专题08 光电效应、原子结构与原子核（浙江专用）-【好题汇编】备战2024-2025学年高二物理下学期期末真题分类汇编

专题08 光电效应、原子结构与原子核（解析版） 【考点分析】 【知识点梳理】 近代物理；能量量子化；光电效应；极限频率；逸出功；最大初动能；康普顿效应；物质的波粒二象性；物质波；原子结构；阴极射线及电子的发现；密里根油滴实验；枣糕模型；α粒子散射实验；原子的核式结构；吸收光谱与发光光谱；氢原子光谱；波尔原子理论及其局限性；原子核的组成；质子；中子；天然反射现象；原子核的衰变；半衰期；原子核的人工转变；反射性的应用与防护；核力的性质；结合能；比结合能；质能方程；核裂变；核聚变；基本粒子 【公式梳理】 物理概念、规律 公式 备注 波粒二象性和原子物理 光子的能量 h为普朗克常量,其值为6.63x10-34J·s 光电效应方程 E为光电子的最大初动能， W为逸出功 能级跃迁 爱因斯坦质能方程 △m为质量亏损 元素衰变后的质量 τ为半衰期,t为衰变时间 能量量子化、光电效应及波粒二象性 1．（23-24高二下·浙江金华·期末）如图甲所示的光电管是基于光电效应的一种光电转换器件，光电管可将光信号转换成电信号，在自动控制电路中有广泛应用，其基本工作原理如图乙所示，当金属极上发生光电效应时，电路导通。下列说法正确的是（    ） A．只要照射到金属极上的光足够强，电路就能导通 B．照射光频率越大，逸出的光电子动能一定越大 C．电路导通情况下，通过电阻的电流方向是从下向上 D．电路导通情况下，光照越强，电阻上的电流越大 【答案】D 【详解】A．由光电效应方程可知，只有入射光子的频率足够大时，才能有光电子，电路才能导通。故A错误； B．由光电效应方程可知，照射光频率越大，逸出的光电子的最大初动能越大。故B错误； C．由图可知，电路导通情况下，通过电阻的电流方向是从上向下。故C错误； D．电路导通情况下，光照越强，单位时间内通过导体横截面积的光电子越多，电阻上的电流越大。故D正确。 故选D。 2．（23-24高二下·浙江温州·期末）图（a）为工业生产中光电控制设备常用的光控继电器的示意图，电路中的光电管阴极K上涂有表（b）中的某种金属。表（b）是四种金属发生光电效应的极限频率。现用某强度绿光（500-560nm）照射光电管阴极K，铁芯M磁化，吸引衔铁N。下列说法正确的是（    ） 表（b） 金属 钾 钙 铍 金 极限频率（Hz） 5.44 7.73 9.54 11.70 A．光电管阴极K上可以涂有金属金 B．增大电源电压，铁芯M磁性可能不变 C．增大电源电压，用波长为650nm的红光照射阴极K也可使铁芯M磁化 D．用紫光照射时逸出的任一光电子的初动能一定比用绿光照射时逸出的任一光电子的初动能大 【答案】B 【详解】A．由题可知绿光的频率为Hz，绿光照射时可以发生光电效应，则光电管阴极K上可以涂有金属钾，故A错误； B．增大电源电压，饱和电流不变时，铁芯M磁性不变，故B正确； C．红光的频率为Hz，则红光不能发生光电效应，故C错误； D．根据光电效应的规律可知，用紫光照射时逸出的光电子的最大初动能一定大，并不是所有的光电子的初动能大，故D错误； 故选B。 3．（23-24高二下·浙江宁波·期末）如图所示，分别用1、2两种材料作阴极K进行光电效应实验，其逸出功的大小关系为，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】光电管所加电压为正向电压，则根据爱因斯坦光电效应方程可知光电子到达A极时动能的最大值，可知-U图像的斜率相同，均为e；逸出功越大，则图像在纵轴上的截距越小，因，则图像C正确。 故选C。 4．（23-24高二下·浙江温州·期末）（多选）下列说法正确的是（    ） A．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最大 B．布朗运动是在显微镜下看到的液体分子的无规则运动 C．具有相同动能的一个电子和一个质子，电子的德布罗意波长更大 D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能完全转化为机械能 【答案】CD 【详解】A．当分子间的引力和斥力平衡时，分子力最小，如果要分子间距再变化，则要克服分子力做功，故分子势能要变大，故平衡位置的分子势能最小，故A错误； B．布朗运动是在显微镜下看到的悬浮在液体或气体中的固体小颗粒的无规则运动，不是液体分子的无规则运动，故B错误； C．相同动能的一个电子和一个质子，由，可知，电子的动量小于质子的动量，再由，可知，电子的德布罗意波长比质子大，故C正确； D．根据热力学第二定律，即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，即第二类永动机不可能制成，故D正确； 故选CD。 5．（23-24高二下·浙江宁波·期末）已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为，普朗克常量为。