1、1专题 13 原子与原子核【备考建议】【经典例题】考点一 光电效应规律【典例 1】(2018广东中山模拟)(多选)如图所示,用导线把验电器 与锌板相连接,当用紫外线照射锌板时,发生的现象是( )A.有光子从锌板逸出B.有光电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电【典例 2】光电效应方程的应用(2018成都模拟)分别用波长为 和 35 的单色光照射同一金属板,发出的光电子的最大初动能之比为 13,以 h表示普朗克常量,c 表示真空中的光速,则此金属板的逸出功为( )A. 45hcB. 23cC. 5hD. 3c解析:设此金属的逸出功为 W0,根据光电效应方程当用波长为 的光照射时有
2、 Ek1=hc-W0.当用波长为35 的光照射时有 Ek2=35-W0又12kE= 3可解得 W0=23hc,故选 B.考点二 光电效应图像问题从近几年高考试题来看,光电效应方程、核反应方程以及与动量结合是考查的重点,以选择题的形式考查,分值为 6 分.根据全国卷命题特点,预计 2019 年高考中,可能考查面扩大,考查会集中在 粒子散射实验,氢原子光谱和能级结构及光电效应方程,核反应中的衰变,粒子的波动性,核力和结合能、质能方程等知识点.2【典例 3】(2018宜兴市模拟)从 1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压 Uc(即图 1所示的电路中电流表 G的读数减小到零时加在电极 K,A之间
3、的反向电压)与入射光的频率 ,由此算出普朗克常量 h,并与普朗克根据黑体辐射得出的 h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的 Uc- 图像如图 2所示.下列说法正确的是( )A.该金属的截止频率约为 4.271014HzB.该金属的截止频率约为 5.501014HzC.该图线的斜率为普朗克常量D.该图线的斜率为这种金属的逸出功解析:设金属的逸出功为 W0,截止频率为 c,则有 W0=hc;光电子的最大初动能 Ek与遏止电压 Uc的关系是 Ek=eUc,光电效应方程为 Ek=h-W0;由此可得 Uc=he-0W,故 Uc与 图像的斜率
4、为he,故 C,D错误;当Uc=0时,可解得 =0Wh=c,此时读图可知,c4.271014 Hz,即金属的截止频率约为 4.271014 Hz,A正确,B 错误.【典例 4】(2018九江模拟)研究光电效应的电路如图所示,用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极 K),钠极板发射出的光电子被阳极 A吸收,在电路中形成光电流.下列光电流 I与 A,K之间的电压 UAK的关系图像中,正确的是( )解析:同种光对应的遏止电压即光电流 I=0时对应的反向电压为一确定值;在发生光电效应的条件下,光越强,饱和电流越大.故 C正确,A,B,D 错误.考点三 光的波粒二象性 物质波【典例 5
5、】(2018陕西宝鸡模拟)关于物质的波粒二象性,下列说法中不正确的是( )A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B.大量光子的行为表现出光的波动性,而少量光子的行为表现出光的粒子性3C.光的波长越长,粒子性越明显,光的频率越高,波动性越明显D.宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性解析:光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律,大量光子的行为表现出光的波动性,而少量光子表现出光的粒子性.光的波长越长,波动性越明显,光的频率越高,粒子性越明显.宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性,故 A,B,D正确,C 错误.【典例 6】(2018河北邢台模拟)
6、(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有( )A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等考点四 氢原子能级及原子跃迁【典例 7】(2017广元二模)如图所示为氢原子的能级示意图,一群氢原子处于 n=3的激发态,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子,用这些光照射逸出功为 2.49 eV的金属钠,说法正确的是( )A.这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从 n=3跃迁到 n=2所发出的光波长最短B.这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从 n=3跃迁
7、到 n=1所发出的光频率最小C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为 9.60 eVD.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为 11.11 eV解析:一群氢原子处于 n=3的激发态,向低能级跃迁时可能放出 3种不同频率的光子,从 n=3跃迁到 n=1辐4射的光子频率最大,波长最短,故 A,B错误; n=3 跃迁到 n=1辐射的光子能量最大,为 12.09 eV,则光电子的最大初动能 Ek=h-W0=12.09 eV-2.49 eV=9.60 eV.故 C正确,D 错误.【典例 8】(2018长沙模拟)(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是( )A.电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意
