高考物理二轮复习专题五光电效应原子结构和原子核学案.doc

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1、1 / 20【2019【2019 最新最新】精选高考物理二轮复习专题五光电效应原子结精选高考物理二轮复习专题五光电效应原子结构和原子核学案构和原子核学案知识必备1.光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过 109 s。(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。2.光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量 h 和逸出功 W0 的关系为：mv2hW0。(2)极

2、限频率：c。(3)最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。3.氢原子能级图图 1(1)能级图：如图 1 所示。2 / 20(2)辐射条件：hEmEn。(3)辐射光谱线条数：一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：NC。4.核反应(1)爱因斯坦质能方程：Emc2。(2)两种衰变： 衰变：UThHe。 衰变：ThPae。(3)人工转变：NHeOH(发现质子的核反应)(4)重核裂变：UnBaKr3n，在一定条件下(大于临界质量、超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。(5)轻核聚变：HHHen(需要几百万度高温，所以又叫热核反应)。备考策略本专题考查的重

3、点应为原子跃迁及能级问题、核反应方程、核能的计算等，题型为选择题。1.必须牢记的“3 个主要实验现象”(1)光电效应现象。(2) 粒子散射实验。(3)天然放射现象。2.必须掌握的“2 类方程”(1)衰变方程；(2)核反应方程。3 / 203.必须明确的“3 个易错易混点”(1)能级跃迁时吸收光子的能量和吸收实物粒子的能量是不同的。(2)半衰期是统计规律，对单个原子核无意义。(3) 射线是伴随着 衰变、 衰变而产生的能量形式。4.必须掌握核能的两种计算方法利用Emc2 计算释放的核能书写核反 应方程(1)根据 Emc2 计算，计算时 m 的单位是“kg” ，c 的单位是“m/s” ，E 的单位是

4、“J” 。(2)根据 Em931.5 MeV 计算。因 1 原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时 m 的单位是“u” ，E 的单位是“MeV” 。光电效应 能级跃迁【真题示例】 (多选)(2017全国卷，19)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 UaUbB.若 ab，则一定有 EkaEkbC.若 UaUb，则一定有 EkaEkbD.若 ab，则一定有 haEkahbEkb解析 由爱

5、因斯坦光电效应方程得 EkmhW0，由动能定理得EkmeU，若用 a、b 单色光照射同种金属时，逸出功 W0 相同。当4 / 20ab 时，一定有 EkaEkb，UaUb，故选项 A 错误，B 正确；若 UaUb，则一定有 EkaEkb，故选项 C 正确；因逸出功相同，有W0 ha Eka hb Ekb，故选项 D 错误。答案 BC真题感悟本考点主要考查：(1)光电效应、极限频率、遏止电压等概念；(2)光电效应规律；(3)光电效应方程；(4)考查氢原子结构；(5)结合能级图考查能级跃迁规律。预测 1对光电效应规律的理解预测 2光电效应方程的应用预测 3氢原子能级跃迁1.某光源发出的光由不同波长

6、的光组成，不同波长的光的强度如图 2所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料( )图 2材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A.仅钠能产生光电子 B.仅钠、铜能产生光电子C.仅铜、铂能产生光电子 D.都能产生光电子解析 由题图可知，该光源发出的光的波长大约在 20 nm 到 440 nm之间，而三种材料中，极限频率最大的铂的极限波长是 196 nm，大于 20 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应，选项 D 正确。答案 D5 / 202.(多选)如图 3 所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek 与入射光的波长的倒数()的关系图象，由图象可知( )