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为的薄壁球壳，球心为，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为的圆盘。由于太阳光的作用，会使薄壁球壳或圆盘受到一个向下的压力。为研究该压力，小杨同学在半球面上取一条很窄的环带状球面是一个以为圆心的圆的直径，是以正上方离很近的（图中未画出）为圆心的圆的直径，。由于很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成角的斜面。设该环带状球面的面积为，其在地面上的投影记为。则下列说法中正确的是（  ） A．光子动量的变化量大小 B．单位时间打到半球面上的光子数 C．假设所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则面上所受压力大小为 D．假设太阳光均直接穿过球面照射到上再被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则面上所受压力大小为 【答案】D 【详解】A．若光被反射，反射前后频率不变，则，方向垂直于S1面，如图所示 故A错误； B．单位时间打到半球面上的光子数，故B错误； C．在时间内，射到S1面上的光子数为，光子被全部反射，根据动量定理，光子受到的力大小为F10，则，得，根据牛顿第三定律，S1面受到的力大小为，故C错误； D．在时间内，射到S2面上的光子数为，太阳光直接穿过球面照射到S2上再被S2反射，反射前后频率不变，根据动量定理，光子受到的力大小为，，得，由于，得，根据牛顿第三定律，S2面受到的力大小为，故D正确。 故选D。 6．（23-24高二下·浙江宁波·期末）（多选）近代物理发展最为迅猛的一段历史应该是19世纪到20世纪，对于下列配图所对应的说法正确的是（    ） A．图1是白光的薄膜干涉现象，从图中可以看到，圆形肥皂膜从上向下一定是均匀变厚 B．图2描述的是卢瑟福的粒子的散射实验，他据此提出了原子的核式结构模型 C．图3是戴维森和汤姆孙所做的高速电子束经过铝箔的干涉图样，从而证明了电子的波动性 D．图4是德国科学家劳厄观察到的X射线照射晶体的衍射图样，从而证实了X射线具有波动性 【答案】BD 【详解】A．从图1中可以看到，从上向下干涉条纹越来越密，可知肥皂膜从上向下变厚，且变厚的越来越快，如果均匀变厚，则干涉条纹是等间距的，故A错误； B．图2描述的是卢瑟福的粒子的散射实验，他据此提出了原子的核式结构模型，故B正确； C．图3是戴维森和汤姆孙所做的高速电子束经过铝箔的衍射图样，从而证明了电子的波动性，故C错误； D．图4是德国科学家劳厄观察到的X射线照射晶体的衍射图样，从而证实了X射线具有波动性，故D正确。 故选BD。 7．（23-24高二下·浙江嘉兴·期末）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一单缝研究这两种光的衍射现象，得到如图乙和图丙所示的衍射条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图甲中的对应的是Ⅱ B．图乙中的衍射条纹对应的是Ⅰ C．Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D．调节P，微安表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 【答案】AD 【详解】A．由题意可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，故可见光Ⅰ的能量大于可见光Ⅱ，可见光Ⅰ的频率大于可见光Ⅱ，故可见光Ⅰ是紫光，可见光Ⅱ是红光，图1中的对应的是Ⅱ，故A正确； B．图乙中的中央衍射条纹更宽，入射光的频率小，波长大，故乙中的衍射条纹对应的是Ⅱ，故B错误； C．根据 可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C错误； D．根据爱因斯坦光电效应方程，，可得，可知发生光电效应时I对应的遏制电压大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。 故选AD。 8．（23-24高二下·浙江·期末）（多选）1923年，美国物理学家康普顿在研究X射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长的X光外，还产生了波长的光，其波长的增量随散射角的不同而变化，这种现象称为康普顿效应（ComptonEffect）。康普顿效应看作光子与电子相撞时就像两个小球发生弹性碰撞，电子被撞飞的同时也获取了一部分光子的能量，所以散射后光子能量会变小，波长会变长。