第11讲 光电效应 原子结构和原子核-2025年高中物理二轮复习解密（浙江选考专用）

第11讲 光电效应 原子结构和原子核 高考对于这部分知识点主要以具体事例和科技的最新成果为背景进行命题。主要考查的知识点有：①光电效应方程和图像；②氢原子光谱和玻尔的原子模型；③原子核的衰变；④核反应和核能的计算等。 一、光电效应及其规律 1.爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 2.最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 3.逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。 4.Ek－ν图线：是一条倾斜直线，但不过原点，如图所示。 (1)横轴截距表示极限频率； (2)纵轴截距的绝对值表示逸出功； (3)图线的斜率表示普朗克常量h。 二、原子结构与玻尔理论 三、原子核及其衰变 四、核反应　核能的计算 五、方法指导 （1）光电效应的研究思路 （2）一个氢原子能级跃迁与一群氢原子能级跃迁的区别 1.一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为N＝C＝。 2.一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。 （3）计算核能的几种方法 1.根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。 2.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。 3.如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。 题型1选考真题探秘 1. （2024•浙江）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于n＝3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为ν31、ν32和ν21的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h，光速为c。正确的是（　　） A．频率为ν31的光，其动量为 B．频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置，均产生光电子，其最大初动能之差为hν32 C．频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为l的干涉装置，产生的干涉条纹间距之差为 D．若原子从n＝3跃迁至n＝4能级，入射光的频率ν34′ 2. （2024•浙江）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 3. （2024•浙江）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n＝3、4、5、6……用Hδ和Hγ光进行如下实验研究，则（　　） A．照射同一单缝衍射装置，Hδ光的中央明条纹宽度宽 B．以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，Hδ光的侧移量小 C．以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多 D．相同光强的光分别照射同一光电效应装置，Hγ光的饱和光电流小 4. （2024•浙江）发现中子的核反应方程为→X，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为型→正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子n的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 5. （2024•浙江）已知氘核质量为2.0141u，氚核质量为3.0161u，氦核质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol﹣1，氘核摩尔质量为2g•mol﹣1，1u相当于931.5MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式为 B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到10﹣10m就能发生核聚变 D．4g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025MeV 题型2光电效应问题 6. （2024•杭州二模）下列有关光电效应的说法错误的是（　　） A．爱因斯坦提出了光电效应理论 B．甲图实验中让锌板带负电，光照后，验电器张角会变小 C．乙图中光电子到达A板的速度越大，则光电流越大 D．乙图光电流的大小与入射光束的光强有关 7. （2024•嘉兴一模）如图所示为研究光电效应和霍尔效应的装置示意图。光电管和霍尔片串联，霍尔片的长、宽、高分别为a、b、c，该霍尔片放在磁感应强度大小为B、方向平行于c边的匀强磁场中。闭合电键S，入射光照到阴极时，电流表A显示的示数为I，该电流I在霍尔片中形成沿电流方向的恒定电场为E，电子在霍尔片中的平均速度v＝μE，其中电子迁移率μ为已知常数。电子电量为e，电子的质量为m。霍尔片单位体积内的电子数为n，则（　　） A．霍尔片前后侧面的电压为 B．霍尔片内的电场强度为 C．通过调节滑动变阻器，可以使电流表的示数减为零 D．当滑动变阻器滑片右移后，单位时间到达光电管阳极的光电子数一定大于 8. （2024•浙江模拟）用各种频率的光照射两种金属材料得到遏止电压Uc随光的频率ν变化的两条图线1、2，图线上有P和Q两点。下列说法正确的是（　　） A．图线1、2一定平行 B．图线1对应金属材料的逸出功大 C．照射同一金属材料，用Q对应的光比P对应的光产生的饱和电流大 D．照射同一金属材料，用P对应的光比Q对应的光溢出的电子初动能大 9. （2024•浙江模拟）用如图所示装置研究光电效应现象．