专题十六　近代物理初步应用篇【应用集训】应用一　解决氢原子能级跃迁问题的方法1.(多选)如图为氢原子能级图,可见光的光子能量范围为1.62~3.11eV,则下列说法正确的是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.大量处在n=3能级的氢原子向n=2能级跃迁时,发出的光是紫外线B.大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中会发出红外线C.大量处在n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,最容易表现出衍射现象的是由n=4能级向n=3能级跃迁辐射出的光子D.用能量为10.3eV的电子轰击,可以使基态的氢原子受激发答案　BCD　2.(2020安徽含山中学高二月考,13)(多选)如图所示为氢原子的能级图,用光子能量为12.75eV的光照射一群处于基态的氢原子,下列说法正确的是(　　)A.氢原子可以辐射出6种波长的光B.氢原子跃迁时辐射光的最大能量小于吸收的光子能量C.辐射光中,光子能量为0.66eV的光波长最长D.用光子能量为14.2eV的光照射基态的氢原子,能够使其电离答案　ACD　应用二　原子核的衰变规律及衰变次数的计算方法　(2020山东日照高三月考,1)地光是在地震前夕出现在天边的一种奇特的发光现象,它是放射性元素氡因衰变释放大量的带电粒子,通过岩石裂隙向大气中集中释放而形成的。已知Rn的半衰期为3.82d,经衰变后变成稳定的Pb。下列说法正确的是(　　)A.氡核Rn的中子数为86,质子数为136B.该衰变要经过4次α衰变和4次β衰变C.该衰变过程,遵循质量守恒、电荷数守恒D.标号为a、b、c、d的4个氡核Rn经3.82天后一定剩下2个核未衰变 　答案　B　[教师专用题组]【应用集训】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.(多选)光电效应实验中,下列表述正确的是(　　)A.光照时间越长,光电流越大B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关D.入射光频率大于极限频率时一定能产生光电子答案　CD　光电流的大小与光照时间的长短无关,选项A错误;无论光照强度多大,光照时间多长,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故选项B错误;遏止电压与入射光的频率有关,超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大,则遏止电压越大,故选项C正确;只要光的频率大于极限频率就能产生光电效应,即一定能产生光电子,故选项D正确。2.研究光电效应规律的实验装置如图所示,用频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出。当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为遏止电压Uc,在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是　(　　)答案　B　由光电效应规律可知,反向电压和入射光频率一定时,光电流与光强成正比,A图像正确;光射到金属上时,产生光电流的时间不超过10-9s,几乎是瞬时的,不需要时间积累,故D图像正确;从金属中发出的光电子,在反向电压作用下做减速运动,随着反向电压的增大,到达阳极的光电子数减少,故C图像正确;由光电效应方程可知,Ekm=hν-W0,而eUc=Ekm,所以有Uc=-,由此可知,B图像错误。3.(2020山东等级考模拟卷)如图所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射光电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后, 到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C,所带电荷量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电荷量的绝对值为e,不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是(　　)A.带正电,ν0+　　B.带正电,ν0+C.带负电,ν0+　　D.带负电,ν0+答案　C　电子在电容器里面做减速运动,所以受到向左的电场力的作用,所以场强方向向右,电容器右侧的极板带负电。一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,设射出光电子的最大初动能为Ek,则:hν-W=Ekhν0=W电子在电容器中做减速运动,由动能定理得:-eU=0-Ek电容器两极板间的电势差为:U=根据以上各式,解得:ν=ν0+故选项C正确,选项A、B、D错误。【规律总结】光电效应中三个重要关系(1)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系:Ek=eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系:W0=hνc。4.(多选)放射性元素U衰变有多种可能途径,其中一种途径是先变成Bi,而Bi可以经一次衰变变成X(X代表某种元素),也可以经一次衰变变成TlX和Tl最后都变成Pb,衰变路径如图所示。则(　　)A.a=84B.b=206CBiX是β衰变BiTl是α衰变DBiX是α衰变BiTl是β衰变答案　ABC　由Bi变成X,质量数不变,说明发生的是β衰变,同时知a=84。由Bi变成Tl时电荷数减2,说明发生的是α衰变,同时知b=206。5.(2020河南安阳模拟)如图为氢原子的能级示意图,现有大量的氢原子处于n=4的激发态,当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光,下列说法正确的是(　　)A.最容易发生衍射现象的光是由n=4能级跃迁到n=1能级产生的B.