【2019最新】精選高考物理二輪複習專題五光電效應原子結構和原子核學案
知識必備
1.光電效應的實驗規律
(1)任何一種金屬都有乙個極限頻率，入射光的頻率必須大於這個頻率，才能產生光電效應。
(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光的頻率增大而增大。
(3)入射光照射到金屬板上時，光電子的發射幾乎是瞬時的，一般不會超過10－9 s。
(4)當入射光的頻率大於極限頻率時，光電流的強度與入射光的強度成正比。
2.光電效應方程
(1)光電子的最大初動能跟入射光子的能量hν和逸出功w0的關係為：mv2＝hν－w0。
(2)極限頻率：νc＝。
(3)最大初動能與遏止電壓的關係：ek＝euc。
3.氫原子能級圖
圖1(1)能級圖：如圖1所示。
(2)輻射條件：hν＝em－en。
(3)輻射光譜線條數：一群氫原子處於量子數為n的激發態時，可能輻射出的光譜線條數：n＝c＝。
4.核反應
(1)愛因斯坦質能方程：δe＝δmc2。
(2)兩種衰變：α衰變：u―→th＋he。
β衰變：th―→pa＋e。
(3)人工轉變：n＋he―→o＋h(發現質子的核反應)
(4)重核裂變：u＋n―→ba＋kr＋3n，在一定條件下(大於臨界質量、超過臨界體積)，裂變反應會連續不斷地進行下去，這就是鏈式反應。
(5)輕核聚變：h＋h―→he＋n(需要幾百萬度高溫，所以又叫熱核反應)。
備考策略
本專題考查的重點應為原子躍遷及能級問題、核反應方程、核能的計算等，題型為選擇題。
1.必須牢記的「3個主要實驗現象」
(1)光電效應現象。
(2)α粒子散射實驗。
(3)天然放射現象。
2.必須掌握的「2類方程」
(1)衰變方程；(2)核反應方程。
3.必須明確的「3個易錯易混點」
(1)能級躍遷時吸收光子的能量和吸收實物粒子的能量是不同的。
(2)半衰期是統計規律，對單個原子核無意義。
(3)γ射線是伴隨著α衰變、β衰變而產生的能量形式。
4.必須掌握核能的兩種計算方法
[書寫核反\\\應方程\\end}',altimg': w': 162', h':
63', eqmath': x(\\a\\al(書寫核反,應方程t': latex', orirawdata':
boxed利用δe=δmc2\\\計算釋放的核能\\end}',altimg': w': 222', h':
63', eqmath': x(\\a\\al(利用δe＝δmc2,計算釋放的核能))'
(1)根據δe＝δmc2計算，計算時δm的單位是「kg」，c的單位是「m/s」，δe的單位是「j」。
(2)根據δe＝δm×931.5 mev計算。因1原子質量單位(u)相當於931.5 mev的能量，所以計算時δm的單位是「u」，δe的單位是「mev」。
光電效應能級躍遷
【真題示例】 (多選)(2017·全國卷ⅲ，19)在光電效應實驗中，分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為ua和ub，光電子的最大初動能分別為eka和ekb。h為蒲朗克常量。下列說法正確的是(
a.若νa＞νb，則一定有ua＜ub
b.若νa＞νb，則一定有eka＞ekb
c.若ua＜ub，則一定有eka＜ekb
d.若νa＞νb，則一定有hνa－eka＞hνb－ekb
解析由愛因斯坦光電效應方程得ekm＝hν－w0，由動能定理得ekm＝eu，若用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功w0相同。當νa＞νb時，一定有eka＞ekb，ua＞ub，故選項a錯誤，b正確；若ua＜ub，則一定有eka＜ekb，故選項c正確；因逸出功相同，有w0＝ hνa－ eka＝ hνb－ ekb，故選項d錯誤。
答案 bc
真題感悟
本考點主要考查：(1)光電效應、極限頻率、遏止電壓等概念；(2)光電效應規律；(3)光電效應方程；(4)考查氫原子結構；(5)結合能級圖考查能級躍遷規律。
1.某光源發出的光由不同波長的光組成，不同波長的光的強度如圖2所示，表中給出了一些材料的極限波長，用該光源發出的光照射表中材料(
圖2a.僅鈉能產生光電子 b.僅鈉、銅能產生光電子
c.僅銅、鉑能產生光電子 d.都能產生光電子
解析由題圖可知，該光源發出的光的波長大約在20 nm到440 nm之間，而三種材料中，極限頻率最大的鉑的極限波長是196 nm，大於20 nm，所以該光源能使三種材料都產生光電效應，選項d正確。
答案 d
2.(多選)如圖3所示是某金屬在光的照射下，光電子的最大初動能ek與入射光的波長的倒數()的關係圖象，由圖象可知(
圖3a.圖象中的λ0是產生光電效應的最小波長
b.蒲朗克常量和光速的乘積hc＝eλ0
c.該金屬的逸出功等於－e
d.若入射光的波長為，產生的光電子的最大初動能為2e
解析圖象中的λ0是產生光電效應的最大波長，選項a錯誤；根據愛因斯坦光電效應方程，光電子的最大初動能ek與入射光的波長的倒數的關係圖象對應的函式關係式為ek＝hc－w，由圖象可知ek＝0時，hc＝eλ0，選項b正確；由ek＝hc－w，並結合關係圖象可得該金屬的逸出功w＝e，選項c錯誤；若入射光的波長為，由ek＝hc－w，解得ek＝hc－w＝3e－e＝2e，即產生的光電子的最大初動能為2e，選項d正確。
