第11講光電效應(yīng)原子結(jié)構(gòu)和原子核【選考真題】（多選）（2022?浙江）秦山核電站生產(chǎn)614C的核反應(yīng)方程為714N+01n→614C+X，其產(chǎn)物6A．X是1B．614C．-10D．經(jīng)過一個半衰期，10個614C將剩下（多選）（2022?浙江）2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發(fā)電30周年，核電站累計(jì)發(fā)電約6.9×1011kW?h，相當(dāng)于減排二氧化碳六億多噸。為了提高能源利用率，核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱。下列說法正確的是（）A．秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量B．秦山核電站發(fā)電使原子核虧損的質(zhì)量約為27.6kgC．核電站反應(yīng)堆中需要用鎘棒控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度D．反應(yīng)堆中存在92235U+0（2021?浙江）2020年12月我國科學(xué)家在量子計(jì)算領(lǐng)域取得了重大成果，構(gòu)建了一臺76個光子100個模式的量子計(jì)算機(jī)“九章”，它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計(jì)算機(jī)“富岳”快一百萬億倍。關(guān)于量子，下列說法正確的是（）A．是計(jì)算機(jī)運(yùn)算的一種程序B．表示運(yùn)算速度的一個單位C．表示微觀世界的不連續(xù)性觀念D．類似于質(zhì)子、中子的微觀粒子（2021?浙江）下列說法正確的是（）A．光的波動性是光子之間相互作用的結(jié)果B．玻爾第一次將“量子”引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念C．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，證明了光子除了能量之外還具有動量D．α射線經(jīng)過置于空氣中帶正電驗(yàn)電器金屬小球的上方，驗(yàn)電器金屬箔的張角會變大【要點(diǎn)提煉】一、光電效應(yīng)及其規(guī)律1.愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。2.最大初動能與遏止電壓的關(guān)系：Ek＝eUc。3.逸出功與極限頻率的關(guān)系：W0＝hνc。4.Ek－ν圖線：是一條傾斜直線，但不過原點(diǎn)，如圖所示。(1)橫軸截距表示極限頻率；(2)縱軸截距的絕對值表示逸出功；(3)圖線的斜率表示普朗克常量h。二、原子結(jié)構(gòu)與玻爾理論知識體系三、原子核及其衰變知識體系四、核反應(yīng)核能的計(jì)算知識體系【方法指導(dǎo)】一、光電效應(yīng)的研究思路二、一個氫原子能級躍遷與一群氫原子能級躍遷的區(qū)別1.一群處于較高能級n的氫原子向低能級躍遷時(shí)，釋放出的譜線條數(shù)為N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)。2.一個處于較高能級n的氫原子向低能級躍遷時(shí)，釋放出的光譜線條數(shù)最多為n－1。三、計(jì)算核能的幾種方法1.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。2.根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核反應(yīng)的質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV。3.如果核反應(yīng)時(shí)釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn)，則核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動能的增量即為釋放的核能?！纠}精析】考點(diǎn)一光電效應(yīng)問題脈沖燃料激光器以450μs的脈沖形式發(fā)射波長為585nm的光，這個波長的光可以被血液中的血紅蛋白強(qiáng)烈吸收，從而有效清除由血液造成的瘢痕。每個脈沖向瘢痕傳送約為5.0×10﹣3J的能量，普朗克常量為6.626×1﹣34J?s。（）A．每個光子的能量約為5×10﹣19JB．每個光子的動量約為3.9×10﹣43kg?m/sC．激光器的輸出功率不能小于1.24WD．每個脈沖傳送給瘢痕的光子數(shù)約為1.47×1016個某種復(fù)式光由紅、藍(lán)兩種顏色的光組成，其光強(qiáng)度對波長的關(guān)系如圖甲所示，紅光范圍的光強(qiáng)度比藍(lán)光范圍的光強(qiáng)度大很多。某學(xué)生以此光照射某一金屬，進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)皆可產(chǎn)生光電子，如圖乙所示。設(shè)可變直流電源的電壓為U時(shí)測得的光電流為I，測得多組數(shù)據(jù)，則下列圖像中該實(shí)驗(yàn)所測得的I﹣U關(guān)系可能正確的是（）A．B．C．D．“激光武器”是用高能的激光對遠(yuǎn)距離的目標(biāo)進(jìn)行精確射擊或用于防御導(dǎo)彈等的武器，它的優(yōu)點(diǎn)是速度快、射束直、射擊精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)。某激光器能發(fā)射波長為λ的激光，發(fā)射功率為P，c表示光速，h為普朗克常量，則激光器每分鐘發(fā)射的光子數(shù)量為（）A．60λPhcB．hc60λPC．cλPh大型鈦合金構(gòu)件在航天、航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，我國使用激光焊接復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)和能力已達(dá)到世界一流水平。