第13章選修3-5【滿分：110分時間：90分鐘】一、選擇題（本大題共12小題，每小題5分，共60分。選對一個給3分，選對兩個給4分，選對3個給5分。每選錯一個扣3分，最低得分為0分）1．2009年諾貝爾物理學獎得主威拉德·博伊爾和喬治·史密斯主要成就是發明了電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器。他們的發明利用了愛因斯坦的光電效應原理。如圖所示電路可研究光電效應規律。圖中標有A和K的為光電管，其中A為陰極，K為陽極。理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓。現接通電源，用光子能量為10．5eV的光照射陰極A，電流計中有示數，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數逐漸減小，當滑至某一位置時電流計的讀數恰好為零，讀出此時電壓表的示數為6．0V；現保持滑片P位置不變，以下判斷正確的是___________。A．光電管陰極A射出的光電子是具有瞬時性的B．光電管陰極材料的逸出功為4．5eVC．若增大入射光的強度，電流計的讀數不為零D．若用光子能量為12eV的光照射陰極A，光電子的最大初動能一定變大E．若用光子能量為9．5eV的光照射陰極A，同時把滑片P向左移動少許，電流計的讀數一定不為零【答案】ABD【解析】

【名師點睛】愛因斯坦光電效應方程：（1）光子說：空間傳播的光的能量是不連續的，是一份一份的，每一份叫做一個光子．光子的能量為ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值為6．63×10－34J·s．（2）光電效應方程：Ek＝hν－W0其中hν為入射光的能量，Ek為光電子的最大初動能，W0是金屬的逸出功．2．下列說法正確的是___________。A、盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實驗，證明了原子核是由質子和中子組成的B、波爾原子理論第一次將量子觀念引人原子領域，提出了定態和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律C、在、、這三種射線中，射線的穿透能力最強，射線的電離能力最強D、在原子核中，比結合能越大表示原子核中的核子結合得越牢固E、光電效應實驗中，遏止電壓與入射光的頻率有關【答案】BDE【名師點睛】盧瑟福和他的助手做粒子轟擊金箔實驗，說明占原子質量絕大部分的帶正電的那部分物質集中在很小的空間范圍內，提出了原子的核式結構模型．波爾原子理論第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律．γ射線的穿透能力最強，射線的電離能力最強．比結合能越大的原子核，核子結合得越牢固．光電效應實驗中，遏止電壓與入射光的頻率有關。3．下列說法中正確的是___________。A、光電效應現象說明光具有粒子性B、普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說C、波爾建立了量子理論，成功解釋了各種原子發光現象D、運動的宏觀物體也具有波動性，其速度越大物質波的波長越大E、衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉變為質子時所產生的【答案】ABE【解析】光的干涉和衍射現象說明光具有波動性，光電效應現象、康普頓效應說明光具有粒子性，A正確；普朗克在研究黑體輻射問題的過程中提出了能量子假說，B正確；玻爾建立了光量子理論，成功解釋了氫原子發光現象，對與其他分子無法解釋，故C錯誤；據德布羅意的理論，運動的宏觀物體也具有波動性，其速度越大物質波的波長越短．故D錯誤；β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉變為質子時所產生的，故E正確；【名師點睛】光電效應現象說明光具有粒子性，普拉克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說；普拉克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說，建立了量子論；玻爾成功解釋了各種原子發光現象；根據德布羅意的理論，運動的宏觀物體也具有波動性，其速度越大物質波的波長越短．知識點多，難度小，關鍵多看書．4．下列說法中，正確的是___________。