1、热点11 近代物理考向一光电效应【真题研磨】【典例】(2022河北选择考)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知()A.钠的逸出功为hcB.钠的截止频率为8.51014 HzC.图中直线的斜率为普朗克常量hD.遏止电压Uc与入射光频率成正比【审题思维】题眼直击信息转化发生光电效应时入射光的频率大于极限频率光电效应方程Ek=h-W0【模型转化】题图Uc=he-W0eUc与成线性关系【答题要素】解决光电效应问题的流程【多维演练】1.维度：光电效应图像问题在某次光
2、电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示。若该直线的斜率为k、与横轴交点为0，电子电荷量的绝对值为e，则()A.普朗克常量为ekB.所用材料的逸出功为k0C.用频率低于0的光照射该材料，只要光照足够强，也能发生光电效应D.用频率为(0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为ek2.维度：光电效应实验装置(多选)如图所示，用导线把不带电的验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电考向二原子的能级跃迁【真题研磨】【典例】(2022浙江6月选考)如图为氢原子的能级图。大量氢原子处于n
3、=3的激发态，在向低能级跃迁时放出光子，用这些光子照射逸出功为2.29 eV的金属钠。下列说法正确的是()A.逸出光电子的最大初动能为10.80 eVB.n=3跃迁到n=1放出的光电子动量最大C.有3种频率的光子能使金属钠产生光电效应D.用0.85 eV的光子照射，氢原子跃迁到n=4激发态【审题思维】题眼直击信息转化能放出3种频率的光子n=3跃迁到n=1放出光电子能量最大，动量最大需要0.66 eV的能量【模型转化】【失分警示】不会计算从激发态向低能级跃迁时，能放出多少种频率的光子。不知道两定态之间的能量差如何计算。【答题要素】1.原子的能级跃迁的常见模型2.原子的能级跃迁问题的解题流程【多维
4、演练】1.维度：激发与辐射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n=1能级的氢原子可以吸收13 eV的光子的能量C.当氢原子从n=5能级跃迁到n=2能级时，要吸收光子D.一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多有12种2.维度：能级公式的应用已知氢原子能级公式为En=E1n2，其中n为量子数。氢原子从n能级向n-1能级跃迁时释放出的能量可以使处于n能级上的氢原子电离，则n的最大值为()A.2B.3C.2+2D.43.维度：跃迁与谱线如图甲所示为氢原子的能级示意图，图乙为氢原子的光谱图。已知谱线b是氢
5、原子从n=5的能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线，则谱线a可能是氢原子()A.从n=2的能级跃迁到n=1的能级时发出的光谱线B.从n=3的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线C.从n=4的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线D.从n=4的能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线考向三核能计算及核反应方程【真题研磨】【典例】(2022湖北选择考)上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核47Be俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子e，即47Be+-10eX+00e。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能
6、量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是()A.原子核X是37LiB.核反应前后的总质子数不变C.核反应前后总质量数不同D.中微子e的电荷量与电子的相同【审题思维】题眼直击信息转化根据质量数守恒和电荷数守恒有X的质量数为7，电荷数为3中微子不带电【模型转化】【答题要素】核能计算及核反应方程的解题流程【多维演练】1.维度：衰变Th具有放射性，经以下连续衰变过程，最后生成稳定的82208Pb:90232Th88228Ra89228Ac90228Th82208Pb。下列说法正确的是()A.90232Th和90228Th属于放射性同位素，其原子核内中子数相同，质子数不同B.88228Ra发生衰
7、变后变为89228Ac，说明88228Ra原子核内有粒子C.88228Ra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次衰变2.维度：重核裂变(多选)目前科学家正在研究用“快中子堆”技术来发电，“快中子堆”技术发电的原理是：快中子反应堆不用92238U，而用94239Pu作燃料，但在堆心燃料94239Pu的外围放置92238U,94239Pu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92238U吸收,92238U吸收快中子后变成92239U,92239U很不稳定，很快发生衰变变成94239Pu,94239Pu在裂变产生能量
8、的同时，又不断地将92238U变成可用燃料94239Pu，核燃料越烧越多。设92239U、粒子的质量分别为M、m，则()A.94239Pu与92239U的中子数相同B.92238U吸收快中子后变成铀92239U是属于核聚变C.92239U经过2次衰变后变成94239PuD.静止的92239U发生衰变释放出动能为E0的粒子，该衰变中质量亏损为M+mMc2E03.维度：轻核聚变新一代“人造太阳”装置中国环流器二号M装置(HL-2M)在成都建成并首次实现利用核聚变发电。下列方程中，正确的核聚变反应方程是()A.12H+13H24He+01nB.92238U90234Th+24HeC.92235U+0
