1、专题四 近代物理初步第一讲光电效应_波粒二象性考点一光电效应规律和光电效应方程1考查光电效应现象(多选)(2016汕头模拟)如图所示，用导线把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锌板带负电解析：选 BC 用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上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；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，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。2考查对光电效应的理解(2014上海高考)在光电效
2、应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是()A光电效应是瞬时发生的B所有金属都存在极限频率C光电流随着入射光增强而变大D入射光频率越大，光电子最大初动能越大解析：选 C 光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A 项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B 项错误；光强增大时，光子数量增多，所以光电流会增大，这与波动性无关，C 项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，
3、D 项错误。3考查光电效应的基本规律关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多B光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C发生光电效应的反应时间一般都大于 107 sD只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生解析：选 A 发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项 A 正确；光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项 B 错误；发生光电效应的反应时间一般都不超过 109 s，选项 C
4、错误；只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项 D 错误。4考查对光电效应方程的理解(2016昆明模拟)关于光电效应，下列说法中正确的是()A发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大B不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的C金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能发生光电效应D如果入射光光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应解析：选 D 根据光电效应方程可得 EkhW0，光子的能量与光照强度无关，A 错误；每种金属都有自己的极限频率，B 错误
5、；金属内的每个电子一次只能吸收一个光子，而且是不能积累的，C 错误；当入射光光子的能量小于金属的逸出功时，不能发生光电效应，D 正确。5考查光电效应规律及光电效应方程(多选)(2014广东高考)在光电效应实验中，用频率为 的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于 的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于 的光照射，光电子的最大初动能变大解析：选 AD 增大入射光强度，使单位时间内逸出的光电子数增加，因此光电流增大，选项 A 正确；光电效应与照射光的频率有关，与强度无关，选项 B 错误；当照射光的频
6、率小于，大于极限频率时发生光电效应，选项 C 错误；由 EkmhW，增加照射光的频率，光电子的最大初动能变大，选项 D 正确。6考查光电效应方程的应用(2013北京高考)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为 的普通光源照射阴极 K，没有发生光电效应。换用同样频率 的强激光照射阴极 K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压 U，即将阴极 K
7、 接电源正极，阳极 A 接电源负极，在 KA 之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大 U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压 U 可能是下列的(其中W 为逸出功，h 为普朗克常量，e 为电子电荷量)()AUhe We BU2he WeCU2hWDU5h2e We解析：选 B 用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应。由题意知最大初动能 EkeU，根据光电效应方程有：nhWEkWeU(n2)，得：UnhWe(n2)，则 B 项正确，其他选项错误。7考查光电管的工作原理及光电效应方程(多选)(2016西工大附中三模)
8、如图所示，用某单色光照射光电管的阴板 K，会发生光电效应。在阳极 A 和阴极 K 之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值 U 称为反向遏止电压。现分别用频率为 1 和 2 的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为 U1 和 U2，设电子的质量为 m、电荷量为 e，下列说法正确的是()A频率为 1 的光照射时，光电子的最大初速度为2eU1mB频率为 2 的光照射时，光电子的最大初速度为eU22mC阴极 K 金属的逸出功为 WeU12U2112D阴极 K 金属的极限频率是 0U12U21U1U2解析：选 ACD 在阳极 A
9、和阴极 K 之间加上反向电压，逸出的光电子在反向电场中做减速运动，根据动能定理可得eU012mvm2，解得光电子的最大初速度为 vm2eUm，所以频率为 1 的光照射时，光电子的最大初速度为2eU1m，用频率为 2 的光照射时，光电子的最大初速度为2eU2m，故 A 正确，B 错误；根据光电效应方程可得 h1eU1W，h2eU2W，联立可得 WeU12U2112，heU1U212，阴极 K 金属的极限频率 0Wh U12U21U1U2，C、D 正确。考点二与光电效应现象有关的图像问题8考查 Ek-图像(多选)如图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图像，由图像可知
10、()A该金属的逸出功等于 EB该金属的逸出功等于 h0C入射光的频率为 20 时，产生的光电子的最大初动能为 2ED入射光的频率为02时，产生的光电子的最大初动能为E2解析：选 AB 根据爱因斯坦光电效应方程，结合题给光电子最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图像知，该金属的逸出功等于 E，等于 h0，选项 A、B 正确。入射光的频率为 20时，产生的光电子的最大初动能为 E，入射光的频率为02时，不能产生光电效应，选项 C、D 错误。9考查 Uc-图像(2016北京市朝阳区模拟)从 1907 年起，密立根就开始测量金属的遏止电压 Uc(即图甲所示的电路中电流表的读数减小到零时加在电极 K、A
11、 之间的反向电压)与入射光的频率，由此算出普朗克常量 h，并与普朗克根据黑体辐射得出的 h 相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的 Uc-图像如图乙所示。下列说法正确的是()A该金属的截止频率约为 4271014 HzB该金属的截止频率约为 5501014 HzC该图线的斜率为普朗克常量D该图线的斜率为这种金属的逸出功解析：选 A 设金属的逸出功为 W0，截止频率为 c，则 W0hc。光电子的最大初动能Ek 与遏止电压 Uc 的关系是 EkeUc，光电效应方程为 EkhW0，联立两式可得：UcheW0e，故 Uc-图像的斜率为he，