8、的B.电子在绕原子核做圆周运动时,稳定地产生电磁辐射C.不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子 吸收D.氢原子光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,但它的光谱不是连续谱解析:电子运动的轨道半径是不连续的,故 A正确;电子在绕原子核做圆周运动时,不会产生电磁辐射,只有跃迁时才会产生电磁辐射,故 B错误;由于氢原子发射的光子的能量 E=Em-En= 21mE1- 2nE1=h,不同频率的光照射处于基态的氢原子时,只有某些频率的光可以被氢原子吸收,故 C正确;光谱有很多不同的亮线,说明氢原子能发出很多不同频率的光,是线状谱,不是连续谱,故 D正确.考点五
9、原子核的衰变 半衰期【典例 9】(2018太原模拟)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示.两块平行放置的金属板 A,B分别与电源的两极 a,b连接,放射源 发出的射线从其上方小孔向外射出.则( )A.a为电源正极,到达 A板的为 射线B.a为电源正极,到达 A板的为 射线C.a为电源负极,到达 A板的为 射线D.a为电源负极,到达 A板的为 射线【典例 10】(2017潍坊一模)14C 是碳元素的一种具有放射性的同位素,其半衰期约为 5 700年.在某次研究中,测得考古样品中 14C的含量大约是鲜活生命体中 14C含量的 ,则样品生活的年代约是( )A.11 400年前 B.17 100年
10、前5C.22 800年前 D.45 600年前解析:设原来 14C的质量为 M0,衰变后剩余质量为 M ,则有 M=M012n,其中 n为发生半衰期的次数,由题意可知剩余质量为原来的18,故 n=3,所以死亡时间为 35 700=17 100年,故 A,C,D错误,B 正确.考点六 核反应类型与核反应方程【典例 11】(2018江西九江模拟)用中子轰击锂核 63Li,产生氚和 粒子并放出 4.8 MeV的能量,则该核反应方程为 ,上述反应中的质量亏损为 kg(保留两位有效数字). 考点七 核力与核能【典例 12】(2018四川成都模拟)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电, 2
11、35 9U是核电站常用的核燃料, 235 9U受一个中子轰击后裂变成 14 56Ba和 8936Kr两部分,并产生 个中子.要使链式反应发生,裂变物质的体积要 (选填“大于”或“小于”)它的临界体积. 解析:(1)核反应中遵守质量数守恒和电荷数守恒,且该核反应方程为 235 9U+10n 4 56Ba+ 893Kr+ 10n,即产生 3个中子.临界体积是发生链式反应的最小体积,要使链式反应发生,裂变物质的体积要大于它的临界体积.(2)取质子的质量 mp=1.672 610-27 kg,中子的质量 mn=1.674 910-27 kg, 粒子的质量 m=6.646 710-27 kg,光速 c=
12、3.0108 m/s.请计算 粒子的结合能.(计算结果保留两位有效数字)(2)组成 粒子的核子与 粒子的质量差 m=(2mp+2mn)-m,结合能 E=mc2代入数据得 E=4.310-12 J.6【走进高考】1在核反应方程 中，X 表示的是A. 质子 B. 中子 C. 电子 D. 粒子【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（北京卷）2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 1.28 10-19 J。已知普朗克常量为6.63 10-34 Js，真空中的光速为 3.00 108 ms-1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（ ）A. 1 1014
13、HzB. 8 1014 HzC. 2 1015 HzD. 8 1015 Hz【来源】2018 年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国 II卷）3氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线 ，都是氢原子中电子从量子数 n2的能级跃迁到 n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定A. 对应的前后能级之差最小B. 同一介质对 的折射率最大C. 同一介质中 的传播速度最大D. 用 照射某一金属能发生光电效应，则 也一定能【来源】2018 年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）4国家大科学过程中国散裂中子源（CSNS）于 2017年 8月 28日首次打靶成功，获得中子束流，可
14、以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是7A. 俘获一个 粒子，产生 并放出一个粒子B. 俘获一个 粒子，产生 并放出一个粒子C. 俘获一个质子，产生 并放出一个粒子D. 俘获一个质子，产生 并放出一个粒子【来源】2018 年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）6【2017新课标卷】大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是231120Hen。已知21H的质量为 2.013 6 u，32He的质量为 3.015 0 u，1n的质量为 1.008 7 u，1 u=931 MeV/ c2。氘核聚变反应中
