光電效應原子結構和原子核專題五2022內容索引0102體系構建?真題感悟高頻考點?能力突破體系構建?真題感悟知識回顧構建網絡感悟高考真題再練1.(2019北京卷)光電管是一種利用光照射產生電流的裝置,當入射光照在管中金屬板上時,可能形成光電流。表中給出了6次實驗的結果。由表中數據得出的論斷中不正確的是(

)A.兩組實驗采用了不同頻率的入射光B.兩組實驗所用的金屬板材質不同C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大動能為1.9eVD.若入射光子的能量為5.0eV,相對光強越強,光電流越大情境剖析本題以“用光電管探究光電流大小和光電子的最大初動能實驗”為素材創設學習探索問題情境。素養能力本題突出了實驗的操作、分析、探究能力的考查,體現了核心素養中科學探究、科學態度要素,體現了勞動實踐、科學探索的價值觀。答案B

解析

兩組實驗入射光的能量不同,以此可知,采用了不同頻率的入射光,A正確;根據愛因斯坦光電方程,金屬的逸出功W=hν-,代入上述實驗數據得兩組的逸出功相同,均等于3.1

eV,以此可知兩組實驗所用的金屬板材質相同,B錯誤;若入射光子的能量5.0

eV,代入愛因斯坦光電方程,逸出光電子的最大動能為1.9

eV,C正確;若入射光子的能量為5.0

eV,發生光電效應,相對光強越強,光電子越多,光電流越大,D正確。2.(2019全國Ⅰ卷)氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63~3.10eV的光為可見光。要使處于基態(n=1)的氫原子被激發后可輻射出可見光光子,最少應給氫原子提供的能量為(

)A.12.09eV B.10.20eVC.1.89eV D.1.51eV情境剖析本題屬于基礎性題目,以“氫原子能級示意圖”為素材創設學習探索問題情境。素養能力本題考查學生是否具有原子能級躍遷的物理觀念素養,考查關鍵能力中的建模能力。答案A

解析

氫原子從能級2向能級1躍遷時,輻射的光子能量為10.2

eV,不是可見光。氫原子從能級3向能級2躍遷時,輻射的光子能量為1.89

eV,是可見光,所以只要把氫原子躍遷到能級3就可以輻射可見光。氫原子從能級1向能級3躍遷時,吸收的光子能量為12.09

eV,A正確,B、C、D錯誤。3.(多選)(2020全國Ⅰ卷)下列核反應方程中,X1、X2、X3、X4代表α粒子的有(

)情境剖析本題考查核反應方程,屬于基礎性題目。素養能力本題考查考生對核反應方程中兩個守恒的理解,考查關鍵能力中的推理能力。答案BD

A.40kg B.100kgC.400kg D.1000kg情境剖析本題以“聚變反應”為素材創設學習探索問題情境。素養能力本題考查是否能正確認識質能方程等物理觀念素養,考查關鍵能力中的理解能力和科學論證能力等。答案C

5.(2021全國乙卷)醫學治療中常用放射性核素113In產生γ射線,而113In是由半衰期相對較長的113Sn衰變產生的。對于質量為m0的113Sn,經過時間t后剩余的113Sn質量為m,其-t圖線如圖所示。從圖中可以得到113Sn的半衰期為(

)A.67.3d B.101.0dC.115.1d D.124.9d情境剖析本題考查半衰期,屬于基礎性題目。素養能力本題考查考生對半衰期的理解,考查關鍵能力中的推理能力。答案C

高頻考點?能力突破考點一光電效應與光的粒子性方法規律歸納1.光電效應問題兩條線索和兩條對應關系(1)兩條線索(2)兩條對應關系入射光強度大→光子數目多→發射光電子多→光電流大;光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。2.光電效應定量分析時應抓住三個關系式(1)愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0。(2)遏止電壓與最大初動能的關系:Ek=eUc。(3)逸出功與極限頻率的關系:W0=hνc。

對于給定的金屬,逸出功是定值

對點訓練1.(2021山東德州高三二模)微光夜視儀是借助于光增強器把目標反射回來的微弱光激發的光電流放大并轉換為可見圖象,以實現夜間觀察的儀器,在軍事、刑偵等領域有重要的應用,光電流放大的簡化電路原理圖如圖所示。將開關S閉合,使某種顏色的入射光照射到光電陰極上,虛線框內電路出現光電流。下列措施一定能使虛線框內的光電流變大的是(

)A.僅增大原入射光的光照強度B.僅使滑動變阻器R1的滑片向a端移動C.僅使滑動變阻器R2的滑片向d端移動D.僅使滑動變阻器R2的滑片向c端移動答案

A

解析

增大原入射光的光照強度,單位時間產生的光電子數變多,則光電流變大,故A正確;改變滑動變阻器的滑片位置,目的是改變電路中的電壓分配,光電流存在飽和值,故僅依靠改變電壓是不一定使虛線框內的光電流變大的,故B、C、D錯誤。2.(2021山東菏澤高三一模)如圖所示用甲、乙兩種電路研究光電效應,由下列實驗現象得出的實驗結論中正確的是(

)A.使用乙圖電路做實驗,當光的強度一定時,調節觸頭P使電壓表示數增加,電流表示數并不是一直增大,說明單位時間內產生的光電子數量是一定的B.使用乙圖電路做實驗,為了驗證光電管極限頻率的存在,必須把觸頭P移動到A端C.使用甲圖電路做實驗,用不同顏色的光照射光電管,通過調節觸頭P,使電流表示數為零,電壓表示數越大時,說明此金屬的逸出功越大D.使用甲圖電路做實驗,無論用什么頻率的光照射光電管,電流表都不可能有電流方法點撥要弄清電流表有示數的條件——

