1、专题五 光电效应 原子结构和原子核,专题复习研究 本专题考纲有10个级考点分别是光电效应,爱因斯坦光电效应方程,氢原子光谱,氢原子的能级结构、能级公式,原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期,放射性同位素,核力、核反应方程,结合能、质量亏损,裂变反应和聚变反应、裂变反应堆,射线的危害与防护。 2017年把35由选修改为必考内容后,2017、2018年全国新课标卷考查了:1.光电效应与光的粒子性(2次)。2.核反应和核能的计算(3次)。本专题考点一般以选择题的形式命题考查。 通过考题和考点的对照来看,命题者特别重视以核反应方程为背景命题考查。对本专题的复习,在复习过程中要重点突出,重点复习:
2、1.光电效应与光的粒子性。2.原子结构和能级跃迁。3.核反应和核能的计算,-4-,网络构建,要点必备,-5-,网络构建,要点必备,1.能级跃迁 (1)辐射条件:h= 。 (2)辐射光谱线条数:一群处于量子数为n的激发态的氢原子,可辐射出的光谱线条数N= 。 2.光电效应 (1)光电效应规律。 (2)光电效应方程:h= 。 3.核反应、核能的计算 (1)两个守恒:质量数守恒、电荷数守恒。 (2)质能方程:E= 。,Em-En,Ek+W0,mc2,-6-,1,2,3,4,1.(2018全国卷)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 J,已知普朗克常量为6
3、.6310-34 Js,真空中的光速为3.00108 ms-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz 命题能力点:侧重考查理解能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:由光电效应方程Ek=h-W和W=h0分析求解即可。,B,解析 对逸出电子,根据光电方程有,h=Ek+W,= ,W=h0,其中, Ek=1.2810-19 J,=300 nm=310-7 m,得081014 Hz,选项B正确。,-7-,1,2,3,4,A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 Me
4、V 考点定位:核反应、核能 命题能力点:侧重考查理解能力 物理学科素养点:物理观念、科学思维 解题思路与方法:根据核反应方程计算出质量亏损,再根据爱因斯坦的质能方程算出释放的核能。,B,-8-,1,2,3,4,解析 由方程 得,质量亏损为m=22.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由E=mc2得,E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,故选B。,-9-,1,2,3,4,3.(2017全国卷)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为 。下列说法正确的是( ) A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C
5、.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 考点定位:衰变、半衰期、动量守恒 命题能力点:侧重考查理解能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:衰变过程动量守恒、质量数守恒,但是衰变过程中有质量亏损。,B,-10-,1,2,3,4,解析 静止的铀核发生衰变,衰变过程中动量守恒,所以衰变后粒子的动量和钍核的动量大小相等、方向相反,故选项B正确;由于m钍m,根据 可知,钍核的动能小于粒子的动能,故选项A错误;半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,并不是放出一个粒子所经历的时间,故选项C错误;铀核发生衰变过程中有质量亏损,
6、衰变后粒子与钍核的质量和小于衰变前铀核的质量,故选项D错误。,-11-,1,2,3,4,4.(多选)(2017全国卷)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是( ) A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb 考点定位:光电效应方程 命题能力点:侧重考查理解能力 物理学科素养点:科学思维 解题思路与方法:由光电效应方程Ek=h-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,分析求解即可。,BC,-
7、12-,1,2,3,4,解析 根据光电效应方程Ek=h-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=h-W,A错,B、C正确;若ab,则一定有ha-Eka=hb-Ekb=W,D错。,-13-,1,2,3,4,【命题规律研究及预测】 这部分内容在高考题中一般以选择题的形式出现,重点考查考生对知识的理解能力。 2019年备考过程中要重点掌握氢原子能级结构和能级公式;光电效应规律和爱因斯坦光电效应方程;核反应方程式的书写;原子核的衰变及半衰期;结合能和核能的计算等。,-14-,考点一,考点二,考点三,光电效应与光的粒子性(H) 规律方法 1.处理光电效应问题的两条线索 一是光的频
8、率,二是光的强度,两条线索对应的关系是: (1)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。(2)光强光子数目多发射光电子数多光电流大。2.爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0的研究对象是金属表面的电子,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图所示),直线的斜率为h,直线与轴的交点的物理意义是极限频率c,直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功W0的负值。,-15-,考点一,考点二,考点三,【典例1】(2018山东青岛二中模考)用如图所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S,用频率为的光照射光电管时发生了光电效应。下图是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象,图线与