12、C、D 错误；当 Uc0 时，可解得 W0h c，此时读图可知，431014 Hz，即金属的截止频率约为 431014 Hz，在误差允许范围内，可以认为 A 正确，B 错误。10考查光电流 I 与电压 U 的关系图像(多选)(2016济宁一模)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极 K 和阳极 A 上的电压的关系图像，下列说法正确的是()A由图线、可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B由图线、可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C只要增大电压，光电流就会一直增大D遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大解析：选 ABD 由图线、可
13、知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故 A 正确；根据光电效应方程知，EkmhW0eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故 B 正确；增大电压，当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，故 C 错误；根据 EkmeUc 中，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故 D 正确。考点三光的波粒二象性和物质波11考查光的波粒二象性与光子数量的关系用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些
14、照片说明()A光只有粒子性没有波动性B光只有波动性没有粒子性C少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：选 D 由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故 D 正确。12考查对物质的波粒二象性的理解(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()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
15、象性解析：选 ABC 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。13考查实物粒子的波动性(多选)1927 年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()A亮条纹是电子到达概率大的地方B该实验说明物质波理论是正确的C该实验再次说明光子具有波动性D该实验说明实物粒子具有波动性解析：选 ABD 电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论
16、是正确的，与光的波动性无关，B、D 正确，C 错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A 正确。14考查德布罗意波波长的计算(2016宁波期末)一个德布罗意波波长为 1 的中子和另一个德布罗意波波长为 2 的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为()A 1212B 1212C 122D122解析：选 A 中子的动量 p1h1，氘核的动量 p2h2，同向正碰后形成的氚核的动量 p3p2p1，所以氚核的德布罗意波波长 3hp3 1212，A 正确。考点一 光电效应规律和光电效应方程本考点主要考查光电效应现象、规律及爱因斯坦的光电效应方程的有关应用，试题难度一般，多为选
17、择题。在二轮复习中，注意打牢基础知识，细化审题，就可轻松取分。建议考生适当关注即可先记牢 再用活 1能否发生光电效应，由入射光的频率大小决定，与入射光的强度和照射时间无关。如诊断卷第 5 题，减小入射光的强度，光电效应现象不会消失，减小入射光的频率，只要其不小于极限频率，光电效应仍能发生。2光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，但二者间不是正比关系。3饱和光电流与入射光的强度有关，入射光的强度越大，饱和光电流也越大，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目也越多。如诊断卷第 3 题中的 A 选项。4光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系：EkmeUc，因此光电效应方程可以写为：eUchW0
18、。如诊断卷第 6 题，有电子同时吸收几个光子的情况下：eUnhW，则Unhe We，因 n2，故选项 B 正确。1某激光器能发射波长为 的激光，发射功率为 P，c 表示光速，h 为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为()APhc BhPcCcPhDPhc解析：选 A 每个光量子的能量 hhc，每秒发射的总能量为 Pt，则 nPt Phc，故 A 正确。2入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应解析
19、：选 C 根据光电效应的实验规律知，从光照到金属表面上到产生光电效应时间间隔极短，与入射光的强度无关，A 错误；逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，故 B、D 错误，C 正确。3(多选)(2016河北保定一模)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是()A只调换电源的极性，移动滑片 P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压 Uc 的数值B保持光照条件不变，滑片 P 向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D图中入射光束的频率减小到某一数值 0 时，无论滑片 P 怎样滑动，
20、电流表示数都为零，则 0 是阴极 K 的极限频率解析：选 ACD 只调换电源的极性，移动滑片 P，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有 qU12mv20，那么电压表示数为遏止电压 Uc 的数值，故 A 正确；保持光照条件不变，滑片 P 向右滑动的过程中，导致电压增大，则电场力做功增大，则电流表示数会增大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不再增大，故 B 错误；不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，则光电子数目增多，那么电流表示数会增大，故 C 正确；入射光束的频率减小到某一数值 0 时，无论滑片 P 怎样滑动，电流表示数都为零，则不会发生光电效应，可知 0 是阴极 K 的极限频率，故
21、 D 正确。考点二 与光电效应现象有关的图像问题 本考点在高考中所设计的题目，知识综合性较强，难度较大，但只要清楚四类图像的特点及图线斜率、截距等的意义，问题便可轻松解决。建议考生灵活掌握先记牢 四类图像对比图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图线极限频率：图线与 轴交点的横坐标 c逸出功：图线与 Ek 轴交点的纵坐标的绝对值 W0|E|E普朗克常量：图线的斜率 kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压 Uc：图线与横轴的交点饱和光电流 Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc 颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压 Uc1、Uc
22、2饱和光电流最大初动能 Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压 Uc 与入射光频率 的关系图线截止频率 c：图线与横轴的交点遏止电压 Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量 h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即 hke。(注：此时两极之间接反向电压)再用活 1Ek-图线是一条倾斜直线，但不过原点，其与横轴、纵轴交点的坐标值分别表示极限频率和金属逸出功。由此可知诊断卷第 8 题中，A、B 选项正确。2在 I-U 图线上可以得出的结论：同一频率的光，即使强度不同，反向遏止电压也相同，不同频率的光，反向遏止电压不同，且频率越高，反向遏止电压越大。3由 I-U 图线可以看出，光电流并不是随加速电压