7、图 3A.图象中的 0 是产生光电效应的最小波长B.普朗克常量和光速的乘积 hcE0C.该金属的逸出功等于ED.若入射光的波长为，产生的光电子的最大初动能为 2E解析 图象中的 0 是产生光电效应的最大波长，选项 A 错误；根据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能 Ek 与入射光的波长的倒数的关系图象对应的函数关系式为 EkhcW，由图象可知 Ek0时，hcE0，选项 B 正确；由 EkhcW，并结合关系图象可得该金属的逸出功 WE，选项 C 错误；若入射光的波长为，由EkhcW，解得 EkhcW3EE2E，即产生的光电子的最大初动能为 2E，选项 D 正确。答案 BD3.(多选)(201

8、7北京二模)图 4 为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子( )图 4A.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的B.一群氢原子从 n5 能级向低能级跃迁时最多能发出 10 种频率的光C.从 n4 能级跃迁到 n3 能级比从 n3 能级跃迁到 n 2 能级辐射出电磁波的波长长6 / 20D.处于基态的氢原子和具有 13.6 eV 能量的电子发生碰撞时恰好电离解析 处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A 项错误；从 n5 能级向低能级跃迁时，最多能发出 10 种频率的光子，故 B 正确；光子能量 Eh，由能级示意图知E4332，故 C 项正确；处于基态的氢原子若恰好电离需

9、要吸收 13.6 eV 能量，因电子与氢原子碰撞时一般氢原子不会吸收电子的全部能量，故 D 项错误。答案 BC练后反思1.处理光电效应问题的两条线索(1)光的强度大光子数目多发射光电子数多光电流大。(2)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。2.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧(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。(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能。(3)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类 NC。衰变、核反应与核能的计算【真题示例 1】 (2017全国卷，15)一静止的铀

10、核放出一个 粒子衰变成钍核，衰变方程为 UThHe，下列说法正确的是( )7 / 20A. 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. 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解析 静止的铀核在 衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得 pThp0，即钍核的动量和 粒 子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确；根据 Ek可知，选项 A 错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个 粒子不适用，选项 C 错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后 粒子

11、与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项 D 错误。答案 B【真题示例 2】 (2017全国卷，17)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：HHHen。已知 H 的质量为 2.013 6 u，He 的质量为 3.015 0 u，n 的质量为 1.008 7 u，1 u931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为( )B.3.3 MeVA.3.7 MeV D.0.93 MeVC.2.7 MeV 解析 根据质能方程，释放的核能Emc2，m2mHmHemn0.003 5 u，则 E0.003 5931 MeV3.258 5 MeV3.3 MeV，故

12、 B 正确，A、C、D 错误。8 / 20答案 B真题感悟本考点主要考查：(1)原子核的衰变及对三种射线本质的理解和应用。(2)半衰期、核反应方程及核能计算。预测 1原子核的衰变及半衰期预测 2考查三种射线的特性预测 3核反应方程预测 4核能的计算1.(多选)静止的镭原子核 88Ra 经一次 衰变后变成一个新核 Rn。则下列相关说法正确的是( )A.该衰变方程为 88Ra86RnHeB.若该元素的半衰期为 ，则经过 2 的时间，2 kg 的 88Ra 中已有 1.5 kg 已经发生了衰变C.随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核 88Ra 越来越少，其半衰期也变短D.若把该元素放到密闭的

13、容器中，则可以减慢它的衰变速度解析 由镭的 衰变方程 88Ra86RnHe，可判断 A 正确；由mm0，可知，t2 时，m0.5 kg，则已经衰变的镭为 m 衰2 kg0.5 kg1.5 kg，B 正确；放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C、D 错误。答案 AB9 / 202.如图 5 所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度 E 和磁感应强度 B 的大小，使得在 MN 上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是( )图 5A.射到 b 点的一定是 射线B.射到 b 点的一

14、定是 射线C.射到 b 点的一定是 射线或 射线D.射到 b 点的一定是 射线解析 射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到 a 点，选项 D 错误；调整 E 和 B 的大小，既可以使带正电的 射线沿直线前进，也可以使带负电的 射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即 qEqBv。已知 粒子的速度比 粒子的速度小得多，当 粒子沿直线前进时，速度较大的 粒子向右偏转；当 粒子沿直线前进时，速度较小的 粒子也向右偏转，故选项 C 正确，A、B 错误。答案 C3.(多选)下列核反应类型正确的是( )A.UThHe 衰变B.NHeOH 轻核聚变C.UnXeSr2n 重核裂

