2020新高考物理二轮选择题逐题突破课标通用版讲义 精练:第8道选择题 WORD版含解析.docx
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1、第 8 道选择题涉及的命题点81 82 83 84光电效应及其规律 原子结构与波尔理论 原子核 核能的计算 物理学史和重要思想方法81 光电效应及其规律备考精要 1理清知识体系2深化规律内涵(1)理解光电效应现象光电效应存在极限频率,发生光电效应时,增大入射光的强度,单位时间内逸出的光电子数将增加,但不会增大光电子的最大初动能;只有增大入射光的频率,才会增大光电子的最大初动能。(2)掌握光电效应现象的两个重要关系 遏止电压 Uc 与入射光频率、逸出功 W0 间的关系:UcheW0e;截止频率 c 与逸出功 W0 的关系:hcW0,据此求出截止频率 c。(3)Ek-图线如图所示,Ek-图线是一条
2、倾斜直线,但不过原点,其与横轴、纵轴交点的坐标值(绝对值)分别表示极限频率和金属逸出功。三级练四翼展一练固双基基础性考法1关于光电效应的实验规律,下列说法正确的是()A所有的光照射金属都能发生光电效应B发生光电效应时,对于一定颜色的光,入射光越强,单位时间内发射的光电子数就越多C发生光电效应时,增大入射光的频率,单位时间内发射的光电子数增多D光照在某金属表面,不发生光电效应时,只要增加入射光的强度,就会发生光电效应解析:选 B 光电效应存在极限频率,只有入射光的频率高于金属的极限频率时才能发生光电效应,选项 A 错误;由实验现象可知,当发生光电效应时,入射光的强度越强,饱和电流越大,单位时间内
3、发射的光电子数就越多,选项 B 正确;增大入射光的频率,会增大光电子的最大初动能,但不会改变单位时间内发射的光电子数,选项 C 错误;光照在某金属表面,不发生光电效应,说明入射光的频率低于该金属的极限频率,由实验现象可知,即使再增加入射光的强度,也不能发生光电效应,选项 D 错误。2多选关于物质的波粒二象性,下列说法正确的是()A不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的D实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性解析:选 AB
4、C 由德布罗意波可知 A、C 正确;运动的微观粒子,达到的位置具有随机性,而没有特定的运动轨道,B 正确;由德布罗意理论知,宏观物体的德布罗意波的波长太小,实际很难观察到波动性,不是不具有波粒二象性,D 错误。3(2019北京高考)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板上时,可能形成光电流。表中给出了 6 次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9 由表中数据得出的论断中不正确的是()A两组实验采用了不同频率
5、的入射光B两组实验所用的金属板材质不同C若入射光子的能量为 5.0 eV,逸出光电子的最大动能为 1.9 eVD若入射光子的能量为 5.0 eV,相对光强越强,光电流越大解析:选 B 由光子的能量 Eh,可知若入射光子的能量不同,则入射光子的频率不同,A正确。由爱因斯坦光电效应方程hWEk,可求出两组实验的逸出功 W均为3.1 eV,故两组实验所用的金属板材质相同,B 错误。由 hWEk,W3.1 eV,当 h5.0 eV 时,Ek1.9 eV,C 正确。相对光强越强,单位时间内射出的光子数越多,单位时间内逸出的光电子数越多,形成的光电流越大,D 正确。本题选不正确的,故选 B。4研究光电效应
6、的电路如图所示,用频率相同、强度不同的光分别照射阴极 K,则光电流 I 与 A、K 之间的电压 UAK 的关系图像中,正确的是()解析:选 C 设遏止电压为 Uc,由光电效应规律知:eUchW0,因都是频率相同的光照射相同阴极 K,即、W0 均相同,故强光和弱光的遏止电压相同;当 UAK0 时,强光的光电流应大于弱光的光电流,选项 C 正确。5.在光电效应实验中,飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光),如图所示,则可判断出()A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动
7、能大于丙光对应的光电子最大初动能解析:选 B 由于是同一光电管,因而不论对哪种光,截止频率和金属的逸出功相同,对于甲、乙两种光,遏止电压相同,因而频率相同,A、C 错误;丙光对应的遏止电压较大,因而丙光的频率较高,波长较短,对应的光电子的最大初动能较大,故 D 项错,B 项正确。二练会迁移综合性考法1(2018全国卷)用波长为 300 nm 的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为 1.281019 J。已知普朗克常量为 6.631034 Js,真空中的光速为 3.00108 ms1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A11014 Hz B81014 HzC21015 Hz D8
