2024高考物理課時作業(yè)十四含解析

PAGEPAGE7課時作業(yè)(十四)一、選擇題(共10個小題，每題5分，4、6為多選，其余為單項(xiàng)選擇題，共50分)1．(2024·課標(biāo)全國Ⅲ)1934年，約里奧－居里夫婦用α粒子轟擊鋁核1327Al，產(chǎn)生了第一個人工放射性核素X：α＋1327Al→n＋X.X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A．15和28 B．15和30C．16和30 D．17和31答案B分析本題考查核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律及其相關(guān)的學(xué)問點(diǎn)．解析依據(jù)核反應(yīng)遵循的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的電荷數(shù)為2＋13＝15，質(zhì)量數(shù)為4＋27－1＝30，依據(jù)原子核的電荷數(shù)等于原子序數(shù)，可知X的原子序數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，B項(xiàng)正確．2．(2024·西城區(qū)校級一模)月球土壤里大量存在著一種叫作“氦3”(23He)的化學(xué)元素，是核聚變的重要原料之一．科學(xué)家初步估計月球上至少有100萬噸“氦3”，假如相關(guān)技術(shù)開發(fā)勝利，將可為地球帶來取之不盡的能源．關(guān)于“氦3”與氘核(12H)聚變生成“氦4”(24He)，下列說法中正確的是()A．該核反應(yīng)方程式為23He＋12H→24He＋11HB．該核反應(yīng)生成物的質(zhì)量大于參與反應(yīng)物的質(zhì)量C．該核反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，汲取能量D．因?yàn)椤昂?”比“氦4”的比結(jié)合能小，所以“氦3”比“氦4”穩(wěn)定答案A解析A．該核反應(yīng)方程為23He＋12H→24He＋11H，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒．故A項(xiàng)正確；B、C項(xiàng)，關(guān)于“氦3(23He)”與氘核(12H)聚變生成氦4(24He)和質(zhì)子，有大量的能量放出，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，知有質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于參與反應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量．故B項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)錯誤．D項(xiàng)，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，所以所以“氦4”比“氦3”穩(wěn)定．故D項(xiàng)錯誤；故選A項(xiàng)．3．(2024·天津)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上領(lǐng)先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證，這是我國對國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn)．下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是()A．12H＋13H→24He＋01nB．714N＋24He→817O＋11HC．24He＋1327Al→1530P＋01nD．92235U＋01n→56144Ba＋3689Kr＋301n答案A解析核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在肯定條件下(如超高溫柔高壓)，發(fā)生原子核相互聚合作用，生成新的質(zhì)量更大的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)形式，由此可知：核反應(yīng)方程12H＋13H→24He＋01n是原子核的聚變反應(yīng)；B項(xiàng)與C項(xiàng)屬于原子核的人工核轉(zhuǎn)變；D項(xiàng)屬于裂變反應(yīng)；故只有A項(xiàng)正確；B、C、D三項(xiàng)錯誤．4．(2024·課標(biāo)全國Ⅲ)(多選)在光電效應(yīng)試驗(yàn)中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀到同種金屬上，測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb，h為普朗克常量．下列說法正確的是()A．若νa>νb，則肯定有Ua<UbB．若νa>νb，則肯定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，則肯定有Eka<EkbD．