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专题五光电效应原子结构和原子核-2-考情分析备考定向纵览考题,洞悉命题规律分讲考点及题型考题统计2020考情预测光电效应原子结构和原子核考点一光电效应与光的粒子性(H)2017卷Ⅲ19;2018卷Ⅱ17考点二原子结构和能级跃迁(M)2019卷Ⅰ14考点三核反应和核能的计算(H)2017卷Ⅰ17;2017卷Ⅱ152018卷Ⅲ14;2019卷Ⅱ15-3-专题复习研究本专题考纲有10个Ⅰ级考点分别是光电效应,爱因斯坦光电效应方程,氢原子光谱,氢原子的能级结构、能级公式,原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期,放射性同位素,核力、核反应方程,结合能、质量亏损,裂变反应和聚变反应、裂变反应堆,射线的危害与防护。2017年把3—5由选修改为必考内容后,2017、2018、2019年全国新课标卷考查了:1.光电效应与光的粒子性(2次)。2.核反应和核能的计算(4次)。3.能级跃迁(1次)。本专题考点一般以选择题的形式命题考查。通过考题和考点的对照来看,命题者特别重视以核反应方程为背景命题考查。对本专题的复习,在复习过程中要重点突出,重点复习:1.光电效应与光的粒子性。2.原子结构和能级跃迁。3.核反应和核能的计算-4-网络构建-5-策略指导这部分内容在高考题中一般以选择题的形式出现,重点考查考生对知识的理解能力。2020年备考过程中要重点掌握氢原子能级结构和能级公式;光电效应规律和爱因斯坦光电效应方程;核反应方程式的书写;原子核的衰变及半衰期;结合能和核能的计算等。-6-高考真题1.(2019全国Ⅰ卷)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV~3.10eV的光为可见光。要使处于基态(n=1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子,最少应给氢原子提供的能量为()A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV考点定位:能级跃迁解题思路与方法:氢原子被激发跃迁到高能级后自发往低能级跃迁辐射出可见光光子。答案解析解析关闭氢原子从能级2向能级1跃迁时,辐射的光子能量为10.2eV,不是可见光。氢原子从能级3向能级2跃迁时,辐射的光子能量为1.89eV,是可见光,所以只要把氢原子跃迁到能级3就可以辐射可见光。氢原子从能级1向能级3跃迁时,吸收的光子能量为12.09eV,A正确,B、C、D错误。答案解析关闭A-7-2.(2019全国Ⅱ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411H→24He+210e+2ν。已知11H和24He的质量分别为mp=1.0078u和mα=4.0026u,1u=931MeV/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()A.8MeVB.16MeVC.26MeVD.52MeV考点定位:质能方程解题思路与方法:根据ΔE=Δmc2求解。答案解析解析关闭本题考查质能方程和核反应的理解。忽略正电子质量,根据质能方程ΔE=Δmc2,而Δm=4mp-mα=4×1.0078u-4.0026u=0.0286u,又因1u=931MeV/c2,所以ΔE=0.0286×931MeV=26.6266MeV,C正确,A、B、D错误。答案解析关闭C-8-3.(2018全国Ⅱ卷)用波长为300nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10-19J,已知普朗克常量为6.63×10-34J·s,真空中的光速为3.00×108m·s-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.1×1014HzB.8×1014HzC.2×1015HzD.8×1015Hz考点定位:光电效应方程解题思路与方法:由光电效应方程Ek=hν-W和W=hν0分析求解即可。答案解析解析关闭对逸出电子,根据光电方程有,hν=Ek+W,ν=𝑐𝜆,W=hν0,其中,Ek=1.28×10-19J,λ=300nm=3×10-7m,得ν0≈8×1014Hz,选项B正确。答案解析关闭B-9-4.(2017全国Ⅱ卷)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核,衰变方程为92238U→90234Th+24He。下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量考点定位:衰变、半衰期、动量守恒解题思路与方法:衰变过程动量守恒、质量数守恒,但是衰变过程中有质量亏损。答案解析解析关闭静止的铀核发生衰变,衰变过程中动量守恒,所以衰变后α粒子的动量和钍核的动量大小相等、方向相反,故选项B正确;由于m钍mα,根据Ek=𝑝22𝑚可知,钍核的动能小于α粒子的动能,故选项A错误;半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,并不是放出一个α粒子所经历的时间,故选项C错误;铀核发生α衰变过程中有质量亏损,衰变后α粒子与钍核的质量和小于衰变前铀核的质量,故选项D错误。答案解析关闭B-10-5.(多选)(2017全国Ⅲ卷)在光电效应实验中,分别用频率为νa、νb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νaνb,则一定有UaUbB.若νaνb,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有EkaEkbD.若νaνb,则一定有hνa-Ekahνb-Ekb考点定位:光电效应方程解题思路与方法:由光电效应方程Ek=hν-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,分析求解即可。答案解析解析关闭根据光电效应方程Ek=hν-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=hν-W,A错,B、C正确;若νaνb,则一定有hνa-Eka=hνb-Ekb=W,D错。答案解析关闭BC-11-考点一考点二考点三光电效应与光的粒子性(H)归纳总结1.光电效应的研究思路:(1)两条线索:(2)两条对应关系:入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大;光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。-12-考点一考点二考点三2.爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0的研究对象是金属表面的电子,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图所示),直线的斜率为h,直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc,直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功W0的负值。-13-考点一考点二考点三【典例1】用如图所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S,用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应。下图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ν的关系图象,图线与横轴的交点坐标为(a,0),与纵轴的交点坐标为(0,-b),下列说法中正确的是()-14-考点一考点二考点三A.普朗克常量为B.断开开关S后,电流表G的示数不为零C.仅增加照射光的强度,光电子的最大初动能将增大D.保持照射光频率不变,仅提高照射光强度,电流表G的示数保持不变思维点拨解决本题的关键是掌握光电效应方程,知道最大初动能与入射光频率的关系,同时理解光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν图象的含义。h=𝑎𝑏-15-考点一考点二考点三答案:B解析:根据Ekm=hν-W0得,纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功,等于b。当最大初动能为零时,入射光的频率等于截止频率,所以金属的截止频率为ν0=a,那么普朗克常量为h=,故A错误;开关S断开后,因光电效应现象中,光电子存在最大初动能,因此电流表G的示数不为零,故B正确。根据光电效应方程可知,最大初动能与入射光的频率有关,与光的强度无关,故C错误。若保持照射光频率不变,仅提高照射光强度,则光子数目增大,那么电流表G的示数会增大,故D错误。故选B。𝑏𝑎-16-考点一考点二考点三1.(多选)(2019河南信阳统考)如图所示为光电管的工作电路图,分别用波长为λ0、λ1、λ2的单色光做实验,已知λ2λ0λ1。当开关闭合后,用波长为λ0的单色光照射光电管的阴极K时,电流表有示数。下列说法正确的是()A.光电管阴极材料的逸出功与入射光无关B.若用波长为λ1的单色光进行实验,则电流表的示数一定为零C.若仅增大电源的电动势,则电流表的示数一定增大D.若仅将电源的正负极对调,则电流表的示数可能为零答案解析解析关闭光电管阴极材料的逸出功只与材料有关,而与入射光的频率、入射光的强度无关,A正确。用波长为λ0的光照射阴极K时,电路中有光电流,可知波长为λ0的光照射阴极K时,发生了光电效应;若用波长为λ1(λ1λ0)的光照射阴极K,虽然入射光的频率变小,但仍可能大于阴极的极限频率,仍可能发生光电效应,因此电流表的示数可能不为零,B错误。仅增大电路中电源的电动势,光电管两端电压增大,当达到饱和电流后,电流表的示数不再增大,C错误。将电路中电源的正负极对调,光电子做减速运动,若电子到达不了阳极,则此时电流表的示数为零,D正确。答案解析关闭AD-17-考点一考点二考点三2.金属在光的照射下产生光电效应,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象如图所示。则由图象可知()A.入射光频率越大,该金属的逸出功越大B.入射光的频率越大,则遏止电压越大C.由图可求出普朗克常量D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比h=𝑈𝜈0答案解析解析关闭逸出功与入射光频率无关,是由材料决定的,故A错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0和eUc=Ekm得:Uc=ℎ𝜈𝑒−𝑊0𝑒,当入射光的频率大于极限频率时,入射光的频率越大,则遏止电压越大,故B正确;由Uc=ℎ𝜈𝑒−𝑊0𝑒,知图线的斜率等于ℎ𝑒,从图象上可以得出斜率的大小,可以求出普朗克常量为:h=𝑈𝑒𝜈0,故C错误;根据光电效应方程Ekm=hν-W0得,最大初动能与入射光的频率成线性关系,不是成正比,故D错误。所以B正确,ACD错误。答案解析关闭B-18-考点一考点二考点三3.用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调,分别用a、b、c三束单色光照射,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示,由图可知()A.单色光a和c的频率相同,且a光更弱些,b光频率最大B.单色光a和c的频率相同,且a光更强些,b光频率最大C.单色光a和c的频率相同,且a光更弱些,b光频率最小D.单色光a和c的频率不同,且a光更强些,b光频率最小答案解析解析关闭a、c两光照射后遏止电压相同,根据Ekm=eUc,可知产生的光电子最大初动能相等,可知a、c两光的频率相等,光子能量相等。由于a光的饱和电流较大,则a光的强度较大。单色光b照射后遏止电压较大,根据Ekm=eUc,可知b光照射后产生的光电子最大初动能较大。根据光电效应方程Ekm=hν-W0得,b光的频率大于a光的频率,故ACD错误,B正确;故选B。答案解析关闭B-19-考点一考点二考点三原子结构和能级跃迁(M)归纳总结原子能级跃迁问题的解题技巧(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,即ΔE=hν=|E初-E末|。(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)一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。(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:-20-考点一考点二考点三①用数学中的组合知识求解:②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。(5)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时,要注意各能级的能量值均为负值,且单位为电子伏特,计算时需换算单位,1eV=1.6×10-19J。N=C𝑛2=𝑛(𝑛-1)2。-21-考点一考点二考点三【典例2】氢原子能级图如图所示,当氢原子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656nm,下列判断正确的是()A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长大于656nmB.当氢原子从n=4的能级