某单色光照射光电管阴极K，能发生光电效应．闭合S，在A和K间加反向电压，调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰好为零，此电压表示数U称为反向截止电压．根据U可计算光电子的最大初动能Ekm．分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得的反向截止电压分别为U1和U设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中不正确的是（　　） A．频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度是 B．阴极K金属的逸出功W＝hν1﹣eU1 C．阴极K金属的极限波长小于 D．普朗克常数h 10. （2024•绍兴二模）如图所示，波长为λ的光子照射逸出功为W的金属表面，由正极板中央P点逸出的光电子（电荷量为e）经由电压为U的平行电极板作用后，最后经由负极板上方的小孔Q飞出。已知正负极板相距L，小孔Q与负极板中心相距D。假设小孔不影响电场的分布和电子的运动，W+eU，下列说法正确的是（　　） A．P点逸出的光电子初动能一定为W B．从Q点飞出的电子动能最大值为W﹣eU C．从Q点飞出的电子动能一定大于 D．若正负极互换但电压大小不变，则从Q点飞出的电子动能一定等于W+eU 题型3原子结构 11. （2024•金华二模）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，且太阳辐射硬X射线的总功率为P。卫星探测仪镜头正对着太阳，已知卫星探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则卫星探测仪镜头每秒接收到该种光子数为（　　） A． B． C． D． 12. （2024•浙江模拟）下列说法正确的是（　　） A．在LC振荡电路中，若仅把电容器的电容变为原来的4倍，则振荡周期变为原来的一半 B．若铀元素的半衰期为τ，则经过时间τ，8个铀核中一定有4个发生了衰变 C．大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强 D．乒乓球容易快速抽杀，是由于乒乓球的惯性较小 13. （2024•镇海区校级模拟）硼（B）中子俘获是先进的癌症治疗手段。核反应方程为：。下列说法正确的是（　　） A．X为氦核 B．X的电离能力比γ射线弱 C．由电子与质子组合而成 D．反应后的新核处于高能级，向低能级跃迁时会放出电子 14. （2024•镇海区校级模拟）2023年8月24日，日本政府不顾国际舆论启动了福岛核电站核污染水排海。据悉核污水中多达64种放射性元素，其中影响危害最大的是碳14和碘129。碳14的半衰期约5370年，碘129的半衰期更长，约1570万年。碳14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．上述衰变方程中Y为质子 B．Y粒子对应的射线可以穿透几毫米厚的铝板 C．的比结合能比碳14的要小 D．核污水排入大海中，浓度下降可以导致核废料半衰期变长 15. （2024•金东区校级模拟）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（　　） A．核聚变的核反应燃料主要是铀235 B．核聚变反应过程中没有质量亏损 C．氘氚核聚变的核反应方程为 D．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能少 16. （2024•浙江模拟）π+介子会发生衰变，反应方程式为π+→μ++vμ，即生成一个μ+介子和一个vμ中微子。在云室中观测到π+介子衰变时产生部分粒子的轨迹如图。轨迹所在平面与磁场垂直，两段圆弧相切于P点，且rπ+：rμ+＝2：1。则μ+和vμ粒子的动量之比为（　　） A．3：1 B．1：2 C．2：1 D．1：3 1. （2024•镇海区校级模拟）如图所示，水平固定放置折射率为的等腰三角形玻璃砖，底角为30°。两束功率同为P的激光在与底边中垂线对称的位置，垂直底边射入玻璃砖，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．经过玻璃砖的BC界面时，单份光子能量发生变化 B．左侧激光从玻璃砖AB边射出的方向与竖直方向夹角为60° C．该玻璃砖所受激光对它的作用力大小为 D．若在此玻璃砖BC边涂上有某种黑体材料，则该玻璃砖所受激光对它的作用力大小为 2. （2024•西湖区校级模拟）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以0.1W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光，眼睛最远在多大距离能够看到这个光源。假设瞳孔在暗处的直径为4mm，且不计空气对光的吸收。普朗克常数h＝6.63×10﹣34J•S（　　） A．2×105m B．2×107m C．4×106m D．4×108m 3. （2024•浙江模拟）一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件，即mvnrn＝n，式中n称为量子数，可取整数值1、2、3、…，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为e，当它们之间的距离为r时，电子偶素的电势能Ep，则关于电子偶素处在基态时的能量，下列说法中正确的是 （　　） A． B． C． D． 4. （2024•温州二模）如图所示，是研究光电效应的电路图。实验时，入射光频率大于阴极K金属材料的截止频率。当滑动变阻器的滑片从最左端逐渐滑到最右端过程中，关于光电流I与光电管两端电压U的关系可能正确的是（　　） A． B． C． D． 5. （2024•浙江模拟）如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n＝3，4，5……能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：R为常数，下列说法正确的是（　　） A．