已知入射光子波长为，光速为c，普朗克常量为h，电子质量为m，忽略电子的初始动能和相对论效应，假设光子与电子发生碰撞后散射角度为180°（即被弹回），下列说法正确的是（　　） A．入射光子的能量为 B．入射光子的动量为 C．入射光子质量为 D．碰后电子的速度为 【答案】ABD 【详解】A．入射光子的能量为，故A正确； B．根据德布罗意波长公式可知，故B正确； C．根据动量的计算公式有，解得，故C错误； D．碰撞过程动量守恒，设碰撞后光子波长为，电子速度为v，则根据动量守恒定律有，根据能量守恒有，联立解得，故D正确； 故选ABD。 9．（23-24高二下·浙江丽水·期末）（多选）如图1所示，太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成，其核心部分是P型和N型半导体的交界区域—— PN结。如图2 所示，取P型和N型半导体的交界为坐标原点，PN结左右端到原点的距离分别为xP、xN，光持续照射时，PN结之间形成大小分布如图3所示方向由N区指向P区内建电场E场（已知xP、xN和E0），原来被正电荷约束的电子至少需要获得能量为E的黄光子才能发生内光电效应变为自由电子，产生了电子—空穴对，空穴带正电且电荷量等于元电荷e；该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n。已知普朗克常量为h，光速为c。关于该太阳能电池的说法正确的是（　　） A．该材料发生光电效应的极限波长为 B．改用紫外线照射该材料，则不能发生光电效应 C．该太阳能电池的电动势为 D．该太阳能电池的内阻为 【答案】CD 【详解】A．原来被正电荷约束的电子至少需要获得能量为E的黄光子才能发生内光电效应变为自由电子，则，解得，故A错误； B．紫光频率大于黄光频率，则紫光能量更大，可以发生光电效应，故B错误； CD．根据电动势的定义可得 W即为内建电场力所做的功，内建电场力F随位移的变化图像如图所示 W为该图线与坐标轴所围的面积，即，联立可得，电源短路时所有通过N区的电子经外电路回到P区，电流为，该太阳能电池的内阻为，故CD正确； 故选CD。 原子结构与能级 10．（23-24高二下·浙江金华·期末）氢原子光谱巴耳末系中的四条可见光如图甲所示，是氢原子从能级6跃迁到能级2产生的，是从能级3跃迁到能级2产生的。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图乙和丙所示的干涉条纹。下列说法正确的是（　　） A．图乙中的干涉条纹对应的是 B．的波长大于的波长 C．的光子动量小于的光子动量 D．是氢原子从能级5跃迁到能级2产生的可见光 【答案】A 【详解】A．根据氢原子跃迁规律可知，氢原子从能级6跃迁到能级2产生的的能量大于从能级3跃迁到能级2产生的的能量，光子能量越大，频率越大，波长越小，根据，由于的波长小于的波长，可知，干涉条纹间距小一些，即图乙中的干涉条纹对应的是，故A正确； B．结合上述可知，的波长小于的波长，故B错误； C．根据，由于的波长小于的波长，则的光子动量大于的光子动量，故C错误； D．根据甲图可知光子能量大小从大到小排列的顺序时、、、，结合题意可知，氢原子从能级5跃迁到能级2产生，氢原子从能级4跃迁到能级2产生，故D错误。 故选A。 11．（23-24高二下·浙江台州·期末）下列说法正确的是（　　） A．甲图为静电除尘装置，利用的是电流磁效应 B．乙图中用铜丝网包裹话筒线，利用的是静电屏蔽原理 C．丙图为粒子散射实验，卢瑟福通过该实验发现了质子 D．丁图为光电效应现象，说明了光具有粒子性 【答案】B 【详解】A．甲图为静电除尘装置的示意图，含尘气体经过高压静电场时被电分离，故A错误； B．乙图中话筒线外面包裹着金属外衣应用了静电屏蔽的原理，故B正确； C．丙图为粒子散射实验，卢瑟福通过该实验提出了原子的核式结构，故C错误； D．丁图为康普顿效应现象，说明了光具有粒子性，故D错误； 故选B。 12．（23-24高二下·浙江衢州·期末）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。如图1为某原子的能级图，G代表基态，X代表激发态1，XX代表激发态2，辐射出光子①和②。如图2是劈裂后的能级图，即X态劈裂为两支，分别为、两个能级，辐射出光子③、④、⑤和⑥，下列说法正确的是（　　） A．②光子的频率一定等于④和⑥光子的频率的平均值 B．①光子的动量与③光子的动量大小一定相等 C．③和④光子的频率之和一定等于⑤和⑥光子的频率之和 D．若用⑥光子照射某种金属能发生光电效应，则用④或⑤光子照射该金属也一定能发生 【答案】C 【详解】A．由玻尔理论的跃迁条件，可得，，，可得当时，②光子的频率一定等于④和⑥光子的频率的平均值。故A错误； B．同理，可得，，由图可知，根据，可得，即①光子的动量大于③光子的动量。故B错误； C．XX态能级与基态能级差保持不变，故③和④的频率之和等于⑤和⑥的频率之和。故C正确； D．