第一部分　專題五　近代物理初步基礎(chǔ)題——知識基礎(chǔ)打牢1．(2018·全國卷Ⅲ)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性元素X：α＋Al→n＋X.X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為(　B　)A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31【解析】　根據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2＋13＝15，質(zhì)量數(shù)為4＋27－1＝30，根據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，B正確．2．(2019·全國卷Ⅱ)太陽內(nèi)部核反應(yīng)的主要模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，循環(huán)的結(jié)果可表示為4H→He＋2e＋2ν，已知H和He的質(zhì)量分別為mp＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c為光速．在4個H轉(zhuǎn)變成1個He的過程中，釋放的能量約為(　C　)A．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeV【解析】　因電子的質(zhì)量遠(yuǎn)小于質(zhì)子的質(zhì)量，計(jì)算中可忽略不計(jì)．質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.007 8－4.002 6)×931 MeV≈26.6 MeV，C正確．3．(2020·山東卷)氚核H發(fā)生β衰變成為氦核He.假設(shè)含氚材料中H發(fā)生β衰變產(chǎn)生的電子可以全部定向移動，在3.2×104s時間內(nèi)形成的平均電流為5.0×10－8A．已知電子電荷量為1.6×10－19C，在這段時間內(nèi)發(fā)生β衰變的氚核H的個數(shù)為(　B　)A．5.0×1014 B．1.0×1016C．2.0×1016 D．1.0×1018【解析】　根據(jù)I＝＝，可得產(chǎn)生的電子數(shù)為n＝＝＝1016個，因在β衰變中，一個氚核產(chǎn)生一個電子，可知氚核的個數(shù)為1.0×1016個．故選B.4．(2021·廣東梅州質(zhì)檢)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電，氘核聚變反應(yīng)方程是H＋H→He＋X，則(　D　)A．m＝0，n＝1，X是正電子B．m＝0，n＝1，X是中子C．m＝1，n＝0，X是正電子D．m＝1，n＝0，X是中子【解析】　由質(zhì)量數(shù)守恒知2＋2＝3＋m，解得m＝1.由電荷數(shù)守恒知1＋1＝2＋n，解得n＝0，所以X是中子，故選D.5．(2021·廣東湛江模擬)大亞灣核電站位于珠三角地區(qū)，是中國大陸第一座商用核電站．大亞灣核電站利用的是核裂變．一種典型的核裂變反應(yīng)方程為U＋n→Ba＋X＋3n，其中原子核X的中子數(shù)為(　B　)A．52 B．53C．54 D．55【解析】　核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得原子核X的質(zhì)子數(shù)為36、質(zhì)量數(shù)為89，故原子核X的中子數(shù)為89－36＝53，B正確．故選B.6．(2021·廣東肇慶統(tǒng)測)關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是(　B　)A．只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)B．光子的能量大于金屬的逸出功就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)C．照射時間越長光電子的最大初動能越大D．光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比【解析】　根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，只有入射光的頻率大于金屬的截止頻率，才可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，A錯誤；光子的能量大于金屬的逸出功就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，B正確；光電子的最大初動能與照射時間無關(guān)，C錯誤；光電子的最大初動能隨入射光子的頻率增大而增大，并不是成正比，D錯誤．7．(2021·河北高三模擬)用頻率分別為ν和2ν的光照射某種金屬材料，兩種情況下測得的該金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)的遏止電壓之比為1∶3，已知普朗克常量為h，則該金屬的逸出功為(　B　)A．hν B．hνC．hν D．