專題限時(shí)集訓(xùn)12　近代物理初步

專題限時(shí)集訓(xùn)(十二)(建議用時(shí)：40分鐘)[專題通關(guān)練]1．鋁箔被α粒子轟擊后，發(fā)生的核反應(yīng)方程為eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→X＋eq\o\al(1,0)n。方程中X的中子數(shù)為()A．15B．16C．30D．31A[根據(jù)核反應(yīng)方程遵循電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))為15，質(zhì)量數(shù)為30，可知X的中子數(shù)為30－15＝15，選項(xiàng)A正確，B、C、D均錯(cuò)誤。]2．(2019·安徽一模)如圖所示，為一含光電管電路，滑動(dòng)變阻器觸頭P位于a、b之間某點(diǎn)，用光照射光電管陰極，電表指針無偏轉(zhuǎn)，要使電表指針偏轉(zhuǎn)，可能有效的措施是()A．加大照射光的強(qiáng)度B．用頻率更高的光照射C．將P向a滑動(dòng)D．將電源正、負(fù)極對調(diào)B[由電路可知，在光電管上加的是正向電壓。用光照射光電管陰極，電表指針無偏轉(zhuǎn)，說明沒有發(fā)生光電效應(yīng)，根據(jù)發(fā)生光電效應(yīng)的條件可知，加大照射光的強(qiáng)度，仍然不能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。由于沒有發(fā)生光電效應(yīng)，故無論將P向a滑動(dòng)，還是將電源正、負(fù)極對調(diào)，都不能使電表指針偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；要使電表指針偏轉(zhuǎn)，必須發(fā)生光電效應(yīng)，故用頻率更高的光照射，可能有效，選項(xiàng)B正確。]3．(2019·福州一模)以下關(guān)于近代物理內(nèi)容的敘述中，正確的是()A．原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層就一定失去一個(gè)電子B．天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的α、β、γ三種射線的本質(zhì)都是電磁波C．對不同的金屬，若照射光頻率不變，光電子的最大初動(dòng)能與金屬逸出功成線性關(guān)系D．根據(jù)玻爾原子理論，一群氫原子從n＝3能級向低能級躍遷時(shí)能發(fā)出6種不同頻率的光子C[發(fā)生β衰變時(shí)，原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子發(fā)射到核外，所以原子核發(fā)生一次β衰變，該原子外層不會(huì)少一個(gè)電子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；天然放射現(xiàn)象中發(fā)出的α射線是高速粒子流，β射線是高速電子流，γ射線是能量很高的電磁波，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝hν－W0，對于不同種金屬，若照射光頻率不變，光電子的最大初動(dòng)能Ek與金屬的逸出功W0成線性關(guān)系，選項(xiàng)C正確；一群氫原子從n＝3能級向低能級躍遷時(shí)最多能發(fā)出Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]4．(原創(chuàng)題)如圖所示是氫原子的能級示意圖。當(dāng)氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級時(shí)，輻射出光子a；從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)，輻射出光子b。以下判斷正確的是()A．在真空中光子a的波長大于光子b的波長B．光子b可使氫原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)C．光子a可能使處于n＝4能級的氫原子電離D．大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)最多輻射2種不同譜線A[氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝3的能級的能級差小于氫原子從n＝3的能級躍遷到n＝2的能級時(shí)的能級差，根據(jù)Em－En＝hν知，光子a的能量小于光子b的能量，所以a光的頻率小于b光的頻率，即光子a的波長大于光子b的波長，故A正確；光子b的能量小于基態(tài)與任一激發(fā)態(tài)的能級差，所以不能被基態(tài)的氫原子吸收，故B錯(cuò)誤；根據(jù)Em－En＝hν可知光子a的能量小于氫原子在n＝4能級的電離能，所以光子a不能使處于n＝4能級的氫原子電離，故C錯(cuò)誤；大量處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)最多輻射3種不同譜線，故D錯(cuò)誤。]5．下列說法正確的是()A．一個(gè)基態(tài)的氫原子吸收光子躍遷到n＝3激發(fā)態(tài)后，最多能發(fā)射出三種頻率的光子B．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入揭示了光的粒子性C．钚eq\o\al(239,94)Pu的半衰期為24100年，200個(gè)eq\o\al(239,94)Pu經(jīng)48200年后，還有50個(gè)eq\o\al(239,\x(94))Pu未衰變D．