15、释放的核能约为： （ ）A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV7 【2017天津卷】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： （ ）A2341120HenB1417728NHeOC4735elPD35491905630UnBaKrn8 【2017江苏卷】（多选）原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有： （ ）（A）42He核的结合能约为 14 MeV8（B）42He核比63Li核更稳定（C）两个 1核结合成42e核时释放能量（D）2359U
16、核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大9 【2017新课标卷】（多选）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 a b，则一定有 Ua b，则一定有 EkaEkbC若 Ua b，则一定有 h aEkah bEkb10 【2017北京卷】2017 年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在 100 nm（1 nm=10 9 m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，
17、可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量 h=6.61034 Js，真空光速 c=3108 m/s）： （ ）A10 21 J B10 18 J C10 15 J D10 12 J1.【答案】 A【解析】设 X为： ，根据核反应的质量数守恒： ，则：电荷数守恒： ，则 ，即 X为： 为质子，故选项 A正确，BCD 错误。点睛：本题考查了核反应方程式，要根据电荷数守恒、质量数守恒得出 X的电荷数和质量数，从而确定 X的种类。 2.【答案】 B9则代入数据
18、可得： ，故 B正确；故选 B点睛：本题比较简单，知道光电效应方程并利用方程求解即可。3.【答案】 A度最大，BC 错误； 的波长小于 的波长，故 的频率大于 的频率，若用 照射某一金属能发生光电效应，则 不一定能，D 错误【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小4.【答案】 B【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为 、 、， ，故只有 B选项符合题意；【点睛】核反应过程中，质量数与核电荷数守恒，应用质量数与核电荷数守恒即可写出核反应方程式51934 年，约里奥-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： 。X 的原子序数和质量数
19、分别为A. 15和 28 B. 15和 30 C. 16和 30 D. 17和 31【来源】2018 年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国 III卷）5.【答案】 B【解析】试题分析 本题考查核反应方程遵循的规律及其相关的知识点。解析 根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X 的电荷数为 2+13=15，质量数为 4+27-1=30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知 X的原子序数为 15，质量数为 30，选项 B正确。10点睛 此题与 2014年高考上海试题和 2013年高考重庆试题类似，都是给出核反应方程，要求利用核反应同时遵循的质量数守恒和电荷数守恒解答。6【答案】B【解析】
20、根据质能方程，释放的核能 2mcE， Hen0.35um，则20.35u91MeV/3.58eV3.MEc，故 B正确，ACD 错误。【名师点睛】本题考查质能方程，注意原子核的质量单位不是 kg，由质能方程求核能时要细心。7【答案】A【名师点睛】本题的关键是知道核反应的分类，区别衰变和核反应。8【答案】BC【名师点睛】本题主要是要理解比结合能的含义，知道结合能与比结合能的区分与关系以及在核反应过程中由比结合能小的反应生成比结合能大的要释放能量9【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程 mkEhW，又由动能定理有 mkEeU，当 ab时，kabE， abU，A 错误，B 正确；若 abU，则有
21、 ab，C 正确；同种金属的逸出功不变，则 kmWh不变，D 错误。【名师点睛】本题主要考查光电效应。发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，光的强弱只影响单位时间内发出光电子的数目；光电子的最大初动能和遏止电压由照射光的频率和金属的逸出功决定；逸出功由金属本身决定，与光的频率无关。10【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为1820 JhcE，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选 B。【名师点睛】根据题意可知光子的能量足以电离一个分子，因此该光子的能量应比该分子的电离能大，同11时又不能把分子打碎，因此两者能量具有相同的数量级，不能大太多。