hν【解析】　設(shè)用頻率分別為ν和2ν的光照射時，逸出的光電子的最大初動能分別為E1和E2，則由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得E1＝hν－W0，E2＝2hν－W0，又因?yàn)?/span>E1＝eUc1，E2＝eUc2，＝，以上各式聯(lián)立可解得W0＝hν，故選B.8．(2021·廣東江門一模)以下對物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的認(rèn)識中正確的是(　D　)A．只要照射到金屬表面的光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象B．當(dāng)給放射性材料加熱時其衰變進(jìn)程將加快C．天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的射線都能在電場或磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，該氫原子放出光子，能量減少【解析】　發(fā)生光電效應(yīng)的條件為入射光的頻率必須大于金屬的極限頻率，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，所以A錯誤；半衰期是原子的一種屬性，與外部的物理化學(xué)變化無關(guān)，所以B錯誤；天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的γ射線，不帶電，其在電場或磁場中不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以C錯誤；一個氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級，該氫原子放出光子，能量減少，所以D正確；故選D.9．(2021·湖南高三模擬)太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)模式之一是質(zhì)子—質(zhì)子循環(huán)，即四個H結(jié)合生成一個He，并釋放出大量能量，其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)方程為①H＋H→H＋e＋ν，②H＋H→He＋γ，③He＋He→He＋2H，下列說法正確的是(　C　)A．②反應(yīng)中，釋放了γ光子，則②反應(yīng)為衰變反應(yīng)B．循環(huán)結(jié)果可表示為4H→He＋2e＋νC．四個H生成一個He過程中存在質(zhì)量虧損D．核電站中的核反應(yīng)方式與太陽內(nèi)部發(fā)生的主要核反應(yīng)方式相同【解析】　②反應(yīng)屬于輕核聚變反應(yīng)，故A錯誤；循環(huán)結(jié)果可表示為4H→He＋2e＋2ν，故B錯誤；四個H生成一個He過程中釋放大量能量，存在質(zhì)量虧損，故C正確；核電站發(fā)生的核反應(yīng)方式是重核裂變，故D錯誤．故選C.10．(2021·重慶實(shí)驗(yàn)外國語學(xué)校模擬)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法錯誤的是(　C　)A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損要放出能量B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損，要放出核能C．已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子，若增加γ射線強(qiáng)度，則逸出光電子的最大初動能增大D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度【解析】　由圖可知，D和E核子的平均質(zhì)量大于F核子的平均質(zhì)量，原子核D和E聚變成原子核F時，核子總質(zhì)量減小，有質(zhì)量虧損，要釋放能量，選項(xiàng)A正確；由圖可知，A的核子平均質(zhì)量大于B與C核子的平均質(zhì)量，原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損，要放出核能，選項(xiàng)B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝kν－W0知，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，選項(xiàng)C錯誤；在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度，選項(xiàng)D正確；本題選錯誤的，故選C.11．(2021·江西臨川二模)關(guān)于甲、乙、丙、丁四幅圖的說法正確的是(　D　)A．甲圖中A處能觀察到大量的閃光點(diǎn)，B處能看到少數(shù)的閃光點(diǎn)，C處觀察不到閃光點(diǎn)B．乙圖中處于基態(tài)的氫原子能吸收能量為10.4 eV的光子而發(fā)生躍遷C．丙圖中用弧光燈照射原來就帶電的鋅板時，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的張角變大，則鋅板原來帶負(fù)電D．