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短 B．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大 C．用能量为14.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n＝4的能级 D．用大量电子去撞击一群处于基态的氢原子，使处于基态的氢原子跃迁到n＝4能级的电子德布罗意波长 6. （2024•镇海区模拟）如图甲所示为氢原子的能级图，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时，发出频率不同的大量光子。其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．光电子最大初动能与入射光的频率成正比 B．阴极K金属的逸出功为6eV C．用能量为13.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离 D．一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光 7. （多选）（2024•浙江模拟）用a、b、c三束光照射图甲中的实验装置，移动滑片P，电流表示数随电压表示数变化的关系如乙图所示。则（　　） A．若P在O点的左侧，三种光照射时电流表均有示数 B．若P在O点的右侧同一位置，a光照射时电流表示数一定最大 C．用同一装置做双缝干涉实验，b光产生的条纹间距最小 D．a、b两束光的光子动量之比为Uc2：Uc1 8. （多选）（2024•镇海区校级模拟）下列说法正确的是（　　） A．在液体表面层，分子间作用力表现为斥力 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都不可逆 C．玻尔理论可以成功解释氦原子的光谱现象 D．电磁波在真空中传播时，它的电场强度E、磁感应强度B、波的传播方向两两垂直 9. （2024•浙江模拟）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu。发生α衰变后生成新原子核X，衰变的半衰期为87.7年，则（　　） A．衰变的核反应方程为Pu→Xe B．原子核X的比结合能比Pu小 C．α衰变时Pu原子核会向低能级跃迁，并放出y光子 D．大约要经过263年会有87.5%的Pu原子核发生衰变 10. （2024•台州二模）核能的利用可有效减少碳排放。某次核聚变实验中向目标输入了2.05兆焦的能量，产生了3.15兆焦的聚变能量输出。下列说法正确的是（　　） A．该核反应的方程可能是 B．生成物比反应物更稳定，因此生成物的比结合能更小 C．产生3.15兆焦的能量只需要质量为3.5×10﹣11kg的反应物 D．该核反应必须使核之间的距离达到10﹣15m以内，因此需要极高的温度 11. （2024•温州三模）2024年2月19日中国科学家成功合成两种新的核素：锇160（）、钨156（）。锇160发生α衰变发射出的高能粒子能使空气电离，钨156发生β+衰变（正电子）生成钽156（）。下列说法正确的是（　　） A．不同温度下，锇160的半衰期不同 B．能使空气电离的高能粒子主要是γ射线 C．钨156发生β+衰变产生的新核与钨156是一对同位素 D．钱160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能 12. （2024•嘉兴模拟）如图所示的射线测厚仪采用放射性元素作为放射源，其发生β衰变的半衰期为6h。则该测厚仪（　　） A．衰变产物为 B．衰变的原因是弱相互作用 C．用于监测与控制钢板厚度的最佳选择是β射线 D．20g放射源经12h后剩余物质的质量为5g 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第11讲 光电效应 原子结构和原子核 高考对于这部分知识点主要以具体事例和科技的最新成果为背景进行命题。主要考查的知识点有：①光电效应方程和图像；②氢原子光谱和玻尔的原子模型；③原子核的衰变；④核反应和核能的计算等。 一、光电效应及其规律 1.爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 2.最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 3.逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。 4.Ek－ν图线：是一条倾斜直线，但不过原点，如图所示。 (1)横轴截距表示极限频率； (2)纵轴截距的绝对值表示逸出功； (3)图线的斜率表示普朗克常量h。 二、原子结构与玻尔理论 三、原子核及其衰变 四、核反应　核能的计算 五、方法指导 （1）光电效应的研究思路 （2）一个氢原子能级跃迁与一群氢原子能级跃迁的区别 1.一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为N＝C＝。 2.一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。 （3）计算核能的几种方法 1.根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。 2.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。 3.如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。 题型1选考真题探秘 1. （2024•浙江）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于n＝3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为ν31、ν32和ν21的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h，光速为c。