若焊接所用的激光波長為λ，每個激光脈沖中的光子數(shù)目為n，已知普朗克常量為h、光速為c，則下列說法中正確的是（）A．激光焊接利用了激光的相干性B．激光的頻率為λC．激光光子的動量為λD．每個激光脈沖的能量為n考點(diǎn)二原子結(jié)構(gòu)1897年英國物理學(xué)家約瑟夫?約翰?湯姆孫在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)了電子，這是人類最早發(fā)現(xiàn)的基本粒子。下列有關(guān)電子的說法正確的是（）A．電子的發(fā)現(xiàn)說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的B．射線是原子核外電子電離形成的電子流，它具有中等的穿透能力C．光電效應(yīng)中，逸出光電子的最大初動能與入射光強(qiáng)度無關(guān)D．盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型認(rèn)為核外電子的軌道半徑是量子化的下列說法中正確的是（）A．結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定B．康普頓效應(yīng)說明光子不但具有能量，而且具有動量C．盧瑟福通過對α粒子散射實(shí)驗(yàn)的研究，揭示了原子核由質(zhì)子和中子組成D．由玻爾理論可知，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時(shí)，要釋放一定頻率的光子，同時(shí)電子的動能減少，電勢能增大（多選）大量處于n＝5能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)產(chǎn)生的a、b兩種單色光照射某光電管的陰極時(shí)，測得遏止電壓之比為2：1，根據(jù)該信息下列說法正確的是（）A．在同種介質(zhì)中，b光的傳播速度是a光的22B．若b光是躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的，則a光可能是躍遷到n＝4能級產(chǎn)生的C．用同樣的裝置做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，b光束的條紋間距是a光束的兩倍D．當(dāng)兩種光從水中射向空氣時(shí)，a光的臨界角小于b光的臨界角目前地球上消耗的能量絕大部分來自太陽內(nèi)部核聚變時(shí)釋放的核能。如圖所示，太陽能路燈的額定功率為P，光電池系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率為η。用P0表示太陽輻射的總功率，太陽與地球的間距為r，地球半徑為R，光在真空中傳播的速度為c。太陽光傳播到達(dá)地面的過程中大約有30%的能量損耗，電池板接收太陽垂直照射的等效面積為S。在時(shí)間t內(nèi)（）A．到達(dá)地球表面的太陽輻射總能量約為7B．路燈正常工作所需日照時(shí)間約為40πC．路燈正常工作消耗的太陽能約為ηPtD．因釋放核能而帶來的太陽質(zhì)量變化約為10【強(qiáng)化專練】關(guān)于近代物理知識，下列判斷正確的是（）A．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動性解釋B．自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量可能小于該原子核的結(jié)合能C．如果一個質(zhì)子和一個中子的德布羅意波長相等，那么它們的總能量相同D．康普頓效應(yīng)表明光子不僅具有能量，而且具有動量如圖所示，圖甲為氫原子的能級圖，大量處于n＝3激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷時(shí)，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(shí)，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。下列說法正確的是（）A．光電管陰極K金屬材料的逸出功為7.0eVB．這些氫原子躍遷時(shí)共發(fā)出2種頻率的光C．若調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片能使光電流為零，則可判斷圖乙中電源右側(cè)為正極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)象下列說法錯誤的是（）A．為更好接收波長為300m的無線電波，應(yīng)把收音機(jī)的調(diào)諧頻率調(diào)到1000kHzB．在同一金屬的光電效應(yīng)中，黃光照射下逸出的光電子的初動能不一定比綠光照射下逸出的光電子的初動能小C．盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)提出原子的核式結(jié)構(gòu)模型，同時(shí)α粒子散射實(shí)驗(yàn)也是用來估算原子核半徑最簡單的辦法D．原子序數(shù)大于83的原子一定有天然放射現(xiàn)象，而小于83的原子都沒有天然放射現(xiàn)象如圖所示為光電管的原理圖。已知滑動變阻器的滑片在圖示P位置，用黃光照射陰極K時(shí)，電流表指針恰好不偏轉(zhuǎn)，下列說法正確的是（）A．滑片向左移動到最左端時(shí)，電流表指針也不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．滑片向右移動到最右端時(shí)，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．滑片在P位置時(shí)，換用紅光照射，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．