1、1课时跟踪训练(十四) 光电效应 原子结构和原子核一、选择题(19 题为单项选择题，1013 题为多项选择题)1(2017高考全国卷)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变方程为U Th He，下列说法正确的是( )23892 23490 42A衰变后钍核的动能等于 粒子的动能B衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小C铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间D衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量B 静止的铀核在 衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得PTh pa0，即钍核的动量和 粒子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确；根据 Ek可知，选项 A 错误；半
2、衰期的定义是统计规律，对于一个 粒子不适用，选项 C 错误；p22m铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后 粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项 D 错误2(2018重庆市江津区高三下 5 月预测模拟)2018 年夏天，中美贸易之争使国人了解了蕊片的战略意义，芯片制作工艺非常复杂，光刻机是制作芯片的关键设备，其曝光系统最核心的部件之一是紫外光源常见光源分为：可见光：436nm；紫外光(UV)：365nm；深紫外光(DUV)：KrF 准分子激光：248nm，ArF 准分子激光：193nm；极紫外光(EUV)：1015nm.下列说法正确的是( )A
3、波长越短，可曝光的特征尺寸就越小，就表示光刻的刀锋越锋利，刻蚀对于精度控制要求越高B光源波长越长，能量越大，曝光时间就越短C如果紫外光不能让某金属发生光电效应，极紫外光也一定不能D由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时会出现波长更短的成分A 波长越短，可曝光的特征尺寸就越小，就表示光刻的刀锋越锋利，刻蚀对于精度控制要求越高，选项 A 正确；光源波长越长，则频率就越小，能量越小，选项 B 错误；极紫外光的波长小于紫外光的波长，则频率较大，如果紫外光不能让某金属发生光电效应，极紫外光不一定不能使该金属发生光电效应，选项 C 错误；由康普顿效应可知深紫外光通过实物物质发生散射时能量变小，频率
4、变小，则会出现波长更长的成分，选项 D 错误；选A.3如图所示，图甲为光电效应的实验电路图，图乙为光电子最大初动能与光电管入射光频率关系图象下列说法正确的是( )2A光电管加正向电压时，电压越大光电流越大B光电管加反向电压时不可能有光电流C由图可知，普朗克常量数值上等于 |ab|D由图可知，普朗克常量数值上等于 |ba|C 光电管加正向电压时，如果正向电压从 0 开始逐渐增大，光电流也会逐渐增大，但光电流达到饱和时，即使电压增大，电流也不会变化，A 错误；因为光电子有动能，即使光电管加反向电压，也可能有光电流，B 错误；由光电效应方程 Ek h W0可知，图线斜率大小为普朗克常量，所以普朗克常
5、量数值上等于 ，C 正确，D 错误|ab|4美国物理学家密立根通过测量金属的遏止电压 Uc与入射光频率 ，算出普朗克常量 h，并与普朗克根据黑体辐射得出的 h 相比较，以验证爱因斯坦方程的正确性下图是某次试验中得到的两种金属的遏止电压 Uc与入射光频率 关系图象，两金属的逸出功分别为 W 甲 、 W 乙 ，如果用 0频率的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为 E 甲 、 E 乙 ，则下列关系正确的是( )A W 甲 E 乙 B W 甲 W 乙 ， E 甲 W 乙 ， E 甲 E 乙 D W 甲 E 乙 ，A 正确，B、C、D 错误；故选 A.5(2018山东省淄博一中高三三模)我国科学家潘
6、建伟院士预言十年左右量子通信将“飞”入千家万户在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是( )A玻尔在 1990 年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念B爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，提出光子说，并成功地解释了光电效应现象C德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念D普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性B 普朗克在 1900 年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念，故A 错误；爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，为解释光电效应的实验规律提出了光子说，并成功地解释了光电效应现象，故
7、 B 正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故 C 错误；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，故 D 错误；故选 B.6(2018济宁市高三第二次模拟)氢原子的能级示意图如图所示，现有大量的氢原子处于 n4 的激发态，当向低能级跃迁时，会辐射出若干种不同频率的光，若用这些光照射逸出功为 4.54eV 的钨时，下列说法中正确的是( )A氢原子能辐射 4 种不同频率的光子B氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应C氢原子辐射一个光子后，氢原子的核外电子的速率增大D钨能吸收两个从 n4 向 n2 能级跃迁的光子而发生光电效应C A 项：根据
