高中物理高考 专题（09）原子物理（原卷版）

专题（09）原子物理（原卷版）

【专题考向】在原子物理这一部分内容中，主要考查光电效应，原子结构、原子核与核能。虽然对光电效应、原子结构原子核与核能的考查频率比较高，但是在复习的过程中，原子的能级和跃迁也应该引起高度的重视。

高频考点：光电效应、原子的能级和跃迁、原子结构原子核与核能。

【知识、方法梳理】

1．光电效应的实验规律

(1)任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。

(2)光电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)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。

(4)当入射光的频率大于或等于截止频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。

2．光电效应方程

(1)光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：Ek＝hν－W0。

(2)截止频率νc＝。

3．氢原子能级图

(1)氢原子能级图如图所示。

(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数：

N＝C＝。

4．原子核的衰变

5．核能

(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。

(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。注意质量数与质量是两个不同的概念。

(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比。

【热点训练】

1、(多选)利用如图所示的电路研究光电效应现象，其中电极K由金属钾制成，其逸出功为2.25 eV。用某一频率的光照射时，逸出光电子的最大初动能为1.50 eV，电流表的示数为I。已知普朗克常量约为6.6×10－34 J·s，下列说法正确的是(　　)

A．金属钾发生光电效应的截止频率约为5.5×1014 Hz

B．若入射光频率加倍，光电子的最大初动能变为3.00 eV

C．若入射光频率加倍，电流表的示数变为2I

D．若入射光频率加倍，遏止电压的大小将变为5.25 V

2、(多选)氢原子光谱如图甲所示，图中给出了谱线对应的波长，氢原子能级图如图乙所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，已知可见光的频率范围约为4.2×1014 Hz～7.8×1014 Hz，则(　　)

A．Hα谱线对应光子的能量小于Hδ谱线对应光子的能量

B．图甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四种光均属于可见光范畴

C．Hβ对应光子的能量约为10.2 eV

D．Hα谱线对应的跃迁是从n＝3能级到n＝2能级

3、真空中一个静止的镭原子核Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn，衰变方程为Ra→Rn＋He，下列说法正确的是(　　)

A．衰变后Rn核的动量与α粒子的动量相同

B．衰变后Rn核的质量与α粒子的质量之和等于衰变前镭核Ra的质量

C．若镭元素的半衰期为τ，则经过τ的时间，8个Ra核中有4个已经发生了衰变

D．若镭元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的Ra核中有1.5 kg已经发生了衰变

4、(多选)如图为氢原子光谱在可见光区域内的四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n＞2的能级跃迁到n＝2的能级发出的光，根据此图可以判定(　　)

A．Hα对应的原子前后能量之差最小

B．同一介质对Hα的传播速度最大

C．Hδ光子的动量最大

D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则用Hβ照射同一金属一定不能产生光电效应

5、(多选)如图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(　　)

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

6、在匀强磁场中，一个原来静止的原子核，由于衰变放射出某种粒子，结果得到一张两个相切圆1和2的径迹照片如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2，则下列说法正确的是(　　)

A．原子核可能发生α衰变，也可能发生β衰变

B．径迹2可能是衰变后新核的径迹

C．若衰变方程是U→Th＋He，则衰变后新核和射出的粒子的动能之比为117∶2

D．若衰变方程是U→Th＋He，则r1：r2＝1∶45

7、关于物理学家和他们对物理学的贡献，下列说法正确的是(　　)

A．爱因斯坦提出了光的电磁说

B．麦克斯韦预言并证实了电磁波的存在

C．玻尔建立了量子理论，并成功解释了各种原子的发光原理

D．卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型

8、下列现象中，原子核结构发生了改变的是(　　)

A．氢气放电管发出可见光            B．β衰变放出β粒子

C．α粒子散射现象                    D．光电效应现象

9、下列说法正确的是(　　)

A．原子核的结合能越大，原子核越稳定

B．β衰变释放出电子，说明原子核内有电子

C．氡的半衰期为3.8天，8个氡原子核经过7.6天后剩下2个氡原子核

D．用频率为ν的入射光照射光电管的阴极，遏止电压为Uc，改用频率为2ν的入射光照射同一光电管，遏止电压大于2Uc

10、关于原子物理知识，下列说法正确的是(　　)

A．升高放射性物质的温度，其半衰期变短

B．发生光电效应现象时，增大入射光的频率，同一金属的逸出功变大

C．Np经过7次α衰变和5次β衰变后变成Bi

D．根据玻尔理论，氢原子向低能级跃迁时只放出符合两能级能量差的光子

11、氢原子的能级公式为En＝E1(n＝1，2，3…)，其中基态能量E1＝－13.6 eV，能级图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为－0.96E1，则n和可能发出的频率最小的光子能量分别为(　　)

A．n＝5，0.54 eV              B．n＝5，0.31 eV

C．n＝4，0.85 eV              D．n＝4，0.66 eV

12、用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz.已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s。则下列说法中正确的是(　　)

A．欲测遏止电压，应选择电源左端为正极

B．当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大

C．增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大

D．如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek约为1.2×10－19 J

13、如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，静止的铀U发生α衰变，生成新原子核X，已知α粒子和新核X在纸面内做匀速圆周运动，则(　　)

A．原子核X的电荷数为91，质量数为236

B．α粒子做顺时针圆周运动

C．α粒子和原子核X的周期之比为10∶13

D．α粒子和原子核X的半径之比为45∶2