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热点12　光电效应、原子和原子核
选择题(1～7题为单项选择题，8～12题为多项选择题)
1．[2020·新高考Ⅰ卷，2]氚核H发生β衰变成为氦核He.假设含氚材料中H发生β衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×10－8 A．已知电子电荷量为1.6×10－19 C，在这段时间内发生β衰变的氚核H的个数为(　　)
A．5.0×1014　B．1.0×1016
C．2.0×1016 D．1.0×1018
2．[2020·广东广州市一模]2018年11月12日中科院等离子体物理研究所发布消息：全超导托克马克装置EAST在实验中有了新的突破，等离子体中心电子温度达到1亿摄氏度．其主要核反应方程为：
①H＋H→He＋X
②H＋Y→He＋X，
则下列表述正确的是(　　)
A．X是质子
B．Y是氚核
C．X与Y是同位素
D．①、②两个核反应都属于裂变反应
3．[2020·安徽江南十校高三质检]我国正在自主研发新型聚变—裂变混合反应堆项目．如果此项目得以研究开发并付诸实践，有可能使核资源寿命延长数倍．关于聚变和裂变，下列说法正确的是(　　)
A. H＋H―→He＋是裂变反应
B．聚变和裂变反应中都存在质量亏损
C．裂变反应以释放核能为主，聚变反应以吸收核能为主
D．核越重，比结合能越大
4．[2020·宁夏银川市质检]国产科幻大片《流浪地球》讲述了太阳即将在未来出现“核燃烧”现象，从而导致人类无法生存，决定移民到半人马座比邻星的故事．据科学家论证，太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应，当太阳内部达到一定温度时，会发生“核燃烧”，其中“核燃烧”的核反应方程为He＋X→Be＋ν，方程中X表示某种粒子，Be是不稳定的粒子，其半衰期为T，则下列说法正确的是(　　)
A．X粒子是He
B．若使Be的温度降低，其半衰期会减小
C．经过2T，一定质量的Be占开始时的
D．“核燃烧”的核反应是裂变反应
5．氢原子能级示意如图．现有大量氢原子处于n＝3能级上，下列说法正确的是(　　)
A．这些原子跃迁过程中最多可辐射出2种频率的光子
B．从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率低
C．从n＝3能级跃迁到n＝4能级需吸收0.66 eV的能量
D．n＝3能级的氢原子电离至少需要吸收13.6 eV的能量
6．[2020·全国卷Ⅱ，18]氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→2He＋2H＋2n＋43.15 MeV表示．海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV＝1.6×10－13 J，则M约为(　　)
A．40 kg B．100 kg
C．400 kg D．1 000 kg
7．从1907年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量．他通过如图甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，作出图乙所示的Uc ? ν图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性．已知电子的电荷量为e，则下列普朗克常量h的表达式正确的是(　　)
A．h＝ B．h＝
C．h＝ D．h＝
8．1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为He＋Al→X＋n.X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e.则(　　)
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比Al的电荷数多2
D．X的质量数与Al的质量数相等
9．[2020·全国卷Ⅰ，19]下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(　　)
A.H＋H→n＋X1
B.H＋H→n＋X2
C.92U＋n→56Ba＋Kr＋3X3
D.n＋Li→H＋X4
10．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，射线的动能被阻止或吸收后转变为热能，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 90Sr 210Po 238Pu
射线 β α α
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
11．[2020·东北三省三校模拟]如图所示，甲图为演示光电效应的实验装置；乙图为a、b、c三种光照射下得到的三条电流表与电压表读数之间的关系曲线；丙图为氢原子的能级图；丁图给出了几种金属的逸出功和截止频率．以下说法正确的是(　　)
A．若b光为绿光，c光可能是紫光
B．若a光为绿光，c光可能是紫光
C．若b光光子能量为2.81 eV，用它照射由金属铷制成的阴极，所产生的大量具有最大初动能的光电子去撞击大量处于n＝3激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光
D．若b光光子能量为2.81 eV，用它直接照射大量处于n＝2激发态的氢原子，可以产生6种不同频率的光
12．[2020·湖南娄底市第二次模拟]如图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，一个静止的放射性原子核(X)发生了一次α衰变．放射出的α粒子(He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R.以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量，生成的新核用Y表示．下列说法正确的是(　　)