丁圖中1為α射線，它的電離作用很強(qiáng)，可消除靜電【解析】　甲圖中A處能觀察到大量的閃光點(diǎn)，B處能看到少數(shù)的閃光點(diǎn)，C處也可以觀察到極少的閃光點(diǎn)，故A錯誤；乙圖中，處于基態(tài)的氫原子想要吸收光子能量發(fā)生躍遷，則吸收的光子能量需等于兩能級間的能級差，基態(tài)氫原子躍遷到n＝2能級需要吸收的能量為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV，即基態(tài)的氫原子吸收能量為10.2 eV的光子，可以從基態(tài)躍遷到n＝2能級，能量為10.4 eV的光子不能被處于基態(tài)的氫原子吸收，氫原子不能發(fā)生躍遷，故B錯誤；丙圖中用弧光燈照射鋅板，鋅板上的電子逸出，鋅板帶上正電，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器的張角變大，說明鋅板原來就帶正電，故C錯誤；丁圖中，根據(jù)左手定則可知，1帶正電，為α射線，α射線的電離作用很強(qiáng)，可消除靜電，故D正確．12．(2021·湖北武漢模擬)已知四個氫核可聚變成一個氦核，同時放出兩個正電子，若未來核電站能使氫完全聚變，則一座100萬千瓦的核電站每年(t＝3.15×107s)大約需要消耗的氫的質(zhì)量為(氫核的質(zhì)量為1.007 8 u，氦核的質(zhì)量為4.002 6 u,1 u為1.66×10－27kg，NA＝6.02×1023mol－1)(　B　)A．20 kg B．50 kgC．150 kg D．200 kg【解析】　四個氫核聚變成一個氦核虧損的質(zhì)量約為Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，釋放的能量約為ΔE＝Δm·c2＝4.27×10－12J,1 kg氫含有的氫原子個數(shù)為6.02×1026個，全部發(fā)生聚變釋放的能量約為E＝ΔE＝6.43×1014J，則發(fā)電站每年大約消耗的氫的質(zhì)量為m＝ kg＝49 kg，選項(xiàng)B比較接近，故B正確．應(yīng)用題——強(qiáng)化學(xué)以致用13．(多選)(2021·湖南長郡中學(xué)模擬)靜止的Bi原子核在磁場中發(fā)生衰變后運(yùn)動軌跡如圖所示，大小圓半徑分別為R1、R2.則下列關(guān)于此核衰變方程和兩圓軌跡半徑比值判斷正確的是(　AC　)A．Bi→P0＋e B．Bi→Tl＋HeC．R1∶R2＝84∶1 D．R1∶R2＝207∶4【解析】　若是α衰變，則新核和α粒子向相反的方向射出，新核和α粒子偏轉(zhuǎn)方向相反，做勻速圓周運(yùn)動的軌跡外切，由題意知，兩圓內(nèi)切，所以該核的衰變是β衰變，于是根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒就能寫出衰變方程，故B錯誤，A正確；洛侖茲力提供向心力求得半徑公式r＝，又由于衰變前后動量守恒，即m1v1＝m2v2，所以半徑之比等于電量的反比，從而求出半徑之比為84∶1，故C正確，D錯誤；故選AC.14.(2021·廣東深圳二模)如圖所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，靜止的鈾U發(fā)生α衰變，生成新原子核X，已知α粒子和新核X在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，則(　C　)A．原子核X的電荷數(shù)為91，質(zhì)量數(shù)為236B．α粒子做順時針圓周運(yùn)動C．α粒子和原子核X的周期之比為10∶13D．α粒子和原子核X的半徑之比為45∶2【解析】　根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，原子核X的電荷數(shù)為92－2＝90，質(zhì)量數(shù)為238－4＝234，選項(xiàng)A錯誤；α粒子帶正電，由左手定則可知，α粒子做逆時針圓周運(yùn)動，選項(xiàng)B錯誤；根據(jù)T＝可知，α粒子和原子核X的周期之比：＝×＝，選項(xiàng)C正確；根據(jù)動量守恒定律，α粒子和原子核X的動量大小相同，r＝∝可知，α粒子和原子核X的半徑之比為＝＝，選項(xiàng)D錯誤．15．(2021·湖北省八市高三聯(lián)考)大量氫原子處于量子數(shù)為n的能級，當(dāng)它們向低能級躍遷時，能輻射6種不同頻率的光，用這些光照射逸出功為2.25 eV的鉀，氫原子能級圖如圖所示，下列說法中正確的是(　A　)A．量子數(shù)n＝4B．量子數(shù)n＝6C．輻射的所有光都能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)D．處于n＝2能級的氫原子不能吸收能量為3.6 eV的光子【解析】　大量原子從高能級向低能級躍遷的種數(shù)為C＝6，所以n＝4，A正確，B錯誤；第4能級向第3能級躍遷放出的能量為ΔE＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，第3能級向第2能級躍遷放出的能量為ΔE′＝－1.51 eV－(－3.40  eV)＝1.89 eV，可知放出的能量均小于2.25 eV，故這兩條頻率的光不能使鉀發(fā)生光電效應(yīng)，其他則可以，C錯誤；處于n＝2能級的氫原子能吸收能量為3.6 eV的光子而電離，D錯誤．