2023届二轮复习 选择题12　近代物理 作业

选择12　近代物理

考向1　光电效应　波粒二象性　氢原子　光谱

1.

一束由a、b、c三种颜色组成的光,经过三棱镜后形成的光路如图所示,将这三种光分别入射到同一光电管,都有光电子产生。关于这三种光,下列判断正确的是(　D　)

A.c光的光子动量最大

B.c光所对应的遏止电压最大

C.a光所对应的饱和电流最大

D.a光产生的光电子最大初动能最大

解析:光子的动量为p=,由光路图可知na>nb>nc,则a光的频率最大,波长最短,则a光的动量最大,又根据eUc=m=hν-W0,a光所对应的遏止电压最大,产生的光电子最大初动能最大,A、B错误,D正确;饱和电流与入射光强度有关,C错误。

2.将一块锌板通过金属导线连接在验电器上,并使锌板带负电,验电器指针张开。现用紫外线灯照射锌板,并观察验电器指针的变化。用紫外线灯照射锌板后,验电器指针张开的角度变小,下列关于实验现象的说法正确的是(　C　)

A.紫外线灯给锌板补充正电荷

B.紫外线带走了锌板和验电器上的负电荷

C.验电器指针张角变小说明锌板在紫外线灯照射下失去电子

D.验电器指针张角变小是锌板和验电器构成电容器并向外辐射电磁波造成的

解析:紫外线灯照射锌板表面,锌板中的自由电子吸收紫外线光子的能量而从金属表面逸出,锌板上的电子数量减少,验电器和锌板上的电荷重新分布,验电器指针张开的角度逐渐减小,故A、B错误,C正确;锌板和验电器不构成电容器,并不会向外辐射电磁波,故D错误。

3.(2022·绍兴二模)脉冲燃料激光器以450 μs的脉冲形式发射波长为585 nm的光,这个波长的光可以被血液中的血红蛋白强烈吸收,从而有效清除由血液造成的瘢痕。每个脉冲向瘢痕传送约为5.0×10-3 J的能量,普朗克常量为6.626×10-34 J·s,则(　D　)

A.每个光子的能量约为5×10-19 J

B.每个光子的动量约为3.9×10-43 kg·m/s

C.激光器的输出功率不能小于1.24 W

D.每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为1.47×1016个

解析:每个光子的能量约为E== J≈3.4×10-19 J,选项A错误;每个光子的动量p=≈1.13×10-27 kg·m/s,选项B错误;激光器的输出功率不能小于P=≈11.1 W,选项C错误;每个脉冲传送给瘢痕的光子数约为n=个≈1.47×1016个,选项D正确。

4.(多选)有一种额温枪的工作原理是任何物体温度高于绝对零度(-273 ℃)时都会向外发出红外线,额温枪通过红外线照射到温度传感器,发生光电效应,将光信号转化为电信号,从而显示出物体的温度。已知人的体温正常时能辐射波长为10 μm的红外线,如图甲所示,用该红外线照射光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,光电流随电压变化的图像如图乙所示,已知 h=6.63×10-34 J·s,e=1.6×10-19 C,则(　AC　)

A.波长为10 μm的红外线在真空中的频率为3×1013 Hz

B.将图甲中的电源正负极反接,将不会产生电信号

C.由图乙可知,该光电管的阴极金属逸出功约为0.1 eV

D.若人体温度升高,辐射红外线的强度增大时,光电流减小

解析:根据c=λν,可得红外线的频率ν== Hz=3×1013 Hz,A正确;由图乙可知,遏止电压为0.02 V,若将图甲中的电源正负极反接,而光电管两极间的电压低于0.02 V时,仍有电子到达阳极A,仍会产生电信号,B错误;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,由图乙可知Ek=0.02 eV,代入可得W0=hν-Ek= eV-0.02 eV≈0.1 eV,C正确;若人体温度升高,辐射红外线的强度增大,光电流将增大,D错误。

5.为了更形象地描述氢原子能级和氢原子轨道的关系,作出如图所示的能级轨道图,处于n=4能级的氢原子向n=2能级跃迁时辐射出可见光a,处于n=3能级的氢原子向n=2能级跃迁时辐射出可见光b,则以下说法正确的是(　A　)