答案 bd
3.(多選)(2017·北京二模)圖4為氫原子能級示意圖的一部分，則氫原子(
圖4a.處於不同能級時，核外電子在各處出現的概率是一樣的
b.一群氫原子從n＝5能級向低能級躍遷時最多能發出10種頻率的光
c.從n＝4能級躍遷到n＝3能級比從n＝3能級躍遷到n＝ 2能級輻射出電磁波的波長長
d.處於基態的氫原子和具有13.6 ev能量的電子發生碰撞時恰好電離
解析處於不同能級時，核外電子在各處出現的概率是不一樣的，故a項錯誤；從n＝5能級向低能級躍遷時，最多能發出10種頻率的光子，故b正確；光子能量e＝hν＝，由能級示意圖知e4―→3λ3―→2，故c項正確；處於基態的氫原子若恰好電離需要吸收13.6 ev能量，因電子與氫原子碰撞時一般氫原子不會吸收電子的全部能量，故d項錯誤。
答案 bc
練後反思
1.處理光電效應問題的兩條線索
(1)光的強度大―→光子數目多―→發射光電子數多―→光電流大。
(2)光子頻率高―→光子能量大―→產生光電子的最大初動能大。
2.解決氫原子能級躍遷問題的三點技巧
(1)原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等於兩能級之間的能量差。
(2)原子電離時，所吸收的能量可以大於或等於某一能級能量的絕對值，剩餘能量為自由電子的動能。
(3)一群原子和乙個原子不同，它們的核外電子向基態躍遷時發射光子的種類n＝c＝。
衰變、核反應與核能的計算
【真題示例1】 (2017·全國卷ⅱ，15)一靜止的鈾核放出乙個α粒子衰變成釷核，衰變方程為u→th＋he，下列說法正確的是(
a. 衰變後釷核的動能等於α粒子的動能
b. 衰變後釷核的動量大小等於α粒子的動量大小
c. 鈾核的半衰期等於其放出乙個α粒子所經歷的時間
d. 衰變後α粒子與釷核的質量之和等於衰變前鈾核的質量
解析靜止的鈾核在α衰變過程中，滿足動量守恆的條件，根據動量守恆定律得pth＋pα＝0，即釷核的動量和α粒子的動量大小相等，方向相反，選項b正確；根據ek＝可知，選項a錯誤；半衰期的定義是統計規律，對於乙個α粒子不適用，選項c錯誤；鈾核在衰變過程中，伴隨著一定的能量放出，即衰變過程中有一定的質量虧損，故衰變後α粒子與釷核的質量之和小於衰變前鈾核的質量，選項d錯誤。
答案 b
【真題示例2】 (2017·全國卷ⅰ，17)大科學工程「人造太陽」主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發電。氘核聚變反應方程是：h＋h→he＋n。
已知h的質量為2.013 6 u，he的質量為3.015 0 u，n的質量為1.
008 7 u，1 u＝931 mev/c2。氘核聚變反應中釋放的核能約為(
a.3.7 mev b.3.3 mev
c.2.7 mev d.0.93 mev
解析根據質能方程，釋放的核能δe＝δmc2，δm＝2mh－mhe－mn＝0.003 5 u，則δe＝0.003 5×931 mev＝3.
258 5 mev≈3.3 mev，故b正確，a、c、d錯誤。
答案 b
真題感悟
本考點主要考查：
(1)原子核的衰變及對三種射線本質的理解和應用。
(2)半衰期、核反應方程及核能計算。
1.(多選)靜止的鐳原子核88ra經一次α衰變後變成乙個新核rn。則下列相關說法正確的是(
a.該衰變方程為88ra→86rn＋he
b.若該元素的半衰期為τ，則經過2τ的時間，2 kg的88ra中已有1.5 kg已經發生了衰變
c.隨著該元素樣品的不斷衰變，剩下未衰變的原子核88ra越來越少，其半衰期也變短
d.若把該元素放到密閉的容器中，則可以減慢它的衰變速度
解析由鐳的α衰變方程88ra→86rn＋he，可判斷a正確；由m＝m0，可知，t＝2τ時，m＝0.5 kg，則已經衰變的鐳為m衰＝2 kg－0.5 kg＝1.
5 kg，b正確；放射性元素衰變的快慢是由原子核內部自身因素決定的，跟原子所處的化學狀態和外部條件沒有關係，c、d錯誤。
答案 ab
2.如圖5所示，一天然放射性物質發出三種射線，經過乙個勻強電場和勻強磁場共存的區域(方向如圖所示)。調整電場強度e和磁感應強度b的大小，使得在mn上只有兩個點受到射線的照射，則下面判斷正確的是(
圖5a.射到b點的一定是α射線
b.射到b點的一定是β射線
c.射到b點的一定是α射線或β射線
d.射到b點的一定是γ射線
解析 γ射線不帶電，在電場和磁場中它都不受力的作用，只能射到a點，選項d錯誤；調整e和b的大小，既可以使帶正電的α射線沿直線前進，也可以使帶負電的β射線沿直線前進，沿直線前進的條件是電場力與洛倫茲力平衡，即qe＝qbv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，當α粒子沿直線前進時，速度較大的β粒子向右偏轉；當β粒子沿直線前進時，速度較小的α粒子也向右偏轉，故選項c正確，a、b錯誤。
答案 c
3.(多選)下列核反應型別正確的是(
α衰變輕核聚變
重核裂變
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