老高考统考物理二轮复习课件：专题五 光电效应 原子结构 原子核.ppt

1、专题五 光电效应 原子结构 原子核 建体系论要点_知识串联_熟记核心要点 思维导图思维导图 思维导图思维导图 考情分析考情分析 1.对光电效应的四点提醒对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率取决于光的频率。 (2)光电效应中的光电效应中的“光光”不是特指可见光，也包括不可见光不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子光电子不是光子，而是电子不是光子，而是电子。 2.光电效应中的光电效应中的“四组四组”概念、概念、“三类三类”图

2、像图像 (1)概念：截止频率概念：截止频率、遏止电压、饱和电流、逸出功。、遏止电压、饱和电流、逸出功。 (2)图像：图像：Ek- 、I- U、Uc- 。 3.能级跃迁能级跃迁 (1)原子跃迁时， 所吸收或释放的光子能量原子跃迁时， 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，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剩余能量为自由电子的动能能。 (3)一群处于量子数为一群处于量子数为 n 的激发态的氢原子向基态跃迁时发射的激发态的氢原子向基态跃迁时发射光

3、子的种类光子的种类 NC2 n n（ （n1） 2 。 4.核反应及核能核反应及核能 (1)半衰期公式半衰期公式 N 余余N原原 (1 2) ， ，m 余余m原原 (1 2) (t 表示衰变时间， 表示衰变时间， 表示半表示半 衰期衰期)，半衰期长短由，半衰期长短由核内部自身因素决定核内部自身因素决定，与它，与它所处的物理、化学状态所处的物理、化学状态 无关无关。 (2) 射线是伴随着射线是伴随着 衰变、衰变、 衰变而产生的衰变而产生的能量形式能量形式。 (3)核反应的两核反应的两个守恒：个守恒：质量数守恒、电荷数守恒质量数守恒、电荷数守恒。 (4)质能方程：质能方程：Emc2。 研考向提能力

4、_考向研析_掌握应试技能 考向一考向一 原子的能级跃迁原子的能级跃迁 1玻尔理论的基本内容玻尔理论的基本内容 能级假设：氢原子能级能级假设：氢原子能级 EnE1 n2(n 1，2，3，)，n 为量子数。为量子数。 跃迁假设：跃迁假设：hEmEn(mn)。 轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径 rnn2r1(n1，2，3，)，n 为量子数。为量子数。 2定态间的跃迁定态间的跃迁满足能级差满足能级差 (1)从低能级从低能级(n 小小) 跃迁跃迁 高能级高能级(n 大大)吸收能量，吸收能量，hEn大大En小。小。 (2)从高能级从高能级(n 大大) 跃迁跃迁 低能

5、级低能级(n 小小)放出能量，放出能量，hEn大大En小。小。 3氢原子电离氢原子电离 电离态：电离态：n，E0。 基态基态电离态：电离态：E 吸吸0(13.6 eV)13.6 eV。 n2电离态：电离态：E 吸吸0E23.4 eV。 如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。 典例1 (2020河南重点中学5月联考)如图所示 为氢原子的能级图，下列说法正确的是( ) A欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09 eV 的光子照射 B处于n1能级的氢原子可以吸收13 eV的光子 的能量 C当氢原子从n5能级跃迁到n2能级

6、时，要吸收光子 D一群处于n4能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多有12种 A 解析解析 根据玻尔理论，用根据玻尔理论，用 12.09 eV 的光子照射时，吸收光子后氢原子的光子照射时，吸收光子后氢原子 的能量为的能量为13.6 eV12.09 eV1.51 eV，所以，所以能从基态发生跃迁，跃能从基态发生跃迁，跃 迁到迁到 n3 能级，选项能级，选项 A 正确；由于氢原子的能级图中，不存在能量为正确；由于氢原子的能级图中，不存在能量为 13 eV 的能级差，所以处于的能级差，所以处于 n1 能级的氢原子不可能吸收能级的氢原子不可能吸收 13 eV 的光子的光子 的能量，选项的能量，选

7、项 B 错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，放出光子，选错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，放出光子，选 项项 C 错误；根据错误；根据 C2 4 6 可知，一群处于可知，一群处于 n4 能级的氢原子向低能级跃能级的氢原子向低能级跃 迁，辐射的光子频率最多有迁，辐射的光子频率最多有 6 种，选项种，选项 D 错误。错误。 易错警示易错警示 能级跃迁问题的四点注意能级跃迁问题的四点注意 (1)一群氢原子处于量子数为一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐的激发态时，可能辐射射出的光谱线条数为出的光谱线条数为 NC2 n n（ （n1） 2 (如典例中如典例中 D 选项选项)。 (2)一个氢