8、C 6，所以这些氢原子总共可辐射出 6 种不同频率的光，故 A 错误；24B 项：由于要发生光电效应，跃迁时放出光子的能量大于钨的逸出功为 4.54eV，故 B 错误；C 项：氢原子辐射一个光子后，能级减小，氢原子的核外电子的速率增大，故 C 正确；D 项：钨只能吸收一个光子的能量，故 D 错误7(2018山东省实验中学高三第一次模拟考试)下列说法中不正确的是( )A紫外线照射到金属锌板表面时能够产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不会发生改变B从 n4 能级跃迁到 n3 能级，氢原子的能量减小，电子的动能减小C. Th 衰变为 Rn，经过 3 次 衰变
9、，2 次 衰变23490 222864D在某些恒星内，3 个 粒子结合成一个 C， C 原子的质量是 12.0000u， He 原126 126 42子的质量是 4.0026u，已知 1u931.5 MeV/c2，则此核反应中释放的核能约为1.161012 JB 光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，选项 A 正确；从 n4 能级跃迁到 n3 能级，氢原子的能量减小，电子的动能变大，选项 B 错误；在 衰变的过程中，电荷数少 2，质量数少 4，在 衰变过程中，电荷数多 1，设经过了 m 次 衰变，则：4 m23422212，所以 m3；经过了 n 次 衰变，有：2m n90
10、864，所以 n2，故 C 正确；D 选项中该核反应的质量亏损m 4.0026u312.0000u0.0078u，则释放的核能E mc 20.0078931.5MeV7.266MeV1.1610 12 J，故 D 正确，此题选项错误的选项，故选 B.8(2018山东省青岛市高三统一质检)下列说法正确的是( )A放射性原子核 U 经 2 次 衰变和 3 次 衰变后，变为原子核 Ra23892 22688B在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放置镉棒C比结合能越小，原子核中核子结合得越牢固D玻尔理论认为，氢原子的核外电子轨道是量子化的D A：设 U 经过 x 次 衰变和 y 次 衰变后变为
11、Ra，则23892 22688U Ra x He y e，根据电荷数和质量数守恒可得23892 22688 42 0 12382264 x、92882 x y，解得 x3、 y2.即 U 经过 3 次 衰变和 2 次 衰23892变后，变为 Ra.故 A 项错误B.在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放置石22688墨作为减速剂镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度故 B 项错误C.比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固故 C 项错误D.玻尔理论认为，氢原子的核外电子轨道是量子化的故 D 项正确9如图甲所示为研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验电路，阴极 K 受到光照时可以
12、发射光电子电源正负极可以对调在 a、 b、 c 三种光的照射下得到了如图乙所示的实验规律( )A在光的频率不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值B b 光的遏止电压大于 a 光的遏止电压是因为 a 光强度大于 b 光强度C a 光的波长大于 c 光的波长5D b 光对应的光电子最大初动能小于 c 光对应的光电子最大初动能C 在光的频率不变的情况下，入射光越强，则单位时间射出的光电子数越多，则饱和电流越大，故 A 错误；因为 b 光的遏止电压大于 a 光的遏止电压，故 b 光强度大于 a 光强度，故 B 错误； bc 两个的遏止电压相等，且大于甲光的遏止电压，根据 mv eU0，
13、知12 2mbc 两光照射产生光电子的最大初动能相等，大于 a 光照射产生的光电子最大初动能根据光电效应方程 Ekm h W0，逸出功相等，知 bc 两光的频率相等，大于 a 光的频率所以bc 两光的光子能量相等大于 a 光的光子能量 a 光频率小、波长长，故 C 正确、D 错误10(2018高考物理全真模拟二)一静止的原子核 U 发生了某种衰变，衰变方程为23892U ThX，其中 X 是未知粒子，下列说法正确的是( )23892 23490A. U 发生的是 衰变23892B. U 发生的是 衰变23892C衰变后新核 Th 和粒子 X 的动能相等23490D衰变后新核 Th 和粒子 X
14、的动量大小相等23490AD A、B、根据衰变过程满足质量数守恒和电荷数守恒，则 X 的质量数为 4，电荷数为 2，即 X 为 He，故核反应方程为 衰变，A 正确，B 错误C、D、根据动量守恒得，系42统总动量为零，则衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小，由于两个粒子的质量不同，则动能不同，C 错误，D 正确故选 AD.11下列说法正确的是( )A由 He N O H 可知，在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，几42 147 178 1天后将有氧气生成B根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小C 、 、 三种射
15、线中， 射线的电离能力最强D相同频率的光照射不同金属，则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大BC He N O H 是用氦核打击氮核使氮核转变的过程，是原子核的人工转变，42 147 178 1在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，不会有氧气生成，故 A 错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，库仑力做正功，动能增大，电势能减小，故 B 正确； 、 和 三种射线中， 射线的电离能力最强，故 C 正确；根据光电效应方程 Ek h W0，金属的逸出功越大，逸出的光电子的最大初动能越小，故 D 错误12下列说法正确的是( )A卢瑟福通过对