23、的增大而一直增大。如诊断卷第 10题，当光电流达到饱和值时，电压再增大，电流也不再增大了。故选项 C 错误。1(2016西工大附中模拟)爱因斯坦提出了光量子概念并成功的解释了光电效应的规律，因此而获得 1921 年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频率 的关系如图所示，其中 0 为极限频率。从图中可以确定的是()A逸出功与 有关BEkm 与入射光强度成正比C0 时，才会有光电子逸出，C 错误；根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW0，可知 Ekm-图线的斜率与普朗克常量有关，D 正确。2用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能 E
24、k 随入射光频率 变化的 Ek-图像。已知钨的逸出功是 328 eV，锌的逸出功是 324 eV，若将二者的图线画在同一个 Ek-坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是选项图中的()解析：选 B 图像斜率代表普朗克常量 h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率0，0W0h，因此钨的 0 大些，故 B 正确。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
25、光 a 和 c 的频率相同，但 a 光强度更强些B单色光 a 和 c 的频率相同，但 a 光强度更弱些C单色光 b 的频率小于 a 的频率D改变电源的极性不可能有光电流产生解析：选 A 由题图乙可知，a、c 的遏止电压相同，根据光电效应方程可知单色光 a 和c 的频率相同，但 a 产生的光电流大，说明 a 光的强度大，选项 A 正确，B 错误；b 的遏止电压大于 a、c 的遏止电压，所以单色光 b 的频率大于 a 的频率，选项 C 错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，选项 D 错误。考点三 光的波粒二象性和物质波本考点主要考查对光的波粒二象性的理解和对物质波的理解与计算
26、，题型为选择题，难度一般，只要考生多记忆并理解相关知识，便可轻松应对高考中的相关问题。建议考生自学为主先记牢 1对光的波粒二象性的理解实验基础说明光的波动性干涉、衍射和偏振现象光的波动性不同于宏观观念的波光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的粒子性光电效应、康普顿效应当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性，粒子性的含义是“不连续”光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的对立、统一 大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强光子说并未否定波动说，Ehhc/中，和 就
27、是波的概念波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的2物质波(1)定义：任何一个运动着的物体，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。(2)公式：物质波的波长 hp，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。再用活 1少量光子具有粒子性，大量光子具有波动性。如诊断卷第 11 题，通过实验可以证明光既具有粒子性，也具有波动性，只是在不同情形下，呈现出了不同的特性。2实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。如诊断卷第 12 题，选项 D 显然是错误的。3电子属于实物粒子，诊断卷第 13 题中，电子衍射实验就证实了电子具有波动性，是物质波理论的强有力
28、的证据。4在计算物质波的波长时，关键是求运动物体的动量大小 p，然后由 hp，便可求得结果。如诊断卷第 14 题，由动量守恒可知，氚核的动量为中子和氘核动量之和，结合 ph便得出：3hh1h2 1212，A 正确。1(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C大量光子的运动显示光的波动性D光只有波动性没有粒子性解析：选 AC 单个光子的运动具有不确定性
29、，但其落点的概率分布还是遵循一定的统计规律的，根据统计规律可以显示出光的波动性的一面。选项 A、C 正确。2(多选)关于物质波，下列说法错误的是()A任何运动的物体都伴随着一种波，这种波叫做物质波BX 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物体尽管具有波动性，但它们不具有干涉、衍射等现象解析：选 BD 据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A 选项是正确的；由于X 射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故 X 射线的衍射实验，并不能证实物质波理论的正确性，即 B
30、选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故 C 选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落的位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故 D 选项错误。3(多选)利用金属晶格(大小约 1010m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为 e，初速度为 0，加速电压为 U，普朗克常量为 h，则下列说法中正确的是()A该实验
31、说明了电子具有波动性B实验中电子束的德布罗意波波长为 h2meUC加速电压 U 越大，电子的衍射现象越明显D若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：选 AB 得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；由德布罗意波波长公式 hp，而动量 p 2mEk 2meU，两式联立得 h2meU，B 正确；从公式 h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C 错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故 D 错误。一、练高考典题每练一次都有新发现1(2015上海高考)某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给
32、出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料()材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A仅钠能产生光电子B仅钠、铜能产生光电子C仅铜、铂能产生光电子D都能产生光电子解析：选 D 由题图可知，该光源发出的光的波长大约在 20 nm 到 440 nm 之间，而三种材料中，极限频率最大的铂的极限波长是 196 nm，大于 20 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应，选项 D 正确。2(2014江苏高考)已知钙和钾的截止频率分别为 7731014 Hz 和 5441014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有
33、较大的()A波长 B频率C能量D动量解析：选 A 金属的逸出功 Wh0，根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW 可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能较金属钙的大，金属钙表面飞出的光电子能量 E 小，因 hcE，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项 A 正确。3(多选)(2016全国乙卷)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是_。A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与
