《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习文档：第12单元 波粒二象性和原子物理 听课答案

第十二单元　波粒二象性和原子物理第30讲　光电效应　波粒二象性【教材知识梳理】一、1.电子　光电子　2.大于或等于　3.(1)大于或等于　(2)强度　增大　(4)正比二、1.hν　2.最小值　3.电子　4.(1)hν-W0　(2)最大初动能三、1.(1)波动　(2)粒子　(3)波粒二象　2.(1)大　小辨别明理(1)(×)　(2)(×)　(3)(√)　(4)(×)　(5)(√)(6)(×)　(7)(√)　(8)(√)【考点互动探究】考点一1.BC　[解析]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后从锌板表面逸出,称之为光电子,故选项A错误,B正确;锌板与验电器相连,带有同种电荷,锌板失去电子,应该带正电,且失去电子越多,带的电荷量越多,验电器指针张角越大,故选项C正确,D错误.2.AD　[解析]增大入射光强度,单位时间内照射到单位面积上的光子数增加,则光电流将增大,故选项A正确;光电效应是否发生取决于入射光的频率,而与入射光强度无关,故选项B错误;用频率为ν的光照射光电管阴极,发生光电效应,用频率小于ν的光照射时,若光的频率仍大于极限频率,则仍会发生光电效应,选项C错误;根据hν-W0=E k可知,增大入射光频率,光电子的最大初动能也增大,故选项D正确.3.BC　[解析]由光电效应方程可知E k=hν-W0,该动能又会在遏止电压下恰好减为零,则eU=hν-W0,其中W0为逸出功,同种金属的W0相同.若νa>νb,则U a>U b,故A错误;若νa>νb,根据E k =hν-W 0,可得E k a >E k b ,故B 正确;若U a <U b ,根据E k =eU ,可得E k a <E k b ,故C 正确;若νa >νb ,根据E k =hν-W 0可知hν-E k =W 0,由于是照射到同种金属上,逸出功W 0相同,故D 错误.4.C [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=E k 知,最大初动能E k =eU=0.6 eV ,由光电效应方程hν=E k +W 0知W 0=1.9 eV ,对图乙,当电压表读数为2 V 时,电子到达阳极的最大动能E k '=E k +eU'=0.6 eV +2 eV =2.6 eV ,故选项C 正确.考点二例1　A [解析] 由图像可知,a 、c 的遏止电压相同,根据光电效应方程可知,单色光a 和c 的频率相同,但a 产生的光电流大,说明a 光的强度大,选项A 正确,B 错误;b 的遏止电压大于a 、c 的遏止电压,所以单色光b 的频率大于a 的频率,选项C 错误;只要光的频率不变,改变电源的极性,仍可能有光电流产生,选项D 错误.变式题1　AC [解析] 图线与横轴交点的的横坐标表示截止频率,A 正确,B 错误;由光电效应方程E k =hν-W 0,可知图线的斜率为普朗克常量,C 正确;该金属的逸出功为W 0=hνc = eV ≈1.77 eV ,D 错误.6.63×10-34×4.27×10141.6×10-19变式题2　ABC [解析] 不同的材料有不同的逸出功,所以遏止电压U c 不同,选项A 正确;由爱因斯坦光电效应方程得hν=W 0+E k ,故选项B 正确;在照射光的频率大于极限频率的情况下,发射出的光电子数与照射光的强度成正比,光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同,选项C 正确;由E k =hν-hν0=eU c ,可得U c =(ν-ν0),故图线的斜率为相同的常数,选项D 错误.ℎe 考点三例2　A [解析] 根据德布罗意波长公式λ=,质子的质量大于电子的质量,相同速度的ℎp 质子比相同速度的电子动量大,则质子的德布罗意波长小,分辨率高,其最高分辨率将小于0.2 nm ,故A 正确,B 、C 、D 错误.变式题1　B变式题2　AB [解析] 黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释,普朗克用能量子理论分析,结果与事实完全相符,选项C 错误;由于E k =mv 2,p=mv ,因此p=,质子和122mE k 电子动能相等,但质量不等,故动量p 也不等,根据德布罗意波长λ=可知,二者的德布ℎp 罗意波长不同,选项D 错误.变式题3　ABD变式题4　D [解析] 根据爱因斯坦的“光子说”可知,单个光子表现为粒子性,而大量光子表现为波动性,所以曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点,说明了单个光子表现为粒子性,故A 错误;光子的粒子性并非宏观实物粒子的粒子性,故单个光子通过双缝后的落点无法预测,故B 错误;如果曝光时间足够长,底片上就会出现规则的干涉条纹,说明了大量光子表现为波动性,故C 错误;光子到达概率大的区域表现为亮条纹,而光子到达概率小的区域表现为暗条纹,故D 正确.1.对于带电微粒辐射和吸收能量时的特点,以下说法错误的是( )A .以某一个最小能量值一份一份地辐射B .辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C .辐射和吸收的能量是量子化的D .吸收的能量可以是连续的[解析] D 根据量子化的理论,带电微粒辐射和吸收的能量,只能是某一最小能量值的整数倍,故A 、B 正确.