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- 2021-05-13 发布
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第3讲 波粒二象性 原子和原子核
[历次选考考情分析]
章
知识
内容
考试要求
历次选考统计
必考
加试
2015/10
2016/04
2016/10
2017/04
2017/11
2018/04
波粒二
象性
能量量子化
b
15
光的粒子性
c
14
16
15
15
粒子的波动性
c
16
15
概率波
b
不确定性关系
b
14
原子
结构
电子的发现
a
原子的核式结构模型
b
b
18
氢原子光谱
玻尔的原子模型
c
14
14
15
14
15
15
原子核
原子核的组成
a
放射性元素的衰变
c
14
14
14
探测射线的方法
a
放射性的应用与防护
a
核力与结合能
c
16
14
14
14
核裂变
c
16
14
核聚变
c
14
粒子和宇宙
a
考点一 光电效应的规律和理解
1.光电效应
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子.
2.实验规律
(1)每种金属都有一个极限频率.
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大.
(3)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的.
(4)在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大.
3.爱因斯坦光电效应方程
18
(1)光子:光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子称为光子,频率为ν的光的能量子为hν.
(2)爱因斯坦光电效应方程
①表达式:hν=Ek+W0或Ek=hν-W0.
②物理意义:金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.
例1 (多选)如图1甲所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为某中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是( )
图1
A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同
B.光电子的最大初动能不同
C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同
D.两个光电管的Uc-ν图象的斜率可能不同
答案 ABC
解析 根据Ek=hν-W0和eUc=Ek联立得:eUc=hν-W0即Uc=-,可知,入射光的频率相同,逸出功W0不同,则遏止电压Uc也不同,故A正确.根据Ek=hν-W0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故B正确.虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同,故C正确.由Uc=-,可知,Uc-ν图象的斜率k==常数,所以两个光电管的Uc-ν图象的斜率一定相同,故D错误.
1.(多选)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用蓝色弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开了一个角度,如图2所示,则( )
18
图2
A.验电器指针带正电
B.验电器指针带负电
C.改用紫色弧光灯照射锌板时,原来不带电的验电器的指针能张开一个角度
D.改用黄色弧光灯照射锌板时,只要光足够强,原来不带电的验电器的指针一定能张开一个角度
答案 AC
解析 锌板在弧光灯照射下,发生光电效应,有光电子逸出,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,导致指针带正电,故A正确,B错误;改用紫色弧光灯照射锌板时,紫光频率大于蓝光,那么原来不带电的验电器,其指针会张开一个角度,故C正确;改用黄色弧光灯照射锌板时,黄光频率小于蓝光,不一定能发生光电效应,原来不带电的验电器的指针不一定会张开一个角度,故D错误.
2.(多选)光电效应实验中,下列表述正确的是( )
A.发生光电效应时,光照越强,光电流越大
B.入射光足够强就可以有光电流
C.遏止电压与入射光的频率有关
D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子
答案 ACD
解析 光电流的大小与光电子的多少有关,增大光的强度,可以增大光电流,光照越强,光电流越大,故A正确;无论光强多强,光照时间多长,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程可知,超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大,对应的遏止电压越大,故C正确;无论光强多强,光照时间多长,只有光的频率大于极限频率才能产生光电效应,故D正确.
3.(多选)(2018·新高考研究联盟联考)研究光电效应的实验电路图如图3a所示,其光电流与电压的关系如图b所示.则下列说法中正确的是( )
18
图3
A.若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动,光电流一定增大
B.图线甲与乙是同一种入射光,且甲的入射光强度大于乙光
C.由图可知,乙光的频率小于丙光频率
D.若将甲光换成丙光来照射锌板,其逸出功将减小
答案 BC
考点二 玻尔理论和能级
1.玻尔理论的理解
(1)电子绕核运动的半径是不连续的;
(2)电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率;
(3)实物粒子也能使原子发生能级跃迁;
(4)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的.
2.两类能级跃迁
(1)自发跃迁:高能级→低能级,释放能量,发出光子.
光子的频率ν==.
(2)受激跃迁:低能级→高能级,吸收能量.
①光照(吸收光子):光子的能量必须恰等于能级差ΔE.
②碰撞:只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收,原子被电离.