A.a光照射逸出功为2.14 eV的金属时,光电子的最大初动能为0.41 eV

B.a光的波长比b光的波长长

C.辐射出b光时,电子的动能和电势能都会变大

D.一个处于n=4能级的氢原子自发跃迁可释放6种频率的光

解析:a光的光子能量Ea=E4-E2=2.55 eV,b光的光子能量Eb=E3-E2=1.89 eV,根据E=h,可知λb>λa,B错误;a光照射逸出功W0=2.14 eV的金属时,由于Ea>W0,能发生光电效应,光电子的最大初动能Ek=Ea-W0=0.41 eV,A正确;辐射出b光时,电子做圆周运动的半径减小,动能增加,静电力做正功,电势能减小,C错误;一个处于n=4能级的氢原子自发跃迁时,释放出不同频率光的种类最多的情况为n=4→n=3→n=2→n=1,即最多能释放3种频率的光,D错误。

6.(多选)氢原子能级图如图所示,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,元电荷e=1.60×10-19 C,可见光的光子能量范围介于1.62～3.10 eV,真空中光速c=3.0×108 m/s。下列说法正确的是(　AC　)

A.氢原子从高能级向低能级跃迁时,原子总能量减少

B.氢原子从高能级向n=2能级直接跃迁都能够辐射出可见光

C.氢原子从n=4能级向低能级跃迁时,辐射出的光的最大波长约为1 884 nm

D.处于n=4激发态的原子至少需要吸收13.6 eV的能量才能电离

解析:氢原子从高能级向低能级跃迁时,辐射出光子,原子总能量减少,A正确;可见光的光子能量范围介于1.62～3.10 eV,所以不是所有从高能级向n=2能级直接跃迁都能够辐射出可见光,B错误;从n=4能级向n=3能级跃迁时,波长最大,由能级跃迁公式可得ΔE=hν,λ=,解得λ≈1 884 nm,C正确;处于n=4激发态的原子至少需要吸收0.85 eV的能量才能电离,D错误。

7.(多选)如图甲为氢原子光谱,图乙为氢原子能级图。已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.10 eV之间,普朗克常量h=6.626×10-34 J·s,则(　BC　)

A.Hγ对应光子能量比Hα小

B.图甲所示的四条谱线均对应可见光

C.Hβ谱线对应的是氢原子从能级n=4跃迁到n=2

D.氢原子从能级n=5跃迁到较低能级时可以辐射出图甲所示四条可见光

解析:由图甲可知,Hγ谱线对应光子的波长小于Hα谱线对应光子的波长,结合ε=可知,Hγ谱线对应光子的能量大于Hα谱线对应光子的能量,故A错误;由图甲可知,Hα谱线对应的波长最长,其光子的能量最小,为εα== J≈3.03×10-19 J≈1.89 eV,Hδ谱线对应的波长最短,其光子的能量最大,为εδ== J≈4.84×10-19 J≈3.03 eV,可知,这四条谱线对应的光子能量在 1.62 eV 到3.10 eV之间,即图甲所示的四条谱线均对应可见光,故B正确;Hβ谱线对应光子的能量为εβ== J≈2.55 eV,可知Hβ谱线对应的是氢原子从n=4能级到n=2能级,故C正确;由上面分析可知Hδ谱线对应的光子能量为εδ≈3.03 eV,由图乙可知,没有两个能级差为 3.03 eV,即氢原子从能级n=5跃迁到较低能级时不能辐射出图甲所示四条可见光,故D错误。

8.(多选)如图甲所示,把一两面平行玻璃板压在另一个两面平行的玻璃板上,右端用薄片垫起,构成空气劈尖。图丙为某种原子辐射产生两种单色光a、b的跃迁图,让单色光a、b分别从图甲的上方射入,这时可以看到明暗相间的条纹分别如图乙所示,下列说法正确的是(　AD　)

