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1、本专题在高考中命题重点有光电效应、氢原子能级跃迁、核反应方程与核能的计算，一般以选择题为主，难度不大，主要考查对基础知识的掌握。一、光电效应1两条主线(1)光照强度大光子数目多发射光电子多光电流大；(2)光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大。2三个关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。(2)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。(3)逸出功与极限频率的关系：W0h0。二、原子结构及能级跃迁1氢原子能级图：如图所示。2定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n小)高能级(n大)吸收能量，hEn大En小。(2)从高能级(n大)低能级(n小)放出能量，hEn大En小。三、原子结构及能级跃
2、迁1核反应的四种类型方程类型核反应方程示例衰变衰变：UThHe(核内2H2nHe)衰变：ThPae(核内nHe)PSie(核内Hne)辐射：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级人工核转变NHeOH(发现质子的核反应)BeHeCn(发现中子的核反应)AlHePnPSie(人工制造放射性同位素)重核的裂变UnBaKr3n轻核的聚变HHHen(需要几百万度高温，所以又叫热核反应)2核能的计算方法(1)根据Emc2计算时，m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。(2)根据Em×931.5 MeV计算时，m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来
3、计算核能：原子核的结合能核子比结合能×核子数。1如图所示，有一束单色光入射到极限频率为0的金属板K上，具有最大初动能的某出射电子，沿垂直于平行板电容器极板的方向，从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后，到达右侧极板时速度刚好为零。已知电容器的电容为C，带电荷量为Q，极板间距为d，普朗克常量为h，电子电荷量的绝对值为e，不计电子的重力。关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率，以下判断正确的是()A带正电，0 B带正电，0C带负电，0 D带负电，0【答案】C【解析】由电子在电容器两带电平行板之间做减速运动可知，电容器右侧极板带负电。由爱因斯坦光电效应方程有EkhW，Wh0，由电
4、容器电容定义式知C，由动能定理有eU0Ek，联立解得0，C正确。2(2019·全国卷·T14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A12.09 eV B10.20 eV C1.89 eV D1.51 eV【答案】A【解析】因为可见光光子的能量范围是1.63 eV3.10 eV，所以氢原子至少要被激发到n3能级，要给氢原子提供的能量最少为E(1.5113.60)eV12.09 eV，即A正确。3(2020·山东学业水平等级考试·T
5、2)氚核H发生衰变成为氦核He。假设含氚材料中H发生衰变产生的电子可以全部定向移动，在3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×108 A。已知电子电荷量为1.6×1019 C，在这段时间内发生衰变的氚核H的个数为()A5.0×1014 B1.0×1016 C2.0×1016 D1.0×1018【答案】B【解析】由题意知，3.2×104 s内发生衰变产生的电子的电荷量QIt1.6×103 C，对应的电子数n1.0×1016(个)，由HeHe可知，一个H核发生一次衰变产生一个电子，故这段时间
6、内发生衰变的H核的个数为1.0×1016，选项B对。1(2020·全国卷·T18)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H2He2H2n43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV1.6×1013 J，则M约为()A40 kg B100 kg C400 kg D1 000 kg【答案】C【解析】由1 kg海水中的氘核聚变释放的能量与质量
7、为M的标准煤燃烧释放的热量相等，有：2.9×107 J/kg×M×43.15×1.6×1013 J，解得M400 kg，故C正确。2(多选)(2020·全国卷·T19)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为HeAlXn。X会衰变成原子核Y，衰变方程为XYe。则()AX的质量数与Y的质量数相等BX的电荷数比Y的电荷数少1CX的电荷数比Al的电荷数多2DX的质量数与Al的质量数相等【答案】AC【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒，可知HeAlXn，方程中X的质量数为30，电荷数为15，再