A、普朗克為了解釋黑體輻射規律提出了電磁輻射的能量是量子化的B、湯姆遜在α粒子散射實驗基礎上提出了原子核式結構模型C、愛因斯坦在對光電效應的研究中提出了光子說D、查德威克發現了天然放射現象E、波爾第一次將量子觀念引入原子領域，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規律【答案】ACE【名師點睛】平時學習應該注意積累對物理學史的了解，知道前輩科學家們為探索物理規律而付出的艱辛努力，對于物理學上重大發現、發明、著名理論要加強記憶，這也是考試內容之一5．關于近代物理學的結論中，下列說法正確的是___________。A、結合能越小表示原子核中的核子結合的越牢固B、β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子所產生的C、一個氘核（）與一個氚核（）聚變生成一個氦核（）的同時，放出一個中子D、按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，原子總能量也減小E、質子、中子、α粒子的質量分別是，質子和中子結合成一個α粒子，釋放的能量是【答案】BCE【解析】比結合能越大表示原子核中的核子結合的越牢固，A錯誤；β衰變中產生的β射線是原子核內部的中子轉化為質子同時釋放出的電子，B正確；據核反應方程的兩邊質量數和電荷數相等的原則可知，一個氘核（H）與一個氚核（H）聚變生成一個氦核（He）的同時，放出一個中子，選項C正確；按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，原子總能量增大，選項D錯誤；根據愛因斯坦質能方程，質子、中子、粒子的質量分別是m1、m2、m3，兩個質子和兩個中子結合成一個粒子，釋放的能量是（2m1+2m2-m3）c2，選項E正確。【名師點睛】比結合能越大的原子核核子結合越牢固，β衰變所釋放的電子來自原子核，根據電荷數守恒、質量數守恒得出釋放的粒子，根據愛因斯坦質能方程求出釋放的核能，難度不大，關鍵要熟悉教材，牢記這些基本規律6．關于原子核的結合能，下列說法正確的是___________。A．核子結合成原子核時核力做正功，將放出能量，這部分能量等于原子核的結合能B．原子核的結合能等于使其分解為核子所需的最小能量C．一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能D．結合能是由于核子結合成原子核而具有的能量E．核子結合成原子核時，其質量虧損所對應的能量大于該原子核的結合能【答案】ABC【名師點睛】本題考查了結合能和比結合能的區別，比結合能：原子核結合能對其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均對每個核子所要添加的能量．用于表示原子核結合松緊程度．結合能：兩個或幾個自由狀態的粒子結合在一起時釋放的能量．自由原子結合為分子時放出的能量叫做化學結合能，分散的核子組成原子核時放出的能量叫做原子核結合能．注意兩個概念的聯系和應用，同時掌握質量虧損與質能方程。7．以下有關近代物理內容的若干敘述，正確的是___________。A．紫外線照射到金屬鋅板表面時能夠發生光電效應，則當增大紫外線的照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B．太陽輻射的能量主要來自太陽內部的核聚變反應C．有10個放射性元素的原子核，當有5個原子核發生衰變所需的時間就是該放射性元素的半衰期D．氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時氫原子的電勢能減小，電子的動能增大E．質子和中子結合成新原子核一定有質量虧損，釋放出能量【答案】BDE【解析】A、根據光電效應方程知，光電子的最大初動能，與入射光的頻率有關，與光的強度無關．故A錯誤．B、太陽輻射的能量主要來自太陽內的聚變反應．故B正確．C、半衰期具有統計意義，對大量的原子核適用．故C錯誤．D、氫原子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，原子能量減小，根據知，電子的動能增大，則氫原子的電勢能減小．故D正確．E、質子和中子結合成新原子核一定有質量虧損，釋放出能量．故E正確．故選BDE．【名師點睛】本題考查了光電效應方程、輕核聚變、半衰期、能級的躍遷等基礎知識點，難度不大，關鍵要熟悉教材，牢記這些基礎知識點．8．下列說法正確的是

