(m 1-m 2-m 3-m 4)c 2
5.氢原子光谱如图甲所示,图中给出了谱线对应的波长,玻尔的氢原子能级图如图乙所示.已知普朗克常量
h=6.63×10-34 J·s,可见光的频率范围约为4.2×1014 Hz ~7.8×1014 Hz,则( )
A.H α谱线对应光子的能量小于H δ谱线对应光子的能量
B.图甲所示H α、H β、H γ、H δ四种光均属于可见光范畴
C.H β对应光子的能量约为10.2 eV
D.H α谱线对应的跃迁是从n=3能级到n=2能级
6.2018年,全球核能投资峰会(GNIS)在伦敦举行,探讨新能源时代全球背景下,新核电面对的新挑战与新机遇.下
列说法正确的是( )
A.放射性同位素的半衰期与地震、风力等外部环境有关 B .90234Th 发生β衰变后,新核与原来的原子核相比,中子数减少
C.铀核(92238U)衰变为铅核(82206Pb)要经过8次α衰变和6次β衰变
D.一块纯净的由放射性元素组成的矿石经过一个半衰期以后它的总质量仅剩下一半
7.如图所示为用光电管研究光电效应实验的示意图,现用频率为ν1的光照射阴极K,电流表中有电流通
过,电路中的滑动变阻器的滑动触头为P.下列说法正确的是( ) A .当P 移动到a 端时,电流表中仍有电流通过 B .当P 向b 端滑动时,电流表示数可能不变
C .改用频率小于ν1的光照射,电流表中一定有电流通过
D .改用频率大于ν1的光照射,电流表中可能无电流通过
8.太阳内部不断地进行着大量的核反应,12H +13H → 24He +X +ΔE 是其中的核反应之一,ΔE 为核反应过程释放的能量.已知 12H 的比结合能为1.09 MeV ,13H 的比结合能为2.78 MeV ,24He 的比结合能为7.03 MeV ,则下列
说法正确的是( ) A .X 是中子
B .该核反应为α衰变
C .ΔE=3.16 MeV
D .24He
比 13
H 、1
2
H
更稳定
9.关于原子和原子核,下列说法正确的是( )
A.原子核的比结合能越大,原子核越稳定
B .92235U 的裂变方程为 92235U →56144Ba +3689Kr+201n
C.原子核内的弱相互作用是引起原子核β衰变的原因
D.如果能稳定地输出聚变能,世界上将不再有“能源危机”
10.图示为由μ子与质子构成的μ氢原子的能级示意图.假如一个能量为123 eV 的光子被一
个处于n=3能级的μ氢原子吸收,μ氢原子吸收光子或放出光子遵循玻尔原子理论,下列说法正确的是( )
A.该μ氢原子最多会放出3种不同频率的光子
B.该μ氢原子不可能放出能量为123 eV 的光子
C.该μ氢原子可能放出能量为1 897.2 eV 的光子
D.该μ氢原子可能放出能量最大为2 311.5 eV 的光子
11.下列关于衰变的说法正确的是( )
A.因为衰变过程中原子核的质量数守恒,所以不会出现质量亏损
B.β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子
C .92238U 衰变为 86222Rn 要经过4次α衰变,2次β衰变
D.已知镤231的半衰期为27天,则10个镤231经过27天后一定还剩下5个
12.下列说法正确的是( )
A.戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,从而证实了实物粒子的波动性
B.贝可勒尔通过对天然放射现象的研究发现了原子的核式结构
C.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的 D .把放射性元素密封于铅盒中可减缓放射性元素的衰变
13.核子平均质量(原子核的质量除以核子数)随原子序数的变化规律如图所示,则下列说法正确的是
( )
A.此变化规律是卢瑟福在α粒子散射实验中发现的
B.由此变化规律可知,图中原子核G 的比结合能最大
C.原子核F 裂变成原子核D 和E 的过程要吸收能量
D.原子核A 和B 聚变成原子核C 要放出核能
14.研究光电效应实验的电路图如图甲所示,光电流与电压的关系如图乙所示.则下列说法正确的是( )
A.由图乙可知,c 光的频率大于b 光的频率
B.若将a 光换成c 光来照射阴极,阴极材料的逸出功将减小
C.若把滑动变阻器的滑片向右滑动,光电流一定增大
D.a 、b 是同一种入射光,且a 的强度大于b 的
15.[2019浙江杭州二模]小宇同学参加学校的科技嘉年华活动,设计了一个光电烟雾探测器.如图甲所示,S 为光
源,射出光束,当有烟雾进入探测器时,如图乙所示,来自S 的光会被烟雾散射进入光电管C ,当光射到光电管中的钠表面时会产生光电流,当光电流大于10-8 A 时,便会触发报警系统报警.已知钠的极限频率为6.00×1014 Hz,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,光速c=3×108 m/s,则下列说法正确的是( )
A.要使该探测器正常工作,光源S 发出的光的波长不能小于0.5 μm