3.谱线条数的确定方法
(1)一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1.
(2)一群处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:
①用数学中的组合知识求解:N=C=.
②利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加.
例2 (多选)(2018·浙江4月选考·15)氢原子的能级图如图4所示,关于大量氢原子的能级跃迁,下列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10-7 m~7.6×10-7 m,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,真空中的光速c=3.0×108 m/s)( )
18
图4
A.氢原子从高能级跃迁到基态时,会辐射γ射线
B.氢原子处在n=4能级时,会辐射可见光
C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应
D.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时,辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89 eV
答案 BC
解析 γ射线是原子核衰变时产生的高能电磁波,与核外电子无关,故A选项错误;电子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,根据ΔE=hν=h,可得可见光光子的能量范围为1.63 eV~3.09 eV.从n=4能级跃迁到n=2能级ΔE=2.55 eV,处在可见光能量范围内,故B选项正确;从高能级向n=3能级跃迁辐射出最大能量为ΔE=1.51 eV<1.63 eV,属于红外线,具有热效应,所以C选项正确;传播速度越小,折射率越大,光子频率越大,能量越大,而从高能级向n=2能级跃迁时最大能量为3.4 eV,所以D选项错误.
4.(多选)下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法,正确的是( )
A.原子中的电子运动轨道分布是连续的
B.原子中的电子在某一定态时,电子绕原子核运动,但不向外辐射能量
C.氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时,氢原子的能量不变
D.一群氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁,最多能发出3种不同频率的光子
答案 BD
解析 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的,故A错误;原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量,故B正确;核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时,吸收一定频率的光子后,能量会增大,故C错误;氢原子向低能级跃迁时是随机的,一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多可能发出C=3种不同频率的光子,故D正确.
5.(多选)如图5所示,μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(bydrogen
18
muonatom).它在原子核物理的研究中有重要作用.图为μ氢原子的能级示意图,假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子,μ氢原子吸收光子后,发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光,且频率依次增大,则( )
图5
A.μ氢原子吸收光子后处于n=5能级
B.μ氢原子吸收光子后处于n=4能级
C.E等于h(ν6-ν4)
D.E等于h(ν5-ν2)
答案 BC
解析 由n=C=6,解得:m=4,即μ氢原子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级,然后从n=4能级向低能级跃迁,故A错误,B正确.辐射光子按能量从小到大的顺序排列为能级4到能级3,能级3到能级2,能级4到能级2,能级2到能级1,能级3到能级1,能级4到能级1.所以能量E与hν3相等,也等于h(ν1+ν2),也等于h(ν6-ν4),故C正确,D错误.
6.(多选)根据国家科技部2017年3月6日报道,迄今为止,科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子,按玻尔氢原子理论,氢原子的能级如图6所示,下列判断正确的是( )
图6
A.用光子能量为13.01 eV的光照射一群处于基态的氢原子,可观测到多种不同频率的光
B.大量处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时,可能发出6条光谱线
C.氢原子从n=4激发态跃迁到n=2激发态需要吸收光子
D.氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时,氢原子的电势能减小,电子的动能增大
答案 BD
18
解析 氢原子发生能级跃迁的能量差:-13.6 eV+13.01 eV=-0.59 eV,氢原子没有-0.59 eV的能级,故A错误;大量处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数为=6种,故B正确;氢原子由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子,故C错误;氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时,轨道半径减小,电场力做正功,氢原子电势能减小,电子的动能增大,D正确.
7.(多选)(2018·嘉兴一中期末)如图7是氢原子能级图,大量处在激发态n=5能级的氢原子向低能级跃迁,a是从n=4能级跃迁到n=2能级产生的光,b是从n=5能级跃迁到n=3能级产生的光.已知某金属的极限频率ν=5.53×1014 Hz,普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,电子电荷量e=1.6×10-19 C,则( )
图7
A.在相同的双缝干涉实验装置中,a光产生的干涉条纹间距比b光的更宽
B.a光和b光的光子动量之比为255∶97
C.用a光照射该金属时,能产生最大初动能为0.27 eV的光电子
D.在同样的玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度
答案 BC
考点三 核反应与核能
1.核反应的四种类型
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
U→Th+He
β衰变
自发
Th→Pa+ e
人工转变
人工控制
N+He→O+H(卢瑟福发现质子)
He+Be→C+n(查德威克发现中子)
Al+He→P+n
约里奥—居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子
P→Si+e
18
重核裂变
比较容易进行人工控制
U+n→Ba+Kr+3n
U+n→Xe+Sr+10n
轻核聚变
很难控制
H+H→He+n
2.对质能方程的理解
(1)一定的能量和一定的质量相联系,物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2.