若νa>νb，則肯定有hνa－Eka>hνb－Ekb答案BC解析A、B項(xiàng)，依據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，νa>νb，逸出功相同，則Eka>Ekb，又Ekm＝eUc，則Ua>Ub，故A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確．C項(xiàng)，依據(jù)Ekm＝eUc知，若Ua<Ub，則肯定有Eka<Ekb，故C項(xiàng)正確．D項(xiàng)，逸出功W0＝hν－Ekm，由于金屬的逸出功相同，則有：hνa－Eka＝hνb－Ekb，故D項(xiàng)錯誤．故選B、C兩項(xiàng)．5.(2024·上海)探討放射性元素射線性質(zhì)的試驗(yàn)裝置如圖所示．兩塊平行放置的金屬板A、B分別與電源的兩極a、b連接，放射源發(fā)出的射線從其上方小孔向外射出．則()A．a(chǎn)為電源正極，到達(dá)A板的為α射線B．a(chǎn)為電源正極，到達(dá)A板的為β射線C．a(chǎn)為電源負(fù)極，到達(dá)A板的為α射線D．a(chǎn)為電源負(fù)極，到達(dá)A板的為β射線答案B解析從圖可以看出，到達(dá)兩極板的粒子做類平拋運(yùn)動，到達(dá)A極板的粒子的豎直位移小于到達(dá)B板的粒子的豎直位移，粒子在豎直方向做勻速直線運(yùn)動，則依據(jù)公式x＝v0t＝v0eq\r(\f(md2,qU))，兩個粒子初速度v0相同，兩極板間電壓U相同，放射源與兩極板的距離eq\f(d,2)也相同，而電子的eq\f(m,q)小，所以電子的豎直位移小，故達(dá)到A極板的是β射線，A極板帶正電，a為電源的正極，故B項(xiàng)正確．6．(2015·江蘇)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有()A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C．黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律可用光的波動性說明D．動能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波也相等答案AB解析光電效應(yīng)說明光的粒子性，所以A項(xiàng)正確；熱中子在晶體上產(chǎn)生衍射圖樣，即運(yùn)動的實(shí)物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以B項(xiàng)正確；黑體輻射的試驗(yàn)規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性說明，即C項(xiàng)錯誤；依據(jù)德布羅意波長公式λ＝eq\f(h,p)，p2＝2mEk，又質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以動能相等的質(zhì)子和電子，質(zhì)子的德布羅意波波長較短，所以D項(xiàng)錯誤．7．(2024·興慶區(qū)校級三模)如圖甲所示是探討光電效應(yīng)試驗(yàn)規(guī)律的電路．當(dāng)用強(qiáng)度肯定的黃光照耀到光電管上時，測得電流表的示數(shù)隨電壓變更的圖像如圖乙所示．下列說法正確的是()A．若改用紅光照耀光電管，肯定不會發(fā)生光電效應(yīng)B．若照耀的黃光越強(qiáng)，飽和光電流將越大C．若用頻率更高的光照耀光電管，則光電管中金屬的逸出功越大D．若改用藍(lán)光照耀光電管，圖像與橫軸交點(diǎn)在黃光照耀時的右側(cè)答案B解析A項(xiàng)，依據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm＝hν－W0，紅光的頻率小于黃光的頻率，紅光照耀不肯定發(fā)生光電效應(yīng)，但不是肯定不會發(fā)生光電效應(yīng)．故A項(xiàng)錯誤．B項(xiàng)，增加入射光的強(qiáng)度，則單位時間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目增加，飽和光電流將越大．故B項(xiàng)正確．C項(xiàng)，光電管中金屬的逸出功的大小是由材料本身確定的，與入射光的頻率無關(guān)．故C項(xiàng)錯誤．D項(xiàng)，依據(jù)光電效應(yīng)方程知，Ekm＝hν－W0，藍(lán)光的頻率大于黃光的頻率，則光電子的最大初動能增大，所以反向遏止電壓增大，圖像與橫軸交點(diǎn)在黃光照耀時的左側(cè)．故D項(xiàng)錯誤．故選B項(xiàng)．8．(2024·南崗區(qū)校級四模)玻爾為說明氫原子光譜畫出的氫原子能級如圖所示，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有()A．電子的動能與勢能均減小B．氫原子躍遷時，可發(fā)出連續(xù)光譜C．由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出光子的波長最長D．