34、入射光的频率有关，与入射光的光强无关解析：选 ACE 产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法 A 正确。饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法 B 错误。光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法 C 正确。减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法 D 错误。遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法 E 正确。4(2015全国卷)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压 Uc 与入射光的频率的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为 k 和 b，电子电荷量的绝对值为 e，则普朗克常量
35、可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_。解析：根据光电效应方程 EkmhW0 及 EkmeUc 得 Uche W0e，故hek，bW0e，得 hek，W0eb。答案：ek eb二、练名校模拟好题一题能通一类题5(2016龙海联考)关于光的理解，下列说法正确的是()A光电效应和康普顿效应都表明光具有粒子性B光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C德布罗意是历史上第一个实验验证了物质波存在的人D牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的解析：选 A 物体在光的照射下发射出电子的现象叫光电效应，根据爱因斯坦光子说的理论可知，光电效应说明了光具有粒子性，康普顿效应也揭示了光具有粒子性
36、，A 正确；光同时具有波粒二象性，B 错误；德布罗意是历史上第一个提出物质波的人，C 错误；牛顿认为光是一种实物，是一些硬的小球，是按照牛顿运动定律运动的。爱因斯坦的光子说认为，光子是一种不连续的，分离的粒子状的波动，D 错误。6(多选)(2016琼海模拟)如图所示，把一块不带电的锌板接在验电器上，用紫外灯照射锌板，验电器金属箔张开。下列说法正确的是()A紫外线是不连续的B验电器金属箔带正电C从锌板逸出电子的动能都相等D改用红外灯照射，验电器金属箔一定张开解析：选 AB 根据普朗克量子理论，在空间传播的光是一份一份的不连续的，选项 A正确；从锌板中打出电子，故锌板带正电，所以验电器金属箔带正电
37、，选项 B 正确；从锌板逸出电子的动能不都是相等的，选项 C 错误；因红外线的频率小于紫外线的频率，而且已经小于锌板的截止频率，故改用红外灯照射不会发生光电效应，验电器金属箔不会张开，选项D 错误。7(多选)(2016新乡月考)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是()A光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子B用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D石墨对 X 射线散射时，部分 X 射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应解析：选 BD 光电效应中，金属板向外发射的电子又可以叫做光电子，不是光子
38、，选项 A 错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属发生光电效应的极限频率，也叫截止频率，选项 B 正确；对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率有关，因为入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，则遏止电压也越大，选项 C 错误；石墨对 X 射线散射时，部分 X 射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应，选项 D正确。8(多选)(2016大庆期末)下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是()A通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性B通过测试多种物质对 X 射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分C通过电子双缝实验，发现电子
39、的干涉现象D利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性解析：选 CD 选项 A 解释光电效应现象，不能说明粒子的波动性；选项 B 是康普顿效应，说明 X 射线具有粒子性；选项 C 干涉现象说明电子具有波动性；选项 D 衍射现象说明电子具有波动性。9(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 25 eV 的光照射到光电管上时，电流表 G 的示数为 02 mA。移动变阻器的触点 c，当电压表的示数大于或等于 07 V 时，电流表示数为 0。则()A光电管阴极的逸出功为 18 eVB开关 K 断开后，没有电流流过电流表 GC光电子的最大初动能为 07 eVD改用能量为 15 eV 的
40、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 07 V时，电流表示数为 0，则知光电子的最大初动能为 07 eV，根据光电效应方程 Ek0hW0，得逸出功 W018 eV，故 A、C 正确；当开关 K 断开后，用光子能量为 25 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 15 eV 的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，D 错误。10下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为 400 nm 的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多
41、有几种(普朗克常量 h661034 Js，光速 c300108m/s)()材料铯钙镁铍钛逸出功(1019 J)3043596266A2 种B.3 种C4 种D5 种解析：选 A 光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，入射光的能量大于金属的逸出功，光子的能量为 hhc，代入计算得 661034 3108400109 J4951019 J，可以看出光子能量大于逸出功的金属有两种，所以 A 项正确。11(2016海南文昌中学模拟)如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为 5 eV 的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示。则光电子的最大初动能为_ J，
42、金属的逸出功为_ J。解析：由图线可知，光电子的截止电压为 2 V，由动能定理可知光电子的最大初动能为EkmUe2161019 J321019 J；金属的逸出功为 WhEkm3 eV481019 J。答案：321019 48101912小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示。已知普朗克常量 h6631034 Js。(1)图甲中电极 A 为光电管的_(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压 Uc 与入射光频率 之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率 c_ Hz，逸出功 W0_ J；(3)如果实验中入射光的频率 7001014 Hz，则产生的光电子的最大
43、初动能 Ek_ J。解析：(1)题图甲为利用光电管产生光电流的实验电路，光电子从 K 极发射出来，故 K为光电管的阴极，A 为光电管的阳极。(2)遏止电压对光电子做负功，根据爱因斯坦光电效应方程有 eUcEkhW0。结合题图乙可知，当 Uc0 时，5151014 Hz，故铷的截止频率 c5151014 Hz，逸出功W0hc3411019 J。(3)若入射光的频率 7001014 Hz，则产生的光电子的最大初动能 EkhW01231019 J。答案：(1)阳极(2)5151014 3411019(3)1231019第二讲原子结构与原子核考点一原子结构与原子光谱1.考查 粒子散射实验装置及结论如图