9、1n56144Ba+3689Kr+301nD.24He+1327Al1530P+01n4.维度：核能的计算法国物理学家贝克勒尔发现自然界中有一些物质具有天然放射现象，能够发生衰变反应。一个静止的92238U原子核衰变为一个新核90234Th，同时放出一个带电粒子，该粒子的动能大小为E，动量大小为p。下列说法正确的是()A.放出的带电粒子为电子B.90234Th的结合能比92238U大C.90234Th的动量大小为2p117D.90234Th的动能大小为2E1171.(多选)(光电效应的图像问题)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
10、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律的图像中，正确的是()2.(多选)(能级跃迁波长问题)氢原子能级示意图如图，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的是()A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射，不能使氢
11、原子从n=2跃迁到n=3能级3.(能级公式的应用)氢原子的能级公式为En=1n2E1(n=1，2，3，)，其中基态能量E1=-13.6 eV，能级图如图所示。大量氢原子处于量子数为n的激发态，由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96E1，则n和可能发出的频率最小的光子能量分别为()A.n=5，0.54 eVB.n=5，0.31 eVC.n=4，0.85eVD.n=4，0.66 eV4.(核反应的应用)如图所示，随着神舟十四号载人飞船的发射，在进入外太空后，载人飞船处于黑夜工作的需要，研制了一种小型核能电池，将核反应释放的核能转化为电能，需要的功率并不大，但要便于防护其产
12、生的核辐射。请据此猜测所用核能电池有可能采纳的核反应方程是()A.12H+13H24He+01nB.92235U+01n56144Ba+3689Kr+301nC.94238Pu95238Am+-10eD.1327Al+24He1530P+01n5.(核能计算)用粒子加速器加速后的质子轰击静止的锂原子核，生成两个动能均为8.919 MeV的粒子(24He)，其核反应方程式为11H+37Li24He+24He。已知质子质量为1.007 825 u，锂原子核的质量为7.016 004 u，粒子的质量为4.002 603 u，1 u相当于931 MeV。若核反应释放的能量全部转化为粒子的动能，则入射质
13、子的动能约为()A.0.5 MeVB.8.4 MeVC.8.9 MeVD.17.3 MeV6.(核能的计算)已知某种核电池的电能由94238Pu衰变释放的能量提供，该衰变方程形式上可表示为94238PuZAX+24He。某次由静止94238Pu衰变释放的能量为E，射出的粒子动能是E，假定94238Pu衰变释放的能量全部转化为新核和粒子的动能。则()A.A=234，Z=92，E=119118EB.A=234，Z=92，E=119117EC.A=236，Z=94，E=119118ED.A=236，Z=94，E=119117E7.(原子核衰变)核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的元素，它可破坏细胞
14、基因，增加患癌的风险。已知钚的一种同位素94239Pu的半衰期为2.41万年，其衰变方程为94239Pu92235U+X+，则下列说法中正确的是()A.94239Pu发生的衰变为衰变B.衰变发出的射线是波长很短的光子，电离能力很强C.衰变过程中总质量不变D.10个94239Pu经过2.41万年后一定还剩余5个参考答案与解析考向一光电效应【典例】A根据遏止电压与最大初动能的关系有eUc=Ekmax，根据光电效应方程有Ekmax=h-W0当结合图像可知，当Uc为0时，解得W0=hc，A正确；钠的截止频率为c，根据图像可知，截止频率小于8.51014Hz，B错误；结合遏止电压与光电效应方程可解得Uc
15、=he-W0e，可知图中直线的斜率表示he，C错误；根据遏止电压与入射光的频率关系式可知，遏止电压Uc与入射光频率成线性关系，不是成正比，D错误。1.A根据Uce=12mvm2=h-h0，得Uc=he-h0e，可知he=k，则普朗克常量为h=ek，所用材料的逸出功为W0=h0=ek0，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12mvm2=h-h0=ek-ek0，选项D错误。2.B、C用紫外线照射锌板时，锌板里的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误，B正确；锌板与验
16、电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子带正电，且失去的电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确，D错误。考向二原子的能级跃迁【典例】B从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，根据Ek=E-W0可得此时最大初动能为Ek=9.8 eV，故A错误；根据p=h=hc，E=h，又因为从n=3跃迁到n=1放出的光电子能量最大，故可知动量最大，故B正确；大量氢原子从n=3的激发态跃迁到基态能放出C32=3种频率的光子，其中从n=3跃迁到n=2放出的光子能量为Ek=3.4 eV-1.51 eV=1.89 eV2.29 eV，不能使金属钠产生光电效应，其他两种均可以，故C错误；由于从n=
17、3跃迁到n=4能级需要吸收的光子能量为E=1.51 eV-0.85 eV=0.66 eV0.85eV，所以用0.85 eV的光子照射，不能使氢原子跃迁到n=4激发态，故D错误。1.A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+12.09eV=-1.51 eV，所以能从基态发生跃迁，跃迁到n=3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n=1能级的氢原子不可能吸收13 eV的光子的能量，选项B错误；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C42=6可知，一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的