正确的是（　　） A．频率为ν31的光，其动量为 B．频率为ν31和ν21的两种光分别射入同一光电效应装置，均产生光电子，其最大初动能之差为hν32 C．频率为ν31和ν21的两种光分别射入双缝间距为d、双缝到屏的距离为l的干涉装置，产生的干涉条纹间距之差为 D．若原子从n＝3跃迁至n＝4能级，入射光的频率ν34′ 【解答】解：A.根据光子的动量公式 根据波长、波速和频率的关系 根据能级公式hν＝E3﹣E1 联立解得，故A错误； B.根据光电效应方程Ekm＝hν﹣W0 由于逸出功W0相同 因此两种光射入时逸出电子最大初动能之差ΔEkm＝hΔν＝h（ν31﹣ν21）＝hν32，故B正确； C.根据双缝干涉条纹间距公式 两种光发生干涉时的条纹间距之差 而 代入数据解得，故C错误； D.因为入射光是光子，则跃迁时氢原子吸收的能量必为能级的差值，则对应光子的频率，故D错误。 故选：B。 2. （2024•浙江）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为vm。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 【解答】解：AB．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时 解得： 根据上述表达式可知，粒子到达N板时的动能与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，故AB错误； C．平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为 y＝vmt 解得： 故C正确； D．M、N间加反向电压电流表示数恰好为零时，则 解得： 故D错误。 故选：C。 3. （2024•浙江）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n＝3、4、5、6……用Hδ和Hγ光进行如下实验研究，则（　　） A．照射同一单缝衍射装置，Hδ光的中央明条纹宽度宽 B．以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，Hδ光的侧移量小 C．以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多 D．相同光强的光分别照射同一光电效应装置，Hγ光的饱和光电流小 【解答】解：根据巴耳末公式，我们可以知道Hα、Hβ、Hγ、Hδ分别对应n＝3、4、5、6的谱线。 A、用Hδ和Hγ光照射同一单缝衍射装置，光的波长越长，中央明条纹宽度越宽。由于Hγ光的波长较Hδ的长，所以Hγ光的中央明条纹宽度最宽，故A错误。 B、Hγ光的波长较长，根据： 可知Hγ光的频率较小，则Hγ光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，Hγ光的侧移量小，故B错误； C、Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，Hγ光的光子数较多，真空中单位长度上Hγ光的平均光子数多，故C正确； D、若Hδ、Hγ光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，Hγ光的频率较小，Hγ光的光子能量较小，Hγ光的光子数较多，则Hγ光的饱和光电流大，Hδ光的饱和光电流小，故D错误。 故选：C。 4. （2024•浙江）发现中子的核反应方程为→X，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚238的衰变方程为型→正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子n的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 【解答】解：A.设X的质量数为A、电荷数为Z； 根据质量数守恒4+9＝A+1，解得A＝12 根据电荷数守恒2+4＝Z+0，解得Z＝6 因此X为，故A正确； B.同理，Y对应的质量数为4，电荷数为2，因此Y为，故B错误； C.中子的质量数为1，故C错误； D.衰变过程要释放能量，故D错误。 故选：A。 5. （2024•浙江）已知氘核质量为2.0141u，氚核质量为3.0161u，氦核质量为4.0026u，中子质量为1.0087u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023mol﹣1，氘核摩尔质量为2g•mol﹣1，1u相当于931.5MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是（　　） A．核反应方程式为 B．氘核的比结合能比氦核的大 C．氘核与氚核的间距达到10﹣10m就能发生核聚变 D．4g氘完全参与聚变释放出能量的数量级为1025MeV 【解答】解：A、核反应过程质量数和电荷数守恒，可知核反应方程式为：，故A错误； B、氘核的比结合能比氦核的小，故B错误； C、氘核与氚核发生核聚变，它们间的距离达到10﹣15m以内才可以发生核聚变，故C错误； D、一个氘核与一个氚核聚变反应过程，质量亏损为：Δm＝2.0141u+3.0161u﹣4.0026u﹣1.0087u＝0.0189u 聚变反应释放的能量：ΔE＝Δm×931.5MeV＝0.0189u×931.5MeV≈17.6MeV 4g氘含有氚核的个数： 4g氘完全参与聚变释放出能量：E＝N•ΔE＝1.2×1024×17.6MeV≈2.11×1025MeV，数量级为1025MeV，故D正确。 故选：D。 题型2光电效应问题 6. （2024•杭州二模）下列有关光电效应的说法错误的是（　　） A．爱因斯坦提出了光电效应理论 B．甲图实验中让锌板带负电，光照后，验电器张角会变小 C．乙图中光电子到达A板的速度越大，则光电流越大 D．乙图光电流的大小与入射光束的光强有关 【解答】解：A.光电效应理论是爱因斯坦首次提出的，故A正确； B.甲图中锌板先带上负电，验电器有一定的张角，光照后，锌板发生光电效应，光电子飞出，锌板带正电荷，通过导线接在验电器上，会使验电器的负电荷得到部分中和，故夹角会变小，故B正确； C.