带电粒子辐射和吸收的能量不是连续的,是量子化的,故C 正确,D 错误.2.[2018·浙江奉化高中模拟] 人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为530 nm 的绿光时,只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就能察觉,普朗克常量为6.63×10-34 J ·s ,光速为3.0×108 m/s ,则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( ) A .2.3×10-18 WB . 3.8×10-19 WC . 7.0×10-48 WD . 1.2×10-48 W[解析] A 绿光光子能量E=hν===3.8×10-19 J ,每秒钟最少有6ℎc λ 6.63×10-34×3.0×108530×10-9个绿光的光子射入瞳孔,才能被察觉,所以P==W =2.3×10-18 W ,故A 正6E 1s 6×3.8×10-191确.3.下列关于光的波粒二象性的理解正确的是( )A .大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性B .光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子C .光在传播时粒子性显著,而与物质相互作用时波动性显著D .高频光是粒子,低频光是波[解析] A 大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,故A 正确;光在传播时波动性显著,而与物质相互作用时粒子性显著,故B 、C 错误;高频光波长小,光的粒子性显著,低频光波长大,光的波动性显著,故D 错误.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30-1所示.若该直线的斜率和纵截距分别为k 和b ,电子电荷量的绝对值为e ,则普朗克常量可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 .图30-1[答案] ek -eb[解析] 光电效应中,入射光子能量为hν,克服逸出功W 0后多余的能量转化为电子最大初动能,eU c =hν-W 0,整理得U c =ν-,斜率即=k ,所以普朗克常量h=ek ,纵截距为b ,即ℎe W 0e ℎe eb=-W 0,所以逸出功W 0=-eb.5.(多选)图30-2是某金属在光的照射下逸出的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图像.由图像可知( )图30-2A .该金属的逸出功等于EB .该金属的逸出功等于hν0C .入射光的频率为2ν0时,逸出的光电子的最大初动能为ED .入射光的频率为时,逸出的光电子的最大初动能为ν02E 2[答案] ABC第31讲　原子和原子核【教材知识梳理】卢瑟福　线状　n 2r 1 质子　电子　质子　核内　E 1n 2N 0　m 0　重核　轻核(12)t τ(12)t τ辨别明理(1)(√)　(2)(√)　(3)(√)　(4)(×)　(5)(×)(6)(√)　(7)(×)　(8)(×)　(9)(×)【考点互动探究】考点一例1　A [解析] 卢瑟福根据α粒子散射实验,提出了原子核式结构模型,选项A 正确;卢瑟福提出了原子核式结构模型的假设,从而否定了汤姆孙原子模型的正确性,B 错误;电子质量太小,对α粒子的影响不大,选项C 错误;绝大多数α粒子穿过金箔后,几乎仍沿原方向前进,D 错误.变式题1　D [解析] 在α粒子散射实验中,由于电子的质量太小,电子的质量只有α粒子的,它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响,完全可以忽17300略,故D 正确,A 、B 、C 错误.变式题2　C [解析] 首先明确α粒子和重金属原子核均带正电荷,相互排斥,且作用力在二者连线上,再由牛顿第二定律知,被散射的α粒子的加速度由重金属原子核的斥力产生,所以图中加速度方向标示正确的仅有P 点,故C 正确.考点二例2　AC [解析] 根据=3知,这群氢原子能够发出3种不同频率的光子,故A 正确;C 23由n=3能级跃迁到n=1能级辐射的光子能量最大,ΔE=(13.6-1.51) eV =12.09 eV ,故B 错误;从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量最小,频率最小,则波长最大,故C 正确;一群处于n=3能级的氢原子向更高能级跃迁,吸收的能量必须等于两能级之差,故D 错误.变式题1　D [解析] 由谱线a 的光子的波长大于谱线b 的光子的波长,可知谱线a 的光子频率小于谱线b 的光子频率,所以谱线a 的光子能量小于n=5和n=2间的能级差,选项D 正确,选项A 、B 、C 错误.变式题2　BCD [解析] 根据跃迁理论,处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到n=5能级,需要吸收的能量为ΔE=E 5-E 1=[-0.54-(-13.6)] eV =13.06 eV ,A 错误;波长最长的谱线来自第5能级向第4能级的跃迁,根据ΔE=h =E 5-E 4,解得λ=4000 nm ,B 正确;c λ波长最短的谱线来自第5能级向第1能级的跃迁,根据h=E 5-E 1,解得λmin =9.5×10-8 cλmin m ,根据λmin =,解得p=6.97×10-27kg ·m/s ,C 正确;根据爱因斯坦光电效应方程得ℎp hν=W 0+E k ,解得E kmax =-W 0=9.72 eV ,D 正确.