備戰(zhàn)2024年高考物理一輪重難點(diǎn)復(fù)習(xí) 第十三章 近代物理

近代物理氫原子光譜，氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式原子核的組成、放射性、原子核衰變、半衰期放射性同位素、核力、核反應(yīng)方程結(jié)合能、質(zhì)量虧損、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)，裂變反應(yīng)堆射線的危害和防護(hù)，光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1．光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子。2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率大于或等于金屬的截止(極限)頻率。3．光電效應(yīng)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率必須大于或等于這個(gè)截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。4．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對(duì)應(yīng)規(guī)律對(duì)規(guī)律的解釋存在截止頻率νc電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功W0，則入射光子的能量不能小于W0，對(duì)應(yīng)的頻率必須不小于νc＝eq\f(W0,h)，即截止頻率光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)電子吸收光子能量后，一部分用來(lái)克服金屬的逸出功，剩余部分表現(xiàn)為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能。對(duì)于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光頻率的增大而增大，和光強(qiáng)無(wú)關(guān)光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間光較強(qiáng)時(shí)飽和電流較大對(duì)于同種頻率的光，光較強(qiáng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大5．光電效應(yīng)圖像圖像名稱(chēng)圖線形狀獲取信息最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)νc：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②逸出功W0：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)②飽和電流：電流的最大值；③最大初動(dòng)能：Ek＝eUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2二、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程1．光子說(shuō)：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個(gè)光子，光子的能量ε＝hν。2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值。3．最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。4．光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能。三、光的波粒二象性1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。2．光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。3．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱(chēng)為光的波粒二象性。4、對(duì)光的波粒二象性的理解光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為：(1)從頻率上看：頻率越低的光波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高的光粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，其穿透本領(lǐng)越強(qiáng)。(2)從傳播與作用上看：光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性。(3)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量ε＝hν、光子的動(dòng)量p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的光子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν或波長(zhǎng)λ。(4)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子。四、物質(zhì)波任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，其波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)，p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h為普朗克常量。(1)定義：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種波叫作物質(zhì)波，也叫德布羅意波。(2)物質(zhì)波的頻率ν＝eq\f(ε,h)；物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，h是普朗克常量。