8、根据XYe方程可知Y的质量数为30，电荷数为14，故X的质量数与Y的质量数相等，X的电荷数比Y的电荷数多1，X的电荷数比Al的电荷数多2，X的质量数比Al的质量数多3，选项A、C正确，B、D错误。1下列现象中，原子核结构发生了改变的是()A氢气放电管发出可见光 B衰变放出粒子C粒子散射现象 D光电效应现象【答案】B【解析】氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由于原子核外部电子运动产生的，与原子核内部变化无关，故A错误；衰变放出粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，所以导致原子核结构发生了改变，故B正确；粒子散射实验表明原子具有核式结构，故C错误；光电效应是原子
9、核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D错误。2如图所示为核子平均质量与原子序数的关系。下列与原子核有关的说法正确的是()A原子核的结合能越大，原子核就越稳定B由图可知，原子核D与E聚变成原子核F时，要吸收热量CA裂变时产生的射线能使某金属表面逸出光电子，则增大射线的照射强度能增大逸出光电子的最大初动能D核衰变时粒子是由核内2个质子与2个中子结合在一起形成的【答案】D【解析】原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，故A错误；原子核D与E结合属于轻核聚变，放出能量，故B错误；射线的频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大，与光照强度无关，故C错误；核衰变时粒子是由核内2个质子
10、与2个中子结合在一起形成的，故D正确。3图中四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是() A图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，发现了质子和中子B图乙：用中子轰击铀核使其发生聚变，链式反应会释放出巨大的核能C图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的D图丁：汤姆孙通过电子的发现揭示了原子核内还有复杂结构【答案】C【解析】题图甲：卢瑟福通过分析粒子散射实验结果，得出了原子的核式结构模型，故A错误。题图乙：用中子轰击铀核使其发生裂变，裂变反应会释放出巨大的核能，故B错误。题图丙：玻尔理论指出氢原子能级是分立的，所以原子发射光子的频率也是不连续的，故C正确。题图丁：
11、汤姆孙通过电子的发现揭示了原子也有一定的结构，天然放射现象的发现揭示了原子核内部还有复杂结构，故D错误。4He、Li2等离子具有与氢原子类似的原子结构模型，又称为“类氢离子”。He从能级N跃迁到能级M，释放频率为1的光子，从能级P跃迁到能级M，吸收频率为2的光子，且1>2，则它从能级N跃迁到能级P时()A吸收频率为12的光子B释放频率为12的光子C吸收频率为12的光子D释放频率为12的光子【答案】B【解析】He从能级N跃迁到能级M，释放频率为1的光子，说明能级N的能量大于能级M的能量，且两能级能量差为h1，同理能级P的能量小于能级M的能量，且两能级能量差为h2，所以从能级N跃迁到能级P释
12、放光子，且光子的能量为h(12)，故B正确。5(多选)如图所示为氢原子的能级示意图，已知大量处于n2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，用这些光照射逸出功为1.90 eV的金属铯，下面说法正确的是()An2能级氢原子受到照射后跃迁到n5能级B能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种C金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为12.75 eVD金属铯表面所逸出的光电子的初动能最大值为10.85 eV【答案】BD【解析】大量处于n2能级的氢原子，当它们受到某种频率的光线照射后，可辐射出6种频率的光子，根据大量氢原子跃迁，产生的光子种类NC可知，n2能级的氢原子受到照射后
13、跃迁到n4能级，A错误；这群处于n4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光子，由图可知，氢原子从n4能级到n3能级跃迁时放出的能量为0.66 eV，小于金属铯的逸出功，不能使金属铯发生光电效应逸出光电子，同理氢原子从n3能级到n2能级跃迁时放出的能量为1.89 eV，小于金属铯的逸出功，不能使金属铯发生光电效应逸出光电子，所以能使金属铯逸出光电子的光子频率有4种，B正确；氢原子从n4能级跃迁到n1能级发出的光子频率最高，光子能量为13.60 eV0.85 eV12.75 eV，根据光电效应方程得逸出光电子的最大初动能为EkmhW012.75 eV1.90 eV10.85 eV，C错误，D正确
14、。6激光在“焊接”视网膜的眼科手术中有着广泛的应用。在一次手术中，所用激光的波长6.6×107 m，每个激光脉冲的能量E1.5×102 J。已知普朗克常量h6.6×1034J·s，光速c3×108 m/s，则每个脉冲中的光子数目是()A3×1016 B3×1012 C5×1016 D5×1012【答案】C【解析】由光子能量公式、波长与频率的关系可得，每个光子的能量E1h，ENE1，代入数据联立解得，每个脉冲中的光子数目是N5×1016，C正确。7秦山核电站是我国自行设计、建造和运营管理的第一座3
15、0万千瓦压水堆核电站。在一次核反应中一个中子轰击U变成Xe、Sr和若干个中子，已知U、Xe、Sr的比结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则()A该核反应方程为UnXeSr9nB要发生该核反应需要吸收能量CSr比Xe更稳定D该核反应中质量增加【答案】C【解析】该核反应方程为UnXeSr10n，A错误；用一个中子轰击U发生核反应，该核反应会释放出能量，B错误；Sr比Xe的比结合能大，更稳定，C正确；该核反应中放出能量，有质量亏损，质量减小，D错误。8现代技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识，下列说法正确的是()A衰变说明原子核内部存在自由电子B核反应过程中如果核子的平均