8、原子处于量子数为一个氢原子处于量子数为 n 的激发态时，最多可辐射出的激发态时，最多可辐射出(n1)条光谱条光谱 线。线。 (3)氢原子在两定态间跃迁时，入射光子的能量必须等于两定态的能量差才会被吸收。 (4)如果氢原子的跃迁是吸收实物粒子的动能发生的，只要其动能大于(或等于)两能级间的能量差即可。 1(2020安徽芜湖5月联考)某红外测温 仪的原理是：被测物体辐射的电磁波只 有红外线可被该测温仪捕捉，并转变 成电信号。图为氢原子能级示意图，已 知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV， 当大量处于第4能级的氢原子向较低能级 跃迁时，所辐射出的光子中能被红外测温 仪捕捉到不同频率的光子种类

9、有( ) A1种 B2种 C3种 D4种 A 解析：当大量处于第4能级的氢原子向较低能级跃迁时，根据题意可知只有从43跃迁产生的光子能量符合条件， 即E4E30.85 eV (1.51)eV0.66 eVv0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为ekv A 解析：解析：根据根据 Uce1 2mv 2 m hh0，得，得 Uch e h0 e ，可知，可知h e k，则普朗，则普朗 克常量为克常量为 hek，所用材料的逸出功为，所用材料的逸出功为 W0h0ek0，选项，选项 A 正确，正确，B 错误；用频率低于错误；用频率低于 0的光照射该材料，无论光照多么强，也不能发生光的光照射该材料，无

10、论光照多么强，也不能发生光 电效应，选项电效应，选项 C 错误；用频率为错误；用频率为 (0)的光照射该材料，逸出光电子的的光照射该材料，逸出光电子的 最大初动能为最大初动能为1 2mv 2 m hh0ekek0，选项，选项 D 错误。错误。 7(多选)(2020陕西西安第一中学高三模拟)研 究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率 为v的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。 由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从 阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流I 由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向遏止电压 Uc。在下列表示光电效应实验规

11、律的图像中，正确的是( ) 解析：解析：反向电压反向电压 U 和频率和频率 一定时，一定时，发生光电效应产生的发生光电效应产生的光电子数与光光电子数与光 强成正比，则单位时间到达阳极强成正比，则单位时间到达阳极 A 的光电子数与光强也成正比，故光电的光电子数与光强也成正比，故光电 流流 i 与光强与光强 I 成正比，成正比，A 正确。由动能定理知正确。由动能定理知qUc0Ekm，又因，又因 Ekm hW0，所以，所以 Uch q W0 q ，可知遏止电压，可知遏止电压 Uc与频率与频率 是线性关系，是线性关系， 不是正比关系，故不是正比关系，故 B 错误。光强错误。光强 I 与频率与频率 一定

12、时，光电流一定时，光电流 i 随反向电随反向电 压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可 知，知，C 正确。由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的，正确。由光电效应知金属中的电子对光子的吸收是十分迅速的， 时间小于时间小于 10 9 s， ，10 9 s 后，光强 后，光强 I 和频率和频率 一定时，光电一定时，光电流恒定，故流恒定，故 D 正确。正确。 答案：ACD 考向三 核反应方程及核能的计算 1核反应方程的书写 (1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替。 (2

13、)核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。 (3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程。 2核衰变问题的分析核衰变问题的分析 (1)核衰变规律：核衰变规律：m(1 2) m0， ，N(1 2) N0。 。 (2) 衰变和衰变和 衰变次数的确定衰变次数的确定方法方法 方法一：由于方法一：由于衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定衰衰 变的次数，再根据电荷数守恒确定变的次数，再根据电荷数守恒确定衰变的次数。衰变的次数。 方法二：设方法二：设衰变次

14、数为衰变次数为 x， 衰变次数为衰变次数为 y，根据质量数和电荷数守，根据质量数和电荷数守 恒列方程组求解。恒列方程组求解。 3核能的计算 (1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘以真空中光速c的平方，即Emc2(J)。 (2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5(MeV)。 (3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现的，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。 典例典例 3 (2020 陕西咸阳高三模拟陕西咸阳高三模拟)232 90Th 具有放射性， 经以下连续衰变过 具有放射