五、原子結(jié)構(gòu)、光譜和能級(jí)躍遷1．原子的核式結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國(guó)物理學(xué)家J．J.湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型”。(2)α粒子散射實(shí)驗(yàn)：1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后，基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說(shuō)，它們幾乎被“撞”了回來(lái)。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個(gè)很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2．光譜(1)光譜用棱鏡或光柵可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)(頻率)展開(kāi)，獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類(lèi)有些光譜是一條條的亮線，叫作譜線，這樣的光譜叫作線狀譜，又叫原子的特征譜線。有的光譜是連在一起的光帶，叫作連續(xù)譜。(3)氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律1885年，巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)滿足公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4，5，…)，R∞叫作里德伯常量，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值為R∞＝1.10×107m－1。這個(gè)公式稱(chēng)為巴耳末公式，它確定的這一組譜線稱(chēng)為巴耳末系。3．氫原子的能級(jí)躍遷(1)玻爾理論①軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的運(yùn)動(dòng)是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，這些量子化的能量值叫作能級(jí)。原子中這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱(chēng)為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。②頻率條件：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定，即hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)。(2)氫原子的能級(jí)圖六、氫原子能級(jí)躍遷的理解1．對(duì)原子能級(jí)躍遷的頻率條件hν＝En－Em的說(shuō)明(1)原子能級(jí)躍遷的頻率條件hν＝En－Em只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。(2)當(dāng)光子能量大于或等于13.6eV(或|En|)時(shí)，也可以被處于基態(tài)(或n能級(jí))的氫原子吸收，使氫原子電離。(3)原子還可吸收外來(lái)實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)。由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可全部或部分被原子吸收，所以當(dāng)入射粒子的能量大于或等于兩能級(jí)的能量差值(E≥En－Em)，則原子可能發(fā)生能級(jí)躍遷。2．躍遷中易混問(wèn)題(1)一群原子和一個(gè)原子氫原子核外只有一個(gè)電子，這個(gè)電子在某個(gè)時(shí)刻只能處在某一個(gè)可能的軌道上，在某段時(shí)間內(nèi)，由某一軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，可能的情況只有一種，但是如果有大量的氫原子，這些原子的核外電子躍遷時(shí)就會(huì)有各種情況出現(xiàn)了。3．氫原子躍遷時(shí)電子動(dòng)能、電勢(shì)能與原子能量的變化規(guī)律(1)電子動(dòng)能變化規(guī)律①?gòu)墓缴吓袛?，電子繞氫原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)靜電力提供向心力，即keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ekn＝eq\f(ke2,2rn)，隨r增大而減小。②從庫(kù)侖力做功上判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，故電子的動(dòng)能減小。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，電子的動(dòng)能增大。(2)原子的電勢(shì)能的變化規(guī)律①通過(guò)庫(kù)侖力做功判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，庫(kù)侖引力做負(fù)功，原子的電勢(shì)能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小。②利用原子能量公式En＝Ekn＋Epn判斷，當(dāng)軌道半徑增大時(shí)，原子能量增大，電子動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，原子能量減小，電子動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小。七、原子核和原子核的衰變1．天然放射現(xiàn)象(1)放射性與放射性元素：物質(zhì)發(fā)出射線的性質(zhì)稱(chēng)為放射性。具有放射性的元素稱(chēng)為放射性元素。