8、1015 Hz解析:选 B 设单色光的最低频率为 0,由爱因斯坦光电效应方程得 Ekh1W,0h0W,又 1c,整理得 0cEkh,代入数据解得 081014 Hz。2多选用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关 S,用频率为 的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图像,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,b),下列说法正确的是()A普朗克常量为 hbaB断开开关 S 后,电流表 G 的示数可能不为零C仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大D保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,电流表 G 的示
9、数保持不变解析:选 AB 由公式 EkhW0,可知图线的斜率为普朗克常量,即 hba,故 A 正确;断开开关 S 后,初动能大的光电子,也可能到达阳极,所以电流表 G 的示数可能不为零,故 B 正确;只有增大入射光的频率,才能增大光电子的最大初动能,与光的强度无关,故 C 错误;保持照射光强度不变,仅提高照射光频率,单个光子的能量增大,而光的强度不变,那么光子数一定减少,发出的光电子数也减少,电流表 G 的示数要减小,故 D 错误。3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
10、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解析:选 BC 设该金属的逸出功为 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。4(2019新乡模拟)如图甲所示,用频率为 0 的光照射某种金属发生光电效应,测出光电流 i 随电压表示数
11、 U 的变化图像如图乙所示。已知普朗克常量为 h,光电子带电荷量为 e。下列说法中正确的是()A入射光越强,光电子的能量越大B光电子的最大初动能为 h0C该金属的逸出功为 h0eUcD用频率为eUch 的光照射该金属时不可能发生光电效应解析:选 C 根据光电效应的规律可知,入射光的频率越大,则逸出光电子的能量越大,与光强无关,选项 A 错误;根据光电效应的规律,光电子的最大初动能为 Ekmh0W 逸出功,选项 B 错误;由题图乙可知 EkmeUc,则该金属的逸出功为 h0eUc,选项 C 正确;频率为eUch 的光的能量为 heUc,当大于金属的逸出功(h0eUc)时,同样可发生光电效应,选项
12、 D 错误。5.用如图所示的光电管研究光电效应的实验中,用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K,电流计 G 的指针发生偏转,而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时,电流计 G 的指针不发生偏转,那么()Aa 光的波长一定大于 b 光的波长B增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转C用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流方向是由 d 到 cD只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大解析:选 D 用一定频率的单色光 a 照射光电管阴极时,电流计指针会发生偏转,知 a0,而单色光 b 不能使阴极 K 产生光电效应,知 b0,则 ab,a 光的波长小于
13、 b 光的波长,所以 A 错误;发生光电效应的条件:0,增加 b 光的强度不能使电流计 G 的指针发生偏转,B 错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计 G 的电流方向是由 c 到 d,C 错误;增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大,故 D 正确。三练提素养创新性、应用性考法1用某种金属做光电效应实验时,遏止电压(反向电压)Uc 与入射光频率 的关系如图所示。电子电荷量用 e 表示,已知普朗克常量 h6.61034 Js,则()A该图线的斜率为普朗克常量B该图线的斜率为这种金属的逸出功C该金属的逸出功约为 11015 J