15、性， 经以下连续衰变过 程，最后生成稳定的程，最后生成稳定的208 82Pb： ：232 90Th 228 88Ra 228 89Ac 228 90Th 208 82Pb。下 。下 列说法正确的是列说法正确的是( ) A.232 90Th 和 和228 90Th 属于放射性同位素，其原子核内中子数相同，质子数不 属于放射性同位素，其原子核内中子数相同，质子数不 同同 B.228 88Ra 发生 发生 衰变后变为衰变后变为228 89Ac，说明 ，说明 228 88Ra 原子核内有 原子核内有 粒子粒子 C.228 88Ra 的半衰期约为 的半衰期约为 6.7 年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，

16、半衰期年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，半衰期 将增将增大大 D整个衰变过程共发生整个衰变过程共发生 6 次次 衰衰变和变和 4 次次 衰变衰变 D 解析解析 232 90Th 和 和228 90Th 具有相同的质子数，属于放射性同位素，其原子核 具有相同的质子数，属于放射性同位素，其原子核 内质子数相同，中子数不同，故内质子数相同，中子数不同，故 A 错误；错误；228 88Ra 发生 发生 衰变后变为衰变后变为228 89Ac， ， 是是 228 88Ra 原子核内一个中子转化为一个质子并放出电子，并非原子核内 原子核内一个中子转化为一个质子并放出电子，并非原子核内 有有 粒子， 故粒子，

17、 故 B 错误； 元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而错误； 元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而改变，改变， 故故 C 错误；错误； 衰变质量数不变，故衰变质量数不变，故 2322084x，则，则 x6，发生，发生 6 次次 衰变，根据电荷数守恒可知衰变，根据电荷数守恒可知 90822xy，得到，得到 y4，故发生，故发生 4 次次 衰变，故衰变，故 D 正确。正确。 易错警示 处理核反应问题的三点注意 (1)衰变伴随着衰变或衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，注意质量数与质量是两个不同的概念。 (2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规

18、律，对个别、少数 原子无意义。 (3)质能方程Emc2，表明一定的能量和一定的质量相联系，而不是质量和能量之间相互转化。 8(2020 北京市通州区高三下学期北京市通州区高三下学期 5 月一模月一模)关于核反应方程关于核反应方程238 92U 234 90Th X，下列说法正确的是，下列说法正确的是( ) A此核反应方程中的此核反应方程中的 X 代表的粒子为氢原子核代表的粒子为氢原子核 B通过降低温度的方法，一定能缩短通过降低温度的方法，一定能缩短238 92U 的半衰期 的半衰期 C此核反应释放能量此核反应释放能量 D此核反应方程属于此核反应方程属于 衰变，衰变， 粒子是粒子是238 92U

19、 核外的电子电离形成的 核外的电子电离形成的 C 解析：解析：根据核反应方程中的电荷数与质量数守恒的规律可得出根据核反应方程中的电荷数与质量数守恒的规律可得出 X 粒子的粒子的 电荷数是电荷数是 2，质量数是，质量数是 4，故它是氦原子核，选项，故它是氦原子核，选项 A 错误；半衰期与温度错误；半衰期与温度 无关，也与压强的大小无关，它是无关，也与压强的大小无关，它是一个非常稳定的物理量，故选项一个非常稳定的物理量，故选项 B 错错 误；此核反应方程是一个误；此核反应方程是一个 衰变的方程，而衰变的定义是不稳定衰变的方程，而衰变的定义是不稳定(即具有即具有 放射性放射性)的原子核在放射出粒子及

20、能量后可变得较为稳定，这个过程称为的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定，这个过程称为 衰变，所以该过程会放出能量的，选项衰变，所以该过程会放出能量的，选项 C 正确，选项正确，选项 D 错误。错误。 9(2020 黑龙江哈尔滨三中高三第二次模拟黑龙江哈尔滨三中高三第二次模拟)下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A在轻核聚变反应方程在轻核聚变反应方程2 1H 3 1H 4 2He X 中，中，X 表示正电子表示正电子 B.235 92U 141 56Ba 92 36Kr 21 0n 是铀核裂变的一种反应方程 是铀核裂变的一种反应方程 C放射性元素与不同的元素形成化合物，其半衰期不同放射