44、是卢瑟福的 粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的 粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C 粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D绝大多数的 粒子发生大角度偏转解析：选 A 卢瑟福根据 粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项 A 正确，B错误；电子质量太小，对 粒子的影响不大，选项 C 错误；绝大多数 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D 错误。2考查 粒子散射实验轨迹分析(2016北京市通州模拟)关于 粒子
45、散射实验，粒子的运动轨迹如图所示，在其中一条 粒子的运动轨迹上标出 a、b、c 三点。原子核对 粒子的作用力在哪个点最大()Aa 点 Bb 点Cc 点D三个点一样大解析：选 B 粒子与金原子核间存在静电斥力，即库仑力，根据库仑定律，该力与距离的二次方成反比，故在 b 点位置作用力最大，B 正确。3考查对玻尔氢原子模型的理解(2016北京市丰台区二模)关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是()A氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大B氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子C氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小D氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小解析：选 C
46、氢原子处于基态时，电子的轨道半径最小，故 A 错误；由 hEmEn知氢原子在不同能量态之间跃迁时只可以吸收特定频率的光子，故 B 错误；氢原子从基态向较高能量态跃迁，电子距离氢原子核的距离增大，匀速圆周运动的半径增大，线速度减小，动能减小，C 正确；氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子距离氢原子核的距离增大，电场力做负功，电势能增大，D 错误。4考查氢原子能级分布图(2016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
47、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；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
48、D 错误。5考查玻尔氢原子模型的应用许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为 E1，激发态能量为 EnE1n2，其中 n2,3,4，。1885年，巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写作1R122 1n2，n3,4,5，。式中 R 叫做里德伯常量，这个公式称为巴尔末公式。用 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，则里德伯常量 R 可以表示为()A E12hcB.E12hcCE1hcD.E
49、1hc解析：选 C 氢原子若从 n2 的能级跃迁到 n2 的能级，由玻尔理论可得：E1n2E122hhc，按照巴尔末公式，原子由 n2 的能级跃到 n2 的能级，放出的谱线的波长满足：1R122 1n2，以上两式相比较可得：E1hcR，故里德伯常量 R 可表示为 RE1hc，C选项正确。考点二原子核的衰变 半衰期6.考查三种射线的特性如图所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度 E 和磁感应强度 B 的大小，使得在MN 上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是()A射到 b 点的一定是 射线B射到 b 点的一定是 射线C射到
50、b 点的一定是 射线或 射线D射到 b 点的一定是 射线解析：选 C 射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到 a 点，选项D 错误；调整 E 和 B 的大小，既可以使带正电的 射线沿直线前进，也可以使带负电的 射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即 qEqBv。已知 粒子的速度比 粒子的速度小得多，当 粒子沿直线前进时，速度较大的 粒子向右偏转；当 粒子沿直线前进时，速度较小的 粒子也向右偏转，故选项 C 正确，A、B 错误。7考查、衰变次数的计算(2013上海高考)在一个23892U 原子核衰变为一个20682Pb 原子核的过程中，发生 衰变的次数为()A6
51、 次 B10 次C22 次D32 次解析：选 A 一个23892U 原子核衰变为一个20682Pb 原子核的过程中，发生 衰变的次数为(238206)48 次，发生 衰变的次数为 28(9282)6 次，选项 A 正确。8考查对半衰期概念的理解将半衰期为 5 天、质量为 64 g 的铋分成四份分别投入：(1)开口容器中；(2)100 atm 的密封容器中；(3)100 的沸水中；(4)与别的元素形成化合物。经 10 天后，四种情况下剩下的铋的质量分别为 m1、m2、m3、m4，则()Am1m2m3m44 gBm1m2m34 g，m4m2m3m4，m14 gDm14 g，其余无法知道解析：选 A
52、 放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，故四种情况下铋剩余的质量相等，剩余的铋的质量为 m 余16 12105 g4 g，所以 A正确。9考查半衰期公式的应用14C 是碳的一种半衰期为 5 730 年的放射性同位素，2010 年 2 月科学家发现了曹操墓，若考古工作者探测到其棺木中14C 的含量约为原来的45，则该古木死亡的时间距今大约为 12130.8()A22 900 年B11 400 年C5 700 年D1 900 年解析：选 D 假设古木死亡时 14C 的质量为 m0，现在的质量为 m，从古木死亡到现在所含 14C 经过了 n 个半衰期，由题意可知：mm
53、0(12)n45，所以 n13，即古木死亡的时间距今约为 5 73013年1 910 年，D 正确。考点三核反应方程与核能计算10.考查核反应的分类对下列各原子核变化的方程，表述正确的是()A.31H21H42He10n 是核聚变反应B.31H21H42He10n 是 衰变C.8234Se8236Kr2 01e 是核裂变反应D.23592U10n14054Xe9438Sr210n 是 衰变解析：选 A 31H21H42He10n，属于核聚变反应，A 正确，B 错误；8234Se8236Kr2 01e是 衰变，C 错误；23592U10n14054Xe9438Sr210n 是核裂变反应，D 错误
54、。11考查核反应方程遵守的规律及核能的理解(多选)(2015广东高考)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：XY42He31H4.9 MeV 和21H31H42HeX17.6 MeV，下列表述正确的有()AX 是中子BY 的质子数是 3，中子数是 6C两个核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选 AD 核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，则由21H31H42HeX17.6 MeV 知 X 为10n，由 XY42He31H4.9 MeV 知 Y 为63Li，其中 Y 的质子数是 3，中子数也是 3，选项 A 正确，选项 B 错误；两个核反应都释
55、放出核能，故都有质量亏损，选项 C 错误；XY42He31H4.9 MeV 是原子核的人工转变，21H31H42He10n17.6 MeV 为轻核聚变，选项 D 正确。12考查核反应方程的书写和质能方程的应用(2016黄冈高三期末)某些建筑材料可产生放射性气体氡，氡可以发生 或 衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康。原来静止的氡核()22286Rn 发生一次 衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为 E00.09 MeV 的光子。已知放出的 粒子动能为 E5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u931.