方程的含义:物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系,物体的能量增大,质量也增大;物体的能量减少,质量也减少.
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其能量也要相应减少,即ΔE=Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=Δmc2.
例3 (多选)(2018·温州市期中)我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球,并用于嫦娥三号的着陆器和月球车上,核电池是通过半导体换能器,将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能.嫦娥三号采用放射性同位素Pu,静止的Pu衰变为铀核U和α粒子,并放出频率为ν的γ光子,已知Pu、U和α粒子的质量分别为mPu、mU、mα.下列说法正确的是( )
A. Pu的衰变方程为Pu→U+He+γ
B.此核反应过程中质量亏损为Δm=mPu-mU-mα
C.释放出的γ光子的能量为(mPu-mU-mα)c2
D.反应后U和α粒子结合能之和比Pu的结合能大
答案 ABD
解析 根据质量数守恒与电荷数守恒可知,Pu的衰变方程为Pu→U+He+γ,故A正确;此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差,为Δm=mPu-mU-mα,故B正确;释放的γ光子的能量为hν,核反应的过程中释放的能量:E=(mPu-mU-mα)c2,由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量,所以光子的能量小于(mPu-mU-mα)c2,故C错误;Pu衰变成U和α粒子后,释放核能,将原子核分解为单个的核子需要的能量更大,原子变得更稳定,所以反应后U和α粒子结合能之和比Pu的结合能大,故D正确.
8.(多选)(2018·绍兴市选考诊断)人类对微观世界进行探索的过程中,下列说法正确的是( )
A.G.P.汤姆孙从实验中发现了电子衍射现象,说明实物粒子也具有波动性
B.查德威克用α粒子轰击铍核发现中子的核反应为H+Be→n+C
18
C.有些元素的半衰期会随外界温度和压强的改变而略微改变
D.一般化学反应只是核外电子的改变,而核反应则是原子核的改变.所以一般化学反应能量改变比核反应小
答案 AD
9.(多选)C能自发地进行β衰变,下列判断正确的是( )
A.C经β衰变后变成C
B.C经β衰变后变成N
C.C发生β衰变时,原子核内一个质子转化成中子
D.C发生β衰变时,原子核内一个中子转化成质子
答案 BD
解析 发生β衰变时,原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,所以每发射一个β粒子,一个中子转化为质子,依据质量数与电荷数守恒,则有C→N+e,故B、D正确,A、C错误.
10.(多选)(2018·浙江4月选考·14)下列说法正确的是( )
A.组成原子核的核子越多,原子核越稳定
B.U衰变为Rn经过4次α衰变,2次β衰变
C.在LC振荡电路中,当电流最大时,线圈两端电势差也最大
D.在电子的单缝衍射实验中,狭缝变窄,电子动量的不确定量变大
答案 BD
解析 比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢靠,原子核越稳定,故A错误;U衰变为Rn,质量数减少16,电荷数减少6,由于原子核经过一次α衰变,质子数减少2,质量数减少4,经过一次β衰变,质子数增加1,质量数不变.所以有:α衰变次数m==4;β衰变次数n==2,所以B正确;当线圈两端电势差最大时,电流变化率最大,此时电流为0,故C错误;在电子的单缝衍射实验中,狭缝越窄,屏上中央亮条纹越宽,即能更准确地测得电子的位置.根据不确定性关系ΔxΔp≥,电子动量的不确定量变得更大,故D正确.