14、D该金属的逸出功约为 31019 J解析:选 D 由动能定理,光电子的最大初动能 Ek 与遏止电压 Uc 的关系是eUc0Ek,设金属的逸出功为 W,光电效应方程为 EkhW,联立两式可得:Uche We,故 Uc-图像的斜率为he,故 A、B 错误;Ek0 时入射光的频率称为截止频率,Ek0,即Uc0,由题图可知金属的截止频率约为 04.271014Hz,则逸出功 Wh06.610344.271014 J31019 J。所以 C 选项错误、D 正确。2(2019衡水中学模拟)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色(频率)等物理量间的关系,电流计 G 测得的光电流
15、 I 随光电管两端电压 U的变化如图乙所示,则()A通过电流计 G 的电流方向由 d 到 cB电压 U 增大,光电流 I 一定增大C用同频率的光照射 K 极,光电子的最大初动能与光的强弱无关D光电管两端电压 U 为零时一定不发生光电效应解析:选 C 电流方向与逃逸出来的电子运动方向相反,所以通过电流计 G 的电流方向由 c 到 d,故 A 错误;由题图乙可知,当 U 增大到一定程度后,光电流不再随 U 的增大而增大(即达到饱和电流),故 B 错误;用同频率的光照射 K 极,根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW,光电子的最大初动能与光的频率有关,与光的强弱无关,故 C 正确;光电管两端电压 U 为
16、零时,光电效应照样发生,故 D 错误。3(2019东北三市联考)在研究甲、乙两种金属光电效应现象的实验中,光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系如图所示,则()A两条图线与横轴的夹角 和 一定不相等B若增大入射光频率,则所需的遏止电压 Uc 随之增大C某一频率的光可以使甲金属发生光电效应,则一定能使乙金属发生光电效应D若不改变入射光频率,只增加入射光的强度,则光电子的最大初动能将增大解析:选 B 根据光电效应方程 EkmhW0,可知图线的斜率表示普朗克常量,故两条图线与横轴的夹角 和 一定相等,故 A 错误;根据 EkmeUc 和 EkmhW0,得UcheW0e,若增大入射光频率,则所需
17、的遏止电压 Uc 随之增大,故 B 正确;根据光电效应方程 EkmhW0,当 Ekm0 时,W0h0,即甲的逸出功小于乙的逸出功,当某一频率的光可以使甲金属发生光电效应,但此光不一定能使乙金属发生光电效应,故 C 错误;光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,故 D 错误。4多选用如图所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为 2.5 eV的光照射到光电管上时,电流表 G 的示数为 0.2 mA。移动变阻器的触点 c,当电压表的示数大于或等于 0.7 V 时,电流表示数为 0。则()A光电管阴极的逸出功为 1.8 eVB开关 K 断开后,没有电流流过电流表 GC光电子的最大初
18、动能为 0.7 eVD改用能量为 1.5 eV 的光子照射,电流表 G 也有电流,但电流较小解析:选 AC 该装置所加的电压为反向电压,发现当电压表的示数大于或等于 0.7 V时,电流表示数为 0,则知光电子的最大初动能为 0.7 eV,根据光电效应方程 Ek0hW0,得逸出功 W01.8 eV,故 A、C 正确;当开关 K 断开后,用光子能量为 2.5 eV 的光照射到光电管上时发生了光电效应,有光电子逸出,则有电流流过电流表,故 B 错误;改用能量为 1.5 eV 的光子照射,由于光子的能量小于逸出功,不能发生光电效应,无光电流,D错误。5多选某同学利用如图所示的实验装置来研究光电效应现象
19、。某单色光照射光电管的阴极 K 时,会发生光电效应现象。闭合开关 S,在阳极 A 和阴极 K 之间加反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中的电流刚好为零,此时电压表显示的电压值 U 称为遏止电压。根据遏止电压,可以计算出光电子的最大初动能 Ekm。现分别用频率为 1 和 2 的单色光照射阴极 K,测到的遏止电压分别为 U1 和 U2,设光电子质量为 m,电荷量为 e,下列说法正确的是()A频率为 1 的单色光照射阴极 K 时光电子的最大初速度为 v1m2eU1mB阴极 K 金属的逸出功为 W0h1eU1C普朗克常量 heU1U212D阴极 K 金属的极限频率为 cU21U
20、12U1U2解析:选 ABC 当加上遏止电压 U1 时,有12mv1m2eU1,所以 v1m2eU1m,选项 A正确;联立12mv1m2eU1 和12mv1m2h1W0,可得 W0h1eU1,选项 B 正确;当用频率为 2 的光照射时,同理有 W0h2eU2,联立两式可得普朗克常量 heU1U212,选项 C 正确;当用频率等于极限频率的光照射阴极 K 时,产生的光电子的最大初动能为零,则由光电效应方程可得 hcW00,又因为 heU1U212,W0h1eU1,联立可得 cU12U21U1U2,选项 D 错误。82 原子结构与波尔理论备考精要 1原子结构与原子光谱 2.氢原子能级图与原子跃迁问
