【物理】2020届二轮复习光电效应原子结构与原子核作业 5页

‎1.用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)‎ A.1×1014 Hz B.8×1014 Hz C.2×1015 Hz D.8×1015 Hz 解析　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝h－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz，B正确。‎ 答案　B ‎2. 14.在核反应方程He＋N→O＋X中，X表示的是(　　)‎ A.质子 B.中子 ‎ C.电子 D.α粒子 解析　由核反应中电荷数和质量数均守恒，可知X为H，选项A正确。‎ 答案　A ‎3.如图1所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 B.由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的光频率最小 C.由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光的波长最长 D.用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应 解析　这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C＝＝6种光子，选项A错误；由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子能量最小， 所以频率最小，选项B错误；由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，选项C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV，所以照射金属铂能发生光电效应，选项D正确。‎ 答案　D 解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧 ‎(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差。‎ ‎(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。‎ ‎(3)一群原子和一个原子不同，一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N＝C＝。‎ ‎4. 一个静止的铀核U(质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(质量为228.028 7 u)。已知1 u相当于931 MeV的能量。下列说法正确的是(　　)‎ A.该核衰变反应方程为U→Th＋He B.该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeV C.该反应产生的钍核和α粒子的动量相同 D.假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017 MeV 解析　由题意可知，该核衰变反应方程为U→Th＋He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.005 9 u，释放出的核能ΔE＝Δm×931 MeV＝0.005 9×931 MeV≈5.49 MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，EkTh＝，Ekα＝，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝×ΔE＝×5.49 MeV≈0.09 MeV，选项C、D错误。‎ 答案　A ‎5.某原子K层失去一个电子后，其K层出现一个电子空位，当L层上有电子跃迁到K层填补空位时会释放一定的能量：一种情况是辐射频率为ν0的X射线；另一种情况是跃迁释放的能量被其他核外电子层的电子吸收，使电子发生电离成为自由电子。若跃迁释放的能量被M层的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，已知普朗克常量为h，则电子处于M层时原子的能级(即能量值)为(　　)‎ 图2‎ A.hν0 B.E0‎ C.E0－hν0 D.E0＋hν0‎ 解析　首先理解，核外电子层与能级不是同一概念，如氢原子只有一个核外电子层和一个电子，但氢原子有若干能级。多电子原子的电子排布由里向外依次为K、L、M、N、O、…层，电子离原子核的平均距离也越来越大，能量逐渐升高。根据题意，知L层上有电子跃迁到K层填补空位时，会释放一定的能量ΔE：一种情况是辐射频率为ν0的X射线，故ΔE＝hν0，则电子处于L层与处于K层时原子的能级差值为EL－EK＝ΔE＝hν0。设电子处于M层时原子的能量为EM，若上述电子从L层→K层跃迁释放的能量ΔE＝hν0被M层上的一个电子吸收，电离后的自由电子的动能是E0，电势能为零，则有EM＋hν0＝E0＋0，故EM＝E0－hν0，故选项C正确。‎ 答案　C ‎6.(多选)如图3甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A.由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大 B.由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压与入射光的频率有关 C.遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大 D.不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应 解析　由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和光电流越大，选项A正确；根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0＝eUc，可知入射光频率越大，光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，所以对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，选项B正确；根据最大初动能Ek＝eUc可知，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，选项C正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，选项D错误。‎ 答案　ABC ‎7.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He，下列说法正确的是(　　)‎ A. 衰变后钍核的动能等于α粒子的动能 B. 衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小 C. 铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间 D. 衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析　静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒 子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；根据Ek＝可知，选项A错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个α粒子不适用，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误。‎ 答案　B ‎8.1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X。X的原子序数和质量数分别为(　　)‎ A.15和28 B.15和30‎ C.16和30 D.17和31‎ 解析　据α粒子和中子的质量数和电荷数写出核反应方程：He＋Al→n＋X，结合质量数守恒和电荷数守恒得，A＝4＋27－1＝30，Z＝2＋13－0＝15，原子序数等于核电荷数，故B正确。‎ 答案　B ‎9.大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：H＋H→He＋n。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为(　　)‎ A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 解析　根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.003 5 u，则ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故选项B正确，A、C、D错误。‎ 答案　B ‎10.核电站是利用核裂变产生的核能来发电的，下列四个核反应方程属于核裂变反应的是(　　)‎ A.U→Th＋He B.U＋n→Ba＋Kr＋3n C.N＋He→O＋H D.H＋H→He＋n 解析　核裂变是用中子去轰击某重核，产生新核的过程。选项A中反应为α衰变；选项B中1个中子轰击铀235，产生两个中等质量的核，并且释放3个中子，这是典型的核裂变反应；选项C的反应是原子核的人工转变；选项D的反应是核聚变反应。‎ 答案　B ‎11.(多选)太阳内部发生的核反应主要是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，氢核的聚变反应可以看作是4个氢核(H)结合成1个氦核(He)。下表中列出了部分粒子的质量(1 u相当于931.5 MeV的能量)，以下选项正确的是(　　)‎ 粒子名称 质子p α粒子 电子e 中子n 质量/u ‎1.007 3‎ ‎4.001 5‎ ‎0.000 55‎ ‎1.008 7‎ A.核反应方程式为4H→He＋2e B.核反应方程式为4H→He＋2e C.4个氢核结合成1个氦核(He)时的质量亏损约为0.026 6 u D.4个氢核聚变反应过程中释放的能量约为24.8 MeV 解析　根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒可判断选项A正确，B错误；反应过程中的质量亏损Δm＝4mp－mα－2me＝0.026 6 u，故该反应过程中释放的能量ΔE＝Δm×931.5 MeV＝24.8 MeV，故选项C、D正确。‎ 答案　ACD ‎12.(多选)在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图4所示，下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A.新核为Mg B.轨迹2是新核的径迹 C.Na发生的是α衰变 D.新核沿顺时针方向旋转 解析　根据动量守恒得知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断得知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为Na→Mg＋e，可知新核为Mg，选项A正确，C错误；由题意，静止的钠核Na发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r ‎＝得知，新核的半径小于粒子的半径，所以轨迹2是新核的轨迹，选项B正确；根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，选项D错误。‎ 答案　AB ‎13. ‎ ‎ (多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是(　　)‎ A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B.入射光的频率变高，饱和光电流变大 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 解析　发生光电效应时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比，保持入射光的频率不变，使入射光的光强变大，会使饱和光电流变大，入射光的频率不能决定饱和光电流的大小，选项A正确，B错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，选项C正确；能否发生光电效应要看入射光的频率是否达到光照射的金属的极限频率，如果入射光的频率小于这种金属的极限频率，不会发生光电效应，即不会有光电流产生，选项D错误。‎ 答案　AC ‎14.(多选)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(　　)‎ A.若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub B.若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb C.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb D.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb 解析　由爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，由动能定理得Ekm＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝ hνa－ Eka＝ hνb－ Ekb，故选项D错误。‎ 答案　BC