56、5 MeV/c2。(1)写出衰变的核反应方程；(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(保留三位有效数字)解析：(1)衰变方程为：22286Rn21884Po42He；(2)忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律，0ppPo即新核钋(Po)的动量与 粒子的动量大小相等，又 Ek p22m，可求出新核钋(Po)的动能为 EPo 4218E，由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、粒子动能形式出现，衰变时释放出的总能量为EEEPoE0mc2故衰变过程中总的质量亏损是 m0.006 16 u。答案：(1)22286Rn21884Po42He(2)0.006 16 u13考查核能的计算设氢弹内装的是氘
57、和氚，试求在氢弹中当合成 1 kg 的氦时所释放出的能量。(氘核21H 的质量为 2.013 6 u，氚核31H 的质量为 3.016 6 u，氦核42He 的质量为 4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u)。解析：氢弹内装的氘和氚在高温下聚变生成氦，核聚变方程为21H31H42He10n。当一个氘核21H 与一个氚核31H 发生反应时放出的能量为 Emc2(2.013 63.016 64.002 61.008 7)931.5 MeV17.6 MeV。1 kg 氦(42He)中所含的原子核数目为NnNA 1 0004.002 66.021023 个1.51026 个。这样合成 1
58、kg 42He 时所放出的总能量为：ENE1.5102617.6 MeV2.641027MeV。答案：2.641027 MeV考点一 原子结构与原子光谱本考点是对原子结构模型及原子光谱问题的考查，题型为选择题，难度一般，主要考查考生的理解和分析能力。建议考生自学为主先记牢 再用活 1原子核与原子体积相比，原子核体积太小，故 粒子靠近原子核受到大的库仑斥力的机会太小，故发生大角度散射的 粒子数也很少。如诊断卷第 1 题，只有极少数的 粒子发生了大角度偏转，且该偏转也不是 粒子与质量很小的电子碰撞产生的。2按照玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时ke2r2 mv2r，可得12mv2ke22r
59、，可知，氢原子向远离原子核的轨道跃迁时，电子动能减小，但因库仑力做负功，系统电势能增大。如诊断卷第 3 题，由以上理论可知，C 正确，D 错误。3一群处于较高能级 n 的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为 C2n，而一个处于较高能级 n 的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为 n1。4氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。如诊断卷第 4 题，反氢原子不能吸收能量为 11 eV 的光子发生跃迁，但可以吸收 13.6 eV 以上的能量发生电离，故 B 正确，C 错误。1人们在
60、研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是()A 粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B科学家通过 粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C科学家通过 粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D科学家通过 粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型解析：选 B 粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型。2.如图所示为氢原子的四个能级，其中 E1 为基态，若氢原子 A 处于激发态 E2，氢原子 B 处于激发态 E3，则下列说法正确的是()
61、A原子 A 可能辐射出 3 种频率的光子B原子 B 可能辐射出 3 种频率的光子C原子 A 能够吸收原子 B 发出的光子并跃迁到能级 E1D原子 B 能够吸收原子 A 发出的光子并跃迁到能级 E4解析：选 B 原子 A 处于激发态 E2，因此其辐射光子频率数目只能有 1 种，A 错误；原子 B 处于 n3 的能级，能辐射出 C2n3 种频率的光子，B 正确；据氢原子能级的量子性、吸收光子必须满足 hEmEn，故 C、D 错误。3(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A用 10.2 eV 的光子照射 B用 11 eV 的光子照射C用 14 eV 的光子照射D用 10 eV 的光子
62、照射解析：选 AC 由氢原子能级图算出只有 10.2 eV 为第 2 能级与基态之间的能级差，而大于 13.6 eV 的光子能使氢原子电离。考点二 原子核的衰变 半衰期本考点常考原子核 衰变和 衰变的规律、三种射线的特性及有关半衰期问题的计算，多以选择题的形式命题，难度一般，考生只要记忆并理解相关知识，再做一些对应练习，便可轻松应对。建议考生适当关注即可先记牢 再用活 1 粒子、粒子、射线粒子分别为42He、01e、光子，在电场、磁场中的偏转规律也不相同。如诊断卷第 6 题，射线不带电，不会偏转，一定射到 a 点，但因磁感应强度 B 和电场强度 E 的大小关系不确定，故 射线和 射线均有可能射
63、到 b 点，故选项 C 正确。2 衰变和 衰变次数的确定方法：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。如诊断卷第 7 题，衰变的次数 m23820648，由 9228n82 可得 衰变次数为 n6，故 A 正确。3半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核，此规律不适用，半衰期大小与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关。如诊断卷第 8 题，四种情况下，铋的半衰期不变，故 10 天后，剩余铋的质量相同。选项 A 正确。1(2014福建高考)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是()
64、A表示 射线，表示 射线B表示 射线，表示 射线C表示 射线，表示 射线D表示 射线，表示 射线解析：选 C 射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故和表示 射线，A、B、D 项错误；射线中的 粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故表示 射线，由左手定则可知在匀强磁场中 射线向左偏，故表示 射线，C 项正确。2(多选)(2016哈尔滨三校联考)23892 U 是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射23892 U性衰变，如图所示，判断下列说法正确的是()A图中 a 是 84，b 是 206B.20682Pb 比23892U 的比结合能大CY 是 衰变，放出电子，电子是由中
65、子转变成质子时产生的DY 和 Z 是同一种衰变E从 X 衰变中放出的射线电离性最强解析：选 ABD 由21083Bi 210a Po，质量数没变，则 X 是 衰变，所以 a84，由21083Bi b81Tl，电荷数减少 2，则 Y 是 衰变，所以 b206，A 正确，C 错误；由衰变的过程知，20682Pb 比23892U 稳定，则20682Pb 比23892U 的比结合能大，B 正确；由210a Po,Z 20682Pb 及a84 知，Z 为 衰变，D 正确；从 衰变中放出的是 射线，其电离性最弱，E 错误。3(多选)(2015山东高考)14C 发生放射性衰变成为 14N，半衰期约 5 70
