1、专题21波粒二象性和原子物理(建议用时40分钟)1.(多选)下列说法正确是()A.电子的衍射图样说明光的波动性B.粒子散射实验证实原子核由质子、中子组成C.德布罗意波和光波都是概率波D.康普顿效应和光电效应深入揭示了光的粒子性【解析】选C、D。电子的衍射图样说明实物粒子也有波动性,选项A错误;粒子散射实验证实原子的核式结构理论,选项B错误;德布罗意波和光波都是概率波,选项C正确;康普顿效应和光电效应深入揭示了光的粒子性,选项D正确;故选C、D。2.(多选)下列实验中,深入地揭示了光的粒子性一面的有()【解析】选A、B。光既具有粒子性,又具有波动性,光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性,光电效应
2、、康普顿效应说明光具有粒子性。A实验是X射线被石墨散射后部分波长变长,是康普顿效应,说明光具有粒子性,故A正确;B实验是光电效应实验,光电效应说明光具有粒子性,故B正确;C实验是粒子散射实验,说明原子的核式结构模型,故C错误;D实验是氢原子发射的光经三棱镜分光后,呈现线状谱,与光的粒子性无关,故D错误。3.如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表示数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零。把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为(
3、)A.1.5 eV0.6 eVB.1.7 eV1.9 eVC.1.9 eV2.6 eVD.3.1 eV4.5 eV【解析】选C。光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则能发生光电效应,当电压表读数大于或等于0.6 V时,电流表读数为零,则电子不能到达阳极,由动能定理eU=m知,最大初动能Ekm=eU=0.6 eV,由光电效应方程h=Ekm+W0知W0=1.9 eV,对图乙,当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能Ekm=Ekm+eU=0.6 eV+2 eV=2.6 eV。故C正确。4.(多选)研究光电效应实验电路图如图甲所示,其光电流与电压的关系如图乙所示。则下列说法中
4、正确的是()A.若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动,光电流一定增大B.图线甲与乙是同一种入射光,且甲的入射光强度大于乙光C.由图可知,乙光的频率小于丙光频率D.若将甲光换成丙光来照射锌板,其逸出功将减小【解析】选B、C。滑动变阻器的滑片右移,光电流可能增大,也可能已达到饱和电流而不变,故A错误;遏止电压相同,说明最大初动能相同,即入射频率相同,但饱和电流不同,说明入射光强度不同,饱和电流越大,入射光强度越大,B正确;遏止电压越大,最大初动能越大,说明入射光频率越大,C正确;逸出功只由金属本身性质决定,与入射光频率无关,D错误。5.如图甲所示为研究光电效应的电路图,实验得到了如图乙所示的遏止电压U
5、c和入射光频率的图象,下列说法正确的是()A.图象与横轴交点坐标的物理意义是该金属的截止频率B.图象斜率为普朗克常量hC.遏止电压越高,截止频率越大D.入射光频率增大,逸出功也增大【解析】选A。当遏止电压为零时,最大初动能为零,则入射光的能量等于逸出功,所以W0=h0。故A正确。因为Uc=-,知图线的斜率等于,从图象上可以得出斜率的大小,已知电子电量,可以求出普朗克常量,故B错误。根据光电效应方程Ekm=h-W0和eUc=Ekm,得Uc=-,当入射光的频率大于极限频率时,遏止电压与入射光的频率成线性关系,故C错误。从图象上可知,逸出功W0=h0,根据光电效应方程,Ekm=h-W0=h-h0,入
6、射光频率与逸出功无关,故D错误。故选A。6.(多选)(2019宁波模拟)氢原子能级如图所示,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656 nm。下列判断正确的是()A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级【解析】选C、D。根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从n=2能级跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长一定小于656 nm,因此A选项错误;根据发
7、生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子,可知B选项错误,D选项正确;一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子,所以C选项正确。7.(2019绍兴模拟)光子能量为E的一束光照射容器中的氢(设氢原子处于n=3的能级),氢原子吸收光子后,能发出频率为1,2,6的六种光谱线,且1223)。则照射光光子的波长为()A.1B.3C.1-2D.2+3【解析】选A。处于激发态的氢原子并不稳定,能够自发向低能级跃迁并发射光子,氢原子只发出三种不同频率的色光,知氢原子处于n=3能级。所以某种单色光照射容器中大量处于n=2能级的氢原子,跃迁到氢原子处于n=3能级。氢原子吸收这种光子后,能发出波长