B.金属钠的最小逸出功为4 eV
C.光源S 发出的光能使光电管发生光电效应,那么光越强,光电烟雾探测器灵敏度越高
D.若射向光电管C 的光子有5%会产生光电子,当报警系统报警时,每秒射向光电管C 中的钠表面的光子最少数目N=1.25×1012 个
16.[2019湖北武汉5月模拟]2760Co 衰变的核反应方程为 2760Co→2860Ni +-1 0
e,其半衰期为5.27年.已知
2760Co 、28
60Ni 、
-1
0e 的质量分别为m 1、m 2、m 3,光速为c ,下列说法错误的是( )
A.该核反应中释放的能量为(m 2+m 3-m 1)c 2
B.该核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β射线强
C.若有16个 2760Co,经过5.27年后一定只剩下8个 2760Co
D.β粒子是 2760Co 核外的电子电离形成的
三、非选择题(共1小题,4分)
17.光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A 照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出.当用波长为λ02的单
色光B 照射该金属板时,求光电子的最大初动能及A 、B 两种光子的动量之比.(已知普朗克常量为h 、光速为c )
1.D光电效应现象用波动说无法解释,而光子说可以完美解释,因此光电效应现象是光具有粒子性的有力证明,A项错误;半衰期是大量放射性原子核发生衰变的统计规律,四个氡核的衰变不满足该规律,B项错误;α粒子散射实验证实了原子的核式结构,C项错误;大量处于n=4能级的激发态氢原子跃迁时,辐射光子种类最多为
C42=6种,D项正确.
,当N=3时,n=3,E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 2.C大量氢原子从高能级向低能级跃迁时,发光的谱线数N=n(n-1)
2
eV,当N=6时,n=4,E2=-0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV,只有C正确.
3.B频率最大的光子对应的能量最大,即跃迁时能量差最大,故氢原子从n=6能级跃迁到n=2能级时辐射光子的频率最大,选项A正确;在氢原子跃迁过程中,吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差,波长为633 nm的光子能量E=h c
=1.96 eV,大于n=2能级与n=3能级之间的能量差,选项B错误;一群处于n=3能级上的氢原子
λ
向低能级跃迁时,可以是3→2、2→1或者是3→1,即有三种频率不同的谱线,选项C正确;如果用10.3 eV的电子轰击,基态氢原子吸收部分能量而受激发,选项D正确.综上,本题应选B.
4.BC半衰期是一个宏观统计的物理量,原子核数量比较少时不适用,A错误;从90232Th变成82208Pb,质量数减少了24,可知发生了6次α衰变,再根据电荷数的变化,可知发生了4次β衰变,B正确;α射线的穿透能力比β射线的弱,C正确;一个90232Th衰变成82208Pb释放的核能为(m1-6m2-4m3-m4)c2,D错误.
5.ABD由氢原子光谱可知,Hα谱线波长λ最长,对应的频率ν最低,由光子能量公式E=hν可知,光子能量最小,A
可知,Hβ对应光子正确;由电磁波谱可知,图甲所示的Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴,B正确;由E=ℎc
λ
的能量Eβ=2.55 eV,C错误;Hα谱线对应的光子能量为Eα=1.89 eV,根据玻尔理论,对应的跃迁是从n=3能级跃迁到n=2能级,D正确.综上,本题应选B.
6.BC放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系,A 错误;β衰变的实质在于核内的一个中子转化为一个质子和一个电子,故新核的中子数减少,B正确;衰变过程中电荷数减少10,质量数减少32,由质量数守恒知经过8次α衰变,再由电荷数守恒知经过6次β衰变,C正确;一块纯净的由放射性元素组成的矿石经过一个半衰期后,有一半质量的原子核发生衰变,产生新核,所以剩下的总质量大于原质量的一半,D错误.
7.AB当P移动到a端时,由于光电效应,依然有光电流产生,电流表中仍有电流通过,A正确;当滑动触头向b端滑动时,U AK增大,阳极A吸收光电子的能力增强,光电流会增大,当射出的所有光电子都能到达阳极A时,光电流达到最大,即饱和电流,若在滑动P前,光电流已经达到饱和电流,当P向b端滑动的过程中,电流表示数不变,B正
确;因为不知道阴极K 的截止频率,所以改用频率小于ν1的光照射,不一定能发生光电效应,电流表中不一定有电流通过,C 错误;改用频率大于ν1的光照射时,依然能够发生光电效应,电流表中一定有电流通过,D 错误.