16、质量减小，则要吸收能量C汤姆孙根据粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型D卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为HeNOH【答案】D【解析】衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子，A错误；核反应过程中如果核子的平均质量减小，即发生质量亏损，会释放能量，B错误；卢瑟福根据粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构模型，C错误；卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为HeNOH，D正确。9物理学家查德威克在用粒子轰击铍Be的两种产物中发现了中子，由于中子不带电，所以容易打进原子核内，引起核反应。如果速度为2.3×107 m/s的中子击中静止的氮核
17、N，核反应方程是NnBHe，产生的氦核(He)的速度大小是8.0×106 m/s，方向与碰前中子的速度方向在同一直线上，以反应前中子的速度方向为正方向。下列说法正确的是()A粒子轰击铍发生的核反应方程是BeHeCnBmn6C新核B的速度约为4.1×105 m/sD新核B的速度约为8.2×105 m/s【答案】D【解析】根据电荷数守恒和质量数守恒可知BeHeCn，A错误；同理可知nm6，B错误；用m1、m2和m3分别表示中子(n)、氦核(He)和新核的质量，由动量守恒定律得m1v1m2v2m3v3，代入数值得v38.2×105 m/s，C错误，D正确。10
18、用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15×1014 Hz。已知普朗克常量h6.63×1034 J·s。则下列说法中正确的是()A欲测遏止电压，应选择电源左端为正极B当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大C增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D如果实验中入射光的频率7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek约为1.2×1019 J【答案】D【解析】由题图甲所示的实验装置测量铷
19、的遏止电压Uc，因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大后不变，故B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故C错误；根据题图乙可知，铷的截止频率c5.15×1014 Hz，根据hcW0，则可求出该金属的逸出功大小W06.63×1034×5.15×1014 J3.41×1019 J，根据光电效应方程EkhW0，当入射光的频率为7.00×1014 Hz
20、时，则最大初动能为Ek6.63×1034×7.00×1014 J3.41×1019 J1.2×1019 J，故D正确。11(多选)用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流的大小与入射光的强度、频率等物理量的关系。图中A、K两极板间的电压大小可调，电源的正、负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射K，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，但a更强些B单色光a和c的频率相同，但c更强些C单色光b的频率大于a的频率D单色光b的频率小于a的频率【答案】AC【解析】根据遏止电压与光电子最大初
21、动能的关系有eUcmv2，由爱因斯坦光电效应方程有mv2hW0，又a、c图线与横轴交于同一点，可知单色光a和c的频率相同，由于a的饱和光电流大于c的，说明单色光a照射K产生的光电子数目大于单色光c照射K产生的光电子数目，所以单色光a更强些，故A正确，B错误；根据遏止电压与光电子最大初动能的关系有eUcmv2，又U2>U1，可知单色光b照射K产生光电子的最大初动能大于单色光a照射K产生光电子的最大初动能，由爱因斯坦光电效应方程有mv2hW0，可知单色光b的频率大于单色光a的频率，故C正确，D错误。12海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应为：HHHen，其中氘核的质
22、量为2.0136 u，氦核的质量为3.0150 u，中子的质量为1.0087 u。求：(1 u相当于931.5 MeV的能量)(1)核反应中释放的核能；(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。【解析】(1)由质能方程得Em×931.5 MeV(2×2.013 63.015 01.008 7)×931.5 MeV3.26 MeV。(2)设氦核和中子的动量大小分别为pHe、pn，动能分别为EkHe、Ekn。由动量守恒定律有0pHepn则其动能EkHemHevEknmnv由能量守恒得2EkEEkHeEkn联立解得：EkHe0.99 MeV，Ekn2.97 MeV。