滑片在P位置時(shí)，換用紫光照射，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)（多選）新冠病毒疫情防控工作中，額溫槍在醫(yī)院、車站、小區(qū)、學(xué)校等地方被廣泛使用，成為重要的防疫裝備之一。某一種額溫槍的工作原理是：任何物體溫度高于絕對零度（﹣273℃）時(shí)都會向外發(fā)出紅外線，額溫槍通過紅外線照射到溫度傳感器，發(fā)生光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而顯示出物體的溫度。已知人的體溫正常時(shí)能輻射波長為10μm的紅外線，如圖甲所示，用該紅外光線照射光電管的陰極K時(shí)，電路中有光電流產(chǎn)生，光電流隨電壓變化的圖像如圖乙所示，已知h＝6.63×10﹣34J?s，e＝1.6×10﹣19C，則（）A．波長10μm的紅外線在真空中的頻率為3×1013HzB．將圖甲中的電源正負(fù)極反接，將不會產(chǎn)生電信號C．由圖乙可知，該光電管的陰極金屬逸出功約為0.1eVD．若人體溫度升高，輻射紅外線的強(qiáng)度增大，光電流減小（多選）在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場內(nèi)放置一極薄的金屬片，其極限波長為λ0（波長為2λ0的入射光恰能產(chǎn)生光電效應(yīng)），今用頻率為v的弱單色光照射，發(fā)現(xiàn)沒有電子放出。實(shí)驗(yàn)證明：在采用相同頻率v的強(qiáng)激光照射下，電子能吸收多個光子，也能產(chǎn)生光電效應(yīng)，釋放出的電子（質(zhì)量為m，電荷量的絕對值為e）能在垂直于磁場的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動，最大半徑為R，則（）A．遏止電壓為eB．此照射光光子的能量可能為hcC．放出電子的最大動量為hvD．單色光光子的動量可能為h（多選）為了解決光信號長距離傳輸中的衰減問題，常常在光纖中摻入鉺元素。如圖所示的是鉺離子的能級示意圖，標(biāo)識為4I132的鉺離子處在亞穩(wěn)態(tài)，不會立即向下躍遷：如果用光子能量約為2.03×10﹣19J的激光把處于基態(tài)能級4I152的鉺離子激發(fā)到4I112能級，再通過“無輻射躍遷”躍遷到能級4I132A．無輻射躍遷中一個鉺離子放出的能量約為7.50×10﹣20JB．這種光纖傳輸任何頻率的光信號衰減都能得到有效補(bǔ)償C．處在4I112能級的鉺離子即向下躍遷能產(chǎn)生D．上述情景發(fā)生時(shí)，光纖中傳輸?shù)墓庑盘柌ㄩL約為1.55μm（多選）2021年9月，在甘肅省武威市全球首臺釷基熔鹽核反應(yīng)堆進(jìn)行試運(yùn)行放電，也標(biāo)志著我國成為世界上第一個對第四代核電技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化試驗(yàn)運(yùn)營的國家。反應(yīng)堆工作原理如圖所示，釷232（90232Th）吸收一個中子后會變成釷233，釷233不穩(wěn)定，會變成易裂變核素鈾233A．釷233變成鈾233的核反應(yīng)方程式是：90232Th→90233Pa+-10eB．中間產(chǎn)生的新核鏷233（91233Pa）從高能級向低能級躍遷時(shí)，會伴隨C．新核鈾233（92233U）的結(jié)合能小于釷233D．核反應(yīng)堆是通過核裂變把核能直接轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電（多選）在火星上太陽能電池板發(fā)電能力有限，因此科學(xué)家用放射性材料PuO2作為發(fā)電能源為火星車供電。PuO2中的Pu元素是94238Pu，其半衰期是87.7年，可衰變?yōu)?2234U。某次火星探測時(shí)火星車儲存了5kgA．Pu的同位素94238Pu的半衰期一定為B．94238Pu的衰變方程為94238Pu→C．94238Pu的比結(jié)合能小于D．經(jīng)過87.7年該火星車上的PuO2能釋放約1.4×1030MeV的能量（多選）核電站一般分為兩部分，一是利用原子核裂變生產(chǎn)蒸汽的核島（包括核反應(yīng)堆和回路系統(tǒng)），二是利用蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電的常規(guī)島（包括汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)）。某核電站裝機(jī)容量是300萬千瓦，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率是35%。下列說法正確的是（）A．反應(yīng)堆中用水做慢化劑，可以起到減緩鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作用B．從核能到電能，中間能量還轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能和機(jī)械能兩種形式C．若一直滿負(fù)荷運(yùn)行，參與核裂變的鈾棒每年減少的質(zhì)量約為3.0kgD．若產(chǎn)生的電能通過同一線路進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸電，相同電壓下采用直流輸電和交流輸電輸電線上損耗的電能相同（多選）2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬噸福島核電站內(nèi)儲存的核廢水，消息一出舉世嘩然。福島核電站的裂變材料是鈾235，核廢水含有大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129、釘106等放射性核素。由于含氚的水和普通的水具有相同的化學(xué)性質(zhì)，物理性質(zhì)也相近，因而現(xiàn)有的廢水處理技術(shù)很難去除，鈾235的半衰期大約為12.5年。針對這一事件，下列同學(xué)的觀點(diǎn)正確的是（）A．為了保護(hù)海洋環(huán)境，日本政府應(yīng)在12.5年后再排放