9、横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b),下列说法中正确的是( )A.普朗克常量为 B.断开开关S后,电流表G的示数不为零 C.仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大 D.保持照射光频率不变,仅提高照射光强度,电流表G的示数保持不变,B,-16-,考点一,考点二,考点三,思维点拨解决本题的关键是掌握光电效应方程,知道最大初动能与入射光频率的关系,同时理解光电子的最大初动能Ek与入射光频率图象的含义。,解析 根据Ekm=h-W0得,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,等于b。当最大初动能为零时,入射光的频率等于截止频率,所以金属的截止频率为0=a,那么普朗克常量为 ,故A错
10、误;开关S断开后,因光电效应现象中,光电子存在最大初动能,因此电流表G的示数不为零,故B正确。根据光电效应方程可知,最大初动能与入射光的频率有关,与光的强度无关,故C错误。若保持照射光频率不变,仅提高照射光强度,则光子数目增大,那么电流表G的示数会增大,故D错误。故选B。,-17-,考点一,考点二,考点三,1.(2018安徽宿州一模)某实验小组用图甲所示的电路研究a、b两种单色光的光电效应规律,通过实验得到的光电流I与电压U的关系如图乙所示。则( )A.a、b两种光的频率aWb C.a、b两种光照射出的光电子的最大初动能Eka=Ekb D.a、b两种光对应的遏止电压UaUb,A,-18-,考点
11、一,考点二,考点三,解析 单色光b照射后遏止电压较大,根据Ekm=eUc知,b光照射后产生的光电子最大初动能较大,根据光电效应方程Ekm=h-W0得,b光的频率大于a光的频率,故A正确,CD错误;根据逸出功W0=h0,可知同一金属极限频率相同,故逸出功相同,故B错误;故选A。,-19-,考点一,考点二,考点三,2. (2018广西桂林、百色和崇左联考)金属在光的照射下产生光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率的关系图象如图所示。则由图象可知( )A.入射光频率越大,该金属的逸出功越大 B.入射光的频率越大,则遏止电压越大 C.由图可求出普朗克常量 D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比,B,
12、-20-,考点一,考点二,考点三,-21-,考点一,考点二,考点三,3.(2018河南濮阳三模)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调,分别用a、b、c三束单色光照射,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示,由图可知 ( )A.单色光a和c的频率相同,且a光更弱些,b光频率最大 B.单色光a和c的频率相同,且a光更强些,b光频率最大 C.单色光a和c的频率相同,且a光更弱些,b光频率最小 D.单色光a和c的频率不同,且a光更强些,b光频率最小,B,-22-,考点一,考点二,考点三,
13、解析 a、c两光照射后遏止电压相同,根据Ekm=eUc,可知产生的光电子最大初动能相等,可知a、c两光的频率相等,光子能量相等。由于a光的饱和电流较大,则a光的强度较大。单色光b照射后遏止电压较大,根据Ekm=eUc,可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大。根据光电效应方程Ekm=h-W0得,b光的频率大于a光的频率,故ACD错误,B正确;故选B。,-23-,考点一,考点二,考点三,原子结构和能级跃迁(M) 规律方法 原子能级跃迁问题的解题技巧 (1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差,即E=h=|E初-E末|。 (2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级
14、能量的绝对值。 (3)一群氢原子和一个氢原子不同,氢原子核外只有一个电子,这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上,在某段时间内,由这一轨道跃迁到另一轨道时,可能的情况只有一种。但是如果有大量的氢原子,它们的核外电子向基态跃迁时就会有各种情况出现了,发射光子的种类 。,-24-,考点一,考点二,考点三,(4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时,要注意各能级的能量值均为负值,且单位为电子伏特,计算时需换算单位,1 eV=1.610-19 J。,-25-,考点一,考点二,考点三,【典例2】(2018陕西宝鸡二模)氢原子能级图如图所示,当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时,辐射光
15、的波长为656 nm,下列判断正确的是( )A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656 nm B.当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时,辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应 C.一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 D.用能量为1.0 eV的光子照射处于n=4能级上的氢原子,可以使氢原子电离,D,-26-,考点一,考点二,考点三,解析 氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的能量大于氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时辐射光的能量,根据 ,可知,辐射光的波长一定小于656 nm,故A错误;从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出
16、的光子能量为2.55 eV,大于金属钾的逸出功,能使钾发生光电效应,故B错误;一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线,故C错误;当处于n=4的氢原子吸收的能量大于或等于0.85 eV时,将会被电离,故D正确,故选D。,-27-,考点一,考点二,考点三,4.(2018河南中原名校四模)如图所示为氢原子的能级分布图,已知可见光光子的能量在1.613.10 eV范围内,由图可知( )A.基态氢原子吸收能量为10.3 eV的光子能从n=1能级跃迁到n=2能级 B.基态氢原子的电离能为13.6 eV C.一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时,可辐射6种不同频率的光子 D.氢原子从