一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合為一個(gè)氘核，若質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，則放出的能量為(m3－m2－m1)c2B[一個(gè)處于基態(tài)的氫原子吸收光子躍遷到n＝3激發(fā)態(tài)后，最多能發(fā)射出兩種頻率的光子，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光電效應(yīng)揭示了光子具有能量，康普頓效應(yīng)揭示了光子除了具有能量外還具有動(dòng)量，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)深入揭示了光的粒子性，選項(xiàng)B正確；由于半衰期描述的是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對少量的原子核衰變不適用，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合為氘核，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，釋放出的核能ΔE＝Δm·c2＝(m1＋m2－m3)c2，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]6．(易錯(cuò)題)一個(gè)靜止的鈾核，放在勻強(qiáng)磁場中，它發(fā)生一次α衰變后變?yōu)殁Q核，α粒子和釷核都在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。某同學(xué)作出如圖所示的運(yùn)動(dòng)徑跡示意圖，以下判斷正確的是()A．1是α粒子的徑跡，2是釷核的徑跡B．1是釷核的徑跡，2是α粒子的徑跡C．3是α粒子的徑跡，4是釷核的徑跡D．3是釷核的徑跡，4是α粒子的徑跡B[由動(dòng)量守恒定律可知，靜止的鈾核發(fā)生α衰變后，生成均帶正電的α粒子和釷核的動(dòng)量大小相等，但方向相反，由左手定則可知它們的運(yùn)動(dòng)徑跡應(yīng)為外切圓，又R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(p,Bq)，在p和B大小相等的情況下，R∝eq\f(1,q)，因q釷>qα，則R釷<Rα，故B正確。]易錯(cuò)點(diǎn)評：本題易錯(cuò)處在于應(yīng)用左手定則判斷力的方向。7．下列說法中不正確的是()A．紫外線照射到金屬鋅板表面時(shí)能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)，則當(dāng)增大紫外線的照射強(qiáng)度時(shí)，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能不會(huì)發(fā)生改變B．從n＝4能級躍遷到n＝3能級，氫原子的能量減小，電子的動(dòng)能減小C.eq\o\al(234,90)Th衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn，經(jīng)過3次α衰變，2次β衰變D．在某些恒星內(nèi)，3個(gè)α粒子結(jié)合成一個(gè)eq\o\al(12,6)C，eq\o\al(12,6)C原子的質(zhì)量是12.0000u，eq\o\al(4,2)He原子核的質(zhì)量是4.0026u，已知1u＝eq\f(931.5MeV,c2)，則此核反應(yīng)中釋放的核能約為1.16×10－12JB[光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，選項(xiàng)A正確。從n＝4能級躍遷到n＝3能級，氫原子的能量減小，軌道半徑減小，電子的動(dòng)能變大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，符合題意。在α衰變的過程中，新核的電荷數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4，在β衰變的過程中，新核的電荷數(shù)多1，設(shè)經(jīng)過了m次α衰變，則：4m＝234－222＝12，所以m＝3；經(jīng)過了n次β衰變，有：2m－n＝90－86＝4，所以n＝2，故C正確。核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm＝(4.0026×3－12.0000)u＝0.0078u，則釋放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0078×931.5MeV＝7.266MeV＝1.16×10－12J，故D正確。]8．(2019·天津高考·T6)我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A．核聚變比核裂變更為安全、清潔B．任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加AD[與核裂變相比輕核聚變更為安全、清潔，A正確；自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素氘與氚的聚變，不是任意兩個(gè)原子核都能發(fā)生核聚變，B錯(cuò)誤；兩個(gè)輕核發(fā)生聚變結(jié)合成質(zhì)量較大的核時(shí)，放出巨大的能量，根據(jù)E＝mc2可知，聚變反應(yīng)中存在質(zhì)量虧損，則總質(zhì)量較聚變前減少，C錯(cuò)誤；兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的過程中要釋放能量，核子的平均質(zhì)量減少，所以核子的比結(jié)合能增加，D正確。][能力提升練]9．(2019·東北六校高三聯(lián)考)用同一光電管研究a、b、c三束單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間的電壓U的關(guān)系曲線如圖所示，由此可判斷()A．a(chǎn)、b、c的頻率關(guān)系為νa>νb>νcB．a(chǎn)、b、c的頻率關(guān)系為νa＝νc<νbC．