ℎcλmin 考点三例3　B [解析]衰变过程动量守恒,生成的钍核的动量与α粒子的动量等大反向,根据E k =,可知衰变后钍核的动能小于α粒子的动能,所以B 正确,A 错误;半衰期是一p 22m 半数量的铀核衰变需要的时间,C 错误;衰变过程放出能量,质量发生亏损,D 错误.变式题　B [解析] 由动量守恒定律可知,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 大小相等的情况下,R ∝,因q 钍>q α,则R 钍<R α,故B mv Bq p Bq 1q 正确.例4　A [解析] α射线穿透能力最弱,电离作用强,容易被物体吸收,故A 正确;β射线的速度约是光速的99%,故B 错误;γ射线是一种波长很短的电磁波,电离能力极弱,故C 错误;β射线(高速电子束)带负电,是由一个中子转变成一个质子后释放的,故D 错误.变式题　D [解析] α射线是高速He 核流,β射线是高速电子流,γ射线是能量很高的 42电磁波,A 错误.在α、β、γ三种射线中,α射线的电离能力最强,γ射线的电离能力最弱,B 错误.半衰期是对大量原子核的衰变行为作出的统计规律,对于少数原子核无意义,C 错误.考点四例5　C AB E F [解析] α衰变是原子核自发地放射出α粒子的核衰变过程,选C ;β衰变是原子核自发地放射出β粒子的核衰变过程,选A 、B ;重核裂变选E ;轻核聚变选F .变式题　A [解析] H H He n 是核聚变反应方程,A 正确N He O21+31→42+10;14　7+42→17　8H 是原子核的人工转变反应方程,B 错误He Al P n 是居里夫妇发现人工+11;42+2713→3015+10放射性的核反应方程,C 错误;U +n →Kr +n 是铀核裂变的反应方程,D 错 235　92 10 144　56Ba +8936310误.例6　B [解析] 氘核聚变反应的质量亏损Δm=2.013 6 u ×2-3.015 0 u -1.008 7 u =0.003 5 u ,由爱因斯坦质能方程可得释放的核能E=0.003 5×931 MeV ≈3.3 MeV ,选项B 正确.变式题1　BC [解析]结合能等于比结合能乘以核子数,故He 核的结合能约为28 42MeV ,A 错误;由图像可知He 核的比结合能大于Li 核的比结合能,故B 正确;两个H42 63 21核结合成一个He 核,结合能增加,故一定存在质量亏损,故要释放能量,C 正确U 核 42;235　92中核子的平均结合能小于Kr 核中的,故D 错误.8936变式题2　(1)吸收能量　1.20 MeV (2)1.8×106 m/s[解析] (1)Δm=m N +m He -m O -m p =-0.001 29 uΔE=Δmc 2≈-1.20 MeV故这一核反应是吸收能量的反应,吸收的能量为1.20 MeV(2)由动量守恒定律得m He v0=m p v p+m O v O又因为v O∶v H=1∶50解得v O≈1.8×106 m/s1.根据图31-1所给图片,结合课本相关知识,下列说法正确的是( )图31-1A.图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样,证明电子具有粒子性B.图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯,原因是各种气体原子的能级不同,跃迁时发射光子的能量不同,光子的频率不同C.图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置,在α、β、γ三种射线中,最有可能使用的射线是β射线D.图丁是原子核的比结合能与质量数A的关系图像,由图可知中等大小的核的比结合能最大,即(核反应中)平均每个核子的质量亏损最小[解析] B 图甲是电子束穿过铝箔后的衍射图样,证明电子具有波动性,选项A 错误;图乙是利用不同气体制成的五颜六色的霓虹灯,原因是各种气体原子的能级不同,跃迁时发射光子的能量不同,光子的频率不同,选项B 正确;图丙是工业上使用的用射线检测金属板厚度的装置,在α、β、γ三种射线中,由于γ射线穿透能力最强,最有可能使用的射线是γ射线,选项C 错误;图丁是原子核的比结合能与质量数A 的关系图像,可知中等大小的核的比结合能最大,即在核子结合成原子核时平均每个核子释放的能量最大,平均每个核子的质量亏损最大,选项D 错误.2.据《世界网络日报》报道,在埃及古城艾赫米姆不远处,考古队挖掘出埃及第十九王朝拉美西斯二世大神殿.通过分析发现,殿内古代木头中的14C 的含量约为自然界含量的,已知植物死后其体内的14C 会逐渐减少,14C 的半衰期为5730年,则由此可推断拉22美西斯神殿距今约为( )A . 4000年B . 3000年C . 2000年D . 1000年[解析] B 衰变后的质量m=M ,其中t 是时间,T 是半衰期,由=,解得t=年(12)t T 22(12)t T57302=2865年,故B 正确.3.[2018·浙江义乌模拟] 核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少,我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设.