频率最小的光是由n=2能级跃迁到n=1能级产生的C.这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D.用由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34eV的金属铂能发生光电效应答案　D　由n=4能级跃迁到n=3能级产生的光,能量最小,波长最长,因此最容易发生衍射现象,故A错误;能量最小的光频率最小,是由n=4能级跃迁到n=3能级产生的,故B错误;大量处于n=4能级的氢原子能发射 =6种频率的光,故C错误;由n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量为ΔE=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV,大于6.34eV,能使金属铂发生光电效应,故D正确。【方法探究】确定氢原子辐射光谱线的数量的方法一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数N==。6.(2020浙江德清模拟)重核裂变的一个核反应方程为UnXeSr+n,已知UXeSr的平均结合能分别为7.6MeV、8.4MeV、8.7MeV,则(　　)A.该核反应方程中x=10BU的中子数为92C.该核反应释放9.5MeV的能量DU的平均结合能比Xe的小U比Xe更稳定答案　A　根据质量数和电荷数守恒可知,x=10,选项A正确U的质子数为92,质量数为235,所以中子数为143,选项B错误;反应前的总结合能E1=7.6MeV×235=1786MeV,反应后的总结合能E2=8.4MeV×136+8.7MeV×90=1925.4MeV,E1<E2,故该反应释放的能量ΔE=E2-E1=139.4MeV,选项C错误;平均结合能越大,表示原子核越稳定,选项D错误。7.(2020河北邯郸模拟)处于激发态的原子,如果在入射光子的影响下,从高能态向低能态跃迁,同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去,这种辐射被称为受激辐射。原子发生受激辐射时,发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样,这样使光得到加强,这就是激光产生的机理。发生受激辐射时,产生激光的原子的总能量En、电子的电势能Ep、电子的动能Ek的变化情况是(　　)A.En减小、Ep增大、Ek减小B.En减小、Ep减小、Ek增大C.En增大、Ep减小、Ek减小D.En增大、Ep增大、Ek增大答案　B　原子发生受激辐射时,向外辐射能量,可知原子总能量En减小。根据玻尔理论可知,氢原子的高能级轨道距离原子核比较远,所以氢原子发生辐射时,电子的运动轨道半径变小。由于原子核对电子的库仑力做正功,故电子的电势能Ep减小、动能Ek增大,故B正确。8.(2017天津理综,1)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是　(　　)AHHHen　　BNHeOHCHeAlPn　　DUnBaKr+n答案　A　选项A是质量较小的核结合成质量较大的核,属于核聚变。选项B是卢瑟福发现质子的人工转变方程。选项C是约里奥-居里夫妇发现人工放射性同位素的人工转变方程。选项D是铀核在中子轰击下分裂为中等质量的核的过程,属于核裂变。9.(2020河北唐山一模)用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象,实验装置如图甲所示,实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014Hz。已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。则下列说法中正确的是(　　) A.欲测遏止电压,应选择电源左端为正极B.当电源左端为正极时,滑动变阻器的滑片向右滑动,电流表的示数持续增大C.增大照射光的强度,产生的光电子的最大初动能一定增大D.如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek=1.2×10-19J答案　D　用图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc,则电源左端为负极,故A错误;当电源左端为正极时,将滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中,光电管所加电压增大,光电流增大,若光电流能达到饱和值,则不再增大,即电流表读数的变化可能是先增大,后不变,故B错误;光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关,与入射光的强度无关,故C错误;根据图像可知,铷的截止频率νc=5.15×1014Hz,根据hνc=W0,可求出铷的逸出功W0=6.63×10-34×5.15×1014J=3.41×10-19J,根据光电效应方程Ek=hν-W0,当入射光的频率为ν=7.00×1014Hz时,光电子的最大初动能为Ek=6.63×10-34×7.0×1014J-3.41×10-19J=1.2×10-19J,故D正确。【审题引导】(1)正向电压越大光电流不一定越大,因为光电流有饱和值。(2)遏止电压为零时对应的频率是金属的截止频率。【关键点拨】解答光电效应有关图像问题的三个“关键”(1)明确图像的种类。(2)弄清图线的纵轴、横轴截距的物理意义。(3)选准光电效应的有关方程。10.(2020湖南衡阳二模)(多选)在匀强磁场中,一个原来静止的原子核发生衰变,得到一个如图所示的径迹,图中箭头表示衰变后粒子的运动方向。不计放出光子的能量。则下述说法中正确的是(　　)A.发生的是β衰变,b为β粒子的径迹B.发生的是α衰变,b为α粒子的径迹C.磁场方向垂直纸面向外D.磁场方向垂直纸面向里答案　AD　根据题图中两轨迹圆内切,可知发生的是β衰变。又因R==,β粒子和新核动量大小相等,所以半径大的轨迹圆是β粒子的径迹,半径小的轨迹圆是新核的径迹,故选项A正确。由左手定则可知,选项D也正确。