有光電子到達陽極。答案

A

解析

使用乙圖電路做實驗,當光的強度一定時,調節觸頭P使電壓表示數增加,電流表示數并不是一直增大,說明單位時間內產生的光電子數量是一定的,電流達到飽和光電流后就不再增加,A正確;使用乙圖電路做實驗,為了驗證光電管極限頻率的存在,需要用不同頻率的光照射光電管,觀察電流表是否有示數,B錯誤;使用甲圖電路做實驗,是為了測量遏止電壓,所加電壓低于遏止電壓時還會有電流,D錯誤。3.(2021山東聊城高三一模)某實驗小組要測量金屬鋁的逸出功,經討論設計出如圖所示實驗裝置,實驗方法是:把鋁板平放在桌面上,刻度尺緊挨著鋁板垂直桌面放置,靈敏度足夠高的熒光板與鋁板平行,并使整個裝置處于垂直紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場中;讓波長為λ的單色光持續照射鋁板表面,將熒光板向下移動,發現熒光板與鋁板距離為d時,熒光板上剛好出現輝光。已知普朗克常量為h,光速為c,電子電荷量為e,質量為m。下列說法正確的是(

)C.將熒光板繼續向下移動,移動過程中熒光板上的輝光強度可能保持不變D.將熒光板繼續向下移動到某一位置,并增大入射光波長,板上的輝光強度一定增強方法點撥該題是光電效應規律與帶電粒子在磁場中運動的綜合問題,要弄清“熒光板繼續向下移動,則達到熒光板的光電子會增加”。答案

A

考點二原子結構和能級躍遷方法規律歸納原子能級躍遷問題的解題技巧(1)原子躍遷時,所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差,即ΔE=hν=|E初-E末|。(2)原子電離時,所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值。(3)一個處于第n能級的氫原子躍遷可能發出的光譜線條數最多為n-1。(4)一群氫原子躍遷可能發出的光譜線條數的兩種求解方法:②利用能級圖求解:在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加。(5)計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時,要注意各能級的能量值均為負值,且單位為電子伏特,計算時需換算單位,1eV=1.6×10-19J。明確“一群”和“一個”的意義

對點訓練4.(2021北京豐臺區高三二模)如圖所示的α粒子散射實驗中,少數α粒子發生大角度偏轉的原因是(

)A.α粒子與原子中的電子發生碰撞B.正電荷在原子中均勻分布C.原子中帶正電的部分和絕大部分質量集中在一個很小的核上D.原子只能處于一系列不連續的能量狀態中答案

C

解析

少數α粒子發生大角度偏轉,大多數沒有發生偏轉說明了原子的內部是很空闊的,原子中帶正電的部分和絕大部分質量集中在一個很小的核上,所以C正確,A、B、D錯誤。5.(2021河北張家口高三一模)氫原子能級如圖所示,用光子能量為2.55eV的光照射大量處于n=2能級的氫原子,氫原子向低能級躍遷時輻射出的光照射到逸出功為9eV的金屬板時,射出光電子的最大初動能為(

)A.4.6eV B.3.75eVC.3.09eV D.1.2eV答案

B

解析

用光子能量為2.55

eV的光照射大量處于n=2能級的氫原子,躍遷到2.55

eV-3.4

eV=0.85

eV,4能級,氫原子向低能級躍遷時輻射出的光最大能量Em=(-0.85)eV-(-13.6)eV=12.75

eV,照射到逸出功為9

eV的金屬板時,射出光電子的最大初動能為Ek=12.75

eV-9

eV=3.75

eV,故選B。6.(多選)(2021貴州畢節高三二模)如圖為氫原子的能級圖,已知可見光的能量范圍為1.62~3.19eV,金屬鈉的逸出功是2.25eV,普朗克常量h=6.626×10-34J·s,現有大量處于n=3能級的氫原子。下列說法正確的是(

)A.躍遷時最多可發出3種可見光B.從n=3能級躍遷到n=1能級的過程中,輻射光子的能量為10.2eVC.金屬鈉的極限頻率約為5.4×1014HzD.躍遷時發出的可見光使金屬鈉發生光電效應得到光電子的最大初動能約為0.36eV答案

AC

解析

一群能級處于n=3的氫原子,躍遷時最多可發出3種可見光,A項正確;從n=3能級躍遷到n=1能級的過程中,輻射光子的能量為12.09

eV,B項錯誤;金屬鈉的極限頻率νc==5.4×1014

Hz;C項正確;躍遷時發出的可見光不能使金屬鈉發生光電效應,D項錯誤。易錯點撥涉及求最多可發出幾種光子時,一定要明確是“一個”氫原子還是“一群”氫原子。

考點三核反應和核能的計算方法規律歸納1.原子核的衰變(1)衰變實質:α衰變是原子核中的2個質子和2個中子結合成一個氦核并射出;β衰變是原子核中的中子轉化為一個質子和一個電子,再將電子射出;γ衰變伴隨著α衰變或β衰變同時發生,不改變原子核的質量數與電荷數,以光子形式釋放出衰變過程中產生的能量。(2)衰變的快慢由原子核內部因素決定,跟原子所處的物理、化學狀態無關;半衰期是統計規律,對個別、少數原子核無意義。2.應用質能方程解題的流程圖書寫核反應方程→計算質量虧損Δm→利用ΔE=Δmc2計算釋放的核能(1)根據ΔE=Δmc2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×931.5MeV計算時,Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。3.核力和結合能(1)核力是強相互作用的一種表現。(2)核力是