核泄漏中的钚(Pu )是一种具有放射性的超铀元素,它可破坏细胞基因,提高罹患癌症的风险.已知钚的一种同位素Pu 的半衰期为2423994100年,其衰变方程为Pu →X He +γ,下列有关说法正确的( ) 23994+42A . X 原子核中含有143个中子B .100个Pu 经过24 100年后一定还剩余50个23994C .由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc 2,衰变过程总质量增加D .衰变发出的γ射线是波长很长的光子,穿透能力较弱[解析] A 根据电荷数守恒、质量数守恒知,X 的电荷数为92,质量数为235,则中子数为143,故A 正确;半衰期具有统计规律,对大量的原子核适用,故B 错误;由于衰变时释放巨大能量,根据E=mc 2,衰变过程总质量减小,故C 错误;衰变发出的γ射线是波长很短的光子,穿透能力很强,故D 错误.4.一种高温扩散云室探测射线的原理是:在上盖透明的密封容器内,放射源镅Am 衰 24195变成镎Np 的过程中,放射线穿过干净空气并使其电离,沿射线径迹产生一连串的凝23793结核,容器内就出现“云雾”,这样就可以看到射线的径迹.已知Am 的半衰期为432.6 24195年,则下列说法正确的是( )A .放射线是核外电子电离形成的B .通过该云室看到的是α射线的径迹C . 0.4 g 的Am 经过865年大约衰变了0.1 g24195D .若云室的温度升高Am 的半衰期会变短,24195[解析] B 根据题意可知核反应方程为Am Np He ,则放射线是原子核的衰变24195→23793+42放出的α粒子,通过该云室看到的是α射线的径迹,选项A 错误,B 正确;0.4 g 的Am24195经过865年大约经过了两个半衰期,则还剩下0.1 g ,选项C 错误;半衰期与外界环境无关,选项D 错误.5.铀原子核既可发生衰变,也可发生裂变.其衰变方程为U Th +X ,裂变方程为U23892→23490 23592n →Y Kr +n ,其中U n 、Y Kr 的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4,光在真空+10+8936310 23592、10、8936中的传播速度为c.下列叙述正确的是( )A .　U 发生的是β衰变 23892B .Y 原子核中含有56个中子C .若提高温度, U 的半衰期将会变小23892D .裂变时释放的能量为c 2(m 1-2m 2-m 3-m 4)[解析] D 根据质量数守恒和电荷数守恒可知,X 为氦原子核U 发生的是α衰变,故,23892A 错误;根据质量数守恒和电荷数守恒可知,Y 的质量数A=235+1-89-3=144,电荷数Z=92-36=56,由原子核的组成特点可知,Y 原子核中含有56个质子,中子数为144-56=88个,故B 错误;半衰期与温度、压强等外界因素无关,故C 错误;由于核裂变的过程中释放能量,根据爱因斯坦质能方程得ΔE=Δmc 2=(m 1-2m 2-m 3-m 4)c 2,故D 正确.6.(多选)如图31-2所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于n=3能级,下列说法中正确的是( )图31-2A .这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的光子B .这群氢原子发出的光子中,能量最大为10.2 eVC .从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光波长最长D .这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁[解析] AC 根据=3知,这群氢原子能够发出3种不同频率的光子,故A 正确;由n=3C 23能级跃迁到n=1能级,辐射的光子能量最大,ΔE=(13.6-1.51)eV =12.09 eV ,故B 错误;从n=3能级跃迁到n=2能级辐射的光子能量最小,频率最小,则波长最长,故C 正确;一群处于n=3能级的氢原子吸收光子能量发生跃迁,吸收的能量必须等于两能级的能级差,故D 错误.7.如图31-3所示为氢原子的能级示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光.关于这些光,下列说法正确的是( )图31-3A .最容易发生明显衍射现象的光是氢原子由n=4能级跃迁到n=1能级产生的B .频率最小的光是氢原子由n=2能级跃迁到n=1能级产生的C .这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D .用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应[解析] D 氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光,能量最小,波长最长,因此最容易发生明显的衍射现象,故A 错误;由能级差可知能量最小的光频率最小,是氢原子由n=4能级跃迁到n=3能级产生的,故B 错误;大量处于n=4能级的氢原子能发射=6种频率的光,故C 错误;由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光的能量为n (n -1)2ΔE=-3.4 eV -(-13.6) eV =10.2 eV ,大于6.34 eV ,能使该金属发生光电效应,故D 正确.。