专题十六 近代物理初步【专题检测】一、选择题1.(2020湖南师大附中月考五)实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示,下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,参照下表可以确定的是( )金属钨钙钠截止频率ν0/Hz10.957.735.53逸出功W0/eV4.543.202.29A.如用金属钨做实验,得到的Ekm-ν图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大B.如用金属钠做实验,得到的Ekm-ν图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大C.如用金属钨做实验,当入射光的频率ν<ν1时,可能会有光电子逸出D.如用金属钠做实验,得到的Ekm-ν图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),则Ek2<Ek1答案 D 由光电效应方程Ekm=hν-hν0可知,Ekm-ν图线的斜率表示普朗克常量,横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率,此时的频率等于金属的截止频率,根据W0=hν0可求出逸出功,普朗克常量与金属的性质、光电子的最大初动能、入射光的频率无关。如用金属钨做实验,得到的Ekm-ν图线也是一条直线,其斜率与图中直线的斜率相等,故A错误;如用金属钠做实验,得到的Ekm-ν图线也是一条直线,其斜率与图中直线的斜率相等,故B错误;如用金属钨做实验,当入射光的频率ν<ν1时,不可能会有光电子逸出,故C错误;如用金属钠做实验,得到的Ekm-ν图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-Ek2),由于钠的逸出功小于钙的逸出功,则Ek2<Ek1,故D正确。2.(2020皖江名校联考五)1897年英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子,这是人类最早发现的基本粒子。下列有关电子说法正确的是( )A.电子的发现说明原子核是有内部结构的B.β射线也可能是原子核外电子电离形成的电子流,它具有中等的穿透能力C.光电效应实验中,逸出的光电子来源于金属中自由电子D.卢瑟福的原子核式结构模型认为核外电子的轨道半径是量子化的答案 C 电子的发现说明原子是有内部结构的,A错;β射线是原子核内中子转化为质子的过程中释放出的,它具有中等的穿透能力,故B错误;根据光电效应现象的定义可知光电效应实验中,逸出的光电子来源于金属中自由电子,故选项C正确;玻尔理论认为电子轨道半径是量子化的,卢瑟福的原子核式结构模型认为在原子的中心有一个很小的核,叫原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间里绕着核旋转,故选项D错误。3.(2020湖南长沙一中月考六)已知氢原子的能级公式表示为En=,式中n=1、2、3、…表示不同的能级,E1是氢原子处于基态的能级。处于基态的氢原子受到某种单色光的照射时,只激发出波长为λ1、λ2、λ3的三种单色光,且λ1>λ2>λ3,则λ2∶λ3等于( ) A.3∶2 B.4∶3 C.9∶4 D.32∶27答案 D 能放出三种光,说明此时氢原子处在第3能级,从第3能级跃迁到基态时放出光子能量为ΔE=
氢原子的能级公式表示为En=则有=-E1=-E1而=-E1=-E1可得λ2∶λ3=32∶27故A、B、C错误,D正确。4.(2019湖南长沙四大名校五月模拟)下列说法正确的是( )A.氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时,吸收光子,电子的轨道半径增大BUThHe是核裂变方程,当铀块体积大于临界体积时,才能发生链式反应C.从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的强度无关,与照射光的频率成正比D.α射线是高速运动的氦原子核,能够穿透几厘米厚的铅板答案 A 本题考查光电效应、氢原子能级跃迁、原子核衰变等必备知识,主要考查理解能力、推理论证能力,体现物理观念、科学思维的学科素养,突出对基础性、应用性的考查要求。