15、变D.HHHen 轻核聚变10 / 20解析 衰变的反应物只有一个，生成物有 He 或 e；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于 衰变的是 A；属于裂变的是C；属于聚变的是 D。答案 ACD4.氘核 H 和氚核 H 结合成氦核 He 的核反应方程如下：HHHen17.6 MeV，下列说法正确的是( )A.这个核反应称为人工核反应B.要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文，式中 17.6 MeV 是核反应中吸收的能量C.核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量减少了3.11029 kgD.核反应后生成物

16、的总质量比核反应前物质的总质量增加了3.11029 kg解析 HHHen17.6 MeV 为轻核聚变反应(或热核反应)，选项 A 错误；17.6 MeV 是反应中释放出的能量，选项 B 错误；由Emc2 可知，质量减少 m3.11029 kg，选项 C 正确，D 错误。答案 C课时跟踪训练一、选择题(18 题为单项选择题，915 题为多项选择题)1.人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模11 / 20型和核式结构模型，它们的模型示意图如图 1 所示。下列说法中正确的是( )图 1A. 粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B.科学家通过 粒子散射实验否定了枣糕模型，

17、建立了核式结构模型C.科学家通过 粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D.科学家通过 粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型解析 粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型。答案 B2.下列表述正确的是( )A.HeNOX 中，X 表示 HeB.HHHen 是重核裂变的核反应方程C.放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关D. 衰变中放出的 射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的解析 核反应方程的书写应遵循质量数和电荷数守恒，X 应为 H，所以 A 选项错误；B 选项的核反应方程为轻核聚变方程，所以 B 选项错误；放

18、射性元素的半衰期只与元素自身结构有关，与其他因素无关，所以 C 选项正确； 衰变中放出的 射线是由核内中子转化成一个12 / 20质子和电子形成的，所以 D 选项错误。答案 C3.如图 2 所示为氢原子的四个能级，其中 E1 为基态，若氢原子 A 处于激发态 E2，氢原子 B 处于激发态 E3，则下列说法正确的是( )图 2A.原子 A 可能辐射出 3 种频率的光子B.原子 B 可能辐射出 3 种频率的光子C.原子 A 能够吸收原子 B 发出的光子并跃迁到能级 E1D.原子 B 能够吸收原子 A 发出的光子并跃迁到能级 E4解析 原子 A 处于激发态 E2，因此其辐射光子频率数目只能有 1 种

19、，A 错误；原子 B 处于 n3 的能级，能辐射出 C3 种频率的光子，B正确；据氢原子能级的量子性、吸收光子必须满足 hEmEn，故C、D 错误。答案 B4.铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应；Unab2n 则 ab 可能是( )B.BaKrA.XeKr D.XeSrC.BaSr 解析 根据核反应中的质量数守恒可知，ab 的质量数应为23512234，质子数应为 92，A 项中的质量数为14093233，B 项中质量数是 14192233，C 项中质量数为14193234，质子数为 563894，D 项中质量数为13 / 2014094234，质子数为 543892，综上

20、可知，答案为 D。答案 D5.将半衰期为 5 天、质量为 64 g 的铋分成四份分别投入：(1)开口容器中；(2)100 atm 的密封容器中；(3)100 的沸水中；(4)与别的元素形成化合物。经 10 天后，四种情况下剩下的铋的质量分别为m1、m2、m3、m4，则( )A.m1m2m3m44 gB.m1m2m34 g，m4m2m3m4，m14 gD.m14 g，其余无法知道解析 放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，故四种情况下铋剩余的质量相等，剩余的铋的质量为 m 余16 g4 g，所以 A 正确。答案 A6.研究放射性元素射线性质的实验装置如图 3 所示