21、题的解答技巧(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由 hEmEn 求得。若求波长可由公式c 求得。(3)一个处于较高能级 n 的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。用数学中的组合知识求解:NCn2nn12。利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。三级练四翼展一练固双基基础性考法1多选氢原子的核外电子由离原子核较远的轨道跃迁到离原子核较近的轨道上,下列说法正确的是()A核外电子受力变小B原子的能量减少C氢原子要吸收一定频率的光子D氢原子要放
22、出一定频率的光子解析:选 BD 根据 Fke2r2得,轨道半径减小,则核外电子受力变大,故 A 错误;核外电子由离原子核较远轨道跃迁到离原子核较近轨道,原子能量减少,故 B 正确;因为原子能量减少,可知氢原子放出一定频率的光子,故 C 错误,D 正确。2(2019绵阳三诊)氢原子处于量子数 n2 的激发态时能量 E23.4 eV,则()A辐射出一个能量为 3.4 eV 的光子后跃迁到基态B辐射出一个能量为 10.2 eV 的光子后跃迁到基态C用光子能量为 3.4 eV 的光照射后将跃迁到 n3 的激发态D用光子能量为 13.6 eV 的光照射后将跃迁到 n3 的激发态解析:选 B 氢原子处于量
23、子数 n1 的基态时能量 E113.6 eV,处于量子数 n2的激发态时能量 E23.4 eV,则辐射出一个能量为3.4 eV(13.6 eV)10.2 eV 的光子后跃迁到基态,选项 B 正确,A 错误;n3 的激发态时能量 E31.51 eV,则用光子能量为1.51 eV(3.4 eV)1.89 eV 的光照射后将跃迁到 n3 的激发态,选项 C 错误;用光子能量为 13.6 eV 的光照射后将使氢原子电离,选项 D 错误。3.(2019全国卷)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在 1.63 eV3.10 eV 的光为可见光。要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给
24、氢原子提供的能量为()A12.09 eV B10.20 eVC1.89 eV D1.51 eV解析:选 A 可见光光子能量范围为 1.63 eV3.10 eV,则氢原子能级差应该在此范围内,可简单推算如下:2、1 能级差为 10.20 eV,此值大于可见光光子的能量;3、2 能级差为 1.89 eV,此值属于可见光光子的能量范围,符合题意。氢原子处于基态,要使氢原子达到第 3 能级,需提供的能量为1.51 eV(13.60 eV)12.09 eV,此值也是提供给氢原子的最少能量,选项 A 正确。4(2019重庆调研)如图所示,为氢原子能级示意图的一部分,关于氢原子,下列说法正确的是()A.一个
25、氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级,可能辐射出 3 种不同频率的电磁波B从 n4 能级跃迁到 n3 能级,氢原子会吸收光子,能级升高C从 n4 能级跃迁到 n3 能级,氢原子会向外辐射光子,能级降低D处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的解析:选 C 一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级,最多可能辐射 2 种不同频率的电磁波,故 A 错误;从 n4 能级跃迁到 n3 能级,是从高能级向低能级跃迁,氢原子会放出光子,能级降低,故 B 错误,C 正确;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 D 错误。5氢原子的基态能级 E113.6 eV,第 n 能级 EnE1
26、n2,若氢原子从 n3 能级跃迁到n2 能级时发出的光能使某金属发生光电效应,则以下跃迁中放出的光也一定能使此金属发生光电效应的是()A从 n2 能级跃迁到 n1 能级B从 n4 能级跃迁到 n3 能级C从 n5 能级跃迁到 n3 能级D从 n6 能级跃迁到 n5 能级解析:选 A 从 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射的光子能量大于从 n3 能级跃迁到 n2 能级辐射的光子能量,根据光电效应产生的条件知,一定能使该金属发生光电效应,故A 正确;从 n4 能级跃迁到 n3 能级,从 n5 能级跃迁到 n3 能级,从 n6 能级跃迁到 n5 能级辐射的光子能量均小于从 n3 能级跃迁到 n2 能级