(2)天然放射現(xiàn)象：放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，叫作天然放射現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說(shuō)明原子核內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。放射性元素放射出的射線共有三種，分別是α射線、β射線、γ射線。(3)三種射線的比較射線名稱(chēng)比較項(xiàng)目α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)電荷量2e－e0質(zhì)量4mpeq\f(mp,1836)靜止質(zhì)量為零符號(hào)eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,－1)eγ速度可達(dá)eq\f(1,10)c接近c(diǎn)c垂直進(jìn)入電場(chǎng)或磁場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)情況偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)穿透能力最弱較強(qiáng)最強(qiáng)對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱2．原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)原子核常用符號(hào)eq\o\al(A,Z)X表示，X為元素符號(hào)，A表示核的質(zhì)量數(shù)，Z表示核的電荷數(shù)。(3)原子核的電荷數(shù)＝核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝中性原子的核外電子數(shù)，原子核的質(zhì)量數(shù)＝核內(nèi)的核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)，質(zhì)子和中子都為一個(gè)單位質(zhì)量。(4)同位素：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核組成的元素，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱(chēng)同位素，具有相同的化學(xué)性質(zhì)。3．放射性元素的衰變1.原子核的衰變(1)原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化，稱(chēng)為原子核的衰變。原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。(2)分類(lèi)α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋__0－1e。注：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時(shí)伴隨著γ射線輻射。(3)兩個(gè)重要的衰變①eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He；②eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e。2.α衰變、β衰變和γ輻射的實(shí)質(zhì)(1)α衰變：原子核中的兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合起來(lái)形成α粒子，并被釋放出來(lái)。(2)β衰變：核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，電子發(fā)射到核外。(3)γ輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級(jí)。放射性的原子核在發(fā)生α衰變、β衰變時(shí)產(chǎn)生的新核處于高能級(jí)，這時(shí)它要向低能級(jí)躍遷，并放出γ光子。因此，γ射線經(jīng)常是伴隨α射線和β射線產(chǎn)生的。3.半衰期放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間。4.放射性的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素：具有放射性的同位素叫放射性同位素。例如：eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n，eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e。有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類(lèi)。(2)應(yīng)用：工業(yè)測(cè)厚，放射治療，培優(yōu)、保鮮，作為示蹤原子等。(3)防護(hù)：防止過(guò)量射線對(duì)人體組織的破壞。八、核反應(yīng)方程1．核反應(yīng)(1)核反應(yīng)：原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核或者發(fā)生狀態(tài)變化的過(guò)程，稱(chēng)為核反應(yīng)。(2)核反應(yīng)中遵循兩個(gè)守恒規(guī)律，即質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。2．衰變及核反應(yīng)的三種類(lèi)型的比較類(lèi)型可控性方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?47N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n輕核聚變較難進(jìn)行人工控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n九、核力、結(jié)合能、質(zhì)量虧損1．核力(1)定義：原子核中的核子之間存在的一種很強(qiáng)的相互作用力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。