___________。

A．將核子束縛在原子核內的核力，是不同于萬有引力和電磁力的另一種相互作用力且每個核子只跟鄰近的核子發生核力的作用，它具有飽和性。B．在核反應堆中利用慢化劑（如石墨、重水等）來減慢核反應的速度C．普朗克引入了能量子的概念，得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，與實驗符合得非常好，并由此開創了物理學的新紀元D．人工放射性同位素的半衰期比天然放射性物質長的多，放射性廢料容易處理，因此凡是用到射線時，用的都是人工放射性同位素，而不用天然放射性物質E．比結合能小的原子核結合成比結合能大的原子核時一定放出核能【答案】ACE【名師點睛】本題考查選修3-5中的幾個知識點，考得比較散，關鍵熟悉教材，多記憶，牢記這些知識點，即可輕松解決。9．關于光電效應,下列說法正確的是___________。A．某種頻率的光照射金屬發生光電效應,若增加入射光的強度,則單位時間內發射的光電子數增加B．光電子的能量只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關C．當入射光的頻率低于截止頻率時不發生光電效應D．一般需要用光照射金屬幾分鐘到幾十分鐘才能產生光電效應E．入射光的頻率不同,同一金屬的逸出功也會不同【答案】ABC【解析】某種頻率的光照射某金屬能發生光電效應，若增加入射光的強度，就增加了單位時間內射到金屬上的光子數，則單位時間內發射的光電子數將增加．故A正確．根據光電效應方程EKm=hγ-W0，得知光電子的最大初動能與與人射光的頻率有關，隨入射光頻率的增大而增大，與入射光的強度無關，故B正確．

當入射光的頻率低于截止頻率時，光子的能量小，金屬中的電子吸收了光子的能量后，不足以克服原子核的引力做功，所以不發生光電效應．故C正確．光電效應具有瞬時性，用光照射金屬不超過10-9s就才能產生光電效應，故D錯誤．金屬的逸出功由金屬材料決定，與入射光無關，故E錯誤．故選ABC。【名師點睛】解決本題的關鍵熟練掌握光電效應的規律、產生的條件，知道光電效應方程EKm=hγ-W0等等．光電效應是考試的熱點，要多做相關的練習，牢固掌握這部分知識。10．下列說法中正確的是_________。A．基態氫原子吸收一個光子躍遷到激發態后，在向低能級躍遷時放出光子的波長一定大于或等于入射光子的波長B．（釷）核衰變為（鏷）核時，衰變前Th核質量等于衰變后Pa核與β粒子的總質量C．α粒子散射實驗的結果證明原子核是由質子和中子組成的D．分別用紫色光和綠色光照射同一金屬表面都能發生光電效應，則用紫色光照射時光電子的最大初動能較大E．比結合能越大，原子核越穩定【答案】ADE【名師點睛】選修的內容考查的知識點很廣但不深，把課標上要求識記和理解的知識點記牢即可，應用也是最簡單的應用．11．關于核反應方程（△E為釋放出的核能，X為新生成粒子），已知的半衰期為T，則下列說法正確的是___________。A．原子序數大于或等于83的元素，都能自發地發出射線，原子序數小于83的元素則不能放出射線B．比少1個中子，X粒子是從原子核中射出的，此核反應為β衰變C．N0個經2T時間因發生上述核反應而放出的核能為（N0數值很大）D．的比結合能為E．該放射性元素（）與其它元素形成化合物的半衰期仍等于T【答案】BCE【解析】原子序數小于83的元素，有些元素的同位素也能放出射線，故A錯誤；由質量數和電荷數守恒知X的質量數是0，電荷數是-1，為電子，是原子核內的中子轉化為質子而釋放一個電子，故B正確；經2T時間還剩余四分之一沒衰變，發生上述核反應而放出的核能為，故C正確；的比結合能是234個核子結合成Pa234時放出的能量，該能量不是它衰變時放出的能量△E，所以的比結合能不是，的比結合能也不是故．D錯誤；半衰期與原子核所處狀態無關，故E正確；故選BCE【名師點睛】本題關鍵是掌握愛因斯坦質能方程△E=△mc2以及比結合能的計算公式，掌握衰變的實質和半衰期的特點；質量數較大的核都有放射性，β衰變是原子核內的中子轉化為質子而釋放一個電子，半衰期與原子核所處狀態無關。12．下列說法正確的是___________。A、放射性元素的半衰期與原子所處的化學狀態和外部條件無關B、結合能越大，原子中核子結合的越牢固，原子核越穩定C、β衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子時所產生的D、根據波爾理論，氫原子的核外電子由較高能級躍遷到較低能級時，要釋放一定頻率的光子，同時電子的動能減小，電勢能增大E、各種氣體原子的能級不同，躍遷時發射光子的能量（頻率）不同，因此利用不同的氣體可以制成五顏六色的霓虹燈【答案】ACE【名師點睛】放射性元素的半衰期是由核內自身的因素決定的，β射線為原子核內的中子轉化為質子同時生成的電子，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定二、實驗題（本大題共2小題，第13題4分、14題6分；共10分）13．