17、n=4能级跃迁到n=3能级,辐射的光子是可见光,B,-28-,考点一,考点二,考点三,解析 根据玻尔理论可知,氢原子能级跃迁时,吸收的光子能量必须严格等于能级差,A项错误;基态氢原子电离时的电离能为13.6 eV,B项正确;一群处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时,可辐射 种不同频率的光子,C项错误;氢原子从n=4能级跃迁到n=3能级,辐射的光子的能量为-0.85 eV-(-1.51 eV)=0.66 eV,能量比可见光光子的能量小,不可能是可见光光子,D项错误。故选B。,-29-,考点一,考点二,考点三,5.(2018湖北4月调研)在氢原子光谱中,电子从较高能级跃迁到n=3能级发出的谱线属于
18、帕邢系。若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于帕邢系,则这群氢原子自发跃迁时最多发出不同频率的谱线的条数为 ( ) A.3 B.6 C.10 D.15,C,-30-,考点一,考点二,考点三,6.(多选)(2018福建龙岩3月模拟)氢原子的能级图如图所示,可见光的光子能量范围约为1.613.10 eV,金属钠的逸出功为2.29 eV,下列说法中正确的是( )A.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,可发出1种频率的可见光 B.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,可发出2种频率的可见光 C.大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光当中有1种频率的光能使钠产生光电效应 D.
19、大量处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时发出的光当中有2种频率的光能使钠产生光电效应,AD,-31-,考点一,考点二,考点三,-32-,考点一,考点二,考点三,核反应和核能的计算(H) 规律方法 (1)原子核的衰变 衰变实质:衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出;衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子,再将电子射出;衰变伴随着衰变或衰变同时发生,不改变原子核的质量数与电荷数,以光子形式释放出衰变过程中产生的能量。 衰变的快慢由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关;半衰期是统计规律,对个别、少数原子核无意义。,-33-,考点一,考点二,考点三,(2)核反应方
20、程的书写 核反应过程一般不可逆,所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替。 核反应方程遵循质量数、电荷数守恒,但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。 核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程。 (3)应用质能方程解题的流程图 书写核反应方程计算质量亏损m利用E=mc2计算释放的核能 根据E=mc2计算时,m的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,E的单位是“J”。 根据E=m931.5 MeV计算时m的单位是“u”,E的单位是“MeV”。,-34-,考点一,考点二,考点三,【典例3】(2018全国卷)1934年,约里奥-
21、居里夫妇用粒子轰击铝核 ,产生了第一个人工放射性核素X:+ n+X。X的原子序数和质量数分别为( ) A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31 思维点拨本题考查核反应方程遵循的规律及其相关的知识点。,B,解析 已知粒子的质量数是4,核电荷数为2,中子的质量数为1,不带电,原核反应方程可以写为 ,根据核电荷数守恒,可知X的核电荷数即原子序数为15,根据质量数守恒,可知X的质量数为30,选项B正确。,-35-,考点一,考点二,考点三,7.(2018北京卷)在核反应方程 中,X表示的是( ) A.质子 B.中子 C.电子 D.粒子,A,解析 根据质量数守恒和电荷数守恒可得:质量
22、数=4+14-17=1,电荷数=2+7-8=1,即X是质子,故选项A正确。,-36-,考点一,考点二,考点三,8.(2018江西七校联考)下列说法不正确的是( ) A.卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析,提出了原子核内有中子存在 B.核泄漏事故污染物137CS能够产生对人体有害的辐射,其核反应方程式为 ,可以判断x为电子 C.若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应 D.质子、中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3,质子和中子结合成一个粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2,A,
23、-37-,考点一,考点二,考点三,解析 卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析,提出了原子的核式结构模型,选项A错误;核泄漏事故污染物137CS能够产生对人体有害的辐射,其核反应方程式为 ,可以判断x质量数为零,电荷数为-1,即为电子,选项B正确;因氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光的能量大于氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量,则根据光电效应理论,若氢原子从n=6能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应,选项C正确;质子、中子、粒子的质量分别是m1、m2、m3,因两个质子和两个中子结合成一个粒子,则质量亏损为(2m1+2m2-m3),释放的能量是E=mc2=(2m1+2m2-m3)c2,选项D正确;此题选择不正确的选项,故选A。,-38-,考点一,考点二,考点三,C,-39-,考点一,考点二,考点三,