故選A．16．(2021·廣東深圳一調(diào))核電池又稱“放射性同位素電池”，利用衰變放出的射線能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏瞥桑茖W(xué)家利用Pm→Sm＋x反應(yīng)制成核電池，已知Pm的半衰期約為2.6年，Pm、Sm原子核及x粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m，真空中的光速為c，則(　C　)A．射線粒子x的符號是eB．5.2年后所有Pm原子核均已衰變C．每個Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2D．單位時間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能一直保持不變【解析】　根據(jù)核反應(yīng)過程電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)守恒可知射線粒子x的符號是e，所以A錯誤；5.2年后經(jīng)過了2個半衰期，所以有的 Pm原子核已衰變，則B錯誤；由愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可得，每個Pm原子核衰變放出的能量為(m1－m2－m)c2，所以C正確；由能量守恒定律可知核電池衰變化后，單位時間內(nèi)該電池因衰變而放出的核能會逐漸減小，所以D錯誤；故選C.17．(多選)(2021·廣東執(zhí)信中學(xué)模擬)大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時能輻射出多種不同頻率的光，用這些光照射如圖甲所示的光電管的陰極K.已知?dú)湓拥牟糠帜芗増D如左圖所示，陰極K為金屬鎢，其逸出功為4.54 eV.則下列說法中正確的是(　AC　)A．這些氫原子最多能發(fā)出6種不同頻率的光B．躍遷到基態(tài)時，會輻射γ射線C．能使金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)的光有3種D．若將電源的正負(fù)極調(diào)換，電路中的光電流將變?yōu)?【解析】　這些氫原子最多能發(fā)出C＝6種不同頻率的光，故A正確；γ射線是原子核從高能級向低能級躍遷時放出的，故B錯誤．根據(jù)躍遷規(guī)律可知從n＝4向n＝1躍遷時輻射光子的能量為hν＝E4－E1＝12.75 eV，從n＝3向n＝1躍遷時輻射光子的能量為hν＝E3－E1＝12.09 eV，從n＝2向n＝1躍遷時輻射光子的能量為hν＝E2－E1＝10.2 eV，故能使金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng)的光有3種，故C正確．若將電源的正負(fù)極調(diào)換，加反向電壓，當(dāng)電壓小于遏止電壓時，電路中的光電流不為0，故D錯誤．故選AC.18．(2021·遼寧鞍山四模)如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率不同的大量光子．其中頻率最高的光子照射到圖乙電路中光電管陰極K上時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙．下列說法正確的是(　A　)A．光電子的最大初動能為6 eV，金屬的逸出功6.75 eVB．氫原子躍遷時共發(fā)出4種頻率的光C．光電子最大初動能與入射光的頻率成正比D．氫原子躍遷放出的光子中有2種頻率的光子可以使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象【解析】　大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時，發(fā)出頻率最高的光子是對應(yīng)著從n＝4到n＝1的躍遷，頻率最高光子的能量為hνm＝E4－E1＝－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV.由圖可知輻射光電子的最大初動能為6 eV，根據(jù)Ekm＝hν－W可知，金屬的逸出功W＝12.75 eV－6 eV＝6.75 eV，選項(xiàng)A正確；從n＝4到低能級的躍遷中能輻射出6種不同頻率的光子，其中光子能量大于6.75 eV的躍遷有，n＝2到n＝1的躍遷，輻射光子的能量為－3.4 eV－(－13.6 eV)＝10.2 eV.n＝3到n＝1的躍遷，輻射光子的能量為－1.51 eV－(－13.6 eV)＝12.09 eVn＝4到n＝1的躍遷，輻射光子的能量為－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV其余躍遷光子能量小于6.75 eV，所以各種頻率的光分別照射到電路陰極K上，共有3種頻率的光能產(chǎn)生光電流，選項(xiàng)BD錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知Ekm＝hν－W，光電子最大初動能隨入射光的頻率的增大而增大，但不成正比，故C錯誤．故選A．a

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