8.AD 根据质量数守恒和电荷数守恒可知,核反应方程 12H+ 13
H → 24He +X +ΔE 中的X 是中子,该核反应属于核
聚变,A 正确,B 错误;核反应中释放的能量为ΔE=7.03 MeV ×4-1.09 MeV ×2-2.78 MeV ×3=17.6 MeV,C 错误;由题
可知,24He 的比结合能比 13H 、1
2
H 的比结合能大,因此 24He 比 13H 、1
2
H 更稳定,D 正确.
9.ACD 原子核的比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,A 正确;92235U 的裂变方程为
92235U +01n → 56144Ba+ 3689Kr+301n,两边的中子不能抵消,B 错误;原子核内的弱相互作用是短程力,是引起原子核β衰
变的原因,即引起原子核内的中子转化为质子和电子,C 正确;一旦能够稳定地输出聚变能,世界上将不再有“能源危机”,D 正确.
10.AC 一个能量为123 eV 的光子被一个处于n=3能级的μ氢原子吸收后,μ氢原子处于n=4能级,最多会放出3种不同频率的光子,A 正确;μ氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级时,会放出能量为123 eV 的光子,B 错误;μ氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时,放出的光子能量为-632.4 eV-(-2 529.6 eV)=1 897.2 eV,C 正确;μ氢原子从
11.BC 衰变过程要释放能量,故会出现质量亏损,A 错误.β衰变的实质是中子转变成了一个质子和一个电子,B
正确.92238U 衰变为 86222Rn 要经过(
238-222
4
)4次α衰变,(4×2-92+86)2次β衰变,C 正确.半衰期是大量原子核发生衰
变时的统计规律,对于少量原子核不成立,所以D 错误.
12.AC 戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,从而证实了实物粒子的波动性,A 正确.卢瑟福提出了原子的核式结构模型,B 错误.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的,C 正确.放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的,跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系,故D 错误. 13.BD α粒子散射实验揭示了原子核的存在,此实验没有研究原子核内部问题,选项A 错误;由题图可知,原子核G 两侧的原子核聚变或裂变成原子核G 时均有质量亏损,故原子核G 最稳定,比结合能最大,选项B 正确;原子核F 裂变成原子核D 和E 的过程,质量有亏损,要放出核能,选项C 错误;原子核A 和B 聚变成原子核C,质量有亏损,要放出核能,选项D 正确.
14.AD 由E k =hν-W 0、E k =eU c 可知,遏止电压越大,最大初动能越大,故c 光的频率大于b 光的频率,A 正确;逸出功只由金属本身决定,与入射光频率无关,B 错误;滑动变阻器的滑片向右滑动,光电流可能增大,也可能已达到饱和电流而不变,C 错误;遏止电压相同,说明最大初动能相同,即入射光频率相同,但饱和电流不同,说明入射光强度不同,饱和电流越大,入射光强度越大,D 正确. 15.CD 光源S 发出的光最大波长λmax =c
νc =
3×108
6.00×1014
m =5×10-7 m =0.5 μm,则要使该探测器正常工作,光源S 发出
的光的波长不能大于0.5 μm,故A 错误;由于钠的极限频率为6.00×1014 Hz,根据W 0=hνc =
6.63×10-34×6.00×1014
1.6×10-19
eV=2.5 eV,故B 错误;光源S 发出的光能使光电管发生光电效应,那么光越强,被烟雾散射进入光电管C 的光子越多,越容易探测到烟雾,即光电烟雾探测器灵敏度越高,故C 正确;光电流等于10-8 A 时,每秒产生的光电子的个数n=It
e =
10-8×11.6×10
-19 个=6.25×10
10个,每秒射向光电管C 中的钠表面的光子最少数目N=
n
5%
=
6.25×1010
5%
个
=1.25×1012 个,故D 正确.
16.ACD 由ΔE=Δmc 2可知,该核反应中释放的能量为(m 1-m 2-m 3)c 2,A 错误;衰变核反应中释放出的γ射线的穿透本领最强,β射线次之,α射线最弱,B 正确;半衰期是对大量原子核衰变行为的统计预测,不是粒子的个别行为,C 错误;衰变是原子核内发生的反应,D 错误. 17.解析:由题知,金属板的逸出功为W 0=hν0=ℎc
λ0(1分)
当用波长为λ
02
的单色光B 照射该金属板时,根据爱因斯坦光电效应方程得
光电子的最大初动能E k=h c
λ0
2-W0=ℎc
λ0
(2分)
根据p=ℎ
λ
得A、B两种光子的动量之比为
p A∶p B=λ0
2
∶λ0=1∶2.(1分)。