氢原子的核外电子从低能级跃迁到高能级时,吸收光子,电子的轨道半径增大,A正确U→He属于α衰变,不是核裂变方程,故B错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0,知光电子的最大初动能与光子的频率成一次函数关系,不成正比关系,故C错误;α射线是高速运动的氦原子核,电离能力最强,而穿透能力最弱,故D错误。5.(2019湖南长沙二模)用n轰击U产生了m个某种粒子,核反应方程为UnXeSr+mX。则( )A.方程式中的m=3B.方程式中的X是α粒子C.该反应需要吸收热量DXe的比结合能一定大于U的比结合能答案 D 根据质量数守恒和核电荷数守恒可知,其核反应方程为UnXeSr+n,这个核反应为重核裂变,会释放出大量的能量,故A、B、C错误;根据比结合能曲线可知,中等质量的原子核比结合能大,轻核和重核的比结合能小,U是重核,故Xe的比结合能大于U的比结合能,故D正确。6.(2020湘赣十五校一模)一平行板电容器的电容为C,A极板材料发生光电效应的极限波长为λ0,整个装置处于真空中,如图所示。现用一波长为λ(λ<λ0)的单色光持续照射电容器的A极板,B极板接地。若产生的光电子均不会飞出两极板间,则下列说法正确的是(已知真空中的光速为c,普朗克常量为h,光电子的电荷量为e)( )A.光电子的最大初动能为B.光电子的最大初动能为C.平行板电容器可带的电荷量最多为D.平行板电容器可带的电荷量最多为答案 C 根据爱因斯坦光电效应方程可知A极板发生光电效应所产生的光电子的最大初动能Ek=h-h=,故A、B项错误;当单色光持续照射A极板时,平行板电容器的电荷量逐渐增加,两极板间形成的电场阻碍光电子到达B极板,设最大电荷量为q,两极板间的电压U=,由Ue=Ek得平行板电容器可带的电荷量最多为q=,故C项正确,D项错误。
7.(2020湘赣十五校一模)为了做好疫情防控工作,小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪的原理是:被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉,并转变成电信号。图为氢原子能级示意图,已知红外线单个光子能量的最大值为1.62eV,要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉,最少应给处于n=2激发态的氢原子提供的能量为( ) A.10.20eV B.2.89eV C.2.55eV D.1.89eV答案 C 本题以红外测温仪原理为物理情境,考查内容涉及氢原子向高能级跃迁吸收的能量特点和向低能级跃迁辐射出来的光子能量特点等必备知识,主要考查推理论证能力,体现科学思维的学科素养,突出对应用性的考查要求。处于n=2能级的氢原子吸收10.20eV的能量会发生电离,不能吸收2.89eV的能量,故A、B项错误;处n=2能级的原子能吸收2.55eV的能量而跃迁到n=4的能级,然后向低能级跃迁时辐射光子,其中从n=4能级到n=3能级跃迁辐射出的光子的能量小于1.62eV,可被红外测温仪捕捉,故C项正确;处于n=2能级的原子能吸收1.89eV的能量而跃迁到n=3的能级,从n=3能级到低能级跃迁时辐射光子的能量均大于1.62eV,不能被红外测温仪捕捉,故D项错误。8.(2020湖南长沙长郡中学适应性考试三,19)(多选)用如图甲所示的装置研究光电效应现象,光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连,光电管阳极与滑动变阻器的滑片P相连,初始时滑片P与抽头c正对,电压表的示数为0(电压表0刻线在表盘中央)。在移动滑片P的过程中,光电流I随电压表示数U变化的图像如图乙所示,已知入射光的光子能量为1.6eV。下列说法正确的是( )A.当滑片P与c正对时,电路中无光电流B.当U=-0.6V时,滑片P位于b、c之间C.阴极材料的逸出功为0.6eVD.