能使金屬鉀(逸出功為2.25eV)發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條答案D解析A項(xiàng)，從高能級躍遷到低能級，電子軌道半徑減小，依據(jù)keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)知，電子動能增大，由于原子能量減小，則電勢能減小，故A項(xiàng)錯誤．B項(xiàng)，由于能級差是量子化的，可知?dú)湓榆S遷時，發(fā)出的光子頻率是一些分立值，故B項(xiàng)錯誤．C項(xiàng)，由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出光子頻率最大，波長最短，故C項(xiàng)錯誤．D項(xiàng)，一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，可輻射出6種不同頻率的光子，從n＝4躍遷到n＝1，n＝3躍遷到n＝1，n＝2躍遷到n＝1，n＝4躍遷到n＝2輻射的光子能量大于逸出功，可以發(fā)生光電效應(yīng)，可知能使金屬鉀(逸出功為2.25eV)發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條，故D項(xiàng)正確．故選D項(xiàng)．9．(2024·課標(biāo)全國Ⅰ)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電．氘核聚變反應(yīng)方程式12H＋12H→23He＋01n.已知12H的質(zhì)量為2.0136u，23He的質(zhì)量為3.0150u，01n的質(zhì)量為1.0087u，lu＝931MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為()A．3.7MeV B．3.3MeVC．2.7MeV D．0.93MeV答案B解析核反應(yīng)方程式是12H＋12H→23He＋01n；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：Δm＝2.0136u＋2.0136u－3.0150u－1.0087u＝0.0035u，在核反應(yīng)釋放出的能量：ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV＝3.2585MeV≈3.3MeV.10．(2024·課標(biāo)全國Ⅱ)一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，衰變方程為92238U→90234Th＋24He，下列說法正確的是()A．衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B．衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)驗(yàn)的時間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量答案B解析A、B項(xiàng)，一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核，依據(jù)系統(tǒng)動量守恒知，衰變后釷核和α粒子動量之和為零，可知衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小，依據(jù)Ek＝eq\f(p2,2m)知，由于釷核和α粒子質(zhì)量不同，則動能不同，故A項(xiàng)錯誤，B項(xiàng)正確．C項(xiàng)，半衰期是原子核有半數(shù)發(fā)生衰變的時間，故C項(xiàng)錯誤．D項(xiàng)，衰變的過程中有質(zhì)量虧損，即衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和小于衰變前鈾核的質(zhì)量，故D項(xiàng)錯誤．二、計算題(共4個小題，11題10分，12題12分，13題14分，14題14分，共50分)11．(2024·句容市校級三模)如圖所示，一光電管的陰極用極限波長λ0＝5000nm的鈉制成．用波長λ＝3000nm的紫外線照耀陰極，光電管陽極A和陰極K之間的電勢差U＝2.1V，飽和光電流的值(當(dāng)陰極K放射電子全部到達(dá)陽極A時，電路中的電流達(dá)到最大值，稱為飽和光電流)I＝0.56μA.(1)求每秒鐘內(nèi)由K極放射的光電子數(shù)目．(2)求電子到達(dá)A極時的最大動能．(3)假如電勢差U不變，而照耀光的強(qiáng)度增到原值的三倍，此時電子到達(dá)A極時最大動能是多大？(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s)答案(1)每秒鐘內(nèi)由K極放射的光電子數(shù)目3.5×1012個(2)電子到達(dá)A極時的最大動能6.01×10－19J(3)電子到達(dá)A極的最大動能是6.01×10－19J解析(1)設(shè)每秒鐘內(nèi)放射的光電子數(shù)為n，則n＝eq\f(I,e)＝eq\f(0.56×10－6,1.60×10－19)個＝3.5×1012個(2)由光電效應(yīng)方程可知Ek0＝hν－W＝heq\f(c,λ)－h(huán)eq\f(c,λ0)＝hc(eq\f(1,λ)－eq\f(1,λ0))在AK間加電壓U時，電子到達(dá)陽極時的動能Ek＝Ek0＋eU＝hc(eq\f(1,λ)－eq\f(1,λ0))＋eU代入數(shù)值得Ek＝6.01×10－19J(3)依據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，假如電壓U不變，則電子到達(dá)A極的最大動能不變．