提升训练19 波粒二象性和原子物理1.氢原子辐射出一个光子后,根据玻尔理论,下列说法正确的是( )A.电子绕核旋转的半径减小B.氢原子的能量增大C.氢原子的电势能增大D.氢原子核外电子的速率增大2.做“单缝衍射”实验和“双缝干涉”实验时,用激光比普通光源效果更好,图象更清晰。如图甲所示,如果将感光元件置于光屏上,则不仅能在光屏上看到彩色条纹,还能通过感光元件中的信号转换,在电脑上看到光强的分布情况。下列说法正确的是( )A.做“单缝衍射”实验时,光强分布如图乙所示B.做“单缝衍射”实验时,光强分布如图丙所示C.做“双缝干涉”实验时,光强分布如图乙所示D.做“双缝干涉”实验时,光强分布如图丙所示3.如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27,与纵轴交点坐标0.5)。由图可知( )A.该金属的截止频率为4.30×1014HzB.该金属的截止频率为5.5×1014HzC.该图线的斜率表示普朗克常量D.该金属的逸出功为0.5eV4.如图所示是氢原子的能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出6种不同频率的光子,其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n=2能级跃迁时释放的光子,则( )A.6种光子中波长最长的是n=4激发态跃迁到基态时产生的B.在6种光子中,从n=4能级跃迁到n=1能级释放的光子康普顿效应最明显C.使n=4能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量-6-\nD.若从n=2能级跃迁到基态释放的光子能使某金属板发生光电效应,则从n=3能级跃迁到n=2能级释放的光子也一定能使该板发生光电效应5.如图所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图象。对于这两个光电管,下列判断正确的是( )A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的Uc-ν图象的斜率可能不同6.以下说法正确的是( )A.费米主持建立了世界上第一个称为“核反应堆”的装置,首次通过可控制的链式反应实现了核能释放B.β衰变的实质在于核内的中子转化成了一个质子和一个电子C.α粒子散射实验是由汤姆生完成的D.核力是短程力,是强相互作用力,每个核子只跟邻近的核子发生核力作用7.下列说法正确的是( )A.汤姆生做了α散射实验,表明原子具有核式结构B.太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C.光电效应的发生几乎是瞬时的,产生电流的时间不超过10-9sD.β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子8.下列说法正确的是( )A.图甲中,当弧光灯发出的光照射到锌板上时,与锌板相连的验电器铝箔有张角,证明光具有粒子性B.图乙为某金属在光的照射下,光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象,当入射光的频率为2ν0时,产生的光电子的最大初动能为EC.图丙中,用从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属铂,不能发生光电效应D.图丁是放射性元素发出的射线在磁场中偏转示意图,射线c是β粒子流,-6-\n它产生的机理是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的9.14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5700年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是( )A.该古木的年代距今约5700年B.12C、13C、14C具有相同的中子数C.14C衰变为14N的过程中放出β射线D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变10.关于原子核的结合能,下列说法正确的是( )A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C.铯原子核Cs)的结合能小于铅原子核Pb)的结合能D.比结合能越大,原子核越不稳定11.放射性同位素电池是一种新型电池,它是利用放射性同位素衰变放出的高速带电粒子(α射线、β射线)与物质相互作用,射线的动能被吸收后转变为热能,再通过换能器转化为电能的一种装置。其构造大致是最外层是由合金制成的保护层,次外层是防止射线泄漏的辐射屏蔽层,第三层是把热能转化成电能的换能器,最里层是放射性同位素。电池使用的三种放射性同位素的半衰期和发出的射线如下表:同位素90Sr210Po238Pu射线βαα半衰期28年138天89.6年若选择上述某一种同位素作为放射源,使用相同材料制成的辐射屏蔽层,制造用于执行长期航天任务的核电池,则下列论述正确的是( )A.90Sr的半衰期较长,使用寿命较长,放出的β射线比α射线的贯穿本领弱,所需的屏蔽材料较薄B.210Po的半衰期最短,使用寿命最长,放出的α射线比β射线的贯穿本领弱,所需的屏蔽材料较薄C.238Pu的半衰期最长,使用寿命最长,放出的α射线比β射线的贯穿本领弱,所需的屏蔽材料较薄D.放射性同位素在发生衰变时,出现质量亏损,但衰变前后的总质量数不变12.-6-\n如图为氢原子能级的示意图,现有大量的氢原子处于n=3的激发态,下列说法正确的是( )A.由n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子频率最高B.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光C.用0.68eV的光子入射能使氢原子跃迁到n=4的激发态D.用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射逸出功为6.34eV的金属能发生光电效应13.美国物理学家密立根利用图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系,描绘出图乙中的图象,由此算出普朗克常量h。电子电荷量用e表示,下列说法正确的是( )A.入射光的频率增大,为了测遏止电压,则滑动变阻器的滑片P应向M端移动B.增大入射光的强度,光电子的最大初动能也增大C.由Uc-ν图象可知,这种金属的截止频率为νcD.