乙图中光电子到A板的速度大，说明光电管两端的电压大，不能说明光电流大，另外与光强有关的还存在饱和光电流，故C错误； D.光电流的大小和入射光的强弱有关，故D正确。 本题选错误的，故选：C。 7. （2024•嘉兴一模）如图所示为研究光电效应和霍尔效应的装置示意图。光电管和霍尔片串联，霍尔片的长、宽、高分别为a、b、c，该霍尔片放在磁感应强度大小为B、方向平行于c边的匀强磁场中。闭合电键S，入射光照到阴极时，电流表A显示的示数为I，该电流I在霍尔片中形成沿电流方向的恒定电场为E，电子在霍尔片中的平均速度v＝μE，其中电子迁移率μ为已知常数。电子电量为e，电子的质量为m。霍尔片单位体积内的电子数为n，则（　　） A．霍尔片前后侧面的电压为 B．霍尔片内的电场强度为 C．通过调节滑动变阻器，可以使电流表的示数减为零 D．当滑动变阻器滑片右移后，单位时间到达光电管阳极的光电子数一定大于 【解答】解：A．设霍尔片前后侧面的电压为U，电子在霍尔果片内做定向移动的速率为v，根据洛伦兹力与电场力平衡可得qvB 霍尔片单位体积内的电子数为n，则电流I＝neSv＝nebcv 联立解得 故A错误； B．霍尔片内沿前后侧面的电场强度大小为 有题意，沿电流方向的恒定电场为 则霍尔片内的电场强度为 故B正确； C．由于光电管所加的电压为正向电压，则通过调节滑动变阻器，不可以使电流表的示数减为零，故C错误； D．若I已经为光电效应达到的饱和电流，则当滑动变阻器滑片右移后，电流I保持不变，则单位时间到达光电管阳极的光电子数等于，故D错误。 故选：B。 8. （2024•浙江模拟）用各种频率的光照射两种金属材料得到遏止电压Uc随光的频率ν变化的两条图线1、2，图线上有P和Q两点。下列说法正确的是（　　） A．图线1、2一定平行 B．图线1对应金属材料的逸出功大 C．照射同一金属材料，用Q对应的光比P对应的光产生的饱和电流大 D．照射同一金属材料，用P对应的光比Q对应的光溢出的电子初动能大 【解答】解：A、由光电效应方程及动能定理可得eUc＝Ekm＝hν﹣W，可得Uc，可知图线的斜率表示，则图线的斜率相同，图线1、2一定平行，故A正确； B、由Uc，可知入射光的频率相等的情况下，图线1的遏止电压较大，所以图线1对应金属材料的逸出功小，故B错误； C、由于饱和光电流仅仅与入射光的强弱有关，可知根据图中的条件不能判断Q对应的光比P对应的光产生的饱和电流哪一个大，故C错误； D、由Ekm＝hν﹣W，可知光电子的最大初动能只与入射光的频率以及金属的逸出功有关，由图可知P的频率小，则照射同一金属材料，用P对应的光比Q对应的光溢出的电子初动能小，故D错误。 故选：A。 9. （2024•浙江模拟）用如图所示装置研究光电效应现象．某单色光照射光电管阴极K，能发生光电效应．闭合S，在A和K间加反向电压，调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压，直至电流计中电流恰好为零，此电压表示数U称为反向截止电压．根据U可计算光电子的最大初动能Ekm．分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得的反向截止电压分别为U1和U设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式中不正确的是（　　） A．频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度是 B．阴极K金属的逸出功W＝hν1﹣eU1 C．阴极K金属的极限波长小于 D．普朗克常数h 【解答】解：A、光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得：﹣eU1＝0，则得光电子的最大初速度vm1．故A正确。 B、D根据爱因斯坦光电效应方程得： hγ1＝eU1+W ① hγ2＝eU2+W ② 由①得：金属的逸出功W＝hν1﹣eUl。 联立①②得：h．故BD正确， C、根据题意可知，用频率为ν1的单色光照射阴极，能发生光电效应，则极限频率小于ν1，则金属的极限波长大于，故C错误。 本题选错误的 故选：C。 10. （2024•绍兴二模）如图所示，波长为λ的光子照射逸出功为W的金属表面，由正极板中央P点逸出的光电子（电荷量为e）经由电压为U的平行电极板作用后，最后经由负极板上方的小孔Q飞出。已知正负极板相距L，小孔Q与负极板中心相距D。假设小孔不影响电场的分布和电子的运动，W+eU，下列说法正确的是（　　） A．P点逸出的光电子初动能一定为W B．从Q点飞出的电子动能最大值为W﹣eU C．从Q点飞出的电子动能一定大于 D．若正负极互换但电压大小不变，则从Q点飞出的电子动能一定等于W+eU 【解答】解：A、从P点逸出的电子具有的动能不一定是最大初动能，所以从P点溢出的光电子的初动能不一定是W，故A错误； B、从P飞出的电子的最大动能为EkW，具有最大动能的电子从P到Q克服电子向力做的功为Ue，对该电子进行研究，根据动能定理有 E'kW﹣Ue 故B正确； C、由于从P点走出的光电子的动能是不确定的，所以到达Q时光电子的动能也是不能确定的，是小于的任意值，故C错误； D、互换电压后，电场力对光电子做正功所以从Q点飞出的电子的动能Ek≥Ue，不一定等于W+eU，故D错误； 故选：B。 题型3原子结构 11. （2024•金华二模）2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，且太阳辐射硬X射线的总功率为P。卫星探测仪镜头正对着太阳，已知卫星探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，则卫星探测仪镜头每秒接收到该种光子数为（　　） A． B． C． D． 【解答】解：根据能量子的计算公式可得：E＝hν＝h 太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，设t秒内发射总光子数为n，则 t秒内光子的总能量为：E总＝n 则总功率为：P 代入数据解得N 故A正确，BCD错误； 故选：A。 12. （2024•浙江模拟）下列说法正确的是（　　） A．