21、性元素与不同的元素形成化合物，其半衰期不同 D比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定核越稳定 D 解析：解析：在轻核聚变反应方程在轻核聚变反应方程2 1H 3 1H 4 2He X 中，中，X 的质量数为的质量数为 A23 41，电荷数，电荷数 Z1120，可知，可知 X 表示中子，故表示中子，故 A 错误；铀错误；铀核裂核裂 变的一种核反应方程为变的一种核反应方程为235 92U 1 0n 141 56Ba 92 36Kr 31 0n，故 ，故 B 错误；放射性错误；放射性 元素的半衰期由原子核自身内部因素决定，与物质是元素的半衰期由

22、原子核自身内部因素决定，与物质是单质还是化合物无单质还是化合物无 关，故关，故 C 错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越 稳定，故稳定，故 D 正确。正确。 10(2020 高考全国卷高考全国卷)氘核氘核2 1H 可通过一系列聚变反 可通过一系列聚变反应释放能量，其总应释放能量，其总 效果可用反应式效果可用反应式 62 1H 24 2He 21 1H 21 0n 43.15 MeV 表示。海水中富含表示。海水中富含 氘， 已知氘， 已知 1 kg 海水中含有的氘核约为海水中含有的氘核约为 1.01022个， 若全都发生聚变

23、反应，个， 若全都发生聚变反应， 其释放的能量与质量为其释放的能量与质量为 M 的标准煤燃烧的标准煤燃烧时释放的热量相等。已知时释放的热量相等。已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为标准煤燃烧释放的热量约为 2.9107 J，1 MeV 1.610 13 J，则 ，则 M 约约 为为( ) A40 kg B100 kg C400 kg D1 000 kg C 解析：解析：根据核反应方程式，根据核反应方程式，6 个氘核聚变反应可释放出个氘核聚变反应可释放出 43.15 MeV 的能的能 量，量，1 kg 海水中的氘核反应释放的能量为海水中的氘核反应释放的能量为 E 1.01022 6 43.1

24、5 MeV7.191022 MeV1.151010 J，则相当于标准煤的质量为，则相当于标准煤的质量为 M 1.151010 2.9107 kg400 kg。 11 (多选多选)(2020 湖南株洲高三湖南株洲高三 5 月检测月检测)目前科学家正在研究用目前科学家正在研究用“快中子快中子 堆堆”技术来发电，技术来发电， “快中子堆快中子堆”技术发电的原理是： 快中子反应堆不用技术发电的原理是： 快中子反应堆不用238 92 U，而用，而用239 94Pu 作燃料，但在堆心燃料 作燃料，但在堆心燃料239 94Pu 的外围放置 的外围放置238 92U， ， 239 94Pu 发生裂 发生裂 变

25、反应时放出来的高速中子变反应时放出来的高速中子(快中子快中子)，被装在外围再生区的，被装在外围再生区的238 92U 吸收， 吸收， 238 92 U 吸收快中子后变成吸收快中子后变成239 92U， ， 239 92U 很不稳定，很快发生 很不稳定，很快发生 衰变变成衰变变成239 94Pu， ， 239 94 Pu 在裂变产生能量的同时，又不断地将在裂变产生能量的同时，又不断地将238 92U 变成可用燃料 变成可用燃料239 94Pu，核燃料 ，核燃料 越烧越多。设越烧越多。设239 92U、 、 粒子的质量分别为粒子的质量分别为 M、m，则，则( ) A.239 94Pu 与 与239

26、 92U 的中子数相同 的中子数相同 B.238 92U 吸收快中子后变成铀 吸收快中子后变成铀239 92U 是属于核聚变 是属于核聚变 C.239 92U 经过 经过 2 次次 衰变后变成衰变后变成239 94Pu D静止的静止的239 92U 发生 发生 衰变释放出动能为衰变释放出动能为 E0的的 粒子，该衰变中质量亏粒子，该衰变中质量亏 损为损为M m Mc2 E0 解析：解析：239 94Pu 的中子数 的中子数为为 145，239 92U 的中子数为 的中子数为 147，故选项，故选项 A 错误；根错误；根 据核聚变反应的定义可知选项据核聚变反应的定义可知选项 B 错误；根据错误；根据239 92U 239 94Pu 20 1e 可知选项可知选项 C 正确；静止的正确；静止的239 92U 发生 发生 衰变满足动能关系衰变满足动能关系EkU E0 m M，解得 ，解得 EkU m ME0， ， 由爱因斯坦质能方程可得由爱因斯坦质能方程可得 E0 m ME0 mc2，解，解得该衰变中质量得该衰变中质量亏损为亏损为 mM m Mc2 E0，选项，选项 D 正确。正确。 答案：答案：CD