2024高中物理一輪復(fù)習(xí)20原子物理含解析新人教版

PAGE7-原子物理考點分析考點分析記住幾個二級結(jié)論：(1)遏止電壓Uc與入射光頻率ν、逸出功W0間的關(guān)系式：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)。(2)截止頻率νc與逸出功W0的關(guān)系：hνc－W0＝0，據(jù)此求出截止頻率νc。(3)光照引起的原子躍遷，光子能量必需等于能級差；碰撞引起的躍遷，只須要實物粒子的動能大于(或等于)能級差。(4)大量處于定態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時可能產(chǎn)生的光譜線條數(shù)：Cn2＝eq\f(nn－1,2)。(5)磁場中的衰變：外切圓是α衰變，內(nèi)切圓是β衰變，半徑與電荷量成反比。(6)平衡核反應(yīng)方程：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒。例1．(2024?全國I卷?14)氫原子能級示意圖如圖所示，光子能量在1.63eV～3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n＝1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應(yīng)給氫原子供應(yīng)的能量為()A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【解析】因為可見光光子的能量范圍是1.63～3.10eV，所以氫原子至少要被激發(fā)到n＝3能級，要給氫原子供應(yīng)的能量最少為E＝(－1.51＋13.60)eV＝12.09eV，即選項A正確。【答案】A例2．(2024?全國II卷?15)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子－質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為：4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν。已知eq\o\al(1,1)H和eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量分別為mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/c2，c為光速．在4個eq\o\al(1,1)H轉(zhuǎn)變成1個eq\o\al(4,2)He的過程中，釋放的能量約為()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV【解析】核反應(yīng)質(zhì)量虧損Δm＝4×1.0078u－4.0026u＝0.0286u，釋放的能量ΔE＝0.0286×931MeV＝26.6MeV，選項C正確?！敬鸢浮緾提分訓(xùn)練提分訓(xùn)練1．關(guān)于近代物理的學(xué)問，下列說法正確的是()A．查德威克發(fā)覺質(zhì)子的核反應(yīng)方程為eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB．β衰變就是原子核內(nèi)的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€中子和電子，電子被釋放出來C．鈾核裂變的一種核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋2eq\o\al(1,0)nD．若氫原子從n＝6的能級向n＝1的能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)【答案】D【解析】發(fā)覺質(zhì)子的是盧瑟福，故A錯誤；β衰變實質(zhì)是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子并以β射線的形式釋放出一個電子，故B錯誤；鈾核須要俘獲一個慢中子才能發(fā)生裂變，其中的一種核反應(yīng)方程eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，故C錯誤；依據(jù)玻爾理論可知，氫原子從n＝6的能級向n＝1的能級躍遷時輻射出的光子的能量大于氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光子的能量，結(jié)合光電效應(yīng)發(fā)生的條件可知，若氫原子從n＝6的能級向n＝1的能級躍遷時輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n＝6的能級向n＝2的能級躍遷時輻射出的光也不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。2．如圖所示為氫原子的能級圖，現(xiàn)有一群處于n＝3能級的激發(fā)態(tài)的氫原子，則下列說法正確的是()A．能發(fā)出6種不同頻率的光子B．波長最長的光是氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的C．發(fā)出的光子的最小能量為12.09eVD．處于該能級的氫原子至少需汲取1.51eV能量的光子才能電離【答案】D【解析】一群處于n＝3能級的激發(fā)態(tài)的氫原子能發(fā)出Ceq\o\al(2,3)＝3種不同頻率的光子，選項A錯誤；由輻射條件知氫原子由n＝3能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子頻率最大，波長最短，選項B錯誤；發(fā)出的光子的最小能量為E3－E2＝1.89eV，選項C錯誤；n＝3能級對應(yīng)的氫原子能量是－1.51eV，所以處于該能級的氫原子至少需汲取1.51eV能量的光子才能電離，故選項D正確。3．下列說法正確的是()A．eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋X中X為中子，核反應(yīng)類型為衰變B．eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋Y中Y為中子，核反應(yīng)類型為人工核轉(zhuǎn)變C．eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋K，其中K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變D．eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋Z，其中Z為氫核，核反應(yīng)類型為輕核聚變【答案】C【解析】核反應(yīng)方程eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，放出的是α粒子，這是α衰變，故A錯誤；eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋Y中Y為中子，核反應(yīng)類型為輕核聚變，故B錯誤；裂變是重核汲取一個慢中子后分裂成兩個或兩個以上的中等質(zhì)量的原子核的過程，依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知，裂變方程中裂變的核反應(yīng)可能為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋K，其中K為10個中子，核反應(yīng)類型為重核裂變，故C正確；核反應(yīng)方程eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋Z是人工核反應(yīng)方程，不是輕核聚變，故D錯誤。4．eq\o\al(66,29)Cu是銅的一種同位素，探討發(fā)覺eq\o\al(66,29)Cu具有放射性，其發(fā)生衰變時伴有γ光子輻射，衰變方程為eq\o\al(66,29)Cu→eq\o\al(62,27)Co＋eq\o\al(4,2)He，則下列說法中正確的是()A．γ光子是衰變過程中eq\o\al(66,29)Cu核輻射的B．8個eq\o\al(66,29)Cu核在經(jīng)過2個半衰期后，肯定還有2個eq\o\al(66,29)Cu核未發(fā)生衰變C．由于衰變時有能量釋放，所以eq\o\al(62,27)Co比eq\o\al(66,29)Cu的比結(jié)合能小D．原子核的自然放射現(xiàn)象說明原子核是可分的【答案】D【解析】衰變時，蘊(yùn)含在eq\o\al(66,29)Cu核內(nèi)的能量會釋放出來，使產(chǎn)生的新核eq\o\al(62,27)Co處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)它向低能級躍遷時輻射出γ光子，故選項A錯誤；半衰期是統(tǒng)計規(guī)律，對大量的原子核適用，對少數(shù)原子核不適用，故選項B錯誤；由于衰變時有能量釋放，所以eq\o\al(62,27)Co比eq\o\al(66,29)Cu的比結(jié)合能大，故選項C錯誤；原子核的自然放射現(xiàn)象說明原子核內(nèi)部具有困難結(jié)構(gòu)，并且說明原子核是可分的，故選項D正確。5．已知真空中的光速c＝3.0×108m/s，下列說法正確的是()A．鉍210的半衰期是5天，經(jīng)過10天，32個鉍210衰變后還剩下8個B．用中子轟擊鈾核的核反應(yīng)方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n―→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，屬于原子核的衰變C．若核反應(yīng)eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(1,1)H―→eq\o\al(2,1)H釋放出2.2MeV能量，該過程質(zhì)量虧損為3.9×10－30kgD．某原子核eq\o\al(A,Z)X汲取一個中子后，放出一個電子，最終分裂為兩個α粒子，則A＝7，Z＝2【答案】C【解析】半衰期是針對大量原子核的衰變行為的統(tǒng)計規(guī)律，少數(shù)原子核不適用此規(guī)律，選項A錯誤；eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n―→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n是原子核的裂變，選項B錯誤；依據(jù)ΔE＝Δmc2，可得Δm＝3.9×10－30kg，選項C正確；核反應(yīng)方程為eq\o\al(A,Z)X＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(0,－1)e＋2eq\o\al(4,2)He，依據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知A＋1＝8，Z＋1＝4，則A＝7，Z＝3，選項D錯誤。6．很多狀況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動產(chǎn)生的，因此光譜探討是探究原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。利用氫氣放電管可以獲得氫原子光譜，依據(jù)玻爾理論可以很好地說明氫原子光譜的產(chǎn)朝氣理。已知氫原子的基態(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2，3，4，…。1885年，巴爾末對當(dāng)時已知的在可見光區(qū)的四條譜線做了分析，發(fā)覺這些譜線的波長能夠用一個公式表示，這個公式寫作eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))，n＝3，4，5，…，式中R叫做里德伯常量，這個公式稱為巴爾末公式。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則里德伯常量R可以表示為()A．－eq\f(E1,2hc)B．eq\f(E1,2hc)C．－eq\f(E1,hc)D．eq\f(E1,hc)【答案】C【解析】若氫原子從n>2的能級躍遷到n＝2的能級，由玻爾理論可得eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,22)＝hν＝eq\f(hc,λ)，依據(jù)巴爾末公式，氫原子由n>2的能級躍到n＝2的能級，放出的譜線的波長滿意eq\f(1,λ)＝R(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))，以上兩式相比較可得－E1＝hcR，故里德伯常量R可以表示為R＝－eq\f(E1,hc)，選項C正確。