用⑥照射某金属表面时能发生光电效应，可知⑥光子能量大于此金属的逸出功，由图可知，④光子能量大于⑥光子能量，则用④光子照射该金属也一定能发生。⑤光子能量小于⑥光子能量，则无法比较⑤光子能量与此金属的逸出功的大小关系，故用⑤光子照射该金属不一定能发生光电效应。故D错误。 故选C。 13．（23-24高二下·浙江·期末）（多选）根据玻尔的氢原子模型，电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动，原子中的电子在库仑力作用下，绕核做圆周运动。氢原子处于基态时电子的轨道半径为，电势能为（取无穷远处电势能为零）。第n能级的轨道半径为，已知，氢原子的能量等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和，氢原子基态能量为-13.6eV。下列说法正确的是（　　） A．氢原子处于基态时，电子绕原子核运动的动能为13.6eV B．氢原子处于基态时，电子绕原子核运动的电势能为-13.6eV C．氢原子处于第n能级的能量为基态能量的 D．巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写做。式中R叫做里德伯常量，这个公式称为巴尔末公式。氢原子光谱巴尔末系最小波长与最大波长之比为5∶9 【答案】ACD 【详解】AB．氢原子处于基态时，根据库仑力提供向心力，则，则电子绕原子核运动的动能为，电子与原子核系统的电势能为，氢原子基态能量为，可得，，故A正确，B错误； C．氢原子处于第n能级时，根据库仑力提供向心力，则，则电子绕原子核运动的动能为，电子与原子核系统的电势能为，氢原子处于第n能级能量为，故C正确； D．根据，可知当时，波长最大，当时，波长最小，则有，，则氢原子光谱巴尔末系最小波长与最大波长之比为，故D正确。 故选ACD。 原子核、衰变及核反应 14．（23-24高二下·浙江宁波·期末）钠的放射性同位素经过一次衰变后产生稳定的镁（）。已知的半衰期为15h，将放射强度为每秒次的，溶液样本倒入某水池中，45h后从该水池中取50mL的水，测得其放射强度为每秒20次。下列说法正确的是（    ） A．该衰变过程为衰变 B．进入到水池后半衰期发生变化 C．水池中水的体积约为 D．水池中水的体积约为 【答案】C 【详解】A．根据质量数与电荷数守恒有24-24=0，11-12=-1，可知，该衰变过程为衰变，故A错误； B．半衰期与物理性质和化学性质无关，进入到水池后半衰期不会发生变化，故B错误； CD．45h等于3个半衰期，可知，经过45h后，放射强度为每秒次的溶液的每秒放射强度的次数为，令水池中水的体积约为V，则有，解得，故C正确，D错误。 故选C。 15．（23-24高二下·浙江温州·期末）核电站发电利用了铀核裂变的链式反应。核反应堆中的“燃料”是，产物多样，一种典型的铀核裂变是生成锶（）和氙（）。下列说法正确的是（    ） A．的比结合能比小 B．任意质量体积的铀核均能发生链式反应 C．若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量为 D．的半衰期为7亿年，10克原子核经14亿年全部发生衰变 【答案】A 【详解】A．铀核裂变是生成锶和氙，该反应释放能量，质量亏损，生成物锶比铀核更稳定，比结合能更大，故的比结合能比小，故A正确； B．铀块的体积必须达到临界体积才能发生链式反应，故B错误； C．根据爱因斯坦质能方程，若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量小于，故C错误； D．10克原子核经14亿年，也就是2个半衰期，故还有2.5克的铀核未发生衰变，故D错误。 故选A。 16．（23-24高二下·浙江金华·期末）福岛核事故泄漏到海洋的污染物含有多种放射性物质，主要有三种：碘131、铂134和137，它们的半衰期分别为8天、2年和30年，其中铂137的衰变方程为：，下列说法正确的是（    ） A．是电子，铂137每发生一次衰变，核外电子便少一个 B．从长时间来看，碘131的放射性危害小于铯137的放射性危害 C．要使铂137衰变能够顺利进行，放射性物质的体积必须要超过其临界体积 D．钡137的比结合能小于铯137的比结合能 【答案】B 【详解】A．根据核反应质量数和电荷数守恒，铂137的衰变方程为，可知是电子，铂137每发生一次衰变，原子核内的一个中子会转变成一个质子，同时释放出一个电子，故A错误； B．从长时间来看，碘131的放射性危害小于铯137的放射性危害，因为半衰期更短，故B正确； C．衰变是原子核自发地放射出某种射线，从而转变成另外一种核素的过程，放射性物质的体积不需要超过其临界体积，故C错误； D．钡137更稳定，钡137的比结合能大于铯137的比结合能，故D错误。 故选B。 17．（23-24高二下·浙江嘉兴·期末）据报道，国外某核电站排放的“核污水”中含有大量的氚以及碘-129、碳-14、锶-90等几十种放射性元素。