11.(多选)目前核电站都是利用铀核裂变释放大量核能进行发电,其发生的核反应方程是U+n→Ba+Kr+Xn,一座发电功率为P=1.00×106 kW的核电站,核能转化为电能的效率η=50%,每次核反应过程中放出的核能ΔE=2.78×10-11 J,铀核的质量mU=390×10-27 kg,则下列说法正确的是( )
A.X=3
B.每年核电站消耗U的能量约为6.3×1016 J
18
C.每年消耗U的数目约为2.27×1024个
D.每年消耗U的质量约为885 kg
答案 ABD
解析 根据核反应方程遵循质量数和电荷数守恒知,X=3,A正确;因核电站发电效率为50%,则核电站消耗U的功率为P′==2.00×106 kW,核电站每年消耗U的能量为W=P′t=2.00×109×365×24×3 600 J≈6.3×1016 J,B正确;产生这些能量消耗的铀核的数目:n==≈2.27×1027(个),C错误;每年消耗U的质量为M=nmU=2.27×1027×390×10-27 kg≈885 kg,D正确.
专题强化练
1.(多选)(2018·七彩阳光联盟期中)下列说法正确的是( )
A.光的偏振现象说明光是横波
B.氢原子光谱规律的发现揭示了氢原子的波动性
C.一个光子与一个静止的电子碰撞而被散射,散射光子的波长大于原来光子的波长
D.在光电效应实验中,用频率为ν的光照射光电管阴极,发生了光电效应,形成的光电流与加在光电管阴极和阳极的电压成正比
答案 AC
2.下列说法正确的有( )
A.用红光照射某金属表面时发生光电效应,改用紫光照射时也一定能发生光电效应
B.用紫光照射某金属表面时发生光电效应,改用红光照射时也一定能发生光电效应
C.原子核放出β粒子后,转变成新核所对应的元素是原来元素的同位素
D.改变压强、温度可改变放射性元素的半衰期
答案 A
3.(多选)(2018·台州市3月选考)关于天然放射现象,下列说法正确的是( )
A.U经过7次α衰变和4次β衰变后得到Pb
B.将放射性元素掺杂到其他稳定元素中,其半衰期不变
C.β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变成中子时产生的
D.在α、β、γ这三种射线中,α射线的电离能力最强,γ射线的穿透能力最强
答案 ABD
4.(多选)(2017·浙江4月选考·14)下列说法正确的是( )
18
A.β、γ射线都是电磁波
B.原子核中所有核子单独存在时质量总和大于该原子核的总质量
C.在LC振荡电路中,电容器刚放电时,电容器极板上电荷量最多,回路电流最小
D.处于n=4激发态的氢原子共能辐射出4种不同频率的光子
答案 BC
解析 β射线为高速电子流,不是电磁波,选项A错误.原子核的总质量小于组成它的所有核子的质量之和,选项B正确.LC振荡电路中,电容器开始放电时,由于自感线圈的阻碍作用,因此回路电流从小变大,选项C正确.大量处于n=4激发态的氢原子可以放出C=6种不同频率的光子,单个处于n=4激发态的氢原子最多可以放出3种不同频率的光子,故选项D错误.
5.(多选)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1>λ2>λ3).分别用这三束光照射同一种金属.已知用光束2照射时,恰能产生光电子.下列说法正确的是( )
A.用光束1照射时,不能产生光电子
B.用光束3照射时,不能产生光电子
C.用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多
D.用光束2照射时,光越强,产生的光电子的最大初动能越大
答案 AC
解析 依据波长与频率的关系:λ=,因λ1>λ2>λ3,那么ν1<ν2<ν3;由于用光束2照射时,恰能产生光电子,因此用光束1照射时,不能产生光电子,而光束3照射时,一定能产生光电子,故A正确,B错误;用光束2照射时,光越强,单位时间内产生的光电子数目越多,而由光电效应方程:Ek=hν-W0,可知,光电子的最大初动能与光的强弱无关,故C正确,D错误.
6.(多选)在研究某金属的光电效应现象时,发现当入射光的频率为ν时,其遏止电压为U.已知普朗克常数为h,电子电荷量大小为e,下列说法正确的是( )
A.该金属的截止频率为ν-
B.该金属的逸出功为eU-hν
C.增大入射光的频率,该金属的截止频率增大
D.增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大
答案 AD
解析 根据光电效应方程Ek=hν-hν0和eU=Ek得:ν0=ν-,故A正确.根据光电效应方程Ek=hν-W0和eU=Ek得,W0=hν0=hν-eU,故B错误.金属的截止频率与入射光的频率无关,故C错误.根据光电效应方程Ek=hν-W0和eU=Ek得eU=hν-W0
18
,可知,增大入射光的频率,该金属的遏止电压增大,故D正确.