在LC振荡电路中，若仅把电容器的电容变为原来的4倍，则振荡周期变为原来的一半 B．若铀元素的半衰期为τ，则经过时间τ，8个铀核中一定有4个发生了衰变 C．大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强 D．乒乓球容易快速抽杀，是由于乒乓球的惯性较小 【解答】解：A.根据LC电路的周期公式知 若仅把电容器的电容变为原来的4倍，则振荡周期变为原来的2倍，故A错误； B.半衰期是大量原子核衰变的统计规律，少量放射性元素的衰变是一个随机事件，故B错误； C.地球上某个位置的空气产生的压强是地球表面的空气受到重力作用，由此而产生的，而被密封在容器中的气体，其压强是大量的做无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞而产生的。它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的，而是压强与温度和体积均有关，因此若温度与体积不变，则气体压强等于外界大气压强，故C错误； D.质量越大惯性越大，乒乓球质量小惯性也小，容易快速抽杀，故D正确。 故选：D。 13. （2024•镇海区校级模拟）硼（B）中子俘获是先进的癌症治疗手段。核反应方程为：。下列说法正确的是（　　） A．X为氦核 B．X的电离能力比γ射线弱 C．由电子与质子组合而成 D．反应后的新核处于高能级，向低能级跃迁时会放出电子 【解答】解：A．由电荷数守恒和质量数守恒可得，X的质量数为4，电荷数为2，则X为氦核，故A正确； B．X的电离能力最强，穿透能力最弱，γ射线电离能力最弱，穿透能力最强，故B错误； C．是中子，不是由电子与质子组合而成，故C错误； D．根据氢原子能级跃迁可知，反应后的新核处于高能级，向低能级跃迁时会放出光子，不会放出电子，故D错误。 故选：A。 14. （2024•镇海区校级模拟）2023年8月24日，日本政府不顾国际舆论启动了福岛核电站核污染水排海。据悉核污水中多达64种放射性元素，其中影响危害最大的是碳14和碘129。碳14的半衰期约5370年，碘129的半衰期更长，约1570万年。碳14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．上述衰变方程中Y为质子 B．Y粒子对应的射线可以穿透几毫米厚的铝板 C．的比结合能比碳14的要小 D．核污水排入大海中，浓度下降可以导致核废料半衰期变长 【解答】解：A．根据电荷数守恒和质量数守恒可知Y为e，为电子，故A错误； B．由A选项可知Y粒子为β射线，可以穿透几毫米厚的铝板，故B正确； C．核反应方程式生成物比反应物稳定，即生成物的比结合能大于反应物的比结合能，则的比结合能比碳14的要大，故C错误； D．半衰期只与原子核本身有关，与其浓度无关以及物理环境，化学环境无关，故D错误。 故选：B。 15. （2024•金东区校级模拟）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置（EAST）创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（　　） A．核聚变的核反应燃料主要是铀235 B．核聚变反应过程中没有质量亏损 C．氘氚核聚变的核反应方程为 D．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能少 【解答】解：A、铀235是核裂变的反应燃料，核聚变的核反应燃料主要是氘核和氚核，故A错误； B、核聚变反应过程中放出大量能量，有质量亏损，故B错误； C、根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，氘氚核聚变的核反应方程为 ，故C正确； D、相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多，故D错误； 故选：C。 16. （2024•浙江模拟）π+介子会发生衰变，反应方程式为π+→μ++vμ，即生成一个μ+介子和一个vμ中微子。在云室中观测到π+介子衰变时产生部分粒子的轨迹如图。轨迹所在平面与磁场垂直，两段圆弧相切于P点，且rπ+：rμ+＝2：1。则μ+和vμ粒子的动量之比为（　　） A．3：1 B．1：2 C．2：1 D．1：3 【解答】解：π+介子和μ+介子在磁场中均做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得： ，解得动量p＝mv＝eBr 衰变前π+介子的运动轨迹为AP，其动量大小为： 衰变后μ+介子的运动轨迹为PD，其动量大小为： 则 衰变时满足动量守恒定律，以衰变前π+介子运动方向为正方向，则有： 解得：pμ+：pvμ粒子的动量之比为＝1：3，故D正确，ABC错误。 故选：D。 1. （2024•镇海区校级模拟）如图所示，水平固定放置折射率为的等腰三角形玻璃砖，底角为30°。两束功率同为P的激光在与底边中垂线对称的位置，垂直底边射入玻璃砖，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．经过玻璃砖的BC界面时，单份光子能量发生变化 B．左侧激光从玻璃砖AB边射出的方向与竖直方向夹角为60° C．该玻璃砖所受激光对它的作用力大小为 D．若在此玻璃砖BC边涂上有某种黑体材料，则该玻璃砖所受激光对它的作用力大小为 【解答】解：A．经过玻璃砖的BC界面时，光的频率不变，根据E＝hν可知光子能量不发生变化，故A错误； B．根据折射定律，画出光路图，如图所示 由几何关系可得r＝30° 由折射定律有 解得 即i＝60° 由几何关系可知，左侧激光从玻璃砖AB边射出的方向与竖直方向夹角为30°，故B错误； CD．根据题意，设时间为t，则激光的总能量为E＝2Pt 根据光子能量表达式：E＝hν，ν 德布罗意波长公式为 联立可得照射到玻璃砖上光子的总动量为 由折射定律有 光子进入玻璃砖后的速度为 由于进入玻璃砖光子能量不变，则进入之后，光子的动量为 进入过程，由动量定理有Ft＝p1﹣p 解得 由牛顿第三定律可知，该玻璃砖所受激光对它的作用力大小为，若在此玻璃砖BC边涂上有某种黑体材料，则光子被吸收，末动量为0，由动量定理可得 由牛顿第三定律可知，该玻璃砖所受激光对它的作用力大小为，故C错误，D正确。 