(2)特點(diǎn)①核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)；②核力是短程力，作用范圍只有約10－15m，即原子核的大小。2．結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開(kāi)，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。3．比結(jié)合能(1)定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(jié)合能。(2)特點(diǎn)：不同原子核的比結(jié)合能不同，原子核的比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。4．質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2。原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這就是質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。5．計(jì)算核能的兩種常用方法(1)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)過(guò)程中虧損的質(zhì)量乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2，質(zhì)量的單位為千克。(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，得ΔE＝Δm×931.5MeV/u，質(zhì)量的單位是原子質(zhì)量單位。一、單選題1．原子核可以經(jīng)過(guò)多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核，在該過(guò)程中，可能發(fā)生的β衰變是（）A．B．C．D．【答案】A【詳解】原子核衰變成為穩(wěn)定的原子核質(zhì)量數(shù)減小了28，則經(jīng)過(guò)了7次α衰變，中間生成的新核的質(zhì)量數(shù)可能為231，227，223，219，215，211，則發(fā)生β衰變的原子核的質(zhì)量數(shù)為上述各數(shù)，則BCD都不可能，根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，選項(xiàng)A反應(yīng)正確。故選A。2．2023年4月12日，世界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)EAST裝置）獲重大成果，實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了托卡馬克裝置高約束模式運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。核聚變能源具有資源豐富、無(wú)碳排放和清潔安全等突出優(yōu)點(diǎn)，是人類(lèi)未來(lái)最主要的清潔能源之一、一個(gè)氘核H與一個(gè)氚核H在聚合成一個(gè)氦核He的同時(shí)放出一個(gè)粒子X(jué)，下列說(shuō)法正確的是（）A．由于核聚變是熱核反應(yīng)，故生成物的總質(zhì)量比反應(yīng)物的總質(zhì)量大B．粒子X(jué)為質(zhì)子C．粒子X(jué)為電子D．粒子X(jué)為中子【答案】D【詳解】A．核聚變反應(yīng)過(guò)程中放出大量能量，有質(zhì)量虧損，故生成物的總質(zhì)量比反應(yīng)物的總質(zhì)量小，故A錯(cuò)誤；BCD．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，氘、氚核聚變的核反應(yīng)方程為可知粒子X(jué)為中子，故BC錯(cuò)誤，D正確。故選D。3．2022年6月13日，四川省文物考古研究院公布三星堆遺址祭祀?yún)^(qū)最新考古發(fā)掘成果：在7號(hào)、8號(hào)祭祀坑，又發(fā)現(xiàn)大量造型前所未見(jiàn)的精美青銅器?？脊艑W(xué)家利用放射性元素的半衰期確定了7號(hào)、8號(hào)祭祀坑的埋藏年代均為商代晚期。碳元素能自發(fā)地釋放射線，衰變方程為，其半衰期約為5730年。則當(dāng)衰變后的產(chǎn)物數(shù)量是衰變后剩余的數(shù)量的3倍時(shí)，衰變所經(jīng)歷的時(shí)間為（）A．3100年 B．5730年 C．11460年 D．17190年【答案】C【詳解】根據(jù)題意可知，當(dāng)數(shù)量是數(shù)量的3倍時(shí)，數(shù)量占總原子核數(shù)量的經(jīng)過(guò)2個(gè)半衰期，即年年故選C。4．貧鈾彈是指以含有鈾238的硬質(zhì)合金為主要原料制成的炮彈和槍彈，它是利用貧鈾合金的高硬度、高比重和高熔點(diǎn)依靠動(dòng)能來(lái)穿透目標(biāo)，其多用來(lái)毀傷坦克等裝甲目標(biāo)，而且在穿甲之后還能燃燒，不需要借助其他的燃燒劑。如果人體通過(guò)呼吸道、食道或細(xì)小傷口吸入含鈾238的顆粒，就會(huì)致癌，更可怕的是，鈾的半衰期長(zhǎng)達(dá)45億年！被污染的土地將成為人類(lèi)禁區(qū)。已知發(fā)生衰變形成新核X，以下說(shuō)法正確的是（）A．的比結(jié)合能小于新核X的比結(jié)合能B．該衰變過(guò)程的方程可寫(xiě)為C．衰變反應(yīng)中的射線在幾種放射線中電離能力最弱D．80個(gè)原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后必定有40個(gè)發(fā)生衰變【答案】A【詳解】A．重核衰變成較輕質(zhì)量的核時(shí)，比結(jié)合能變大，比結(jié)合能小于新核X的比結(jié)合能，故A正確；B．該衰變過(guò)程的方程應(yīng)寫(xiě)為故B錯(cuò)誤；C．衰變反應(yīng)中的射線在幾種放射線中電離能力最強(qiáng)，故C錯(cuò)誤；D．半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，80個(gè)原子核經(jīng)過(guò)一個(gè)半衰期后不一定有40個(gè)發(fā)生衰變，故D錯(cuò)誤。故選A。5．用實(shí)物粒子撞擊氫原子時(shí)，由于撞擊前瞬間不同氫原子的核外電子所處狀態(tài)不同，所以氫原子可能部分也可能全部吸收入射粒子的動(dòng)能，當(dāng)氫原子吸收的能量恰好為當(dāng)前能級(jí)與上方某能級(jí)之差時(shí)，可實(shí)現(xiàn)能級(jí)躍遷。氫原子能級(jí)示意圖如圖所示，下列說(shuō)法正確的是（

