高三物理二輪復(fù)習(xí) 第1部分 專題突破篇 專題12 近代物理初步用書-人教版高三物理試題

專題十二近代物理初步專題說明1.本專題為2017年考綱新增必考內(nèi)容.2.本專題命題熱點為原子結(jié)構(gòu)、能級躍遷、原子核衰變、核反應(yīng)方程及核能的計算，題型多為選擇題.考點1|光電效應(yīng)與原子結(jié)構(gòu)(多選)(2016·黑龍江省實驗中學(xué)二模)如圖1為玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有()圖1A．電子軌道半徑減小，動能增大B．氫原子躍遷時，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線C．由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出光子的頻率最小D．金屬鉀的逸出功為2.21eV，能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條AD[氫原子從第4能級向低能級躍遷時，原子的能量減小，電子的軌道半徑減小，動能增大，電勢能減小，故A正確；能級間躍遷時輻射或吸收的光子能量必須等于兩能級間的能級差，則氫原子躍遷時，發(fā)出不連續(xù)的光譜線，故B錯誤；由n＝4躍遷到n＝1時輻射的光子能量最大，發(fā)出光子的頻率最大，故C錯誤；一群處于第4能級的氫原子躍遷到較低能級時可以放出6條光譜線，能量大于2.21eV的光譜線有4條，故D正確．]處理氫原子能級躍遷問題，應(yīng)注意以下幾點：1氫原子能量：氫原子在各個不同的能量狀態(tài)對應(yīng)不同的電子軌道，電子繞核做圓周運動的動能和系統(tǒng)的電勢能之和即為原子的能量，即En＝Ekn＋Epn.,電子繞核做圓周運動由庫侖力提供向心力，有keq\f(e2,r\o\al(2,n))＝meq\f(v\o\al(2,n),rn).電子的動能Ekn＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝eq\f(ke2,2rn).系統(tǒng)的電勢能變化根據(jù)庫侖力做功來判斷：靠近核，庫侖力對電子做正功，系統(tǒng)電勢能減??；遠(yuǎn)離核，庫侖力對電子做負(fù)功，系統(tǒng)電勢能增大.,2氫原子在躍遷時輻射或吸收光子的頻率或波長的計算：首先由能級的高低或軌道半徑的大小確定是吸收還是放出光子，然后由玻爾理論Em－En＝hν或Em－En＝heq\f(c,λ)求頻率ν或波長λ.3輻射的光譜條數(shù)：一個氫原子核外只有一個電子，在一次躍遷時只能輻射或吸收一個光子，因而只能輻射或吸收某一特定頻率的光譜.一個氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可輻射的光譜條數(shù)為N＝n－1；而一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，由于向各個低能級躍遷的可能性均存在，因此可輻射的光譜條數(shù)為N＝eq\f(nn－1,2).●考向1光電效應(yīng)規(guī)律分析1．(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生AC[產(chǎn)生光電效應(yīng)時，光的強度越大，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法A正確．飽和光電流大小與入射光的頻率無關(guān)，說法B錯誤．光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，與入射光的強度無關(guān)，說法C正確．減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，說法D錯誤．]●考向2光電效應(yīng)方程的應(yīng)用2．以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬表面逸出．強激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實．光電效應(yīng)實驗裝置如圖2所示．用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)．換用同樣頻率ν的強激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場．逐漸增大U，光電流會逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電量)()圖2A．U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．U＝2hν－W D．U＝eq\f(5hν,2e)－eq\f(W,e)B[同頻率的光照射K極，普通光不能使其發(fā)生光電效應(yīng)，而強激光能使其發(fā)生光電效應(yīng)，說明一個電子吸收了多個光子．設(shè)吸收的光子個數(shù)為n，光電子逸出的最大初動能為Ek，由光電效應(yīng)方程知Ek＝nhν－W(n≥2)；光電子逸出后克服減速電場做功，由動能定理知Ek＝eU，聯(lián)立上述兩式得U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)，當(dāng)n＝2時，B正確，其他選項均不可能．]●考向3氫原子能級躍遷3．(多選)氫原子部分能級示意圖如圖3所示，不同色光的光子能量如下表，有關(guān)處于某激發(fā)態(tài)的氫原子發(fā)射的光譜線，下列判斷正確的是()圖3不同色光光子能量范圍/eV紅橙黃1.61～2.002.00～2.072.07～2.14綠藍(lán)～靛紫2.14～2.532.53～2.762.76～3.10A.從n＝3到n＝2，發(fā)出的光譜線在紅色光范圍內(nèi)B．