21、。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( )图 3A.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14 / 20解析 射线为高速电子流，质量约为质子质量的，速度接近光速； 射线为氦核流，速度约为光速的。在同一电场中， 射线偏转的轨迹曲率半径小于 射线的曲率半径，由图知，向左偏的为 射线，向右偏的为 射线，即到达 A 板的为 射线；因 粒子带正电，向右偏转，说明电场方向水平向右，那么 a 为电源正极，故 B 正确

22、，A、C、D 错误。答案 B7.图 4 甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱。已知谱线 a 是氢原子从 n4 的能级跃迁到 n2 能级时的辐射光，则谱线 b 可能是氢原子_时的辐射光。( )图 4A.从 n5 的能级跃迁到 n3 的能级B.从 n4 的能级跃迁到 n3 的能级C.从 n5 的能级跃迁到 n2 的能级D.从 n3 的能级跃迁到 n2 的能级答案 C8.下列说法正确的是( )A.天然放射性元素 Th(钍)经过 4 次 衰变和 8 次 衰变变成 Pb(铅)B. 衰变产生的 射线穿透能力最强C.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

23、是(2m12m2m3)c2D.由爱因斯坦质能方程可知，质量和能量可以相互转化15 / 20解析 天然放射性元素 Th(钍)衰变变成 Pb，根据质量数守恒和质子数守恒，需要经过 n6 次 衰变、经过 m2n(9082)4 次 衰变，即天然放射性元素 Th(钍)经过 6 次 衰变和 4 次 衰变变成 Pb(铅)，选项 A 错误； 衰变产生的 射线电离能力最强，穿透能力最弱，选项 B 错误；质子和中子结合成一个 粒子，需要两个质子和两个中子，质量亏损 m2m12m2m3，由质能方程可知，释放的能量 Emc2(2m12m2m3)c2，选项 C 正确；爱因斯坦质能方程只是反映了质量与能量之间的关系，质量

24、和能量不可以相互转化，选项 D 错误。答案 C9.如图 5 为卢瑟福 粒子散射实验装置的示意图，图中的显微镜可在圆周轨道上转动，通过显微镜前相连的荧光屏可以观察 粒子在各个角度的散射情况，下列说法正确的是( )图 5A. 粒子发生散射的主要原因是 粒子撞击到金原子核后产生的反弹B.在图中 A、B 两位置分别进行观察，相同时间内观察到屏上的闪光次数一样多C.卢瑟福选用不同的金属箔片作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似D.卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型解析 放在 B 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较少，而放16 / 20在 A 位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，B

25、 错误； 粒子发生散射的主要原因是受到金原子核的库仑斥力作用，A 错误；选用不同金属箔片作为 粒子散射的靶，观察到的实验结果基本相似，故 C 正确；卢瑟福根据此实验得出原子的核式结构模型，D 正确。答案 CD10.如图 6 所示是原子核的核子平均质量与原子序数 Z 的关系图象，下列说法中正确的是( )图 6A.若原子核 D 和 E 结合成 F，结合过程一定会吸收核能B.若原子核 D 和 E 结合成 F，结合过程一定会释放核能C.若原子核 A 分裂成 B 和 C，分裂过程一定会吸收核能D.在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度解析 原子核 D 和 E 结合成 F，有质量亏损，根据爱因斯

26、坦质能方程，有能量释放，故选项 A 错误，B 正确；若原子核 A 分裂成 B 和 C，也有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故选项 C 错误；在核反应堆的铀棒之间插入镉棒，用镉棒来吸收中子控制核反应速度，选项 D 正确。答案 BD11.中子和质子结合成氘核，同时放出 光子，核反应方程是HnH，以下说法正确的是( )A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量B.反应前后质量数不变，因而质量不变17 / 20C.由核子组成原子核一定向外释放能量D.光子所具有的能量为 mc2，m 为反应中的质量亏损，c 为光速解析 根据质能方程，这个反应释放能量，一定发生质量亏损，即反应后氘核的