27、辐射的光子能量,都不一定能使金属发生光电效应,故 B、C、D 错误。二练会迁移综合性考法1多选(2019河南豫南九校联考)如图为氢原子的能级图,已知可见光的光子的能量范围为 1.623.11 eV,锌板的电子逸出功为 3.34 eV,那么对氢原子在能级跃迁的过程中辐射或吸收光子的特征认识正确的是()A用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板,一定不能产生光电效应现象B用能量为 11.0 eV 的自由电子轰击,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C处于 n2 能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线D处于 n3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离解析:选 BD 氢原子从高能级向基态
28、跃迁时发出的光子的最小能量为 10.2 eV,照射金属锌板一定能产生光电效应现象,故 A 错误;用能量为 11.0 eV 的电子轰击,基态的氢原子吸收的能量可以等于 10.2 eV,可以使处于基态的氢原子跃迁到 n2 能级,故 B 正确;紫外线光子的最小能量为 3.11 eV,处于 n2 能级的氢原子的电离能为 3.4 eV,则紫外线不能被 n2 能级的氢原子吸收,故 C 错误;而处于 n3 能级的氢原子的电离能为 1.51 eV,故处于 n3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离,故 D 正确。2如图所示为氢原子的部分能级图,以下判断正确的是()A处于 n3 能级的氢原子可
29、以吸收任意频率的光子B欲使处于基态的氢原子被激发,可用 12.09 eV 的光子照射C一个氢原子从 n4 能级跃迁到基态时,最多可以辐射出 6 种不同频率的光子D用从 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为 6.34 eV)时不能发生光电效应解析:选 B 要使 n3 能级的氢原子发生跃迁,吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差,或大于 1.51 eV 能量的任意频率的光子,故 A 错误;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 12.09 eV(13.6)eV1.51 eV,所以能从基态发生跃迁,跃迁到第 3 能级,故 B 正确;一个氢原子从
30、 n4 能级跃迁到基态时,最多可以辐射出 3 种不同频率的光子,故 C 错误;从 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光子的能量 EE2E13.4 eV(13.6)eV10.2 eV6.34 eV,可以使金属铂发生光电效应,故 D 错误。3.(2019荆门调研)图甲所示为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱。已知谱线 b是氢原子从 n5能级跃迁到 n2能级时的辐射光,则谱线 a 是氢原子()A从 n1 能级跃迁到 n2 能级时的辐射光B从 n3 能级跃迁到 n1 能级时的辐射光C从 n4 能级跃迁到 n1 能级时的辐射光D从 n4 能级跃迁到 n2 能级时的辐射光解析:选 D 谱线 a 波长大于
31、谱线 b 波长,所以 a 光的光子频率小于 b 光的光子频率,所以 a 光的光子能量小于 n5 能级和 n2 能级间的能级差,比从 n5 能级跃迁到 n2能级辐射的能量小且又最接近的,就是 n4 能级和 n2 能级间的能级差,故 D 正确,A、B、C 错误。4原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时,有可能不发射光子。例如在某种条件下,铬原子的 n2 能级上的电子跃迁到 n1 能级上时并不发射光子,而是将相应的能量转交给 n4 能级上的电子,使之脱离原子,这一现象叫作俄歇效应,以这种方式脱离了原子的电子叫作俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为 EnAn2,式中 n1,2,3,表示不同能级,A
32、 是正的已知常数,上述俄歇电子的动能是()A.1116A B.716A C.316A D.1316A解析:选 A 由题意可知铬原子 n1 能级能量为 E1A,n2 能级能量为 E2A4,从 n2 能级跃迁到 n1 能级释放的能量为 EE2E13A4,n4 能级能量为 E4 A16,电离需要能量为E0E4 A16,所以电子从n4能级电离后的动能为EkEE3A4 A1611A16,故 B、C、D 错误,A 正确。5.如图所示为氢原子的能级图,现有一群处于 n3 的激发态的氢原子,则下列说法正确的是()A能发出 6 种不同频率的光子B波长最长的光是氢原子从 n3 能级跃迁到 n1 能级产生的C发出的