12．(2024·淮安市)一靜止的92238U核衰變?yōu)?0234Th核時，放出一個α粒子，已知衰變過程中質(zhì)量虧損為Δm,90234Th的質(zhì)量為m1，α粒子質(zhì)量為m2，光在真空中的速度為c.若釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的動能，請寫出衰變方程并求出α粒子的動能．答案92238U→90234Th＋24Heeq\f(m1,m1＋m2)Δmc2解析依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得核反應(yīng)方程為92238U→90234Th＋24He，依據(jù)動量守恒定律0＝m1vT－m2vα由能量守恒Δmc2＝eq\f(1,2)m1vT2＋eq\f(1,2)m2vα2解得，α粒子的動能Ek＝eq\f(m1,m1＋m2)Δmc2.13．(2024·三亞校級模擬)已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，氦核的質(zhì)量為3.0150u.(1)寫出兩個氘核聚變成氦核的核反應(yīng)方程；(2)計算上述核反應(yīng)中釋放的核能；(3)若兩氘核以相等的動能E做對心碰撞即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能(設(shè)為ΔE)全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，中子的質(zhì)量設(shè)為m.求：反應(yīng)中生成的氦核和中子的動能各是多少？(用本小題中的物理符號表示結(jié)果)答案(1)兩個氘核聚變成氦核的核反應(yīng)方程為：12H＋12H→23He＋01n.(2)核反應(yīng)中釋放的核能為3.26MeV；(3)反應(yīng)中生成的氦核和中子的動能各是eq\f(1,4)(2E＋ΔE)，eq\f(3,4)(2E＋ΔE)解析(1)核反應(yīng)方程：12H＋12H→23He＋01n.(2)由題給條件可求出質(zhì)量虧損為：Δm＝2.0136u×2－(3.0150＋1.0087)u＝0.0035u所以釋放的核能為ΔE＝Δmc2＝931.5×0.0035MeV＝3.26MeV(3)由動量守恒及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，得0＝3mvα－mvn2E＋ΔE＝Ekα＋Ekn得Ekα＝eq\f(3,2)mvα2，EkH＝eq\f(1,2)mvn2聯(lián)立方程組解得：Ekα＝eq\f(1,4)(2E＋ΔE)Ekn＝eq\f(3,4)(2E＋ΔE)．14．(2024·海淀區(qū)二模)光電效應(yīng)現(xiàn)象逸出的光電子的最大初動能不簡單干脆測量，也可以利用類似的轉(zhuǎn)換的方法．(1)如圖1是探討某光電管發(fā)生光電效應(yīng)的電路圖，當(dāng)用頻率為ν的光照耀金屬K時，通過調(diào)整光電管兩端電壓U，測量對應(yīng)的光電流強(qiáng)度I，繪制了如圖2的I-U圖像．求當(dāng)用頻率為2ν的光照耀金屬K時，光電子的最大初動能Ek的大?。阎娮铀鶐щ姾闪繛閑，圖像中Uc、Im及普朗克常量h均為已知量．(2)有探討者設(shè)計了如下的測量光電子最大初動能的方式．探討裝置如圖3，真空中放置的平行正對金屬板可以作為光電轉(zhuǎn)換裝置．用肯定頻率的激光照耀A板中心O點(diǎn)，O點(diǎn)旁邊將有大量的電子汲取光子的能量而逸出．B板上涂有特別材料，當(dāng)電子打在B板上時會在落點(diǎn)處留有可視察的痕跡．可以認(rèn)為全部逸出的電子都從O點(diǎn)以相同大小的速度逸出，其初速度沿各個方向勻稱分布，金屬板的正對面積足夠大(保證全部的光電子都不會射出兩極板所圍的區(qū)域)，光照條件保持不變．已知A、B兩極板間的距離為d，電子所帶電荷量為e，質(zhì)量為m，其所受重力及它們之間的相互作用力均可忽視不計．①通過外接可調(diào)穩(wěn)壓電源使A、B兩極板有肯定的電勢差，A板接電源的負(fù)極，由O點(diǎn)逸出的電子打在B板上的最大區(qū)域范圍為一個圓形，且圓形的面積隨A、B兩極板間的電壓變更而變更．已知電子逸出時的速度大小為v0，試通過計算，推導(dǎo)電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關(guān)系式．②通過外接電源給A、B兩極板間加上肯定的電壓U0，若第一次A板接電源的負(fù)極，電子打在B板上的最大區(qū)域?yàn)橐粋€圓形；其次次A板接電源的正極，保持極板間所加電壓U0不變，電子打在B板上的最大區(qū)域范圍仍為一個圓形，只是這個圓形半徑恰好是第一次的一半．為使B板上沒有電子落點(diǎn)的痕跡，則兩金屬板間的電壓滿意什么條件？答案(1)光電子的最大初動能Ek的大小為hν＋eUc；(2)①電子打在B板上的最大范圍圓形半徑r與兩極板間電壓U的關(guān)系式為r＝v0·deq\r(\f(2m,eU))，②兩金屬板間的電壓滿意