用三束單色光照射光電管時(shí)，a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大D．用三束單色光照射光電管時(shí)，b光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大BD[由題圖可知a、c光的遏止電壓相同，且小于b光的遏止電壓，由公式eq\f(1,2)mveq\o\al(2,c)＝qUc，可知b光照射時(shí)光電子的最大初動(dòng)能大，C錯(cuò)誤，D正確；又由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有hν＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,c)＋W0，綜合以上分析可知三束單色光的頻率關(guān)系應(yīng)為νa＝νc<νb，A錯(cuò)誤，B正確。]10．放射性元素電源應(yīng)用空間比較廣泛，大多用在軍事或航天領(lǐng)域。其工作原理是放射性元素發(fā)射的α射線或β射線被與射線發(fā)生相互作用的物質(zhì)吸收，將射線的能量轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，然后再將內(nèi)能轉(zhuǎn)換為電能。為了防止放射性元素對外界環(huán)境造成影響，放射性元素電源的外層應(yīng)有防護(hù)層。下表為三種不同放射性元素的相關(guān)參數(shù)：放射性元素57Co234Th238Pu發(fā)射的射線βαα放射性元素的半衰期270天24天89.6年由以上參數(shù)分析，下列說法正確的是()A．57Co發(fā)射出的粒子電荷量少，因此由該元素制成的電源使用時(shí)間最長，保護(hù)層的材料應(yīng)比較厚B．238Pu的半衰期最長，因此由該元素制成的電源使用時(shí)間最長，保護(hù)層的材料應(yīng)比較薄C．1000個(gè)234Th核經(jīng)過48天，剩余250個(gè)234Th核D．放射性元素在發(fā)生衰變時(shí)，由于放出能量，衰變后的質(zhì)量數(shù)減少B[放射性元素電源使用時(shí)間的長短與放射性元素的半衰期有關(guān)，半衰期越長，使用的時(shí)間越長，因238Pu的半衰期最長，所以由238Pu制成的電源使用時(shí)間最長，由于發(fā)射的α射線比β射線的貫穿本領(lǐng)弱，所以由發(fā)射α射線的元素制成的電源所需保護(hù)層的材料較薄，A錯(cuò)誤，B正確；半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，C錯(cuò)誤；在衰變的過程中，電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，D錯(cuò)誤。]11．(多選)原子核的人工轉(zhuǎn)變是人為利用高速運(yùn)動(dòng)的粒子轟擊原子核而產(chǎn)生新核的過程，1919年盧瑟福利用α粒子轟擊靜止的氮(eq\o\al(14,7)N)原子核發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。假設(shè)在某次實(shí)驗(yàn)中，生成的新核運(yùn)動(dòng)方向與α粒子的運(yùn)動(dòng)方向相反，新核的速度大小與質(zhì)子的速度大小之比為1∶26。已知質(zhì)子與中子的質(zhì)量均為m，光在真空中的速度為c，新核的速度大小為v，該核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為新核與質(zhì)子的動(dòng)能。則下列說法正確的是()A．新核為eq\o\al(16,8)OB．α粒子的速度大小為eq\f(9,4)vC．新核動(dòng)量與質(zhì)子動(dòng)量大小相等、方向相反D．該核反應(yīng)中質(zhì)量虧損為eq\f(693mv2,2c2)BD[由題意可知該核反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(17,8)O，因此核反應(yīng)生成的新核為eq\o\al(17,8)O，A錯(cuò)誤；假設(shè)α粒子的速度大小為v0，質(zhì)子的速度大小為v′，α粒子、eq\o\al(17,8)O的質(zhì)量分別約為4m、17m，用α粒子轟擊氮核的過程，由動(dòng)量守恒定律得4mv0＝－17mv＋mv′，又eq\f(v,v′)＝eq\f(1,26)，解得v0＝eq\f(9,4)v，B正確；新核的動(dòng)量大小為17mv，質(zhì)子的動(dòng)量大小為26mv，C錯(cuò)誤；新核與質(zhì)子的總動(dòng)能為E＝eq\f(1,2)×17mv2＋eq\f(1,2)mv′2，整理得E＝eq\f(693mv2,2)，則該反應(yīng)釋放的核能為ΔE＝eq\f(693mv2,2)，由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(693mv2,2c2)，D正確。]12.(原創(chuàng)題)(多選)某同學(xué)采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來研究光電效應(yīng)。當(dāng)用某單色光照射光電管的陰極K時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。閉合開關(guān)S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計(jì)的示數(shù)恰為零，此時(shí)電壓表的示數(shù)U稱為遏止電壓，根據(jù)遏止電壓U，可以計(jì)算出光電子的最大初動(dòng)能Ek。現(xiàn)分別用頻率為ν1和ν2的單色光照射陰極，測量到遏止電壓分別為U1和U2，設(shè)電子質(zhì)量為m、電荷量為e，則下列關(guān)系式正確的是()A．