66、0 年。已知植物存活期间，其体内 14C 与 12C 的比例不变；生命活动结束后，14C 的比例持续减小。现通过测量得知，某古木样品中 14C 的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A该古木的年代距今约 5 700 年B12C、13C、14C 具有相同的中子数C14C 衰变为 14N 的过程中放出 射线D增加样品测量环境的压强将加速 14C 的衰变解析：选 AC 古木样品中 14C 的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约 5 700 年，选项 A 正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项 B 错误；14C 的衰变方程为146C14
67、7N01e，所以此衰变过程放出 射线，选项 C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项 D 错误。考点三 核反应方程与核能计算本考点常考核反应方程的书写、分类及核能的计算问题，多以选择题的形式出现，若与动量守恒定律及能量守恒定律相交汇，也可以计算题的形式出现，难度中等偏上。建议考生灵活掌握先记牢 再用活 1核反应方程的书写与分类(1)必须遵循的两个规律：质量数守恒、电荷数守恒。由此可以确定具体的反应物或生成物，如诊断卷第 11 题，可由两守恒定律确定 X 为10n，Y 为63Li。(2)必须熟记基本粒子的符号：如质子(11H)、中子(10n)、粒子
68、(42He)、粒子(01e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等。(3)并不是生成物中有42He 的就为 衰变，有 01e 的就为 衰变，如诊断卷第 10 题，31H21H42He10n 为轻核聚变，而不是 衰变，A 正确，B 错误。2核能的理解与计算(1)比结合能越大，原子核结合的越牢固。(2)到目前为止，核能发电还只停留在利用裂变核能发电。(3)核能的计算方法：根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速 c 的平方，即Emc2(J)。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
69、 MeV，即 Em931.5(MeV)。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。如诊断卷第 12 题，氡核发生 衰变过程中释放的核能 EEEPoE0，质量亏损 mEc2，且单位为 u。1(2016北京市朝阳区二模)下列核反应方程中，属于裂变的是()A.147N42He178O11HB.23892U23490Th42HeC.21H31H42He10nD.23592U10n14456Ba8936Kr310n解析：选 D 核反应中，裂变反应是重原子核被中子轰击分裂为几个质量差不多的新原子核的过程，故 D 正确。2朝鲜在 2016 年 9 月进行了第五次核试
70、验，此举引起国际社会的广泛关注。据称，此次核试验材料为铀 235，则下列说法正确的是()A.23592U 原子核中有 92 个质子，143 个核子B.23592U 是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45 亿年，升高温度后半衰期会缩短C核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律 Emc2D.23592U 的一种裂变可能为23592U10n13054Xe9538Sr310n解析：选 C 23592U 原子核中有 92 个质子，235 个核子，143 个中子，选项 A 错误；23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为 45 亿年，升高温度后半衰期不变，选项 B 错误；核爆炸的能量来自
71、于原子核的质量亏损，遵循规律 Emc2，选项 C 正确；选项 D 中给出的23592U10n13054Xe9538Sr310n，不满足质量数守恒条件，选项 D 错误。3一个静止的铀核23292U(原子质量为 232.037 2 u)放出一个 粒子(原子质量为 4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为 228.028 7 u)。(已知：原子质量单位 1 u1.671027 kg,1 u相当于 931 MeV)(1)写出核衰变反应方程；(2)算出该核衰变反应中释放出的核能；(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和 粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解析：(1)23292U
72、22890Th42He。(2)质量亏损 m0.005 9 uEmc20.005 9931 MeV5.49 MeV。(3)系统动量守恒，钍核和 粒子的动量大小相等，即pThpEkTh p2Th2mThEk p22mEkThEkE所以钍核获得的动能EkThmmmThE44228E0.09 MeV。答案：(1)23292U22890Th42He(2)5.49 MeV(3)0.09 MeV一、练高考典题每练一次都有新发现1(2016全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_。(填正确答案标号)A.146C147N 01eB.3215P3216
73、S 01eC.23892U23490Th42HeD.147N42He178O11HE.23592U10n14054Xe9438Sr210nF.31H21H42He10n解析：衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出 粒子的现象，选项 C 为 衰变；衰变为衰变过程中释放出 粒子的现象，选项 A、B 均为 衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项 E 是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项 F 是典型的核聚变过程。答案：C AB E F2(2014北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2 和 m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量
74、是(c 表示真空中的光速)()A(m1m2m3)c B(m1m2m3)cC(m1m2m3)c2D(m1m2m3)c2解析：选 C 一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损 mm1m2m3，根据质能方程，释放的能量 Emc2(m1m2m3)c2，选项 C 正确，A、B、D 错误。3(2015上海高考)23290Th 经过一系列 衰变和 衰变后变成 20882Pb，则 20882Pb 比 23290Th少()A16 个中子，8 个质子B8 个中子，16 个质子C24 个中子，8 个质子D8 个中子，24 个质子解析：选 A 20882Pb 比 23290Th 质子数少(9082)8 个，核子数少(
75、232208)24 个，所以中子数少(248)16 个，故 A 正确，B、C、D 错误。4(多选)(2016全国丙卷)一静止的铝原子核2713Al 俘获一速度为 1.0107 m/s 的质子 p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*。下列说法正确的是()A核反应方程为 p2713Al2814Si*B核反应过程中系统动量守恒C核反应过程中系统能量不守恒D核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E硅原子核速度的数量级为 105 m/s，方向与质子初速度的方向一致解析：选 ABE 核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为 p2713Al2814Si*，A 正确；核