33、光子的最小能量为 12.09 eVD处于该能级的氢原子至少需吸收 1.51 eV 能量的光子才能电离解析:选 D 一群处于 n3 的激发态的氢原子能发出 C323 种不同频率的光子,选项 A 错误;由辐射条件知氢原子由 n3 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光子频率最大,波长最小,选项 B 错误;发出的光子的最小能量为 E3E21.89 eV,选项 C 错误;n3 能级对应的氢原子能量是1.51 eV,所以处于该能级的氢原子至少需吸收 1.51 eV 能量的光子才能电离,故选项 D 正确。三练提素养创新性、应用性考法1多选如图所示为氢原子的能级图。大量处于基态的氢原子在一束光的照射下发生跃迁后能
34、产生 6 条谱线,其中有 3 条可使某金属发生光电效应。已知可见光的光子能量在 1.62 eV 到 3.11 eV 之间,下列有关描述正确的是()A氢原子的能级是分立的,6 条谱线中有 2 条谱线在可见光范围内B入射光束中光子的能量为 10.2 eV 才能实现题中的跃迁情况C该金属的逸出功小于 2.55 eVD若改用 12.7 eV 的电子撞击氢原子使之跃迁后所辐射出的光也能使该金属发生光电效应解析:选 AD 跃迁后能产生 6 条谱线,说明处于基态的氢原子被激发到了 n4 能级,因此入射光束中光子的能量为 E4E112.75 eV,从 n4 能级向低能级跃迁时其中有 2 条谱线在可见光范围内,
35、又由能级图知其能量是不连续的,是分立的,A 项正确,B 项错误;能发生光电效应的 3 条谱线是从 n4、3、2 能级向基态跃迁产生的,其中能量最小的为E2E110.2 eV,而由 n4 能级向 n2 能级跃迁的能量为 E4E22.55 eV,是不能使某金属发生光电效应的,表明该金属的逸出功大于 2.55 eV,小于 10.2 eV,C 项错误;因 12.7 eV10.2 eV,若用 12.7 eV 的电子撞击氢原子,可将部分能量传给氢原子使之跃迁,它在辐射时产生的光可使该金属发生光电效应,故 D 项正确。2.(2019天津模拟)如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,
36、当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光,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 能级产生的光的波长最长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:选 D 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出 C42432 6 种光子,选项 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,选项 B 错误;由 n4 能级跃迁到 n1 能级产生的光子能量最大,频率最大,波长最小,选项 C 错误;从 n2能级跃迁到 n1 能级辐射出的
37、光子能量为 10.20 eV6.34 eV,所以照射金属铂能发生光电效应,选项 D 正确。3.(2019龙岩模拟)1995 年科学家“制成”了反氢原子,它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成。反质子和质子有相同的质量,带有等量异种电荷。反氢原子和氢原子有相同的能级分布,氢原子能级如图所示。下列说法中正确的是()A反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B基态反氢原子的电离能是 13.6 eVC基态反氢原子能吸收 11 eV 的光子发生跃迁D在反氢原子谱线中,从 n2 能级跃迁到基态辐射光子的波长最长解析:选 B 反氢原子和氢原子有相同的能级分布,所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同,故 A 错误;处于
38、基态的氢原子的电离能是 13.6 eV,具有大于等于 13.6 eV 能量的光子可以使氢原子电离,故 B 正确;若基态的反氢原子吸收 11 eV 光子,能量为13.6 eV11 eV2.6 eV,不能发生跃迁,所以该光子不能被吸收,故 C 错误;在反氢原子谱线中,从 n2 能级跃迁到基态辐射光子能量很大,频率很大,波长很小,故 D 错误。4多选如图所示是氢原子的能级图,大量处于 n5 激发态的氢原子向低能级跃迁时,一共可以辐射出 10 种不同频率的光子,其中莱曼系是指氢原子由高能级向 n1 能级跃迁时释放的光子,则()A10 种光子中波长最短的是从 n5 的激发态跃迁到基态时产生的B10 种光
39、子中有 4 种属于莱曼系C使 n5 能级的氢原子电离至少要 0.85 eV 的能量D从 n2 能级跃迁到基态释放光子的能量等于从 n3 能级跃迁到 n2 能级释放光子的能量解析:选 AB 10 种光子中,从 n5 激发态跃迁到基态辐射的光子能量最大,频率最大,波长最短,故 A 正确。10 种光子中,从 n5、n4、n3 和 n2 的激发态向基态跃迁辐射的光子属于莱曼系,可知 B 正确。n5 能级的氢原子具有的能量为0.54 eV,故要使其发生电离,至少需要 0.54 eV 的能量,故 C 错误。根据玻尔理论,从 n2 能级跃迁到基态释放光子的能量:E1E2E13.4 eV(13.6 eV)10