27、质量一定小于反应前质子和中子的总质量，这个质量亏损与释放能量的关系满足质能方程 Emc2。由核子组成原子核一定向外释放能量，这个能量叫原子核的结合能。反应前后质量数不变，但质量变化。选项 A、C、D 正确。答案 ACD12.(2017东北三省三校模拟)U 是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图 7 所示，下列说法正确的是( )图 7A.图中 a 是 84，b 是 206B.Pb 比 U 的比结合能大C.Y 是 衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.Y 和 Z 是同一种衰变解析 PoPb，质量数少 4，知发生了一次 衰变，则电荷数少2，所以 a84，BiTi，知发生了

28、一次 衰变，则 b206。故A、D 正确，C 错误；比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能。因此核反应放出能量，则 Pb 比 U 的比结合能大，选项 B 正确。答案 ABD13.用如图 8 所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为 2.5 eV18 / 20的光照射到光电管上时，电流表 G 的示数为 0.2 mA。移动变阻器的触点 c，当电压表的示数大于或等于 0.7 V 时，电流表示数为 0。则( )图 8A.光电管阴极的逸出功为 1.8 eVB.开关 K 断开后，没有电流流过电流表 GC.光电子的最大初动能为 0.7 eV

29、D.改用能量为 1.5 eV 的光子照射，电流表 G 也有电流，但电流较小解析 该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于 0.7 V 时，电流表示数为 0，则知光电子的最大初动能为 0.7 eV，根据光电效应方程 Ek0hW0，得逸出功 W01.8 eV，故 A、C 正确；当开关 K 断开后，用光子能量为 2.5 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故 B 错误；改用能量为 1.5 eV 的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，D 错误。答案 AC14.图示 9 为氢原子能级图以及从 n3、4、5、6 能级跃迁

30、到 n2 能级时辐射的四条光谱线，已知从 n3 跃迁到 n2 的能级时辐射光的波长为 656 nm，下列叙述正确的有( )图 9A.四条谱线中频率最大的是 HB.用 633 nm 的光照射能使氢原子从 n2 跃迁到 n3 的能级C.一群处于 n3 能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生 3 种谱19 / 20线D.如果 H 可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，H 也可以使该金属发生光电效应解析 频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n6 跃迁到 n2 的频率最大，选项 A 正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项 B 错误；

31、从 n3 向低能级跃迁时，可以是从 32、21 或者是 31，即有三种频率不同的光子，选项 C 正确；光电效应与光照的时间无关，H 光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项 D错误。答案 AC15.关于核反应方程 ThPaXE(E 为释放出的核能，X 为新生成粒子)，已知 Th 的半衰期为 T，则下列说法正确的是( )A.原子序数大于 83 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于 83 的元素则不能放出射线B.Pa 比 Th 少 1 个中子，X 粒子是从原子核中射出的，此核反应为 衰变C.N0 个 Th 经 2T 时间因发生上述核反应而放出的核能为 N0E(N0数值很大)D.Th 的比结合能为E 234解析 原子序数大于 83 的元素，都能自发地发出射线，原子序数小于或等于 83 的元素有的也能放出射线，故选项 A 错误；Pa 比 Th 少20 / 201 个中子，X 粒子是从原子核中射出的，此核反应为 衰变，故选项B 正确；由半衰期公式 N 余N 原，得 N 余N 原N0，即衰变了N0。一个 Th 衰变释放 E 核能，所以 N0 个 Th 衰变放出的核能为N0E，故选项 C 正确；Th 的结合能为 234 个核子结合成 Th 时释放出的能量，该能量不是它衰变时放出的能量 E，所以比结合能不等于，故选项 D 错误。答案 BC