1、1专题七 原子与原子核一、选择题(本大题共 8 小题,每小题 8 分,共 64 分.第 15 题只有一项符合题目要求,第68 题有多项符合题目要求)1.关于光电效应,下列说法正确的是( A )A.截止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.从金属表面出来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:由逸出功 W=h 0知,截止频率越大,逸出功越大,故 A 正确.光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率,与入射光的强度无关,故 B 错误.根据光电效应方程 Ek=h-W 0知
2、,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不会影响金属的逸出功,故 C 错误.入射光的光强一定时,频率越高,光子的能量越大,入射光中的光子的数目越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故 D 错误.2.(2018天津模拟)现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产生的,大约在 40 亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应,其核反应方程为 He He He C,到那时太阳126向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的.已知 He 的质量为 m1C 的质量为 m2,则下 42列判断正确的是( C )A.3m1=m2 B.3m1m2 D.m1=3m2解析:太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生
3、的,所以核反应前后质量会减少,反应前的质量为 3m1,反应后的质量为 m2,所以 3m1m2,故 C 正确.3.(2018河北衡水四模)月球上含有丰富的 He(氦 3),有它参与的一种核反应的方程式为 32He He H+X,如果 He H,X 质量分别为 m1,m2,m3,则下列说法正确的是( D ) 32 32A.该核反应的质量亏损为 m1-2m2-m3B.该反应属于裂变反应C.该核反应吸收的能量为(2m 1-2m2-m3)c2D.生成物中的 X 为 He 42解析:亏损的质量为反应前的质量减去反应后的质量,所以为 m= 2m1-2m2-m3,故 A 错误;该核反应为聚变反应,放出能量为(
4、2m 1-2m2-m3)c2,故 B,C 错误;生成物中的 X 质量数 m=3+3-21=4,电荷数 Z=2+2-12= 2,X 为 He,故 D 正确. 424.(2018重庆二模)如图所示,为氢原子能级示意图的一部分,关于氢原子,下列说法正确的是( C )2A.一个氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级,可能辐射出 3 种不同频率的电磁波B.从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级,氢原子会吸收光子,能级升高C.从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级,氢原子会向外辐射光子,能级降低D.处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的解析:一个氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=1 能级,最多可
5、能辐射 2 种不同频率的电磁波,故 A 错误;从 n=4 能级跃迁到 n=3 能级,是从高能级向低能级跃迁,氢原子会放出光子,能级降低,故 B 错误,C 正确;处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是不一样的,故 D 错误.5.(2018河南濮阳三模)用如图(甲)所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图中 A,K 两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调,分别用 a,b,c 三束单色光照射,调节 A,K 间的电压 U,得到光电流 I 与电压 U 的关系如图(乙)所示,由图可知( B )A.单色光 a 和 c 的频率相同,且 a 光更弱些,b 光频率最大B.
6、单色光 a 和 c 的频率相同,且 a 光更强些,b 光频率最大C.单色光 a 和 c 的频率相同,且 a 光更弱些,b 光频率最小D.单色光 a 和 c 的频率不同,且 a 光更强些,b 光频率最小解析:光电流恰为零,此时光电管两端加的电压为遏止电压,根据 eUc=Ekm=h-W 0,知入射光的频率越高,对应的遏止电压 Uc越大,a 光、c 光的遏止电压相等,所以 a 光、c 光的频率相等,且小于 b 光频率;当 a,c 光照射该光电管,因频率相同,则 a 光对应的光电流大,因此 a 光光子数多,那么 a 光的强度较强,故 B 正确,A,C,D 错误.6.(2018浙江二模)关于轻核聚变和重