76、反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，B 正确，C 错误；核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，D 错误；根据动量守恒定律有 mpvpmSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为 105 m/s，方向与质子初速度方向一致，E 正确。5(2015福建高考)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A 射线是高速运动的电子流B氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.21083Bi 的半衰期是 5 天，100 克21083Bi 经过 10 天后还剩下 50 克解析：选 B 射线是高速电子流，而 射线是一种电磁波，选项 A 错误；氢
77、原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项 B 正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项 C 错误；10 天为两个半衰期，剩余的21083Bi 为 100 12tg100 122g25 g，选项 D 错误。6(2015海南高考)氢原子基态的能量为 E113.6 eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为0.96E1，频率最小的光子的能量为_eV(保留 2 位有效数字)，这些光子可具有_种不同的频率。解析：频率最大的光子对应于从最高能级向基态的跃迁，则有 EnE10.96E1，又因为 En 1n2E1，故可得 n5，因而频率
78、最小的光子对应于从 n5 到 n4 的能级跃迁，具有的能量 EE5E4E125E1160.31 eV，因氢原子是大量的，故由 C2510 知可具有 10 种不同频率的光子。答案：0.31 10二、练名校模拟好题一题能通一类题7(2016北京市房山区一模)日本福岛核电站发生核泄漏危机引起世界对安全利用核能的关注。泄漏的污染物中含有 131I 和 137Cs。131I 发生衰变时会释放 射线，137Cs 发生衰变时会释放 射线，过量的射线对人体组织有破坏作用。核泄露一旦发生，应尽量避免污染物的扩散。下列说法正确的是()A 射线电离作用很强B 射线是高速电子流C目前世界上运行的核电站均采用核聚变D可
79、以通过降低温度减小污染物的半衰期，从而减小危害解析：选 B 三种射线中，射线的电离作用最弱，故 A 错误；射线是高速电子流，选项 B 正确；目前世界上运行的核电站均采用核裂变，故 C 错误；半衰期的大小与温度、压强等因素无关，由原子核内部因素决定，故 D 错误。8下列表述正确的是()A.42He147N178OX 中，X 表示32HeB.21H31H42He10n 是重核裂变的核反应方程C放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态无关D 衰变中放出的 射线是核外电子挣脱原子核的束缚而形成的解析：选 C 核反应方程的书写应遵循质量数和电荷数守恒，X 应为11H，所以 A 选项错误；B 选项的核反应方
80、程为轻核聚变方程，所以 B 选项错误；放射性元素的半衰期只与元素自身结构有关，与其他因素无关，所以 C 选项正确；衰变中放出的 射线是由核内中子转化成一个质子和电子形成的，所以 D 选项错误。9(多选)(2016襄阳调研)下列说法正确的是()A太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B用加热、加压或改变其化学状态的方法都不能改变原子核衰变的半衰期C一个氢原子从量子数 n3 的激发态跃迁到基态时最多可产生 2 种不同频率的谱线D铀核(23892U)衰变为铅核(20682Pb)的过程中，要经过 8 次 衰变和 6 次 衰变解析：选 BCD 太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的核聚变，选项 A 错误
81、；原子核的半衰期由原子核的内部因素决定，加热、加压或改变化学状态均不影响元素的半衰期，选项 B 正确；一个氢原子从 n3 的激发态跃迁到基态时，最多产生 2 种不同频率的光谱，选项 C 正确；根据质量数和电荷数守恒可知23892U20682Pb842He6 01e，选项 D 正确。10(多选)(2016常德模拟)下列说法正确的是()A光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C.21083Bi 的半衰期是 5 天，12 g 21083Bi 经过 15 天后还有 1.5 g 未衰变D太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应解析：选 BCD
82、光电效应本质是原子外层电子吸收光子向外跃迁释放电子的现象，A 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，B 正确；半衰期是对大量原子的统计结果，21083Bi 的半衰期是 5 天，12 g 21083Bi 经过 15 天后经历了 3 个半衰期，所以剩余 m 余m 原 12t1.5 g 未衰变，C 正确；太阳辐射的能量主要是来源于轻核的聚变，D 正确。11(多选)中子和质子结合成氘核，同时放出 光子，核反应方程是11H10n21H，以下说法正确的是()A反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量B反应前后质量数不变，因而质量不变C由核子组成原子核一定向外释放能量D光子所具
83、有的能量为 mc2，m 为反应中的质量亏损，c 为光速解析：选 ACD 根据质能方程，这个反应释放能量，一定发生质量亏损，即反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量，这个质量亏损与释放能量的关系满足质能方程 Emc2。由核子组成原子核一定向外释放能量，这个能量叫原子核的结合能。反应前后质量数不变，但质量变化。选项 A、C、D 正确。12太阳向外辐射的能量主要来自于其内部的氢核聚变反应。其反应过程可简化为 4 个氢核(11H)聚变成氦核(42He)，同时放出 2 个正电子(01e)和 2 个中微子(e)，则该氢核聚变的核反应方程式为_。研究表明，银河系的年龄约为 t3.81017 s，每
84、秒钟银河系产生的能量约为 P11037 J，现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，则银河系质量亏损为_ kg，银河系中氦的含量约为_(最后结果保留一位有效数字)(银河系质量为M31041 kg，氦核质量为 m6.644 31027 kg，一次氢核聚变反应所释放的能量为 E4.141012 J)。解析：氢核聚变的核反应方程式为 411H42He201e2e。银河系中产生的总能量为 EPt，代入数据可得 E3.81054 J，一次氢核聚变反应所释放的能量为 E4.141012 J，所以银河系中氦核的数量为 n EE9.181065 个，每个氦核质量为 m6.644 31027 kg，所以银河系中氦核的总质量为 mnm6.11039 kg，而银河系质量为 M31041 kg，所以银河系中氦的含量约为mM100%2%；质量亏损 mEc2 n4.221037 kg。答案：411H42He201e2e 4.221037 2%