已知氚的半衰期约为12年，其反应方程为则（　　） A．该反应是核裂变反应 B．粒子X是氚原子的核外电子 C．的比结合能比的比结合能小 D．20个氚核经过24年后还剩余5个 【答案】C 【详解】AC．由反应方程知发生β衰变反应，由于释放能量，生成物的原子核更稳定，氚核的比结合能小于氦核的比结合能，则氦核的结合能大于氚核的结合能，故A错误，C正确； B．X粒子是一个核内中子转变为质子并释放的一个电子，故B错误； D．半衰期是大量原子发生衰变的速度的统计规律，对少数的放射性原子发生衰变的速度没有意义，故D错误。 故选C。 18．（23-24高二下·浙江·期末）嫦娥探测器使用核电池，核电池原理是放射性同位素衰变会释放出具有能量的射线，利用半导体换能器将射线能量转变为电能，因而它也叫“放射性同位素电池”。该核电池是放射性元素钚238，衰变成铀234，放出射线，钚238的半衰期为88年，关于此衰变下列说法正确的是（　　） A．衰变时放出射线是电子 B．钚238的核子平均结合能比铀234大 C．钚238的核子平均质量比铀234大 D．经过两个半衰期钚238将全部衰变 【答案】C 【详解】A．放射性元素钚238，衰变成铀234，质量数减小了4，说明放出的是粒子，A错误； B．铀234比钚238稳定，所以钚238的核子平均结合能比铀234小，B错误； C．放射性元素钚238发生衰变，衰变成铀234，该核反应释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，该核反应有质量亏损，所以钚238的核子平均质量比铀234大，C正确； D．经过两个半衰期，将会有的钚238发生衰变，D错误。 故选C。 19．（23-24高二下·浙江丽水·期末）目前治疗癌症最先进的手段是利用核反应，反应释放出的高杀伤力的α粒子作用在癌细胞上，进而将病人体内的癌细胞杀死。已知X粒子的质量为mX，中子的质量为mn，α粒子的质量为mα，Li核的质量为mLi。下列说法正确的是（　　） A．核中子数比核中子数多一个 B．α射线比γ射线穿透力强 C． D．该反应类型属于衰变 【答案】A 【详解】A．根据衰变过程中电荷数和质量数守恒可知，，中子数等于质量数与电荷数的差，可知核中子数为5个，核中子数为4个，则核中子数比核中子多一个，故A正确； B．α射线比γ射线穿透力弱，故B错误； C．发生衰变时会有质量亏损，则，故C错误； D．该核反应不属于衰变，是原子核的人工转变，故D错误； 故选A。 20．（23-24高二下·浙江衢州·期末）俄乌战争以来，欧洲最大的核电站——扎波罗热核电站备受关注。其在受到攻击后可能会发生灾难性的核泄漏，释放大量放射性，的半衰期为30年，衰变后产生，并放出了粒子Y，同时释放能量。下列说法正确的是（　　） A．粒子Y为中子 B．的质量等于与粒子Y质量之和 C．通过改变环境温度可以让的半衰期发生变化 D．的结合能小于的结合能 【答案】D 【详解】A．由于衰变前后质量数、电荷数守恒，所以Y为电子，故A错误； B．由于衰变过程中有能量放出，所以质量有亏损，即的质量大于与粒子Y质量之和，故B错误； C．半衰期只由原子核自身决定，改变环境温度半衰期不发生变化，故C错误； D．衰变过程释放能量，反应后的比反应前的更稳定，则的比结合能小于的比结合能，故D正确。 故选D。 21．（23-24高二下·浙江台州·期末）（多选）将放射性同位素氟18（）注入人体参与人体的代谢过程，如图所示，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图像。设正、负电子的质量均为，光速为，普朗克常数为。下列说法正确的是（　　） A．衰变的方程为 B．光子是原子核外电子跃迁时产生的 C．上述正负电子湮灭产生的光子波长为 D．的核子平均质量比新核的核子平均质量小 【答案】AC 【详解】A．根据电荷数与质量数守恒可知，衰变的方程为，故A正确； B．光子是衰变后处于高能级的新原子核放出的，故B错误； C．根据，，解得，故C正确； D．发生衰变后，质量有亏损，所以的核子平均质量比新核的核子平均质量大，故D错误； 故选AC。 22．（23-24高二下·浙江宁波·期末）2021年12月秦山核电站迎来安全发电30周年。核电站利用铀核裂变释放的能量每年发电约，相当于减排二氧化碳五千万吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A．裂变反应产物的比结合能比大 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为2kg C．反应堆中存在的核反应 D．核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢链式反应 【答案】A 【详解】A．生产物比反应物更稳定，即生成物的比结合能比反应物的比结合能更大，故A正确； B．原子核亏损的质量全部转化为电能时，约为，故B错误； C．