18、光子频率最多有6种，选项D错误。2.B氢原子从n能级向n-1能级跃迁时释放出的能量E=En-En-1=E1n2-E1(n-1)2，由题意可知E1n2-E1(n-1)20-E1n2，由数学知识可得n2+2，故n的最大值应取3，故B正确，A、C、D错误。3.D由谱线a的光子的波长大于谱线b的光子的波长，可知谱线a的光子的频率小于谱线b光子的频率，所以谱线a的光子能量小于n=5和n=2能级间的能级差，选项D正确，A、B、C错误。考向三核能计算及核反应方程【典例】A根据质量数守恒和电荷数守恒有，X的质量数为7，电荷数为3，可知原子核X是37Li，A正确、C错误；由选项A可知，原子核X是37Li，则核反
19、应方程为47Be+-10e 37Li + 00e，则反应前的总质子数为4，反应后的总质子数为3，B错误；中微子不带电，则中微子e的电荷量与电子的不相同，D错误。1.D90232Th和90228Th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;88228Ra发生衰变后变为89228Ac，是88228Ra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232-208=4x，则x=6，发生6次衰变，根据电荷数守恒可知90-82=2x-y，得到y=4，故发生4次衰变，故D正
20、确。2.C、D94239Pu的中子数为145,92239U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92239U94239Pu+2-10e可知选项C正确；静止的92239U发生衰变满足动能关系EkUE0=mM，解得EkU=mME0，由爱因斯坦质能方程可得E0+mME0=mc2，解得该衰变中质量亏损为m=M+mMc2E0，选项D正确。3.A核聚变反应是指两轻核反应变成中等质量的核。12H+13H24He+01n，是轻核聚变，故A正确；92238U90234Th+24He，此核反应中反应物只有一个原子核且生成物有氦核，属于衰变，故B错误；92235U+01n56144
21、Ba+3689Kr+301n，此反应中反应物和生成物都有中子，构成链式反应，且生产物有两个中等质量的核，属于重核裂变，故C错误;24He+1327Al1530P+01n，此反应是用粒子轰击铝核生成了同位素磷，是人工核转变，故D错误。4.D写出核反应方程为92238U90234Th+24He，放出的粒子为粒子，不是电子，选项A错误；衰变过程释放能量，所以92238U的结合能比90234Th大，选项B错误；核反应前后动量守恒有pTh-pHe=0，即pTh=pHe=p，选项C错误;90234Th的动能EkTh=pTh22mTh=p22234,24He的动能EkHe=pHe22mHe=p224=E，联
22、立解得EkTh=2E117，选项D正确。1.A、C、D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-qUc=0-Ekm，又因Ekm=h-W0，所以Uc=hq-W0q，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，又根据光电子动能大小的分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10-9s，10-9 s后，光强I和频率一定时，光电流恒定，故D正确。2.C、D由玻尔的能级跃
23、迁公式得E3-E2=hc1，E2-E1=hc2，又1=656 nm，结合题图上的能级值解得2122 nm656 nm，故A错误；原子发生跃迁只能吸收或辐射一定频率的光子，可知B错误、D正确；根据C32=3可知，一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多有3种，故C正确。3.B由这些氢原子可能发出的所有光子中，频率最大的光子能量为-0.96E1，则E=-0.96E1=En-E1，所以处于量子数为n的激发态氢原子的能量为En=0.04E1=152E1，即处在n=5能级；大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出的所有光子中，频率最小的光子的能量为E=-0.54 eV-(-0
24、.85 eV)=0.31 eV，故B正确，A、C、D错误。4.CA项中反应是轻核聚变，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于各种实验研究阶段，故A项不符合题意；B项中反应是重核裂变，虽然实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高还不能小型化，故B项不符合题意；C项中反应是人工放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要采用的反应方式，故C项符合题意；D项中反应是人工核反应，需要高能粒子，故D项不符合题意。5.A设入射质子的动能为EkH，生成粒子的动能为Ek，根据能量守恒定律有EkH+E=2Ek，又E=(1.007 825+7.016 004-24.002 603)931 MeV=17.338 MeV，解得EkH=0.5 MeV，故A正确。6.B根据质量数和电荷数守恒，有238=A+4，94=Z+2，解得A=234，Z=92；根据动量守恒定律，有mv=mXvX，又Ek=p22m=(mv)22m，解得EX=4234E，根据能量守恒定律，有E=E+EX=119117E，故B正确。7.A由质量守恒和电荷量守恒可知，94239Pu发生的衰变为衰变，故A正确；衰变发出的射线是波长很短的光子，不带电，穿透能力很强，电离能力很弱，故B错误；衰变过程中释放能量，由质能亏损方程可知，总质量减少，故C错误；半衰期具有统计规律的性质，对大量原子核适用，对10个原子核不适用，故D错误。