用頻率為ν1的光照射時(shí)，光電子的最大初速度v＝eq\r(\f(2eU1,m))B．陰極金屬的逸出功W0＝hν1－eU1C．陰極金屬的截止頻率νc＝eq\f(U1ν2－U2ν1,U1－U2)D．普朗克常量h＝eq\f(eU1－U2,ν2－ν1)AB[用頻率為ν1的單色光照射陰極時(shí)，光電子在電場中做減速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理得－eU1＝0－eq\f(1,2)mv2，則光電子的最大初速度v＝eq\r(\f(2eU1,m))，故A正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得hν1＝eU1＋W0①，hν2＝eU2＋W0②，由①得陰極金屬的逸出功W0＝hν1－eU1，聯(lián)立①②解得普朗克常量h＝eq\f(eU1－U2,ν1－ν2)，故B正確，D錯(cuò)誤；陰極金屬的截止頻率νc＝eq\f(W0,h)＝eq\f(hν1－eU1ν1－ν2,eU1－U2)，故C錯(cuò)誤。]13．(多選)如圖所示是原子核的平均結(jié)合能(也稱比結(jié)合能)與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖象，通過該圖象可以得出一些原子核的平均結(jié)合能，如eq\o\al(16,8)O的核子平均結(jié)合能約為8MeV，eq\o\al(4,2)He的核子平均結(jié)合能約為7MeV，根據(jù)該圖象判斷下列說法正確的是()A．隨著原子質(zhì)量數(shù)的增加，原子核的平均結(jié)合能增大B.eq\o\al(56,26)Fe核最穩(wěn)定C．由圖可知兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核會(huì)釋放出能量D．把eq\o\al(16,8)O分成8個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子比把eq\o\al(16,8)O分成4個(gè)eq\o\al(4,2)He要多提供約16MeV的能量BC[由圖可知隨著原子質(zhì)量數(shù)的增加，原子核的平均結(jié)合能先增大后減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；eq\o\al(56,26)Fe核的平均結(jié)合能最大，是最穩(wěn)定的，選項(xiàng)B正確；兩個(gè)平均結(jié)合能小的eq\o\al(2,1)H結(jié)合成平均結(jié)合能大的eq\o\al(4,2)He時(shí)，會(huì)釋放出能量，選項(xiàng)C正確；把eq\o\al(16,8)O分成質(zhì)子和中子需要提供的能量約為ΔE1＝16×8MeV＝128MeV，將質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)eq\o\al(4,2)He所放出的能量約為ΔE2＝4×7MeV＝28MeV，則將eq\o\al(16,8)O分成4個(gè)eq\o\al(4,2)He需要提供的能量約為ΔE＝ΔE1－4ΔE2＝128MeV－4×28MeV＝16MeV，故要多提供約112MeV的能量，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]題號內(nèi)容押題依據(jù)核心考點(diǎn)核心素養(yǎng)1.核衰變及核能利用科技成就應(yīng)用科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：立足教材，體會(huì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)2.光電效應(yīng)及圖象光電效應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用科學(xué)思維：立足教材，體現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題能力1.(多選)目前科學(xué)家正在研究“快中子堆”技術(shù)來發(fā)電，“快中子堆”技術(shù)發(fā)電的原理是：快中子反應(yīng)堆不用eq\o\al(238,92)U，而用eq\o\al(239,94)Pu作燃料，但在堆心燃料eq\o\al(239,94)Pu的外圍放置eq\o\al(238,92)U，eq\o\al(239,94)Pu發(fā)生裂變反應(yīng)時(shí)放出來的高速中子(快中子)，被裝在外圍再生區(qū)的eq\o\al(238,92)U吸收，eq\o\al(238,92)U吸收快中子后變成eq\o\al(239,92)U，eq\o\al(239,92)U很不穩(wěn)定，很快發(fā)生β衰變變成eq\o\al(239,94)Pu，eq\o\al(239,94)Pu在裂變產(chǎn)生能量的同時(shí)，又不斷地將eq\o\al(238,92)U變成可用燃料eq\o\al(239,94)Pu，核燃料越燒越多。設(shè)eq\o\al(239,92)U、β粒子的質(zhì)量分別為M、m，則()A.eq\o\al(239,94)Pu與eq\o\al(239,92)U的中子數(shù)相同B.eq\o\al(238,92)U吸收快中子后變成鈾eq\o\al(239,92)U是屬于核聚變C.eq\o\al(239,92)U經(jīng)過2次β衰變后變成eq\o\al(239,94)PuD．靜止的eq\o\al(239,92)U發(fā)生β衰變釋放出動(dòng)能為E0的β粒子，該衰變中質(zhì)量虧損為eq\f(M＋m,Mc2)E0CD[eq\o\al(239,94)Pu的中子數(shù)為145，eq\o\al(239,92)U的中子數(shù)為147，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)核聚變反應(yīng)的定義可知選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)eq\o