16、 粒子散射实验结果的分析，提出了原子核内有中子存在6B核泄漏事故污染物 137Cs 能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程式为 Cs13755Ba x，可以判断 x 为电子13756C若氢原子从 n6 能级向 n1 能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从 n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应D质子、中子、 粒子的质量分别是 m1、 m2、 m3，质子和中子结合成一个 粒子，释放的能量是(2 m12 m2 m3)c2BCD 卢瑟福通过对 粒子散射实验结果的分析，提出了原子的核式结构模型，没有提出原子核内有中子存在，故 A 错误；根据 137Cs 的
17、核反应方程式 Cs Ba x，可知13755 13756x 的质量数为 1371370，电荷数为 55561，故 x 为电子，故 B 正确；氢原子从n6 能级向 n1 能级跃迁时辐射出的光子的频率大于从 n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光子的频率，故若从 n6 能级向 n1 能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从 n6 能级向 n2 能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应，故 C 正确；质子和中子结合成一个 粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损m 2 m12 m2 m3，由质能方程可知，释放的能量 E mc 2(2 m12 m2 m3)c2，故 D 正确所以
18、BCD 正确，A 错误13下列说法正确的是( )A. H H He 是太阳内部核反应之一，该核反应过程释放的能量是 E .已知光在真1 21 32空中的传播速度为 c，则该核反应中平均每个核子亏损的质量为 E3c2B卢瑟福通过 粒子散射实验揭示了原子核的内部结构C紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大D根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小AD 该核反应过程释放的能量是 E ，核子个数是 3，根据爱因斯坦质能方程可知，E 3 mc 2，所以每个核子
19、亏损的质量为 m ，故 A 正确；卢瑟福通过 粒子散射 E3c2实验揭示了原子的内部结构；故 B 错误；紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大，紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最大初动能不变，而光电子数目可能增加，故 C 错误；氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，库仑力做正功，动能增大，电势能减小，故 D 正确二、计算题14(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7发生了一次 衰变放射出的
20、 粒子( He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半42径为 R.用 m、 q 分别表示 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 衰变的核反应过AZ程(2) 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转化为 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 m.解析 (2)设 粒子的速度大小为 v，由 qvB m ， T ，得v2R 2 Rv 粒子在磁场中运动周期 T2 mqB环形电流大小 I qT q2B2 m(3)由 qvB m ，得 vv2R qBRm设衰变后新核 Y 的速度大
21、小为 v，系统动量守恒，得Mv mv0.则 v mvM qBRM由 mc 2 Mv 2 mv2，得 m 12 12 M m qBR 22mMc2说明：若利用 M m 解答，亦可A 44答案 (1) X Y He (2) AZ A 4Z 2 422 mqB q2B2 m(3) M m qBR 22mMc215如图所示，有磁感应强度为 B 的圆形磁场，在圆心 O 点有大量静止放射性的元素U，发生 衰变，放出的新的原子核各个方向都有，速度大小都为 v0，已知质子的质23492量为 m，电荷量为 e.8(1)写出核反应方程；(2)若没有带电粒子从磁场中射出，求：圆形磁场的最小半径；经过多长时间同一个铀
22、核发生衰变生成的两个核再次相遇；(3)若大量铀核不是放在圆形磁场的圆心，而是距离圆心为 d 处的 p 点(图中没有画出)，如果没有带电粒子从磁场中射出，则圆形磁场的最小面积又是多少？解析 (1) U Th He23892 23490 42(2)由题意可知：钍核运动的质量 m1234 m， 粒子的质量 mH4 m；钍核的电荷量qT90 e， 粒子的电荷量 qH2 e；由动量守恒定律可得： mTvT mHvH0带电粒子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供qvB ，解得： rmv2r mvqB所以，钍核的半径 rT ，周期 TT mTvTqTB 234mv090eB 13mv05eB 2 rTvT
23、2 mTqTB 26 m5eB 粒子的半径 rH ，周期 TH mHvHqHB 234mv02eB 117mv0eB 2 rHvH 2 mHqHB 4 meB两个带电粒子的运动轨迹如图所示要想带电粒子不从圆形磁场中射出圆形磁场的最小半径是 R12 rH234mv0eB因为 ，所以，同一个铀核发生衰变生成的两个核再次相遇 t10 TTTHTT 1013 52 meB(3)若大量铀核不是放在圆形磁场的圆心，而是距离圆心为 d 处 P 点，两个电带粒子运动轨迹如图所示要想带电粒子不从圆周磁场中射出圆形磁场的最小半径是 R2 d2 rH d .234mv0eB9答案 (1) U Th He (2) R1 t (3) R2 d23892 23490 42234mv0eB 52 meB 234mv0eB
