2020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

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1、【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 1 / 19 2020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 编 辑：_ 时 间：_ 教学资料范本 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 2 / 19 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.

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：mv2 hW0 。 (2) 极限频率： 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) 辐射条件： hEm En。 (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 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 3 / 19 (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： NHe O H(发现质

3、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： HHHe n( 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. 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

4、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 书写核反 应方程 利用Emc2 计算释放的核能 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 4 / 19 (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“ J”。 (2) 根据 Em 931.5 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)(20 xx 全国卷，

5、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 UaUb B.若 ab，则一定有 EkaEkb C.若 UaUb，则一定有 EkaEkb D.若 ab，则一定有 haEkahbEkb 解析由爱因斯坦光电效应方程得Ekm hW0 ，由动能定理得 Ekm eU ，若用 a、b 单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当 a b时，一定有 EkaEkb，UaUb，故选项 A错误，B正确；若 Ua Ub，则一定有Eka

6、Ekb，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 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 5 / 19 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

7、长 (nm)541268196 A.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D 2.( 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( ) 图 3 A.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hcE0 C.该金属的逸出功等于 E D.若入射光的波长为

8、，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W E，选项 C错误；若入射光的波长为，由Ekhc 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 6 / 19 W ，解得EkhcW 3EE2E，即产生的光电子的最大初动能为 2E，选项 D正确。 答案BD 3.( 多选)(20 xx 北京二模 )图 4 为氢原子能级示意图的一部分，则氢 原子

9、( ) 图 4 A.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 D.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E h ， 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要吸收13.6 eV 能量，

10、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。 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 7 / 19 (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

11、反应与核能的计算 【真题示例 1】(20 xx 全国卷， 15) 一静止的铀核放出一个 粒 子衰变成钍核，衰变方程为UThHe，下列说法正确的是 ( ) A. 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

12、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】(20 xx 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：H HHe n。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( ) A.3.7 MeV B.3.3 MeV 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 8 / 19 C.2.7 MeV D.0.93 MeV

13、 解析根据质能方程，释放的核能Emc2 ，m 2mH mHe mn 0.003 5 u ，则 E0.003 5 931 MeV 3.258 5 MeV3.3 MeV， 故 B正确， A、C、D错误。 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 88Ra 86Rn He B.若该元素的半衰期为，则

14、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容器中，则可以减慢它的衰变速度 解析由镭的 衰变方程 88Ra 86Rn He ，可判断 A 正确；由 m m0 ，可知， t2 时，m 0.5 kg，则已经衰变的镭为m衰2 kg 0.5 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。 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 9 / 19 答案AB 2. 如图 5

15、 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 5 A.射到 b 点的一定是 射线 B.射到 b 点的一定是 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

16、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C 3.( 多选)下列核反应类型正确的是( ) A.UThHe 衰变 B.NHe O H 轻核聚变 C.UnXeSr2n 重核裂变 D.HHHe n 轻核聚变 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 【本资料精心搜集整理而来，欢迎广大同仁惠存！】 10 / 19 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ACD 4. 氘核 H和氚核 H结合成氦核 He的核反应方程如下： HHHe n 17.6 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