故选：D。 2. （2024•西湖区校级模拟）人眼对绿光最为敏感，如果每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。现有一个光源以0.1W的功率均匀地向各个方向发射波长为530nm的绿光，眼睛最远在多大距离能够看到这个光源。假设瞳孔在暗处的直径为4mm，且不计空气对光的吸收。普朗克常数h＝6.63×10﹣34J•S（　　） A．2×105m B．2×107m C．4×106m D．4×108m 【解答】解：眼睛能察觉到的每秒射入眼睛的光子能量为：E 光源每秒辐射的能量为：E'＝Pt 瞳孔在暗处的半径为r2mm＝0.002m 设眼睛能够看到光源的最远距离为R，则：E 将λ＝530nm＝530×10﹣9m代入解得：R≈211000m≈2×105m 故A正确，BCD错误。 故选：A。 3. （2024•浙江模拟）一对正、负电子可形成一种寿命比较短的称为“电子偶素”的新粒子。电子偶素中的正电子与负电子都以速率v绕它们连线的中点做圆周运动。假定玻尔关于氢原子的理论可用于电子偶素，电子的质量m、速率v和正、负电子间的距离r的乘积也满足量子化条件，即mvnrn＝n，式中n称为量子数，可取整数值1、2、3、…，h为普朗克常量。已知静电力常量为k，电子质量为m、电荷量为e，当它们之间的距离为r时，电子偶素的电势能Ep，则关于电子偶素处在基态时的能量，下列说法中正确的是 （　　） A． B． C． D． 【解答】解：设n＝1时电子运转轨道半径为r1， 此时正负电子间库仑力 此库仑作为向心力 由题中量子化理论可知，n＝1时 联立上式可得 由题意可知，系统的电势能 每个电子动能 系统的能量E＝2EK+EP 联立可得．故D正确，ABC错误。 故选：D。 4. （2024•温州二模）如图所示，是研究光电效应的电路图。实验时，入射光频率大于阴极K金属材料的截止频率。当滑动变阻器的滑片从最左端逐渐滑到最右端过程中，关于光电流I与光电管两端电压U的关系可能正确的是（　　） A． B． C． D． 【解答】解：由于入射光频率大于金属的截止频率，滑动变阻器的滑片在最左端时光电管两端电压为零，由于存在光电流，所以电流表中的示数不为零，随着滑动片从最左端向右慢慢滑动过程中，滑动片P左端的电阻变大，电压表的示数变大，正向电压变大，则光电流也逐渐增大，当电流达到饱和值后，即使光电管两端电压再增加，光电流也不再增大，故A正确，BCD错误。 故选：A。 5. （2024•浙江模拟）如图所示，能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系，比如：巴耳末系就是氢原子从n＝3，4，5……能级跃迁到n＝2的能级时辐射出的光谱，其波长λ遵循以下规律：R为常数，下列说法正确的是（　　） A．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中波长最短 B．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的动能增大 C．用能量为14.0eV的光子去照射一群处于基态的氢原子，受照射后，氢原子能跃迁到n＝4的能级 D．用大量电子去撞击一群处于基态的氢原子，使处于基态的氢原子跃迁到n＝4能级的电子德布罗意波长 【解答】解：A、根据玻尔理论可知氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时辐射出的光子，在巴耳末系中光子中能量值最小，则波长最长，故A错误； B、氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子放出光子，其核外电子的轨道半径静止，由牛顿第二定律得Ek，据此可知电子动能增大。故B正确； C、用光子能量为14.0eV的光照射基态的氢原子，由于14.eV＞13.6eV，能够使其电离，故C错误； D、n＝1和n＝4间的能级差为E4﹣E1，由于用电子撞击基态的氢原子，电子动能的一部分被吸收，所以电子的能量应大于其能级差，即E＝hν，所以电子的德布罗意波长，故D错误。 故选：B。 6. （2024•镇海区模拟）如图甲所示为氢原子的能级图，大量处于n＝3激发态的氢原子向低能级跃迁时，发出频率不同的大量光子。其中频率最高的光子照射到图乙电路中光电管阴极K上时，电路中电流随电压变化的图像如图丙所示。下列说法正确的是（　　） A．光电子最大初动能与入射光的频率成正比 B．阴极K金属的逸出功为6eV C．用能量为13.0eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离 D．一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光 【解答】解：A．由爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν﹣W0，光电子最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，但不是正比函数，故A错误； B．大量处于n＝3激发态的氢原子跃迁时，发出的光子中，其中频率最高的光子，对应的能量为： E＝hν＝E3﹣E1＝（﹣1.51eV）﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV 由光电效应方程可得Ekm＝hν﹣W0 由动能定理可得eUc＝Ekm 由丙图可知截止电压为Uc＝6V 代入数据解得：W0＝6.09eV，故B错误； C．根据电离的条件，至少需要用能量为13.6eV的光子照射，才可使处于基态的氢原子电离，故C错误； D．一个处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，最多能放出2种不同频率的光，故D正确。 故选：D。 7. （多选）（2024•浙江模拟）用a、b、c三束光照射图甲中的实验装置，移动滑片P，电流表示数随电压表示数变化的关系如乙图所示。则（　　） A．若P在O点的左侧，三种光照射时电流表均有示数 B．若P在O点的右侧同一位置，a光照射时电流表示数一定最大 C．