反应堆利用铀235的裂变，生成多个中核和中子，且产物有随机的两分裂、三分裂，再根据质量数、电荷数守恒，即存在，故C错误； D．核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢中子的速度；控制镉棒插入的深度来控制链式反应速率，故D错误。 故选A。 18 / 18 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题08 光电效应、原子结构与原子核（原卷版） 【考点分析】 【知识点梳理】 近代物理；能量量子化；光电效应；极限频率；逸出功；最大初动能；康普顿效应；物质的波粒二象性；物质波；原子结构；阴极射线及电子的发现；密里根油滴实验；枣糕模型；α粒子散射实验；原子的核式结构；吸收光谱与发光光谱；氢原子光谱；波尔原子理论及其局限性；原子核的组成；质子；中子；天然反射现象；原子核的衰变；半衰期；原子核的人工转变；反射性的应用与防护；核力的性质；结合能；比结合能；质能方程；核裂变；核聚变；基本粒子 【公式梳理】 物理概念、规律 公式 备注 波粒二象性和原子物理 光子的能量 h为普朗克常量,其值为6.63x10-34J·s 光电效应方程 E为光电子的最大初动能， W为逸出功 能级跃迁 爱因斯坦质能方程 △m为质量亏损 元素衰变后的质量 τ为半衰期,t为衰变时间 能量量子化、光电效应及波粒二象性 1．（23-24高二下·浙江金华·期末）如图甲所示的光电管是基于光电效应的一种光电转换器件，光电管可将光信号转换成电信号，在自动控制电路中有广泛应用，其基本工作原理如图乙所示，当金属极上发生光电效应时，电路导通。下列说法正确的是（    ） A．只要照射到金属极上的光足够强，电路就能导通 B．照射光频率越大，逸出的光电子动能一定越大 C．电路导通情况下，通过电阻的电流方向是从下向上 D．电路导通情况下，光照越强，电阻上的电流越大 2．（23-24高二下·浙江温州·期末）图（a）为工业生产中光电控制设备常用的光控继电器的示意图，电路中的光电管阴极K上涂有表（b）中的某种金属。表（b）是四种金属发生光电效应的极限频率。现用某强度绿光（500-560nm）照射光电管阴极K，铁芯M磁化，吸引衔铁N。下列说法正确的是（    ） 表（b） 金属 钾 钙 铍 金 极限频率（Hz） 5.44 7.73 9.54 11.70 A．光电管阴极K上可以涂有金属金 B．增大电源电压，铁芯M磁性可能不变 C．增大电源电压，用波长为650nm的红光照射阴极K也可使铁芯M磁化 D．用紫光照射时逸出的任一光电子的初动能一定比用绿光照射时逸出的任一光电子的初动能大 3．（23-24高二下·浙江宁波·期末）如图所示，分别用1、2两种材料作阴极K进行光电效应实验，其逸出功的大小关系为，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系是（　　） A． B． C． D． 4．（23-24高二下·浙江温州·期末）（多选）下列说法正确的是（    ） A．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最大 B．布朗运动是在显微镜下看到的液体分子的无规则运动 C．具有相同动能的一个电子和一个质子，电子的德布罗意波长更大 D．即使没有漏气、摩擦、不必要的散热等损失，热机也不可能把燃料产生的内能完全转化为机械能 5．（23-24高二下·浙江宁波·期末）已知太阳光垂直射到地球表面上时，地球表面的单位面积上单位时间接收到的太阳光的能量为。假如认为太阳光为单一频率的光，且波长为，光速为，普朗克常量为。由于地球离太阳很远，所以照射到地球表面的太阳光可近似看成平行光。现有一个半径为的薄壁球壳，球心为，倒扣在地面上，太阳光垂直于地面入射到半球面上，如图甲所示。图乙为平放在地面上的半径同为的圆盘。由于太阳光的作用，会使薄壁球壳或圆盘受到一个向下的压力。为研究该压力，小杨同学在半球面上取一条很窄的环带状球面是一个以为圆心的圆的直径，是以正上方离很近的（图中未画出）为圆心的圆的直径，。由于很短，故整个环带状球面可看成与水平方向成角的斜面。设该环带状球面的面积为，其在地面上的投影记为。则下列说法中正确的是（  ） A．光子动量的变化量大小 B．单位时间打到半球面上的光子数 C．假设所有照射到球面上的太阳光均被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则面上所受压力大小为 D．假设太阳光均直接穿过球面照射到上再被反射，反射前后频率不变，且反射方向遵循光的反射定律，则面上所受压力大小为 6．（23-24高二下·浙江宁波·期末）（多选）近代物理发展最为迅猛的一段历史应该是19世纪到20世纪，对于下列配图所对应的说法正确的是（    ） A．图1是白光的薄膜干涉现象，从图中可以看到，圆形肥皂膜从上向下一定是均匀变厚 B．