7．科學(xué)家對氫光譜可見光區(qū)的四條譜線進(jìn)行了分析，發(fā)覺這些譜線的波長可以用公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))來表示。關(guān)于此公式，下列說法正確的是()A．該公式是玻爾首先通過對光譜的分析得到的閱歷公式B．公式中R為普朗克常量C．公式中n的取值范圍為自然數(shù)D．公式中n越大，輻射出的光子能量越大【答案】D【解析】公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))是巴爾末通過對氫原子的光譜分析總結(jié)出來的閱歷公式，公式中的R叫做里德伯常量，選項A、B錯誤；公式中n的取值范圍n＝3，4，5，…，選項C錯誤；公式中n越大，得出的光的波長λ越短，由ν＝eq\f(c,λ)可知，對應(yīng)的光的頻率越大，由E＝hν可知，光子能量E越大，選項D正確。8．如圖所示，在探討光電效應(yīng)試驗的電路中，設(shè)光電管陰極K的逸出功為W0，電源的電動勢E＝4.0V，內(nèi)阻可忽視。滑動變阻器的金屬絲電阻勻稱，總有效長度為L。滑動觸頭P置于金屬電阻絲的正中心c點，閉合開關(guān)，用光子能量為3.5eV的一束單色光照耀光電管陰極K，發(fā)覺靈敏電流計示數(shù)不為零；將滑動觸頭P從c點向左移動eq\f(1,4)L，電流計示數(shù)剛好減小到零。若將滑動觸頭P從c點向右移動eq\f(1,4)L，光電子到達(dá)陽極A的最大動能為Ekmax，則()A．W0＝2.5eV，Ekmax＝1.0eVB．W0＝2.5eV，Ekmax＝2.0eVC．W0＝1.0eV，Ekmax＝1.0eVD．W0＝1.0eV，Ekmax＝2.0eV【答案】B【解析】入射光的光子能量ε＝hν＝3.5eV，陰極K的逸出功為W0，則逸出光電子的最大初動能Ek1＝hν－W0；P從c點向左移動eq\f(1,4)L，光電管上加有反向電壓U＝eq\f(1,4)E＝1.0V，電流計示數(shù)剛好減小到零，故－eU＝0－Ek1，Ek1＝1.0eV，W0＝3.5eV－1.0eV＝2.5eV；觸頭P從c點向右移動eq\f(1,4)L時，光電管上加有正向電壓U′＝eq\f(1,4)E＝1.0V，則光電子到達(dá)陽極A的最大動能Ekmax＝Ek1＋eU′＝2.0eV，故選項B正確。9．(多選)如圖所示為氫原子的能級結(jié)構(gòu)示意圖，一群氫原子處于n＝3的激發(fā)態(tài)，在向較低能級躍遷的過程中向外輻射出光子，用這些光子照耀逸出功為2.49eV的金屬鈉。下列說法正確的是()A．這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光，其中從n＝3能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出的光波長最長B．這群氫原子在輻射光子的過程中電子繞核運(yùn)動的動能減小，電勢能增大C．能讓金屬鈉發(fā)生光電效應(yīng)的光只有一種D．金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能是9.60eV【答案】AD【解析】依據(jù)Ceq\o\al(2,3)＝3知，這群氫原子能輻射出三種不同頻率的光子，從n＝3向n＝2躍遷的光子頻率最小，波長最長，故A正確；氫原子輻射光子的過程中，能量減小，軌道半徑減小，依據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)和Ek＝eq\f(1,2)mv2，可知電子動能增大，則電勢能減小，故B錯誤；只有從n＝3躍遷到n＝1，以及從n＝2躍遷到n＝1輻射的光子能量大于逸出功，所以能發(fā)生光電效應(yīng)的光有兩種，故C錯誤；從n＝3躍遷到n＝1輻射的光子能量最大，發(fā)生光電效應(yīng)時，產(chǎn)生的光電子最大初動能最大，光子能量最大值為13.6eV－1.51eV＝12.09eV，依據(jù)光電效應(yīng)方程得Ekm＝hν－W0＝12.09eV－2.49eV＝9.60eV，故D正確。10．(多選)關(guān)于原子和原子核的學(xué)問，下列說法正確的是()A．α粒子散射試驗表明，原子是可分的B．依據(jù)玻爾理論可知，氫原子從高能級向低能級躍遷時，可以輻射各種不同頻率的光子C．原子核的結(jié)合能越大，原子核越堅固D．原子核發(fā)生β衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)會增多【答案】AD【解析】盧瑟福由α粒子散射試驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型：在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間里圍著核旋轉(zhuǎn)，原子核式模型即原子是可分的，故A正確；依據(jù)玻爾理論可知，氫原子從高能級向低能級躍遷時，可以輻射一系列不同頻率的光子，選項B錯誤；原子核的比結(jié)合能越大，原子核越堅固，選項C錯誤；經(jīng)過一次β衰變，電荷數(shù)多1，質(zhì)量數(shù)不變，質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù)，則質(zhì)子數(shù)增加1，故D正確。11．(多選)氚核發(fā)生β衰變過程中除了產(chǎn)生β粒子和新核外，還會放出不帶電且?guī)缀鯖]有靜止質(zhì)量的反中微子νeq\o(e,\s\up6(－))。某次云室中靜止的氚核發(fā)生β衰變后，產(chǎn)生的反中微子和β粒子的運(yùn)動方向在一條直線上，設(shè)反中微子的動量為p1，β粒子的動量為p2，則()A．上述核反應(yīng)方程為eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(0,－1)e＋eq\o\al(3,2)He＋νeq\o(e,\s\up6(－))B．氚核內(nèi)部某個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時放出β粒子C．β粒子在云室