）A．用動(dòng)能為的大量電子射向處于基態(tài)的一群氫原子，則能使一些氫原子躍遷到的能級(jí)B．一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷過(guò)程中最多可輻射出6種頻率的光子C．可見(jiàn)光的光子能量范圍為若處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷，放出的光為可見(jiàn)光D．基態(tài)氫原子可以吸收一個(gè)能量為的光子，從而躍遷到的能級(jí)【答案】A【詳解】A．實(shí)物粒子射向基態(tài)氫原子，基態(tài)氫原子將可能吸收的能量，從而躍遷到n=4激發(fā)態(tài)，故A正確；B．一個(gè)處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷過(guò)程中最多可輻射出3種頻率的光子，故B錯(cuò)誤；C．處于能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷，放出的光的光子能量為，不屬于可見(jiàn)光，故C錯(cuò)誤；D．基態(tài)氫原子向高能級(jí)躍遷要滿足頻率條件，即吸收光子能量要?jiǎng)偤玫扔趦赡芗?jí)之間的差值，的光子不滿足頻率條件，故D錯(cuò)誤。故選A。6．以往我們認(rèn)識(shí)的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)只能吸收到一個(gè)光子而從金屬表面逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對(duì)于光電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個(gè)電子在極短時(shí)間內(nèi)吸收多個(gè)光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置示意如圖。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒(méi)有發(fā)生光電效應(yīng)；換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K，則發(fā)生了光電效應(yīng)。此時(shí)，若加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽(yáng)極A接電源負(fù)極，在K、A之間就形成了使光電子減速的電場(chǎng)。逐漸增大U，光電流會(huì)逐漸減??；當(dāng)光電流恰好減小到零時(shí)，所加反向電壓U可能是下列的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】根據(jù)題意可知，一個(gè)電子吸收一個(gè)光子不能發(fā)生光電效應(yīng)，換用同頻率的強(qiáng)激光照射，則發(fā)生光電效應(yīng)，吸收的光子能量為，光電子從K到A，根據(jù)動(dòng)能定理有解得當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，故選B。7．諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發(fā)明了感光半導(dǎo)體電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器，他們的發(fā)明利用了愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)原理，如圖所示的電路可研究光電效應(yīng)規(guī)律，圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中A為陽(yáng)極，K為陰極，理想電流計(jì)μA可檢測(cè)通過(guò)光電管的電流，理想電壓表V用來(lái)指示光電管兩端的電壓.現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng)，電流計(jì)的示數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑片P滑至某一位置時(shí)，電流計(jì)的示數(shù)恰好為零，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0V，現(xiàn)保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是（）A．光電管陰極材料的逸出功為6.0eVB．若僅增大入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動(dòng)能變大C．若用光子能量為9.0eV的光照射陰極K，同時(shí)把滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的示數(shù)一定不為零D．若用光子能量為13.0eV的光照射陰極K，光電子的最大初動(dòng)能為8.5eV【答案】D【詳解】A．由題給電路圖可知，圖中所加電壓為反向減速電壓，根據(jù)題意可知遏止電壓為6V，由得A錯(cuò)誤；B．增大入射光的強(qiáng)度，不會(huì)改變光電子的最大初動(dòng)能，B錯(cuò)誤；C．若用光子能量為的光照射陰極K，則遏止電壓為4.5V，滑片P向左移動(dòng)少許，電流計(jì)的示數(shù)可能仍為零，C錯(cuò)誤；D．若用光子能量為的光照射陰極K，光電子的最大初動(dòng)能D正確。故選D。8．