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1、专题五 近代物理初步 知识建构高考调研1.考查方向：光电效应、能级跃迁是高考考查的重点核反应方程、质能方程综合考查结合动量守恒考查衰变规律2.常用的思想方法：核能的计算方法谱线条数的计算方法衰变次数的计算方法答案(1)光电效应规律每种金属都有发生光电效应的极限频率(limiting frequency)光电子(photoelectron)的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大光电效应的产生几乎是瞬间的饱和光电流与入射光强度成正比(2)玻尔原子理论的三条假说原子能量的量子化假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做变速运动，但并不向外辐射能量
2、，一个能量值对应一种状态，这些状态叫做定态原子能级的跃迁(transition)假设：原子从一个定态(原子能量记为E初)跃迁到另一种定态(原子能量记为E末)时，原子辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hE初E末原子中电子运动轨道量子化假设：原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道由于原子的能量状态是不连续的，因此电子运动的可能轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的轨道上运动(3)、衰变及其规律衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒，质量数守恒(4)核反应类型及核
3、反应方程的书写考向一光电效应规律和光电效应方程归纳提炼光电效应中应区分4组概念1光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，光子是光电效应的因，光电子是果2光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，可能向各个方向运动，除了做逸出功外，有时还要克服原子的其他束缚的作用力，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能3光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电
4、流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关4入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，光子能量即每个光子的能量光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积(多选)(2017全国卷)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Uab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb思路点拨光电子的最大初动能 EkhW，该动能又会在遏止电压做功下恰好减为零解析设该金属的逸出功为
5、W，根据爱因斯坦光电效应方程有EkhW，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随的增大而增大，B项正确；又EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eUhW，遏止电压U随增大而增大，A项错误；又有hEkW，W相同，则D项错误答案BC光电效应的图象图线形状图象名称由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标0逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc颜色不同时，光电流与
6、电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率0：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压)熟练强化1(2017贵阳六校第三次联考)用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率变化的Ek图象已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个Ek坐标系中，如下图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是()解析依据光电效应方程Ek
7、hW0，可知Ek图线的斜率代表普朗克常量h，因此钨和锌的Ek图线应该平行图线的横轴截距代表截止频率0，而0，因此钨的截止频率小些，综上所述，A图正确答案A2(多选)(2017广州期中统考)如下图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h6.631034 Js，由图可知()A该金属的极限频率为4.271014 HzB该金属的极限频率为5.51014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5 eV解析由光电效应方程EkhW0，知图线与横轴交点为金属的极限频率，即04.271014 Hz，A正确，B错误；由EkhW0，可知该图线的斜率为普朗克
8、常量，C正确；金属的逸出功W0hc eV1.8 eV，D错误答案AC3(2017盐城三模)如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图象如图乙所示则光电子的最大初动能为_J，金属的逸出功为_J.解析由图乙，可知当该装置所加的电压为反向电压等于2 V时，电流表示数为0，知道光电子的最大初动能为2 eV3.21019 J，根据光电效应方程EkmhW0，W03 eV4.81019 J.答案3.210194.81019考向二能级跃迁的分析与计算归纳提炼1原子跃迁时发出光谱线条数的计算方法2跃迁与电离跃迁根据玻尔理论，当原子从低能态向高能
9、态跃迁时，必须吸收光子才能实现；相反，当原子从高能态向低能态跃迁时，必须辐射光子才能实现跃迁时不管是吸收还是辐射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差电离原子一旦电离，原子结构将被破坏，而不再遵守有关原子结构理论，如基态氢原子的电离能为13.6 eV，只要能量大于或等于13.6 eV的光子，都能使基态的氢原子吸收而电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能就越大，不论原子处于什么状态，只要入射光子的能量大于该状态的电离所需要的能量就可使之电离3.激发的方式光致激发入射光子的能量hE终E初(引起电离时入射光子的能量hEk|E初|，Ek是电离后电子的动能，E初是光子入射
10、前原子所处的能级，则h|E初|即可)碰撞激发入射粒子若是电子时，EkeE终E初(因电子质量远小于原子质量，其动能不小于相应能级差即可引起激发，多余的能量仍以入射电子的动能形式存在)入射粒子若是与质子质量等大的粒子时，EkpE终E初(因碰撞中动量守恒，入射粒子的动能不能全部被吸收转化为原子能量)熟练强化角度一跃迁时光谱条数的计算1(多选)根据玻尔原子结构理论，氦离子(He)的能级图如图所示当某个He处在n4的激发态时，由于跃迁所释放的光子可能有几个()A1个 B2个 C3个 D6个解析本题考查能级图、激发态、玻尔原子理论中的跃迁假设，意在考查学生对原子物理学基本概念和规律的理解能力、分析判断能力
11、本题研究是某个He，若从n4到n1能级跃迁，则只放出一个光子，A项正确；若从n4能级跃迁到n2能级，可以从n2能级跃迁到n1能级，则有2个光子放出，B项正确；同理，若从n4能级先跃迁到n3能级，则还可从n3能级向n2能级跃迁，也可从n2能级向n1能级跃迁，则放出3个光子，C项正确答案ABC角度二氦离子能级跃迁问题2(多选)(2017贵州三校联考)氦原子被电离出一个核外电子，形成类氢结构的氦离子已知基态的氦离子能量为E154.4 eV，氦离子的能级示意图如右图所示在具有下列能量的粒子中，能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是()A54.4 eV(光子) B50.4 eV(光子)C48.4 eV(电子)
12、 D42.8 eV(光子)E41.8 eV(电子)解析由玻尔理论可知，基态的氦离子要实现跃迁，入射光子的能量(光子能量不可分)应该等于氦离子在某激发态与基态的能量差，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子吸收；而实物粒子(如电子)只要能量不小于两能级差，均可能被吸收氦离子在图示的各激发态与基态的能量差为：E1EE10(54.4 eV)54.4 eV，E2E4E13.4 eV(54.4 eV)51.0 eV，E3E3E16.0 eV(54.4 eV)48.4 eV，E4E2E113.6 eV(54.4 eV)40.8 eV.可见，42.8 eV和50.4 eV的光子不能被基态氦离子吸收而
13、发生跃迁选项A、C、E正确答案ACE角度三氢原子能级跃迁问题3(2017河北名校联盟)如右图所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光，下列说法正确的是()A这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光B由n2能级跃迁到n1能级产生的光频率最小C由n4能级跃迁到n1能级产生的光最容易发生衍射现象D用n2能级跃迁到n1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应解析由原子跃迁、光电效应的规律分析这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出6种光子，A错误；由n4能级跃迁到n3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，B错误；由n4能级跃迁到n1
14、能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易发生衍射现象，C错误；由n2能级跃迁到n1能级辐射出的光子能量为10.20 eV6.34 eV，所以能使金属铂发生光电效应，D正确答案D解决氢原子能级跃迁问题的技巧(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(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.考向三核反应和核能的计算归纳提炼1几种常见核反应(1)天然衰变衰变：XYHe.衰变：XYe.(2)人工转变质子的发现：NHeOH.中子的发现：BeHeCn.放射性同位素的发现：AlHePnPSie.(3)重核裂变UnXeSr10nUnBaKr