8、分别为1、2、3的三种光子(123)。根据光子频率=得光子波长越小,频率越大。显然从n=3直接跃迁到n=2能级时辐射光子的能量等于入射光子的能量,故入射光子的能量E=h1,所以照射光光子的波长为1。故选A。9.(多选)氢原子能级图如图所示,a、b、c分别表示原子在不同能级之间的三种跃迁途径,设在a、b、c跃迁过程中,放出光子的能量和波长分别是Ea、Eb、Ec和a、b、c,若a光恰能使某金属发生光电效应,则()A.a=b+cB.=+C.Eb=Ea+EcD.c光也能使该金属产生光电效应【解析】选B、C。能级3和能级1间的能级差等于3、2间的能级差和2、1间的能级差之和,所以Eb=Ea+Ec,根据光
9、子能量与波长的关系有:h=h+h,即=+,故B、C正确,A错误。c光的光子能量小于a光的光子能量,a光恰好能使某金属发生光电效应,则c光不能使某金属发生光电效应。故D错误。10.(多选)如图为玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图,一群氢原子处于n=4的激发状态,当它们自发地跃迁到较低能级时,以下说法正确的有()A.电子轨道半径减小,动能增大B.可发出连续不断的光谱线C.由n=4跃迁到n=1时发出光子的频率最高D.由n=4跃迁到n=1时发出光子的波长最长【解析】选A、C。当氢原子中电子从高能级向低能级跃迁时,电子轨道半径变小,跃迁过程中,原子核对电子的库仑力做正功,根据动能定理,电子动能增
10、大,A正确;根据玻尔理论,原子能量是量子化的,故原子中电子跃迁时,能级差E也是量子化的,只能是一些特定的数值,根据E=h,发光频率也只能是一些特定的频率,故不能产生连续谱,而是线状谱,B错误;电子由n=4跃迁到n=1时,能级差最大,根据E=h,产生的光子频率最高,波长最短,C正确,D错误。11.(多选)关于核反应方程ThPa+X+E(E为释放的核能,X为新生成的粒子),已知Th的半衰期为1.2 min,则下列说法正确的是()A.此反应为衰变BPa核和Th核具有相同的质量数CTh衰变过程中总质量减小D.64 g Th经过6 min还有1 g Th尚未衰变【解析】选A、B、C。根据电荷数守恒、质量
11、数守恒知,X的电荷数为-1,质量数为0,该反应为衰变,所以A选项是正确的Pa核和Th核具有相同的质量数,故B正确;此反应中释放出能量,由爱因斯坦质能方程知,此反应过程伴随着质量亏损,则总质量减小,故C正确;6 min经过了5个半衰期,则未衰变的质量m=m0()n=m0()5=64 g=2 g,故D错误。12.(2019舟山模拟)现有三个核反应:NaMgeUnBaKr+nHHHen下列说法正确的是()A.是裂变,是衰变,是聚变B.是聚变,是裂变,是衰变C.是衰变,是裂变,是聚变D.是衰变,是聚变,是裂变【解析】选C。原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核,这种变化叫衰变,为衰变;原子序数较大的重
12、核分裂成原子序数较小的原子核,叫重核裂变,为裂变;原子序数较小的原子核聚合成原子序数较大的原子核,叫轻核聚变,为聚变。故选项C正确。13.(2019杭州模拟)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.核反应方程是HnH+B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c2D.光子的波长=【解析】选B。核反应方程是HnH+,质量亏损m=m1+m2-m3,根据质能方程,辐射出的光子的能量E=(m1+m2-m3)c2,光子的波长=。故选项
13、B正确。14.(多选)(2019台州模拟)某原子核的衰变过程是ABC,符号表示放出一个粒子,表示放出一个粒子。下列说法正确的是()A.核C比核B的中子数少2B.核C比核A的质量数少5C.原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多1D.核C比核A的质子数少1【解析】选A、D。设原子核A的质量数为x,电荷数为y,则原子核的衰变过程为ABC,由此可知选项B、C错误,D正确;核B的中子数为x-(y+1)=x-y-1,核C的中子数为x-4-(y-1)=x-y-3,选项A正确。15.(多选)正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理是将放射性同位素O注入人体O在人体内衰变放出的正电子
14、与人体内的负电子相遇湮灭转化为一对光子,被探测器采集后,经计算机处理生成清晰图像,则根据PET原理判断下列表述正确的是()A.O在人体内衰变方程是ONeB.正、负电子湮灭方程是ee2C.在PET中O主要用途是作为示踪原子D.在PET中O主要用途是参与人体的新陈代谢【解析】选A、B、C。由题意知,A、B正确;显像的原理是采集光子,即注入人体内的O衰变放出正电子和人体内的负电子湮灭转化为光子,因此O主要用途是作为示踪原子,故C正确,D错误。16.(多选)(2019舟山模拟)如图所示,国际原子能机构2007年2月15日公布核辐射警示新标志,新标志为黑框红底三角,内有一个辐射波标记、一个骷髅头标记和一个逃跑的人形。核辐射会向外释放三种射线:射线带正电,射线带负电,射线不带电。现有甲、乙两个原子核原来都静止在同一匀强磁场中,其中一个核放出一个粒子,另一个核放出一个粒子,得出如图甲、乙所示的四条径迹,则()A.甲核放出的是粒子,乙核放出的是粒子B.a为粒子的径迹C.b为粒子的径迹D.c为粒子的径迹【解析】选A、C、D。衰变过程中满足动量守恒,释放粒子与新核的动量大小相等、方向相反,根据带电粒子在磁场中的运动不难分析:若轨迹为外切圆,则为衰变;若轨迹为内切圆,则为衰变。又由R=知半径与电荷量成反比,可知答案为A、C、D项。