7.(多选)氢原子的部分能级如图1所示,已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间.由此可推知,氢原子( )
图1
A.从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短
B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光
C.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高
D.从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光
答案 AD
解析 从高能级向n=1能级跃迁时,辐射的光子能量最小为10.2 eV,大于可见光的光子能量,则波长小于可见光的波长,故A正确.从高能级向n=2能级跃迁时辐射的光子能量最大为3.4 eV, 大于可见光的能量,故B错误.从高能级向n=3能级跃迁时辐射的光子能量最大为1.51 eV,小于可见光的光子能量,故C错误.从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光子能量为1.89 eV,在可见光能量范围之内,故D正确.
18
8.(多选)(2018·台州中学统练)下列有关说法正确的是( )
A.铀核发生α衰变时,释放出α粒子和一定的能量,目前核电站利用的就是这一自发释放的能量
B.如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应,改用红光一定不能发生光电效应
C.氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,会释放出一定频率的光子
D.机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性
答案 CD
解析 核电站利用的是铀核的裂变反应释放的能量,选项A错误;紫光的频率大于红光,如果利用紫光照射某种金属可以发生光电效应,改用红光不一定能发生光电效应,选项B错误;氢原子由较高能级跃迁到较低能级时,会释放出一定频率的光子,选项C正确;机械波和电磁波都具有干涉、衍射的特性,选项D正确.
9.(多选)(2018·新高考研究联盟联考)如图2所示的几幅图的有关说法中正确的是( )
图2
A.甲图中少数α粒子发生了较大角度偏转,是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上
B.乙图中射线丙由α粒子组成,每个粒子带两个单位正电荷,射线乙不带电,一定是高速运动的中子流
C.丙图中强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点,说明对于同种颜色的光发生光电效应时最大初动能与光的强度无关
D.丁图为粒子通过气泡室时的照片,通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况
答案 ACD
解析 题图甲中少数α粒子发生了较大角度偏转,是由于原子的全部正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上,选项A正确;题图乙中射线丙向右偏转,由左手定则可知,它由α粒子组成,每个粒子带两个单位正电荷;射线乙不偏转,故不带电,是γ射线,选项B错误;根据eUc=Ek=hν-W0,当强黄光和弱黄光曲线交于U
18
轴同一点,说明对于同种颜色的光发生光电效应时最大初动能与光的强度无关,故C正确;由图和根据玻尔理论知道,通过照片可以分析粒子的动量、能量及带电情况,故D正确.
10.(多选)(2018·名校协作体3月选考)下面表格中给出了一些金属材料的逸出功:
材料
铯
铍
钙
钛
逸出功(10-19 J)
3.0
6.2
5.1
6.6
现用波长为330~400 nm(1 nm=10-9 m)的紫外线光照射上述材料,能产生光电效应的材料(普朗克常量h=6.6×10-34 J·s,光速c=3.0×108 m/s)( )
A.铯 B.铍 C.钙 D.钛
答案 AC
11.(多选)已知氢原子的能级如图3所示,下列说法正确的有( )
图3
A.使n=2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4 eV的能量
B.氢原子由n=3能级跃迁到n=2能级,放出光子,能量增加
C.处于基态的氢原子吸收能量为10.2 eV的光子跃迁到n=4激发态
D.大量处于n=3激发态的氢原子会辐射出3种不同频率的光
答案 AD
12.(多选)(2018·宁波市3月选考)氢原子的部分能级如图4所示,大量处于n=2激发态的氢原子从一束单一频率的光中吸收了能量后,跃迁到某较高激发态,再向低能级跃迁时,可以发出6种不同频率的光子(频率从高到低依次为:ν1、ν2、ν3、ν4、ν5、ν6),则下列说法正确的是( )
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图4
A.入射光的频率为(ν5+ν6)
B.发出的6种光子,在真空中衍射本领最大的是ν1
C.ν3光子照射逸出功为3.34 eV的锌板产生的光电子的最大初动能为6.86 eV
D.发出的6种光子在水中传播时,速度最大的是ν1
答案 AC
解析 可放出6种不同频率的光子,说明氢原子吸收光子后处在n=4能级,从n=2到n=4吸收光频率应为ν5+ν6,故A正确;衍射本领最大的应是波长最长、频率最小的ν6,故B错误;ν3光子能量是hν3=E2-E1=10.2 eV,由Ek=hν3-W0=6.86 eV,故C正确;在水中传播速度最大的是ν6,D错误.