图2描述的是卢瑟福的粒子的散射实验，他据此提出了原子的核式结构模型 C．图3是戴维森和汤姆孙所做的高速电子束经过铝箔的干涉图样，从而证明了电子的波动性 D．图4是德国科学家劳厄观察到的X射线照射晶体的衍射图样，从而证实了X射线具有波动性 7．（23-24高二下·浙江嘉兴·期末）（多选）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图甲所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ，用同一单缝研究这两种光的衍射现象，得到如图乙和图丙所示的衍射条纹，用这两种光分别照射如图丁所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图甲中的对应的是Ⅱ B．图乙中的衍射条纹对应的是Ⅰ C．Ⅰ的光子动量小于Ⅱ的光子动量 D．调节P，微安表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 8．（23-24高二下·浙江·期末）（多选）1923年，美国物理学家康普顿在研究X射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长的X光外，还产生了波长的光，其波长的增量随散射角的不同而变化，这种现象称为康普顿效应（ComptonEffect）。康普顿效应看作光子与电子相撞时就像两个小球发生弹性碰撞，电子被撞飞的同时也获取了一部分光子的能量，所以散射后光子能量会变小，波长会变长。已知入射光子波长为，光速为c，普朗克常量为h，电子质量为m，忽略电子的初始动能和相对论效应，假设光子与电子发生碰撞后散射角度为180°（即被弹回），下列说法正确的是（　　） A．入射光子的能量为 B．入射光子的动量为 C．入射光子质量为 D．碰后电子的速度为 9．（23-24高二下·浙江丽水·期末）（多选）如图1所示，太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成，其核心部分是P型和N型半导体的交界区域—— PN结。如图2 所示，取P型和N型半导体的交界为坐标原点，PN结左右端到原点的距离分别为xP、xN，光持续照射时，PN结之间形成大小分布如图3所示方向由N区指向P区内建电场E场（已知xP、xN和E0），原来被正电荷约束的电子至少需要获得能量为E的黄光子才能发生内光电效应变为自由电子，产生了电子—空穴对，空穴带正电且电荷量等于元电荷e；该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n。已知普朗克常量为h，光速为c。关于该太阳能电池的说法正确的是（　　） A．该材料发生光电效应的极限波长为 B．改用紫外线照射该材料，则不能发生光电效应 C．该太阳能电池的电动势为 D．该太阳能电池的内阻为 原子结构与能级 10．（23-24高二下·浙江金华·期末）氢原子光谱巴耳末系中的四条可见光如图甲所示，是氢原子从能级6跃迁到能级2产生的，是从能级3跃迁到能级2产生的。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图乙和丙所示的干涉条纹。下列说法正确的是（　　） A．图乙中的干涉条纹对应的是 B．的波长大于的波长 C．的光子动量小于的光子动量 D．是氢原子从能级5跃迁到能级2产生的可见光 11．（23-24高二下·浙江台州·期末）下列说法正确的是（　　） A．甲图为静电除尘装置，利用的是电流磁效应 B．乙图中用铜丝网包裹话筒线，利用的是静电屏蔽原理 C．丙图为粒子散射实验，卢瑟福通过该实验发现了质子 D．丁图为光电效应现象，说明了光具有粒子性 12．（23-24高二下·浙江衢州·期末）原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。如图1为某原子的能级图，G代表基态，X代表激发态1，XX代表激发态2，辐射出光子①和②。如图2是劈裂后的能级图，即X态劈裂为两支，分别为、两个能级，辐射出光子③、④、⑤和⑥，下列说法正确的是（　　） A．②光子的频率一定等于④和⑥光子的频率的平均值 B．①光子的动量与③光子的动量大小一定相等 C．③和④光子的频率之和一定等于⑤和⑥光子的频率之和 D．若用⑥光子照射某种金属能发生光电效应，则用④或⑤光子照射该金属也一定能发生 13．（23-24高二下·浙江·期末）（多选）根据玻尔的氢原子模型，电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动，原子中的电子在库仑力作用下，绕核做圆周运动。氢原子处于基态时电子的轨道半径为，电势能为（取无穷远处电势能为零）。第n能级的轨道半径为，已知，氢原子的能量等于电子绕原子核运动的动能、电子与原子核系统的电势能的总和，氢原子基态能量为-13.6eV。下列说法正确的是（　　） A．氢原子处于基态时，电子绕原子核运动的动能为13.6eV B．