用紫外光電管制作的火災(zāi)報(bào)警器的靈敏度非常高，只有當(dāng)明火中的紫外線照射到光電管的陰極K時(shí)才啟動(dòng)報(bào)警，因此被稱(chēng)為“火焰發(fā)現(xiàn)者”，它對(duì)可見(jiàn)光以及太陽(yáng)光中的紫外線完全沒(méi)有反應(yīng)，因此在使用過(guò)程中不需要過(guò)濾任何可見(jiàn)光。已知光電管內(nèi)部陰極K的金屬材料發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率為，太陽(yáng)光中的紫外線的頻率為，明火中的紫外線的頻率為，下列說(shuō)法正確的是（）A．B．C．只有明火照射到陰極K的時(shí)間足夠長(zhǎng)，火災(zāi)報(bào)警器才啟動(dòng)報(bào)警D．明火中的紫外線照射陰極K，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為【答案】A【詳解】B．光電管對(duì)太陽(yáng)光中的紫外線完全沒(méi)有反應(yīng)，說(shuō)明小于，故B錯(cuò)誤；AD．明火中的紫外線照射到光電管的陰極K時(shí)發(fā)生光電效應(yīng)，火災(zāi)報(bào)警器啟動(dòng)報(bào)警，說(shuō)明大于，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為，故A正確，D錯(cuò)誤；C．只要發(fā)生火災(zāi)，當(dāng)明火中的紫外線照射到陰極K時(shí)，立即就能發(fā)生光電效應(yīng)，火災(zāi)報(bào)警器立即報(bào)警，無(wú)須照射足夠長(zhǎng)時(shí)間，故C錯(cuò)誤。故選A。9．日本政府將核廢水排放到大海中，這引起了全球社會(huì)各界的高度關(guān)注和深切擔(dān)憂。核廢水中的多種放射性元素都有可能對(duì)人類(lèi)和其它生物的DNA造成損害。現(xiàn)有一塊質(zhì)量為M的含鈾礦石，其中鈾的質(zhì)量為m，鈾經(jīng)過(guò)一系列衰變后，最終會(huì)生成鉛，已知鈾的半衰期為T(mén)，下列說(shuō)法正確的是（

）A．經(jīng)過(guò)T時(shí)間后，礦石的總質(zhì)量變成0.5MB．對(duì)此礦石加熱，分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)加劇，所以衰變會(huì)加速，半衰期會(huì)變短C．經(jīng)過(guò)2T時(shí)間后，此礦石中鈾的質(zhì)量會(huì)變成0.25mD．在核聚變反應(yīng)中，我們可以用石墨等慢化劑來(lái)控制聚變的反應(yīng)速度【答案】C【詳解】ABC．半衰期是與外界因素?zé)o關(guān)的，無(wú)論加熱還是增加壓強(qiáng)都不會(huì)改變半衰期的時(shí)長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)2T時(shí)間后，此礦石中鈾的質(zhì)量會(huì)變成0.25M，鈾會(huì)衰變成鉛，整個(gè)礦石的質(zhì)量幾乎不變，故AB錯(cuò)誤、C正確；D．石墨可以作為裂變核反應(yīng)堆中的慢化劑，將“快”中子變成“慢”中子，并不能控制核反應(yīng)的快慢；鎘棒可以吸收中子，從而控制核裂變反應(yīng)速度，故D錯(cuò)誤。故選C。10．激光器的發(fā)射功率為P，發(fā)射出的激光在折射率為n的介質(zhì)中波長(zhǎng)為，已知光在真空中的傳播速度為c，普朗克常量為h，則該激光器每秒鐘能夠發(fā)射的光子數(shù)是（

）A． B． C． D．【答案】B【詳解】設(shè)激光在真空中波長(zhǎng)為，則有該激光光子的能量為故該激光器每秒鐘能夠發(fā)射的光子數(shù)為聯(lián)立解得故選B。11．太陽(yáng)輻射的能量主要來(lái)源于聚變反應(yīng)，，現(xiàn)有1mol氘和1.5mol氚充分發(fā)生聚變反應(yīng)，已知阿伏加德羅常數(shù)則該聚變反應(yīng)釋放的總能量約為（）A．1×1025MeV B．C．2×1025MeV D．5×1025MeV【答案】A【詳解】由聚變反應(yīng)方程可知1個(gè)氘核和1個(gè)氚核聚變成氦核時(shí)放出17.6MeV的能量和1個(gè)中子，當(dāng)1mol的氘和1.5mol氚充分發(fā)生聚變反應(yīng)，其中氚過(guò)量，則反應(yīng)生成1mol氦且釋放能量故選A。12．“玉兔二號(hào)”月球車(chē)于2022年7月5日19時(shí)14分完成休眠設(shè)置，完成第44月晝工作，進(jìn)入第44月夜休眠，月球車(chē)在月球背面累計(jì)行駛里程1239.88米。月球夜晚溫度低至-180℃，為避免低溫?fù)p壞儀器，月球車(chē)攜帶的放射性同位素钚會(huì)不斷衰變，釋放能量為儀器設(shè)備供熱。已知的衰變方程為，衰變時(shí)放出X粒子和光子，其半衰期為88年，則（）A．X射線的電離能力比射線弱B．衰變前的質(zhì)量等于衰變后X和核的質(zhì)量之和C．的衰變?yōu)樗プ僁．隨著全球氣候變化，的半衰期會(huì)減小【答案】C【詳解】C．根據(jù)質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒有238-234=4，94-92=2可知，X粒子為氦核，即為粒子，即的衰變?yōu)樗プ?，故C正確；A．根據(jù)上述，X射線為射線，可知，X射線的電離能力比射線強(qiáng)，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)上述，的衰變?yōu)樗プ?，該過(guò)程釋放能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知，衰變前的質(zhì)量大于衰變后X和核的質(zhì)量之和，故B錯(cuò)誤；D．半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，由原子核自身決定，與物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān)，即隨著全球氣候變化，的半衰期不會(huì)發(fā)生變化。