40、.2 eV,从 n3 能级跃迁到n2 能级释放光子的能量:E2E3E21.51 eV(3.4 eV)1.89 eV,二者不相等,故 D 错误。5.某原子 K 层失去一个电子后,其 K 层出现一个电子空位,当 L 层上有电子跃迁到 K层填补空位时会释放一定的能量:一种情况是辐射频率为 0 的 X 射线;另一种情况是跃迁释放的能量被其他核外电子层的电子吸收,使电子发生电离成为自由电子。若跃迁释放的能量被 M 层的一个电子吸收,电离后的自由电子的动能是 E0,已知普朗克常量为 h,则电子处于 M 层时原子的能级(即能量值)为()Ah0BE0CE0h0DE0h0解析:选 C 首先理解,核外电子层与能级
41、不是同一概念,如氢原子只有一个核外电子层和一个电子,但氢原子有若干能级。多电子原子的电子排布由里向外依次为 K、L、M、N、O、层,电子离原子核的平均距离也越来越大,能量逐渐升高。根据题意,知 L 层上有电子跃迁到 K 层填补空位时,会释放一定的能量 E:一种情况是辐射频率为 0 的 X 射线,故 Eh0,则电子处于 L 层与处于 K 层时原子的能级差值为 ELEKEh0。设电子处于 M 层时原子的能量为 EM,若上述电子从 L 层K 层跃迁释放的能量 Eh0 被M 层上的一个电子吸收,电离后的自由电子的动能是 E0,电势能为零,则有 EMh0E00,故 EME0h0,故选项 C 正确。83
42、原子核 核能的计算备考精要 1天然放射现象2核反应方程 核能3.解答有关核反应方程问题的技巧(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(11H)、中子(01n)、粒子(24He)、粒子(1 0e)、正电子(10e)、氘核(12H)、氚核(13H)等。(2)熟悉核反应的四种基本类型衰变、人工转变、裂变和聚变。(3)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据,所以要理解并应用好质量数守恒和核电荷数守恒的规律。(4)明白核反应过程是不可逆的核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向,不能用等号连接。4核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程,用核反
43、应的质量亏损的千克数乘以真空中光速 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,则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。三级练四翼展一练固双基基础性考法1在一个 92238U 原子核衰变为一个 82206Pb 原子核的过程中,发生 衰变的次数为()A6 次 B10 次C22 次D32 次解析:选 A 一个 92238U 原子核衰变为一个 82206Pb 原子核的过程中,发生 衰变的次数为(2
44、38206)48 次,发生 衰变的次数为 28(9282)6 次,选项 A 正确。2(2019全国卷)太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环,循环的结果可表示为411H24He210e2已知 11H 和 24He 的质量分别为 mp1.007 8 u 和 m4.002 6 u,1 u931 MeV/c2,c 为光速。在 4 个 11H 转变成 1 个 24He 的过程中,释放的能量约为()A8 MeV B16 MeVC26 MeV D52 MeV解析:选 C 因电子的质量远小于质子的质量,计算中可忽略不计。质量亏损 m4mpm由质能方程得Emc2(41.007 84.002 6)931
45、MeV26.6 MeV,故 C 正确。3在核反应方程 12H13H24HeX 中,已知 12H 的质量为 2.013 6 u,13H 的质量为3.018 0 u,24He 的质量为 4.002 6 u,X 的质量为 1.008 7 u。下列说法正确是()AX 是中子,该反应释放能量BX 是质子,该反应释放能量CX 是中子,该反应吸收能量DX 是质子,该反应吸收能量解析:选 A 根据核反应方程质量数和核电荷数守恒得:X 的质量数为 1,核电荷数为0,所以 X 是中子;反应前质量为 2.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u,反应后质量为 4.002 6 u1.008 7 u5.011
46、 3 u,即得核反应后质量亏损,所以该反应释放能量。故 A 正确。4多选卢瑟福通过用 粒子(24He)轰击氮核(714N)的实验,首次实现了原子核的人工转变。下列有关说法正确的是()A该核反应的方程为 24He714N817O11HB通过此实验发现了质子C原子核在人工转变的过程中,电荷数可以不守恒D在此实验中,核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量解析:选 AB 由质量数守恒和核电荷数守恒,即可写出核反应方程:24He714N817O11H,选项 A 正确;在这个核反应中产生了质子,选项 B 正确;在原子核的人工转变过程中,其核电荷数守恒,选项 C 错误;由于在核反应中是质量数守恒,而非质量