用同一装置做双缝干涉实验，b光产生的条纹间距最小 D．a、b两束光的光子动量之比为Uc2：Uc1 【解答】解：A、若P在O点的左侧，光电管所加的是反向电压，如果电压超过了某一种光遏止电压，那么这种光照射时，不会有光电流，电流表为零，故A错误； B、若P在O点的右侧同一位置，光电管所加的是正向电压，且电压相等于，根据图乙可知a光照射时光电流最大，电流表示数一定最大，故B正确； C、根据光电效应方程：hν﹣W0＝Ekm，又有：Ekm＝eUc，根据图乙可知a、c光对应的遏止电压相等，b光对应的遏止电压最大，可得b光的频率最大，则b光的波长最短，根据双缝干涉相邻亮条纹间距Δx，可知b光产生的条纹间距最小，故C正确； D、根据图乙可知a光对应的遏止电压为Uc2，b光对应的遏止电压为Uc1。 根据光电效应方程：hν﹣W0＝Ekm，又有：Ekm＝eUc，可得：hν＝W0+eUc 光子的动量为p 光子的动量与频率成正比，而光子的频率与遏止电压并不是正比关系，则光子的动量与遏止电压不是正比关系，故a、b两束光的光子动量之比不等于Uc2：Uc1，故D错误。 故选：BC。 8. （多选）（2024•镇海区校级模拟）下列说法正确的是（　　） A．在液体表面层，分子间作用力表现为斥力 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都不可逆 C．玻尔理论可以成功解释氦原子的光谱现象 D．电磁波在真空中传播时，它的电场强度E、磁感应强度B、波的传播方向两两垂直 【解答】解：A、根据液体表面张力的性质可知，液体表面层分子间距离比液体内部大，这些液体分子间作用力表现为引力，故A错误； B、根据能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性可知，一切与热现象有关的宏观自然过程都是单方向的，是不可逆的，故B正确； C、玻尔理论可以成功解释氢原子的光谱现象，不能成功解释氦原子的光谱现象，故C错误； D、电磁波是横波，根据电磁波传播的特点可知，电磁波在真空中传播时，它的电场强度E、磁感应强度B、波的传播方向两两垂直，故D正确。 故选：BD。 9. （2024•浙江模拟）在火星上太阳能电池板发电能力有限，因此科学家用放射性材料——PuO2作为发电能源为火星车供电。PuO2中的Pu元素是Pu。发生α衰变后生成新原子核X，衰变的半衰期为87.7年，则（　　） A．衰变的核反应方程为Pu→Xe B．原子核X的比结合能比Pu小 C．α衰变时Pu原子核会向低能级跃迁，并放出y光子 D．大约要经过263年会有87.5%的Pu原子核发生衰变 【解答】解：A、根据质量数守恒与电荷数守恒，该衰变方程为Pu→XHe，故A错误； B、该衰变释放能量，生成物比反应物更稳定，比结合能越大原子核越稳定，所以原子核X的比结合能比Pu大，故B错误； C、α衰变时生成的新原子核X会向低能级跃迁，并放出γ光子，故C错误； D、有87.5%的原子核发生衰变，根据半衰期公式得：，解得：n＝3 即该过程需要经过三个半衰期，即为t＝3T＝3×87.7年≈263年，故D正确。 故选：D。 10. （2024•台州二模）核能的利用可有效减少碳排放。某次核聚变实验中向目标输入了2.05兆焦的能量，产生了3.15兆焦的聚变能量输出。下列说法正确的是（　　） A．该核反应的方程可能是 B．生成物比反应物更稳定，因此生成物的比结合能更小 C．产生3.15兆焦的能量只需要质量为3.5×10﹣11kg的反应物 D．该核反应必须使核之间的距离达到10﹣15m以内，因此需要极高的温度 【解答】解：A.核反应方程是查德威克发现质子的人工核反应方程，不是核聚变方程，故A错误； B.生成物比反应物更稳定，说明生成物的比结合能比反应物的比结合能更大，故B错误； C.当3.5×10﹣11kg反应物全部消耗（质量完全损失）时，产生的能量根据质能方程可得E＝mc2＝3.5×10﹣11×3×108×3×108J＝3.15×106J，即3.5兆焦，但核反应过程中，反应物会转化成新的物质存在，即反应物的质量不可能完全消耗，也就不可能产生3.5兆焦的能量，故C错误； D.当分子间距越小时，分子间的斥力就越大，所以为了使原子核的间距足够小，必须给反应物极高的温度，高温会增大分子的动能，可以克服分子间的斥力做更多的功，使原子核的间距更接近达到10﹣15m以内，故D正确。 故选：D。 11. （2024•温州三模）2024年2月19日中国科学家成功合成两种新的核素：锇160（）、钨156（）。锇160发生α衰变发射出的高能粒子能使空气电离，钨156发生β+衰变（正电子）生成钽156（）。下列说法正确的是（　　） A．不同温度下，锇160的半衰期不同 B．能使空气电离的高能粒子主要是γ射线 C．钨156发生β+衰变产生的新核与钨156是一对同位素 D．钱160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能 【解答】解：A.半衰期与温度无关，故A错误； B.能使空气电离的高能粒子主要是α射线，γ射线几乎没有电离能力，故B错误； C.由题意可知 钨I56发生β+衰变产生的新核的电荷数为74﹣1＝73，钨I56发生β+衰变产生的新核与钨156质子数不同，故二者不是同位素，故C错误； D.比结合能越大越稳定，自然衰变的产物的比结合能会变大，故饿160发生α衰变产生的钨156的比结合能大于锇160的比结合能，故D正确。 故选：D。 12. （2024•嘉兴模拟）如图所示的射线测厚仪采用放射性元素作为放射源，其发生β衰变的半衰期为6h。则该测厚仪（　　） A．衰变产物为 B．衰变的原因是弱相互作用 C．用于监测与控制钢板厚度的最佳选择是β射线 D．20g放射源经12h后剩余物质的质量为5g 【解答】解：A.β衰变放出的粒子是电子，根据质量数和电荷数守恒可知，衰变产物为，故A错误； B.发生β衰变的原因是弱相互作用，故B正确； C.用于监测与控制钢板厚度的最佳选择是γ射线而不是β射线，故C错误； D.根据衰变方程可知，20g放射源经12h后剩余5g的未发生衰变，但剩余物质的质量大于5g，故D错误。 故选：B。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$