從n＝3到n＝2，發(fā)出的光譜線在藍(lán)～靛光范圍內(nèi)C．從n＝4到n＝3，發(fā)出的光譜線在藍(lán)～靛光范圍內(nèi)D．從n＝4到n＝3，發(fā)出的光譜線不在色光范圍內(nèi)AD[氫原子從高能級躍遷到低能級時輻射光子，從n＝3能級到n＝2能級發(fā)出光子的能量為3.40eV－1.51eV＝1.89eV，光譜線在紅光范圍內(nèi)，選項A正確，B錯誤；從n＝4能級到n＝3能級發(fā)出光子的能量為1.51eV－0.85eV＝0.66eV，為不可見光，選項C錯誤，D正確．]考點2|核反應(yīng)方程及核能的計算兩個動能均為0.35MeV的氘核對心碰撞，聚變后生成氦核，同時放出一個中子，已知氘核的質(zhì)量為3.3436×10－27kg，氦核的質(zhì)量為5.0049×10－27kg，中子質(zhì)量為1.6749×10－27kg，設(shè)聚變中放出的能量全部轉(zhuǎn)化為氦核和中子的動能，求氦核的動能是多少？【解題關(guān)鍵】(1)書寫核反應(yīng)方程應(yīng)注意質(zhì)量數(shù)，電荷數(shù)守恒．(2)對心碰撞碰撞前后各粒子運動方向在同一直線上且滿足動量守恒和能量守恒．【解析】根據(jù)題意可知聚變方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，該反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2mH－mHe－mn＝7.4×10－30kg故釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝4.16MeV兩個氘核對心碰撞時動量守恒，有mHvH－mHvH＝mHevHe－mnvn，解得eq\f(vHe,vn)＝eq\f(1,3)又兩核對心碰撞時能量守恒，有2EkH＋ΔE＝eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,He)＋eq\f(1,2)mnveq\o\al(2,n)代入數(shù)據(jù)解得EkHe＝eq\f(1,2)mHeveq\o\al(2,He)＝1.22MeV.【答案】1.22MeV1．書寫核反應(yīng)方程的原則及方法(1)無論何種核反應(yīng)方程，都必須遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒(注意：不是質(zhì)量守恒)，有些核反應(yīng)方程還要考慮能量守恒及動量守恒．(2)核反應(yīng)過程一般是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭“→”表示反應(yīng)進(jìn)行的方向，不能把箭頭寫成等號．(3)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空地只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．2．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2中Δm的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則ΔE的單位為“J”．●考向1原子核的衰變及半衰期4．(多選)靜止的鐳原子核eq\o\al(228,88)Ra經(jīng)一次α衰變后變成一個新核Rn，則下列相關(guān)說法正確的是()A．該衰變方程為eq\o\al(228,88)Ra→eq\o\al(224,86)Rn＋eq\o\al(4,2)HeB．若該元素的半衰期為τ，則經(jīng)過2τ的時間，2kg的eq\o\al(228,88)Ra中有1.5kg已經(jīng)發(fā)生了衰變C．隨著該元素樣品的不斷衰變，剩下未衰變的原子核eq\o\al(228,88)Ra越來越少，其半衰期也變短D．若把該元素放到密閉的容器中，則可以減慢它的衰變速度AB[由鐳的α衰變方程eq\o\al(228,88)Ra→eq\o\al(224,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He，可判斷A正確．由m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up12(\f(t,τ))，可知，t＝2τ時，m＝0.5kg，則已衰變的鐳為m衰＝2kg－0.5kg＝1.5kg，B正確．放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系，C、D錯誤．]●考向2核反應(yīng)方程5．(2016·全國甲卷)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【解析】α衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過程，選項E是常見的一種裂變；聚變是兩個較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，選項F是典型的核聚變過程．【答案】CABEF●考向3衰變次數(shù)的計算6．自然界里一些放射性重元素往往會發(fā)生一系列連續(xù)的衰變，形成放射系．如圖4所示為錒系圖的一部分，縱坐標(biāo)N表示中子數(shù)，則圖中U衰變成Po，經(jīng)歷了__________次α衰變，__________次β衰變．圖4【解析】由題圖得出U變?yōu)镻o時，U的中子數(shù)為143，質(zhì)子數(shù)為92，Po的中子數(shù)為131，質(zhì)子數(shù)為84，設(shè)發(fā)生x次α衰變，y次β衰變，則有235＝4x＋215,92＝2x－y＋84聯(lián)立兩方程得x＝5，y＝2.【答案】52●考向4核能的計算7．已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時()A．釋放出4.9MeV