当U=0.8V时,到达阳极的光电子的最大动能为1.4eV答案 BD 由题意可知,能发生光电效应,当滑片P与c正对时,光电管两端无电压,但此时光电子仍能从阴极到达阳极,则电路中有光电流,故A错误;由图乙可知,当U=-0.6V时,光电流为0,即光电管两端接反向电压,则阴极电势应更高,滑片P位于b、c之间,故B正确;由光电效应方程有Ek=hν-W0,由图可知,当U=-0.6V时,光电流为0,则有-0.6eV=0-Ek,联立解得W0=1.0eV,故C错误;光电子逸出时的最大初动能为Ek=0.6eV,当U=0.8V时由动能定理得eU=Ek'-Ek得Ek'=eU+Ek=(0.8+0.6)eV=1.4eV,故D正确。9.(2020五岳四月联考,19)(多选)原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示。下列说法正确的是( )
AHe核的结合能约为14MeVBKr核比Ba核更稳定C.三个中子和三个质子结合成Li核时放出能量D.在核反应UnKrBa+n中,要吸收热量答案 BC 本题以原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线为物理情境,考查内容涉及结合能、平均结合能之间关系以及物理意义等基础知识,主要考查推理论证能力,体现科学思维的学科素养,突出对基础性、应用性的考查要求。根据图像可知He的平均结合能约为7MeV,核子数为4,所以结合能约为4×7MeV=28MeV,A错误;平均结合能越大,原子核越稳定,所以Kr核比Ba核更稳定,B正确;核子结合成原子核时会质量亏损放出核能,即结合能,所以三个中子和三个质子结合成Li核时放出能量,C正确;重核裂变会质量亏损,所以会释放能量,D错误。10.(2020湖南六校联考,14)玻尔在卢瑟福原子模型的基础上,提出了电子在核外的量子化轨道模型,建立了新的原子结构学说。如图所示为氢原子玻尔模型的能级图,一群处于n=4能级的氢原子,在向较低能级跃迁的过程中向外辐射光子,则下列说法正确的是( )A.这群氢原子能发出6种频率不同的光,其中从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光波长最短B.其中从n=4能级跃迁到n=3能级的氢原子所发出的光子又能使另外的n=4能级的氢原子向高能级跃迁C.用这些光子照射逸出功为3.34eV的金属锌板,对于锌板表面逸出的光电子,遏止电压的大小为9.41VD.用这些光子照射逸出功为3.34eV的金属锌板,锌板表面发出的光电子的最大初动能为10.26eV答案 C 从n=4能级跃迁到n=3能级所发出的光频率最小,波长最长,故A错误;从n=4能级跃迁到n=3能级的氢原子所发出的光子能量为0.66eV,既不满足能级间能量差值,也达不到电离能,所以不能使n=4能级的氢原子向高能级跃迁,故B错误;用这些光子照射逸出功为3.34eV的金属锌板,由爱因斯坦光电效应方程可知,锌板表面发出的光电子的最大初动能为-0.85eV-(-13.6eV)-3.34eV=9.41eV,所以遏止电压等于9.41V,故C正确,D错误。二、非选择题11.如图所示,有界的匀强磁场磁感应强度为B=0.05T,磁场方向垂直于纸面向里,MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源,内装RaRa放出某种射线后衰变成Rn。(1)试写出Ra衰变成Rn的方程;(2)若A距磁场边界MN的距离OA=1.0m时,放在MN左侧的粒子接收器收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子,此时接收器距过O、A的直线1.0m。据此可推算出一个静止镭核衰变过程中释放的核能有多少?(取1u=1.6×10-27kg,e=1.6×10-19C,结果保留三位有效数字)
答案 (1RaRnHe (2)2.04×10-14J解析 (1)根据核反应过程中质量数守恒和电荷数守恒,可写出该衰变方程为RaRnHe,放出的粒子为α粒子。(2)垂直MN穿出磁场的α粒子在磁场中运动的轨迹如图所示,即其轨迹半径R=OA=1.0m。由qvαB=m得vα==m/s=2.5×106m/sEkα=mα=×6.4×10-27×(2.5×106)2J=2.0×10-14J由动量守恒有mαvα=mRnvRn所以=,==所以EkRn=Ekα由能量守恒定律得,释放的核能为E=Ekα+EkRn=Ekα=×2.0×10-14J=2.04×10-14J。