氢原子处于基态时，电子绕原子核运动的电势能为-13.6eV C．氢原子处于第n能级的能量为基态能量的 D．巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写做。式中R叫做里德伯常量，这个公式称为巴尔末公式。氢原子光谱巴尔末系最小波长与最大波长之比为5∶9 原子核、衰变及核反应 14．（23-24高二下·浙江宁波·期末）钠的放射性同位素经过一次衰变后产生稳定的镁（）。已知的半衰期为15h，将放射强度为每秒次的，溶液样本倒入某水池中，45h后从该水池中取50mL的水，测得其放射强度为每秒20次。下列说法正确的是（    ） A．该衰变过程为衰变 B．进入到水池后半衰期发生变化 C．水池中水的体积约为 D．水池中水的体积约为 15．（23-24高二下·浙江温州·期末）核电站发电利用了铀核裂变的链式反应。核反应堆中的“燃料”是，产物多样，一种典型的铀核裂变是生成锶（）和氙（）。下列说法正确的是（    ） A．的比结合能比小 B．任意质量体积的铀核均能发生链式反应 C．若参加反应铀核的质量为m，则反应释放的能量为 D．的半衰期为7亿年，10克原子核经14亿年全部发生衰变 16．（23-24高二下·浙江金华·期末）福岛核事故泄漏到海洋的污染物含有多种放射性物质，主要有三种：碘131、铂134和137，它们的半衰期分别为8天、2年和30年，其中铂137的衰变方程为：，下列说法正确的是（    ） A．是电子，铂137每发生一次衰变，核外电子便少一个 B．从长时间来看，碘131的放射性危害小于铯137的放射性危害 C．要使铂137衰变能够顺利进行，放射性物质的体积必须要超过其临界体积 D．钡137的比结合能小于铯137的比结合能 17．（23-24高二下·浙江嘉兴·期末）据报道，国外某核电站排放的“核污水”中含有大量的氚以及碘-129、碳-14、锶-90等几十种放射性元素。已知氚的半衰期约为12年，其反应方程为则（　　） A．该反应是核裂变反应 B．粒子X是氚原子的核外电子 C．的比结合能比的比结合能小 D．20个氚核经过24年后还剩余5个 18．（23-24高二下·浙江·期末）嫦娥探测器使用核电池，核电池原理是放射性同位素衰变会释放出具有能量的射线，利用半导体换能器将射线能量转变为电能，因而它也叫“放射性同位素电池”。该核电池是放射性元素钚238，衰变成铀234，放出射线，钚238的半衰期为88年，关于此衰变下列说法正确的是（　　） A．衰变时放出射线是电子 B．钚238的核子平均结合能比铀234大 C．钚238的核子平均质量比铀234大 D．经过两个半衰期钚238将全部衰变 19．（23-24高二下·浙江丽水·期末）目前治疗癌症最先进的手段是利用核反应，反应释放出的高杀伤力的α粒子作用在癌细胞上，进而将病人体内的癌细胞杀死。已知X粒子的质量为mX，中子的质量为mn，α粒子的质量为mα，Li核的质量为mLi。下列说法正确的是（　　） A．核中子数比核中子数多一个 B．α射线比γ射线穿透力强 C． D．该反应类型属于衰变 20．（23-24高二下·浙江衢州·期末）俄乌战争以来，欧洲最大的核电站——扎波罗热核电站备受关注。其在受到攻击后可能会发生灾难性的核泄漏，释放大量放射性，的半衰期为30年，衰变后产生，并放出了粒子Y，同时释放能量。下列说法正确的是（　　） A．粒子Y为中子 B．的质量等于与粒子Y质量之和 C．通过改变环境温度可以让的半衰期发生变化 D．的结合能小于的结合能 21．（23-24高二下·浙江台州·期末）（多选）将放射性同位素氟18（）注入人体参与人体的代谢过程，如图所示，在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭并产生一对波长相等的光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的医学图像。设正、负电子的质量均为，光速为，普朗克常数为。下列说法正确的是（　　） A．衰变的方程为 B．光子是原子核外电子跃迁时产生的 C．上述正负电子湮灭产生的光子波长为 D．的核子平均质量比新核的核子平均质量小 22．（23-24高二下·浙江宁波·期末）2021年12月秦山核电站迎来安全发电30周年。核电站利用铀核裂变释放的能量每年发电约，相当于减排二氧化碳五千万吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A．裂变反应产物的比结合能比大 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为2kg C．反应堆中存在的核反应 D．核电站常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，可以减慢链式反应 6 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$