物理二轮（山东专用）学案：专题7 光电效应 原子结构 原子核 Word版含解析.doc

1、- 1 - 析考情 明考向_考情分析_透视命题规律 一、构建体系 透析考情 思维导图 考情分析 1.高考对本专题的考查， 题型都以选择题为主，命 题点多集中在光电效应、 能级跃迁、核反应方程、 核能的计算上， 难度不大， 多以识记型为主。 2.选择题的命题思想为一 般为考查某一知识点，有 时也会考查几个小知识点 的综合性分析或计算，如 2020 山东卷第 2 题考查原 子核的衰变和对电流的理 解与计算， 而 2020 年天津 卷第 1 题则考查了对经典 实验现象的理解。 3.预计在 2021 年高考中， 仍会以基本知识点综合为 主，备考复习中要关注教 材中常见实验现象结论及 理论解释， 加强基

2、本概念、 规律的理解和记忆。核反 应与动量守恒相结合的题 目也应该引起足够的重 视。 二、熟记规律 高效突破 1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取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 2光电效应中的“四组”概念、“三类”图像 (1)概念：截止频率、遏止电压、饱和电流、逸出功。 (2)图像：Ek、IU、Uc。 - 2 - 3能级跃迁 (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

3、某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子 的动能。 (3)一群处于量子数为 n 的激发态的氢原子向基态跃迁时发射光子的种类 NC2nn（n1） 2 。 4核反应及核能 (1)半衰期公式 N余N原 (1 2) t ，m 余m原 (1 2) t (t 表示衰变时间， 表示半衰期)，半衰期长短由核 内部自身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关。 (2) 射线是伴随着 衰变、 衰变而产生的能量形式。 (3)核反应的两个守恒：质量数守恒、电荷数守恒。 (4)质能方程：Emc2。 研考向 提能力_考向研析_掌握应试技能 考向一 原子的能级跃迁 1玻尔理论的基本内容 能级假设：氢原子能级 EnE1 n2(

4、n1，2，3，)，n 为量子数。 跃迁假设：hEmEn(mn)。 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。 2定态间的跃迁满足能级差 (1)从低能级(n小) 跃迁 高能级(n大) 吸收能量，hEn大En小。 (2)从高能级(n大) 跃迁 低能级(n小) 放出能量，hEn大En小。 3氢原子电离 电离态：n，E0。 基态电离态：E吸0(13.6 eV)13.6 eV。 n2电离态：E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。 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

5、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 解析 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能量为13.6 eV 12.09 eV1.51 eV，所以能从基态发生跃迁，跃迁到 n3 能级，选项 A 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 n1 能级的氢原子不可能吸收 13 eV 的光子的能量，选项 B 错误

6、；氢原子从高能级跃迁到低能级时，放出光子，选项 C 错误；根 据 C246 可知，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 6 种，选 项 D 错误。 答案 A 易错警示 - 3 - 能级跃迁问题的四点注意 (1)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为 NC2nn（n1） 2 (如 典例中 D 选项)。 (2)一个氢原子处于量子数为 n 的激发态时，最多可辐射出(n1)条光谱线。 (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

7、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有( ) A1 种 B2 种 C3 种 D4 种 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 eV0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为 ek 解析：根据 U

8、ce1 2mv 2 mhh0，得 Uch e h0 e ，可知h ek，则普朗克常量为 hek，所用 材料的逸出功为 W0h0ek0，选项 A 正确，B 错误；用频率低于 0的光照射该材料，无论 光照多么强，也不能发生光电效应，选项 C 错误；用频率为 (0)的光照射该材料，逸出光 电子的最大初动能为1 2mv 2 mhh0ekek0，选项 D 错误。 答案：A 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 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

9、 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 光电效应实验规律的图像中，正确的是( ) - 7 - 解析：反向电压 U 和频率 一定时，发生光电效应产生的光电子数与光强成正比，则单位时 间到达阳极 A 的光电子数与光强也成正比，故光电流 i 与光强 I 成正比，A 正确。由动能定理 知qUc0Ekm，又因 EkmhW0，所以 Uch q W0 q ，可知遏止电压 Uc与频率 是线性 关系，不是正比关系，故 B 错误。光强 I 与频率 一定时，光电流 i 随反向电压的增大而减小， 又据光电子动能大小的分

10、布概率及发出后的方向性可知， 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，时间小于 10 9 s，109 s 后，光强 I 和频率 一定时，光电流恒 定，故 D 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)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 (1)核衰变规律：m(1 2) t m0

11、，N(1 2) t N0。 (2) 衰变和 衰变次数的确定方法 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的次数，再根据电 荷数守恒确定衰变的次数。 方法二：设衰变次数为 x， 衰变次数为 y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。 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

