2024年高考物理原子物理学综合专项训练（拔高卷）

2024年高考物理原子物理学综合专项训练（拔高卷） 1．发生衰变，其衰变方程为，假设衰变前核是静止的，且这个衰变是在匀强磁场中发生的，放出的粒子速度方向与磁场垂直。求 （1）核与粒子在磁场中轨迹圆的半径之比； （2）核与粒子在磁场中运动的周期之比。 2．已知氘核的质量为2.0136U，中子的质量为1.0087U， He核的质量为3.0150U，两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成 He并放出一个中子，释放的核能也全部转化为机械能．（质量亏损为1U时，释放的能量为931.5MeV．除了计算质量亏损外， He的质量可以认为是中子的3倍．） （1）写出该核反应的反应方程式； （2）该核反应释放的核能是多少？ （3）若测得反应后生成中子的动能是3.12MeV，则反应前每个氘核的动能是多少MeV？ 3．如图所示，一平行金属极板竖直置于x轴负半轴某一位置，现施加一光照使得“－极板”的电子逸出。在“+极板AB”处有一特殊网罩，它只能够接受速度以最大初动能逸出且速度方向垂直极板的电子。极板AB长度为2a，且在极板中心处开有一个长度为a的区域，电子只能从该区域水平向右射出。在原点O的正上方有一半径为a的圆形区域磁场，磁感应强度为B，且在三四象限也分布着范围足够宽的磁场，磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。若从极板AB逸出的电子均能够从O点的小孔射出。已知电子的质量为m，电荷量为e。 （1）若极板间的电压为U，“－极板”逸出功为，普朗克常量为h，求圆形区域内磁场的方向及照射光光子的频率； （2）若第三、四象限磁场的磁感应强度大小也为B，求电子从O点射出后，打在x轴的坐标范围； （3）若第三、四象限磁感应强度在（）到（）之间变化。要完全分辨从与射出的电子经O点后打在x轴的位置，则应小于多少？ 4．图中K、A是密封在真空管中的两电极，电极K受到紫外线照射时能够发射电子。K、A间的电压大小可调，电源的正、负极亦可对调（当电极A的电势高于电极K的电势时，电压为正）。保持光强不变，改变电源的正、负极，以及移动变阻器的滑片，可得图所示电流表示数I与电压表示数U之间的关系，当电压分别为和时，对应光电流的大小分别为0和，光电流的最大值为，已知电子电荷量为。 （1）求光电子的最大初动能； （2）当所加电压为时，求单位时间内由电极K发出的光电子数n； （3）一种经典模型，计算光电效应中电子获得逸出金属表面所需能量的时间的方法如下：一功率的紫外光源（可看作点光源）向四周均匀辐射能量，距离光源处放置一小块钾。假设：钾原子为球状且紧密排列，紫外光的能量连续且平稳地被这块钾正对光源的表面的原子全部吸收，并且每个原子吸收的能量全部给钾的最外层电子，使之逸出成为光电子。已知钾的逸出功、其原子半径，取元电荷。根据上述信息，计算的大小（结果保留三位有效数字）。并将计算结果与光电效应实验中“电子几乎是瞬时（约为量级）逸出金属表面的”实验结果作比较，判断上述经典模型是否合理。 5．人们把磷的放射性同位素（）作为粒子源放在水平方向的加速电场左侧，它衰变为硅核（）的同时释放一个x粒子，x粒子（初速度不计）经电压为U0的电场加速后，从A点水平向右进入竖直向下的匀强电场中，电场强度大小为E，x粒子恰好打到电场与磁场I的竖直分界线的最下方M点（未进入磁场），并被位于该处的金属片全部吸收，A、M两点的水平距离为L。从金属片溅射出的部分金属离子以不同速率沿各个方向进入照相底片下方的两个形状相同的三角形匀强磁场区域I和II ，磁场的磁感应强度大小均为B、方向如图，离子打在与水平方向夹角为45°的固定照相底片上，M点到照相底片的距离为d。已知x粒子的比荷为k1，金属离子的比荷为k2 ，忽略重力及离子间相互作用力。 （1）x粒子为何种粒子?写出磷的放射性同位素的衰变方程；求x粒子加速后的速度大小v0，以及A、M两点的高度差h； （2）若沿磁场II下边界进入的金属离子恰能在进入磁场I前打到照相底片上，求金属离子的速率v； （3）若溅射出的金属离子的速率为2v[v为第（2）问中的速率]，求在纸面内金属离子打中照相底片的长度。 6．如图为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息。在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应