故選C。13．如圖為氫原子的能級(jí)示意圖，現(xiàn)有一個(gè)氫原子處于n＝4的能級(jí)上，下列說(shuō)法正確的是（??）A．使該氫原子電離至少需要吸收0.85eV的能量B．從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)發(fā)出的光子波長(zhǎng)最短C．該氫原子能吸收E＝0.32eV的光子躍遷到n＝5的能級(jí)D．該氫原子向低能級(jí)躍遷最多可發(fā)出6種頻率的光子【答案】A【詳解】A．氫原子要發(fā)生電離，則所吸收的能量必須大于等于其所在能級(jí)能量的絕對(duì)值，則可知處于n＝4的能級(jí)上的氫原子要發(fā)生電離所吸收的能量至少為故A正確；B．根據(jù)能級(jí)躍遷所釋放光子的能量可知，能量越小則釋放的光子頻率越小，而根據(jù)可知，頻率越小則所釋放的光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，由此可知，從n＝4能級(jí)躍遷到n＝3能級(jí)發(fā)出的光子波長(zhǎng)最長(zhǎng)，故B錯(cuò)誤；C．氫原子吸收能量進(jìn)行躍遷，則所吸收的能量必須等于能級(jí)能量之間的差值，即若該氫原子要從能級(jí)躍遷到能級(jí)，則必須吸收的能量為故C錯(cuò)誤；D．單個(gè)氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷的過(guò)程中，最多能釋放的光子的種數(shù)為種故D錯(cuò)誤。故選A。14．利用如圖甲所示的電路完成光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，金屬的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系如圖乙所示，圖乙中、、均已知，電子電荷量用e表示。入射光頻率為時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（）A．光電子的最大初動(dòng)能B．由圖像可求得普朗克常量C．滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過(guò)程中電流表示數(shù)逐漸增加D．把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng)過(guò)程中電流表示數(shù)一定一直增加【答案】B【詳解】A．依題得，由圖乙可得光電子的最大初動(dòng)能為故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)光電效應(yīng)方程可得其中可得普朗克常量為故B正確；C．圖甲中光電管陽(yáng)極A接電源負(fù)極，陰極K接電源正極，其所接電壓為反向電壓，滑動(dòng)變阻器滑片P向N端移動(dòng)，反向電壓逐漸增大，電流表示數(shù)逐漸減小，當(dāng)反向電壓大于或等于遏止電壓時(shí)，光電流恒為0，故C錯(cuò)誤；D．把電源正負(fù)極對(duì)調(diào)之后，光電管陽(yáng)極A接電源正極，陰極K接電源負(fù)極，其所接電壓為正向電壓，因單位時(shí)間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子數(shù)目是一定的，所以隨滑動(dòng)變阻器滑片P向N端移動(dòng)，所加電壓逐漸增大，電流表示數(shù)逐漸增大，最后會(huì)達(dá)到一個(gè)飽和值，之后電流表示數(shù)保持不變，故D錯(cuò)誤。故選B。二、多選題15．2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福島第一核電站的核廢水。核廢水中的發(fā)生衰變時(shí)的核反應(yīng)方程為，該核反應(yīng)過(guò)程中放出的能量為Q。設(shè)的比結(jié)合能為，的比結(jié)合能為，X的比結(jié)合能為，已知光在真空中的傳播速度為c，則下列說(shuō)法正確的是（）A．在該核反應(yīng)方程中，X表示e粒子B．該核反應(yīng)過(guò)程中放出的能量C．該核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損可以表示為D．若把X粒子射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它一定受到洛倫茲力作用【答案】BC【詳解】A．在該核反應(yīng)方程中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為4，電荷數(shù)為2，為α粒子（），選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．該核反應(yīng)過(guò)程中放出的能量Q=（206E2+4E3）-210E1故B正確；C．根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知Q=Δmc2解得故C正確；D．X的速度與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受洛倫茲力作用，故D錯(cuò)誤。故選BC。16．如圖為氫原子的能級(jí)圖。一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)上，根據(jù)玻爾的原子模型理論下列說(shuō)法正確的是（）A．原子從向的能級(jí)躍遷需要吸收能量B．原子從向的能級(jí)躍遷后電子動(dòng)能增大C．原子向低能級(jí)躍遷只能發(fā)出2種不同頻率的光子D．原子至少需要吸收的能量才能發(fā)生電離【答案】BD【詳解】A．從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，釋放能量，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)行星模型，當(dāng)原子躍遷到低能級(jí)后電子的軌跡半徑減小，電場(chǎng)力做正功，故電勢(shì)能減小，動(dòng)能增大，故B正確；C．一群氫原子處于的激發(fā)態(tài)上，向低能級(jí)躍遷可以發(fā)出種不同頻