由Uc-ν图象可求普朗克常量表达式为h=14.黑体辐射的实验规律如图所示,由图可知( )A.随温度升高,各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低,各种波长的辐射强度都增加C.随温度升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D.随温度降低,辐射强度的极大值向波长较长的方向移动15.已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1014Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钾逸出的光电子具有较大的( )A.波长B.频率-6-\nC.能量D.动量答案：1.AD 解析氢原子辐射出一个光子后,从高能级向低能级跃迁,氢原子的能量减小,轨道半径减小,A正确;根据k=m,得轨道半径减小,电子速率增大,动能增大,由于氢原子能量减小,则氢原子电势能减小,故D正确,B、C错误。2.AD 解析双缝干涉条纹等间距,单缝衍射条纹一定不等间距,是中央宽、两边窄的明暗相间的条纹。做“单缝衍射”实验时,光强分布如题图乙所示,故A正确,B错误;做“双缝干涉”实验时,光强分布如题图丙所示,故C错误,D正确。3.AC 解析图线在横轴上的截距为截止频率,A正确,B错误;由光电效应方程Ek=hν-W0,可知图线的斜率为普朗克常量,C正确;金属的逸出功W0=hνc=eV≈1.78eV,D错误。4.BC 解析由E4-E1=h,得6种光子中由n=4能级跃迁到n=1能级的能量差最大,波长最短,所以A项错误。在6种光子中,从n=4能级跃迁到n=1能级时释放的光子的能量最大,则光子的波长最短,康普顿效应最明显,故B项正确。由E∞-E4=0-(-0.85eV)=0.85eV,所以要使n=4能级的氢原子电离至少需0.85eV的能量,C项正确。因为E2-E1=10.2eV=hν1,E3-E2=1.89eV=hν2,所以ν1>ν2,故D项错误。5.ABC 解析由光电效应方程可知,因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同,故A对;逸出功不同,光电子的最大初动能不同,故B对;光强影响饱和光电流,不同的光强饱和光电流可能相同,故C对;斜率是,故一定相同,故D错。6.ABD 解析α粒子散射实验是由卢瑟福主持完成的,不是汤姆生,故C错。其余三项都是课本知识,是正确的。7.BCD 解析本题考查原子物理、光电效应现象。卢瑟福做了α散射实验,表明原子具有核式结构,A错误;太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应,B正确;光电效应的发生几乎是瞬时的,产生电流的时间不超过10-9s,C正确;β衰变的实质是核内的中子转化成了一个质子和一个电子,D正确。8.AB 解析光子带有能量,锌板中的电子吸收光子后脱离锌板,锌板带有正电,验电器的金属箔张开,说明光具有粒子性,A正确;根据爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0,结合题图可知纵截距的绝对值代表的是逸出功,则W0=E=hν0,当入射光的频率为2ν0时,最大初动能为Ek=2hν0-W0=E,B正确;根据能级跃迁公式得出题图丙中放出光子的能量为hν=E2-E1=10.2eV>6.34eV,所以能发生光电效应,C错误;β粒子流本质是电子,β粒子产生原理是原子核内的一个中子变成一个质子和一个电子,并不是核外电子,D错误。9.AC 解析古木样品中14C正好是现代植物所制样品的二分之一,可知时间正好是5700年,A正确。12C中子数为6,13C中子数为7,14C中子数为8,B错误。与14N相比,质量数一样而质子数少一个,可知发生的是β衰变,C正确。半衰期与外界环境无关,D错误。10.ABC 解析-6-\n由原子核的结合能定义可知,原子核分解成自由核子时所需的最小能量为原子核的结合能,A正确。重原子核的核子平均质量大于轻原子核的平均质量,因此原子核衰变产物的结合能之和一定大于衰变前的结合能,B正确。铯原子核的核子数少,因此其结合能小,C正确。比结合能越大的原子核越稳定,D错误。11.CD 解析原子核衰变时,释放出高速运动的射线,这些射线的能量来自原子核的质量亏损,即质量减小,但质量数不变,D对;从表格中显示Sr的半衰期为28年、Po的半衰期为138天、Pu的半衰期为89.6年,故Pu的半衰期最长,其使用寿命也最长,α射线的穿透能力没有β射线强,故较薄的屏蔽材料即可挡住α射线的泄漏,A、B错,C对。12.BD 解析n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为10.2eV,而n=3能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为12.09eV,故由n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量小于由n=3能级跃迁到n=1能级产生的光子能量,所以由n=2能级跃迁到n=1能级放出的光子频率小,A错误;根据=3可得这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光,B正确;-0.85eV-(-1.51eV)=0.66eV,故不能使得n=3能级上的氢原子跃迁到n=4的激发态,C错误;n=2能级跃迁到n=1能级产生的光子能量为10.2eV,故可以使得逸出功为6.34eV的金属发生光电效应,D正确。13.CD 解析入射光的频率增大,光电子的最大初动能增大,则遏止电压增大,测遏止电压时,应使滑动变阻器的滑片P向N端移动,故A错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0知,光电子的最大初动能与入射光的强度无关,故B错误;根据Ekm=hν-W0=eUc,解得Uc=,图线的斜率k=,则h=,当遏止电压为零时,ν=νc,故C、D正确。14.ACD 解析由题图可知,随着温度的升高,各种波长的辐射强度都有增加,且随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。故A、C、D正确,B错误。15.BCD 解析根据爱因斯坦光电效应方程得Ek=hν-W0,又W0=hνc,联立得Ek=hν-hνc;据题钙的截止频率比钾的截止频率大,由上式可知,从钾表面逸出的光电子最大初动能较大;由p=,可知钾光电子的动量较大;根据λ=可知,波长较小,则频率较大。故A错误,B、C、D正确。-6-