12、动能的增量即为释放 的核能。 典例 3 (2020 陕西咸阳高三模拟)232 90Th 具有放射性，经以下连续衰变过程，最后生成稳定的 208 82Pb： 232 90Th 228 88Ra 228 89Ac 228 90Th 208 82Pb。下列说法正确的是( ) A.232 90Th 和 228 90Th 属于放射性同位素，其原子核内中子数相同，质子数不同 B.228 88Ra 发生 衰变后变为 228 89Ac，说明 228 88Ra 原子核内有 粒子 C.228 88Ra 的半衰期约为 6.7 年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，半衰期将增大 D整个衰变过程共发生 6 次 衰变和 4

13、次衰变 - 8 - 解析 232 90Th 和 228 90Th 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 A 错误；228 88Ra 发生 衰变后变为 228 89Ac，是 228 88Ra 原子核内一个中子转化为一个质 子并放出电子，并非原子核内有 粒子，故 B 错误；元素的半衰期不随物理和化学状态的改 变而改变，故 C 错误； 衰变质量数不变，故 2322084x，则 x6，发生 6 次 衰变，根 据电荷数守恒可知 90822xy，得到 y4，故发生 4 次 衰变，故 D 正确。 答案 D 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

14、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 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 高考山东卷)氚核31H 发生 衰变成为氦核32He。假设含氚材料中31H 发生 衰变产生的 电子可以全部定向移动，在 3.2104 s 时间内形成的平均电流为 5.010 8 A。已知电子电荷 量为 1.610 19C，在这段时间内发生 衰变的氚核3 1H 的个数为( ) A5.0101

15、4 B1.01016 C2.01016 D1.01018 解析：由题意知，3.2104 s 内发生 衰变产生的电子的电荷量为 QIt5.010 83.2104 C1.610 3 C，对应的电子数 nQ e 1.610 3 1.610 191.01016(个)，由31H 0 1e32He 可知，一 个31H 核发生一次 衰变产生一个电子，故这段时间内发生 衰变的31H 核的个数为 1.01016， 选项 B 正确。 答案：B 9(2020 黑龙江哈尔滨三中高三第二次模拟)下列说法正确的是( ) A在轻核聚变反应方程21H31H42HeX 中，X 表示正电子 B.235 92U 141 56Ba

16、92 36Kr2 1 0n 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 D比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 解析：在轻核聚变反应方程21H31H42HeX 中，X 的质量数为 A2341，电荷数 Z1 120， 可知 X 表示中子， 故 A 错误； 铀核裂变的一种核反应方程为235 92U 1 0n 141 56Ba 92 36Kr 310n，故 B 错误；放射性元素的半衰期由原子核自身内部因素决定，与物质是单质还是化合 物无关，故 C 错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故 D 正确。 答案：D 10(2020 高考

17、全国卷)氘核21H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式 621 H242He211H210n43.15 MeV 表示。海水中富含氘，已知 1 kg 海水中含有的氘核约为 1.01022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为 M 的标准煤燃烧时释放的热量相 等。 已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为 2.9107 J， 1 MeV 1.610 13 J， 则 M 约为( ) A40 kg B100 kg C400 kg D1 000 kg 解析：根据核反应方程式，6 个氘核聚变反应可释放出 43.15 MeV 的能量，1 kg 海水中的氘核 反应释放的能量为 E1.010

18、 22 6 43.15 MeV7.191022 MeV1.151010 J，则相当于标准 煤的质量为 M1.1510 10 2.9107 kg400 kg。 答案：C 11 (多选)(2020 湖南株洲高三5月检测)目前科学家正在研究用“快中子堆”技术来发电， “快 - 9 - 中子堆”技术发电的原理是：快中子反应堆不用238 92U，而用 239 94Pu 作燃料，但在堆心燃料 239 94Pu 的外围放置238 92U， 239 94Pu 发生裂变反应时放出来的高速中子(快中子)，被装在外围再生区的 238 92U 吸收，238 92U 吸收快中子后变成 239 92U， 239 92U

19、很不稳定，很快发生 衰变变成 239 94Pu， 239 94Pu 在裂变 产生能量的同时，又不断地将238 92U 变成可用燃料 239 94Pu，核燃料越烧越多。设 239 92U、 粒子的质 量分别为 M、m，则( ) A.239 94Pu 与 239 92U 的中子数相同 B.238 92U 吸收快中子后变成铀 239 92U 是属于核聚变 C.239 92U 经过 2 次 衰变后变成 239 94Pu D静止的239 92U 发生 衰变释放出动能为 E0的 粒子，该衰变中质量亏损为Mm Mc2 E0 解析：239 94Pu 的中子数为 145， 239 92U 的中子数为 147，故选项 A 错误；根据核聚变反应的定义 可知选项 B 错误；根据239 92U 239 94Pu2 0 1e 可知选项 C 正确；静止的239 92U 发生 衰变满足动能 关系EkU E0 m M，解得 EkU m ME0，由爱因斯坦质能方程可得 E0 m ME0mc 2，解得该衰变中质量 亏损为 mMm Mc2 E0，选项 D 正确。 答案：CD