A．新核Y在磁场中圆周运动的半径为RY＝R
B．α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流，且电流大小为I＝
C．若衰变过程中释放的核能都转化为α粒子和新核的动能，则衰变过程中的质量亏损为Δm＝
D．发生衰变后产生的α粒子与新核Y在磁场中运动的轨迹正确的是图丙
热点12　光电效应、原子和原子核
1．答案：B
解析：由q＝It，ne＝q联立解得n＝1.0×1016，选项B正确．
2．答案：B
解析：对①，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知X是中子，故A错误；对②，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知Y是氚核，故B正确；X是中子，Y是氚核，X与Y不是同位素，故C错误；①、②两个核反应都属于轻核聚变反应，故D错误．
3．答案：B
解析：H＋H―→He＋n是轻核聚变反应，所以A错误；聚变和裂变反应都释放能量，所以都存在质量的亏损，故B正确，C错误；组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，结合能与核子数之比，称做比结合能，中等大小的原子核的比结合能较大，D错误．
4．答案：A
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，X粒子的质量数为4，电荷数为2，为He，选项A正确；温度变化不能改变放射性元素的半衰期，选项B错误；经过2T，一定质量的Be占开始时的，选项C错误；“核燃烧”的核反应是轻核聚变反应，选项D错误．
5．答案：C
解析：大量氢原子处于n＝3能级跃迁到n＝1能级最多可辐射出C＝3种不同频率的光子，故A错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量为hν1＝13.6 eV－1.51 eV，n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量为hν2＝3.4 eV－1.51 eV，比较可知从n＝3能级跃迁到n＝1能级比跃迁到n＝2能级辐射的光子频率高，故B错误；根据能级图可知从n＝3能级跃迁到n＝4能级，需要吸收的能量为E＝1.51 eV－0.85 eV＝0.66 eV，故C正确；根据能级图可知氢原子处于n＝3能级的能量为－1.51 eV，故要使其电离至少需要吸收1.51 eV的能量，故D错误；故选C.
6．答案：C
解析：由1 kg海水中的氘核聚变释放的能量与质量为M的标准煤燃烧释放的热量相等，有：2.9×107 J/kg×M＝×43.15×1.6×10－13 J，解得M≈400 kg，故C选项正确．
7．答案：A
解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0及动能定理eUc＝Ek，得Uc＝ν－，所以图象的斜率k＝＝，则h＝，故A正确．
8．答案：AC
解析：根据电荷数守恒和质量数守恒，可知He＋Al→X＋n方程中X的质量数为30，电荷数为15，再根据X→Y＋e方程可知Y的质量数为30，电荷数为14，故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷数比Al的电荷数多2，X的质量数比Al的质量数多3，选项A、C正确，B、D错误．
9．答案：BD
解析：根据核反应方程满足质量数守恒和电荷数守恒，可知选项B中的X2质量数是4，电荷数是2，代表α粒子，B项正确；选项D中的X4质量数是4，电荷数是2，代表α粒子，D项正确；选项A中的X1质量数是3，电荷数是2，A项错误；选项C中的X3质量数是1，电荷数是0，代表中子，C项错误．
10．答案：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正确；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，C正确．
11．答案：BC
解析：由光电效应方程Ek＝hν－W0和eUc＝Ek，联立解得eUc＝hν－W0，即光子照射同一块金属时，只要遏止电压一样，说明光子的频率一样，遏止电压越大，光子的频率越大，因此可知b光和c光的频率一样，大于a光的频率，故A错误，B正确；b光照射金属铷，产生光电子的最大初动能为Ek＝2.81 eV－2.13 eV ＝0.68 eV，用光电子撞击氢原子，氢原子可以只吸收电子的部分能量而发生跃迁，因此处于n＝3能级的氢原子吸收的能量为ΔEk＝－0.85 eV－(－1.51 eV)＝0.66 eV，这时氢原子处在n＝4的能级，向低能级跃迁可辐射C＝6种不同频率的光，故C正确；若用b光照射氢原子，氢原子只能吸收能量恰好为能级之差的光子，2.81 eV不满足该条件，因此此光子不被吸收，故D错误．
12．答案：ABC
解析：由题可知：X→He＋Y，生成的新核Y和α粒子动量大小相等，方向相反，而且洛伦兹力提供向心力，即qvB＝m，则R＝，可知：＝，即RY＝R，故A正确；由于圆周运动周期T＝，则环形电流为：I＝＝，故B正确；对α粒子，由洛伦兹力提供向心力qvB＝m，可得v＝
由质量关系可知，衰变后新核Y质量为M＝m
由衰变过程动量守恒可得Mv′－mv＝0
可知：v′＝v
则系统增加的能量为：
ΔE＝Mv′2＋mv2，
由质能方程得：ΔE＝Δmc2
联立可得Δm＝，故C正确；
由动量守恒可知，衰变后α粒子与新核Y运动方向相反，所以，轨迹圆应外切，由圆周运动的半径公式R＝可知，α粒子半径大，由左手定则可知题图丁正确，故D错误．

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