13.(多选)(2018·七彩阳光联盟期中)裂变反应是目前核能利用中常用的反应,以原子核U为燃料的反应堆中,当U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式,其中一种可表示为
U + n → Xe + Sr+X
235.043 9 1.008 7 138.917 8 93.915 4
反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位),已知1 u的质量对应的能量为9.3×102 MeV,则( )
A.此反应方程式中的X是2n
B.此反应释放出的能量约为1.8×102 MeV
C.此反应前后能量守恒
D.此反应前后动量不守恒
答案 BC
14.(多选)一群氢原子从n=3的能级向低能级跃迁时,放出光子的最大能量为E,已知氢原子处于基态时能量为E1,氢原子各能级的关系为En=(n=1,2,3…),则这群氢原子( )
A.跃迁时可以放出6种不同能量的光子
B.由n=2的能级向基态跃迁时放出光子的能量小于E
C.由n=3的能级向n=2的能级跃迁时放出光子的能量等于
D.由n=2的能级向基态跃迁时吸收光子的能量为
答案 BC
解析 大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子,故A错误;从n=3的能级向基态跃迁时,放出光子的最大能量为E,即为E=-E1=-E1,则n
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=2的能级向基态跃迁时放出光子的能量,为:E′=-E1=-E1=E,小于E,故B正确,D错误;当n=3的能级向n=2的能级跃迁时放出光子的能量,为:E″=-=-E1=,故C正确.
15.(多选)(2018·新高考研究联盟联考)氢原子能级图如图5甲所示,一束光子能量为12.75 eV的单色光照射处于基态的一群氢原子上,这群氢原子吸收光子后处于激发态,并能发出一系列的光子,发出的光子束照到逸出功为3.7 eV的金属镁表面,部分入射光使镁发生了光电效应,若能使镁发生光电效应的其中一种频率的光为a光,不能使镁发生光电效应的其中一种频率的光为b光,则下列有关说法中正确的有( )
图5
A.氢原子吸收光子后所发出的光子频率有6种
B.有三种不同频率的光子可使镁发生光电效应
C.a光和b光同时入射到同一平行玻璃砖中,如乙图所示,a光有可能在B界面处发生全反射,b光不可能
D.a、b光用同一装置进行双缝干涉实验,b光的明暗相间的条纹间距更小
答案 AB
16.(多选)(2017·温州市十校高三期末)小宇同学参加学校科技嘉年华,设计了一个光电烟雾探测器,如图6,S为光源,有一束光束,当有烟雾进入探测器时,来自S的光会被烟雾散射进入光电管C,当光射到光电管中的钠表面(钠的极限频率为6.00×1014Hz),会产生光电子,当光电流大于10-8 A时,便会触发报警系统报警.下列说法正确的是( )
图6
A.要使该探测器正常工作,光源S发出的光波波长不能小于0.5 μm
B.光源S发出的光波能使光电管发生光电效应,那么光源越强,光电烟雾探测器灵敏度越高
C.光束遇到烟雾发生散射是一种折射现象
D.若5%射向光电管C的光子会发生光电子,当报警器报警时,每秒射向C
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钠表面的光子最少数目是1.25×1012个
答案 BD
解析 根据Ek=hν-W0=-hν0.光源S发出的光波最大波长:λmax== m=5×10-7 m=0.5 μm,即要使该探测器正常工作,光源S发出的光波波长不能大于0.5 μm,故A错误;光源S发出的光波能使光电管发生光电效应,那么光源越强,被烟雾散射进入光电管C的光越多,越容易探测到烟雾,即光电烟雾探测器灵敏度越高,故B正确;光束遇到烟雾发生散射是一种反射现象,故C错误;光电流等于10-8 A时,每秒产生的光电子的个数:n===6.25×1010个,每秒射向C钠表面的光子最少数目:N===1.25×1012 个,故D正确.
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