47、守恒,故选项 D 错误。5(2019贵州模拟)居里夫妇和贝可勒尔由于对放射性的研究而一起获得 1903 年的诺贝尔物理学奖,下列关于放射性的叙述正确的是()A自然界中只有原子序数大于 83 的元素才具有放射性B三种天然放射线中,电离能力和穿透能力最强的是 射线C92238UX24He 发生 衰变的产物 X 由 90 个质子和 144 个中子组成D放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关解析:选 C 原子序数大于 83 的元素都具有放射性,小于 83 的个别元素也具有放射性,故 A 错误;射线的穿透能力最弱,电离能力最强,射线的穿透能力最强,电离能力最弱,故 B 错误;根据核电荷数和
48、质量数守恒得,产物 X 为 90234X,则质子数为 90 个,中子数为 23490144 个,故 C 正确;放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关,故 D 错误。二练会迁移综合性考法1多选(2019天津高考)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破,等离子体中心电子温度首次达到 1亿度,为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是()A核聚变比核裂变更为安全、清洁B任何两个原子核都可以发生聚变C两个轻核结合成质量较大的核,总质量较聚变前增加D两个轻核结合成质量较大的核,核子的比结合能增加解析:选 AD 与核裂变相比,轻核聚变没有
49、放射性污染,安全、清洁,A 正确;只有原子序数小的轻核才能发生聚变,B 错误;轻核聚变成质量较大的原子核,比结合能增加、总质量减小,故 C 错误,D 正确。2多选(2018哈尔滨模拟)氚核发生 衰变过程中除了产生 粒子和新核外,还会放出不带电且几乎没有静止质量的反中微子 e。某次云室中静止的氚核发生 衰变后,产生的反中微子和 粒子的运动方向在一条直线上,设反中微子的动量为 p1,粒子的动量为p2,则()A上述核反应方程为 13H1 0e23He eB氚核内部某个中子转变为质子时放出 粒子C 粒子在云室中穿过会留下清晰的径迹,体现出实物粒子的波动性D产生新核的动量为p1p2解析:选 ABD 根据
50、质量数与核电荷数守恒,则氚发生 衰变的衰变方程为 13H1 0e23He e,A 正确;衰变的实质是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子,电子释放出来,B 正确;粒子在云室中穿过时,能使里面的气体电离,从而留下清晰的径迹,与波动性无关,C 错误;衰变过程中动量守恒,0p1p2p,所以新核的动量为 pp1p2,D 正确。3多选核电站中采用反应堆使重核裂变,将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是 92235U01n60143Nd4090Zrxy,设 U 核质量为 m1,中子质量为 m2,Nd 核质量为 m3,Zr 核质量为 m4,x 质量为 m5,y 质量为 m6,那
51、么,在所给的核反应中()Ax 可能是 312H,y 可能是 101 0eBx 可能是 301n,y 可能是 81 0eC释放的核能为(m1m2m3m4m5m6)c2D释放的核能为(m3m4m5m6m1m2)c2解析:选 BC 如果 x 是 312H,y 是 101 0e,则核反应过程质量数不守恒,故 A 错误;如果 x 是 301n,y 是 81 0e,则核反应过程质量数守恒、核电荷数守恒,故 B 正确;质量亏损:mm1m2m3m4m5m6,由质能方程可知,释放的能量为:Emc2(m1m2m3m4m5m6)c2,故 C 正确,D 错误。4多选太阳能量的来源是轻核的聚变,太阳中存在的主要元素是氢
52、,核聚变反应可以看作是 4 个氢核(11H)结合成 1 个氦核同时放出 2 个正电子。下表中列出了部分粒子的质量取1 u161026 kg粒子名称质子(p)粒子正电子(e)中子(n)质量/u1.007 34.001 5 0.000 551.008 7以下说法正确的是()A核反应方程为 411H24He210eB4 个氢核结合成 1 个氦核时的质量亏损约为 0.026 6 kgC4 个氢核结合成 1 个氦核时的质量亏损约为 4.431029 kgD聚变反应过程中释放的能量约为 4.01012 J解析:选 ACD 由核反应的质量数守恒及核电荷数守恒得 411H24He210e,故 A 正确;反应中
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