（4分）如圖所示的裝置研究光電效應現象，當用光子能量為5eV的光照射到光電管上時，測得電流計上的示數隨電壓變化的圖象如圖所示。則光電子的最大初動能為_______J，金屬的逸出功為________J。【答案】3．2×10-19J；4．8×10-19J【名師點睛】解決本題的關鍵掌握光電效應的條件，以及光電效應方程EKm＝hν－W0．注意光的入射頻率決定光電子最大初動能，而光的強度不影響光電子的最大初動能．14．（6分）“探究碰撞中的不變量”的實驗中：（1）入射小球m1＝15g，原靜止的被碰小球m2＝10g，由實驗測得它們在碰撞前后的x－t圖象如圖，可知入射小球碰撞后的m1v′1是_____kg·m/s，入射小球碰撞前的m1v1是_____kg·m/s，被碰撞后的m2v′2是kg·m/s。由此得出結論。（2）實驗裝置如圖所示，本實驗中，實驗必須要求的條件是A．斜槽軌道必須是光滑的B．斜槽軌道末端點的切線是水平的C．入射小球每次都從斜槽上的同一位置無初速釋放D．入射球與被碰球滿足ma>mb，ra＝rb（3）圖中M、P、N分別為入射球與被碰球對應的落點的平均位置，則實驗中要驗證的關系是A．ma·ON＝ma·OP＋mb·OMB．ma·OP＝ma·ON＋mb·OMC．ma·OP＝ma·OM＋mb·OND．ma·OM＝ma·OP＋mb·ON【答案】（1）0．0075，0．015，0．0075,碰撞中mv的矢量和是守恒量（碰撞過程中動量守恒）（2）BCD（3）C（2）“驗證動量守恒定律”的實驗中，是通過平拋運動的基本規律求解碰撞前后的速度的，只要離開軌道后做平拋運動，對斜槽是否光滑沒有要求，故A錯誤；要保證每次小球都做平拋運動，則軌道的末端必須水平，故B正確；要保證碰撞前的速度相同，所以入射球每次都要從同一高度由靜止滾下，故C正確；為了保證小球碰撞為對心正碰，且碰后不反彈，要求ma＞mb，ra=rb，故D正確．（3）要驗證動量守恒定律定律即：，小球做平拋運動，根據平拋運動規律可知根據兩小球運動的時間相同，上式可轉換為：，故需驗證，因此ABD錯誤，C正確．．【名師點睛】本題是運用等效思維方法，平拋時間相等，用水平位移代替初速度，這樣將不便驗證的方程變成容易驗證．（1）根據實驗的原理，選擇需要進行實驗的器材；寫出驗證動量守恒定律的表達式，根據表達式中的物理量選擇需要的測量工具；（2）為了保證碰撞前后使入射小球的速度方向不變，故必須使入射小球的質量大于被碰小球的質量．（3）小球1和小球2相撞后，小球2的速度增大，小球1的速度減小，都做平拋運動，由平拋運動規律不難判斷出；（4）先根據平拋運動的特點判斷碰撞前后兩個小球的落地點，再求出碰撞前后兩個小球的速度，根據動量的公式列出表達式，代入數據看碰撞前后的動量是否相等．三、計算題（本大題共4小題，第15、16題每題9分；第17、18題每題11分；共40分）15．（9分）太陽能量來源與太陽內部氫核的聚變，設每次聚變反應可以看做是4個氫核（）結合成1個氦核（），同時釋放出正電子（）。已知氫核的質量為，氦核的質量為，正電子的質量為，真空中光速為。計算每次核反應中的質量虧損及氦核的比結合能。【答案】，【解析】由題意可知，質量虧損為：；由可知氦核的比結合能為：。【名師點睛】反應過程中的質量虧損等于反應前的質量與反應后的質量的差，再由質能方程求得結合能；比結合能是核反應的過程中每一個核子的平均結合能；質能方程是原子物理中的重點內容之一，該知識點中，關鍵的地方是要知道反應過程中的質量虧損等于反應前的質量與反應后的質量的差。16．（9分）如圖所示，在光滑水平地面上有一質量的平板小車，小車的右端有一固定的豎直擋板，擋板上固定一輕質細彈簧，位于小車上A點處的質量為的木塊（視為質點）與彈簧的左端相接觸但不連接，此時彈簧與木塊間無相互作用力。木塊與A點左側的車面之間有摩擦，與A點右側的車面之間的摩擦可忽略不計，現小車與木塊一起以的初速度向右運動，小車將與其右側的豎直墻壁發生碰撞。已知碰撞時間極短，碰撞后小車以的速度水平向左運動，取。①求小車與豎直墻壁發生碰撞的過程中小車動量變化量的大小；②若彈簧始終處于彈性限度內，求小車碰撞后彈簧的最大彈性勢能。【答案】①；②【名師點睛】本