7、核裂变,下列说法正确的是( BD )A.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积B.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能C.我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站,前者是利用核聚变释放核能,后者是利用核裂变释放核能D.一个质子和两个中子聚变成一个氚核,已知质子质量为 1.007 3 u,中子质量为 1.008 7 u,氚核质量为 3.018 0 u,则该反应中释放的核能约为 6.24 MeV(1 u 相当于 931.5 MeV)解析:由核聚变的条件可知,发生核聚变时不需要达到临界体积,故 A 错误;发生聚变反应时,要求两核子应能达到较近的距离,故应使原子核有足够大的动能,故 B 正确;目前的
8、核电站均采用核裂变,聚变的应用尚在试验阶段,故 C 错误;根据电荷数守恒、质量数守恒得 H+ n3H,该核反应中质量亏损 m=1.007 3 u+21.008 7 u-3.018 0 u= 0.006 7 u,则释放的核能 E=mc 2=0.006 7931.5 MeV=6.24 MeV,故 D 正确.7.(2018浙江模拟)云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性.放射性元素 A 的原子核静止放在磁感应强度 B=2.5 T 的匀强磁场中发生衰变,放射出粒子并变成新原子核 B,放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示,测得两圆的半径之比 R1R
9、 2=421,且 R1=0.2 m.已知 粒子质量 m =6.6410-27 kg,粒子质量 m =9.110-31 kg,普朗克常量取 h=6.610-34 Js,下列说法正确的是( ACD )A.新原子核 B 的核电荷数为 84B.放射性元素 A 原子核发生的是 衰变C.衰变放射出的粒子的速度大小为 2.4107 m/sD.如果 A 原子核衰变时释放出一种频率为 1.21015 Hz 的光子,那么这种光子能使逸出功为 4.54 eV 的金属钨发生光电效应解析:由题意可知,静止的原子核 A 衰变后的新核 B 和粒子反向运动,根据轨迹情况可知粒子为 粒子,由动量守恒 0=mv-m v ,粒子做
10、圆周运动向心力等于洛伦兹力 qvB= ,又2q =2e,R1R 2=421,由以上关系得新原子核 B 的电荷量 q=84e,故 A 正确,B 错误;由 R1=,得 v = = m/s2.410 7 m/s,故 C 正确;A 原子1 21.610192.50.26.641027核衰变时释放出一种频率为 1.21015 Hz 的光子,依据 =h=6.610 -341.2 1015 J=7.9210-19 J=4.95 eV4.54 eV,因此能使金属钨发生光电效应,故 D 正确.8.2017 年 11 月 6 日“华龙一号”核电项目首台发电机已通过了“型式试验”,全部指标达到和优于设计要求,标志着
11、我国“华龙一号”首台发电机自主研制成功.“华龙一号”是利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电的 U 是核电站常用的核燃料 U 受一个中子,23592 .23592轰击后裂变成 Ba 和 Kr 两部分,并产生 3 个中子.要使链式反应发生 ,裂变物质的体积要 9236大于它的临界体积.已知 U, Ba Kr 和中子 n 的质量分别是 235.043 9 u,140.913 9 10u,91.897 3 u 和 1.008 7 u.若 1 u 相当于 931.5 MeV.则下列说法正确的是( BD )A.该核反应方程为 U Ba Kr+ n14156B.该核反应方程为 U n Ba Kr+ n1
12、4156C.因为裂变释放能量,出现质量亏损,所以裂变后的总质量数减少D.一个 U 裂变时放出的能量约为 E=200.55 MeV4解析 U 受一个中子轰击后裂变成 Ba 和 Kr 两部分, 并产生 3 个中子,根据质量数守恒,则:23592 9236有 U n Ba+ Kr+ n,故 A 错误,B 正确;该核反应过程中,发生质量亏损,释放能量,但 9236是反应前后总质量数保持不变,故 C 错误;由质能方程 E=mc 2,若 1 u 相当于 931.5 MeV,代入数据,解得放出的能量约为 E=200.55 MeV,故 D 正确.二、非选择题(本大题共 2 小题,共 36 分)9.(16 分)
13、(2018江苏盐城三模)光照射某金属产生光电效应时,实验测得光电子最大初动能与照射光频率的图像如图所示,其中图线与横轴交点坐标为 5.51014 Hz.用一束波长范围为 4.010-79.0 10-7 m 的可见光照射该金属时,求光电子的最大初动能.已知普朗克常量为 h=6.610-34 Js,光在真空中的速度 c=3.0108 m/s.解析:从图像上可知,逸出功 W0=h 0.根据光电效应方程,E km=h-W 0.用一束波长范围为 1 2,且 1 2的光照射该金属时产生光电 效应,入射光的最小波长为 1,即频率最大,那么产生的光电子的最大初动能为 Ekm=h -h 0,代入数据可得 Ekm
14、=1.3210-19 J.答案:1.3210 -19 J10.(20 分)(2018江苏二模)氡存在于建筑水泥、装饰石材及土壤中,是除吸烟外导致肺癌的重大因素.静止的氡核 Rn 放出一个粒子 X 后变成钋核 Po,钋核的动能为 0.33 MeV,设衰变放出的能量全部变成钋核和粒子 X 的动能.(1)写出上述衰变的核反应方程;(2)求粒子 X 的动能.(保留两位有效数字)解析:(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得,衰变方程为 Rn Po He.21884(2)设钋核的质量为 m1、速度为 v1,粒子 X 的质量为 m2、速度为 v2,根据动量守恒有0=m1v1-m2v2,Ek1= = =0.33 MeV(11)221粒子 X 的动能为Ek2= = = =18 MeV.(22)222答案:(1 Rn Po He (2)18 MeV)2228621884