A.将薄片稍向左移动(保持两平行玻璃板左端不动),图乙中1、2的相邻条纹间距均变小

B.图乙中的条纹是单色光分别在两块玻璃板上表面的反射光发生干涉而形成的

C.图乙中的1、2分别是图丙中a、b光的干涉条纹

D.图丙的原子能级跃迁还可能产生一种比a光波长更长的光

解析:将薄片稍向左移动(保持两平行玻璃板左端不动),两玻璃板间的夹角将增大,图乙中1、2的相邻条纹间距均变小,故A正确;图乙中的条纹是单色光分别在下玻璃板上表面和上玻璃板下表面的反射光发生干涉而形成的,故B错误;由图丙可知a光的光子能量大于b光的光子能量,a光的频率大于b光的频率,a光的波长小于b光的波长,波长越小则干涉条纹间距越小,故C错误;由图丙可知,从能级n=3跃迁到能级n=2还可产生一种光,该光的光子能量小于a光的光子能量,该光的波长大于a光,故D正确。

考向2　原子结构与原子核

9.(多选)如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图,下列说法正确的是(　AC　)

A.核反应中,质量数守恒,电荷数守恒

B.核电站的原理是热核反应

C.原子核比结合能越大,核子的平均质量越小,原子核越稳定

D.核裂变反应发生中,反应物的结合能之和大于生成物的结合能之和

解析:核反应中,质量数守恒,电荷数守恒,故A正确;核电站的原理是重核裂变,故B错误;原子核比结合能越大,核子的平均质量越小,原子核越稳定,故C正确;核裂变反应发生中,反应物的结合能之和小于生成物的结合能之和,故D错误。

10.(多选)目前核电站获取核能的基本核反应方程:UnBa+X+n,其中Ba不稳定,衰变的半衰期为T,下列说法正确的是(　BC　)

A.反应产物X的中子数为50

B.0.5 kg的Ba原子核,经过3T剩下开始时的

C.反应产物X的比结合能比U的比结合能大

D.上述核反应也称热核反应,由于质量亏损而释放出能量

解析:根据核反应方程中质量数、电荷数守恒可写出该核反应方程为UnBaX+n,可知X原子核中含有的中子数为53,故A错误;根据半衰期公式m余=m(可知,经过3T,=()3=,故B正确;核反应中生成物比反应物稳定,比结合能大,故C正确;该核反应为重核裂变反应,故D错误。

11.(多选)氘核聚变反应的方程为HH→n,已知氘核的比结合能为E,核反应中释放的核能为ΔE,核反应中发射一种γ光子,该γ光子照射到逸出功为W0的金属上打出的最大初动能的光电子的速度为v,已知光电子的质量为m,光速为c,普朗克常量为h,下列说法正确的是(　BD　)

A.裂变反应比聚变反应更难控制

B.X的比结合能为E+

C.光电子的德布罗意波长为

D.γ光子的频率为

解析:聚变反应比裂变反应更难控制,A错误;根据4E+ΔE=3EX,可得EX=E+,B正确;光电子的德布罗意波长为,C错误;根据爱因斯坦光电效应方程mv2=hνγ-W0,可得γ光子的频率为,D正确。

12.在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核X)发生了一次α衰变。放射出的α粒子He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量,生成的新核用Y表示,真空中光速为c,下列说法正确的是(　C　)

A.新核Y在磁场中做圆周运动的轨道半径为RY=R

B.α粒子做圆周运动可等效成一个环形电流,且电流大小为I=

C.若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核Y的动能,则衰变过程中的质量亏损约为Δm=

D.发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中旋转方向相同,且轨迹为相内切的圆

解析:α粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,解得α粒子的轨道半径R=,根据半径公式则有=,解得RY=R,故A错误;α粒子做圆周运动的周期T==,则环形电流I==,故B错误;对α粒子,由洛伦兹力提供向心力,则有qvB=m,解得v=,由质量关系可知,衰变后新核Y质量为M=m,衰变过程系统动量守恒,由动量守恒定律得Mv′-mv=0,解得v′=v,系统增加的能量为ΔE=Mv′2+mv2,由质能方程得ΔE=Δmc2,联立得Δm=,故C正确;由动量守恒定律可知,衰变后α粒子与新核Y运动方向相反,所以轨迹圆应外切,故D错误。