(共49张PPT)
专题五
光电效应
原子结构
原子核
[建体系·论要点]______________________知识串联__熟记核心要点
思维导图
思维导图
考情分析
[研考向·提能力]_____________________考向研析__掌握应试技能
[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
A
(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( )
A．1种
B．2种
C．3种
D．4种
A
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4→3跃迁产生的光子能量符合条件，即E4－E3＝－0.85
eV－
(－1.51)eV＝0.66
eV<1.62
eV，A正确，B、C、D错误。
B
3．(多选)(2020·河南新乡一中高三质检)如图为
氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于
n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干
不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的
是( )
A．能容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级
跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1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
CD
[典例2] (多选)(2020·黑龙江哈尔滨三中二模)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I?U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压。下列说法正确的是( )
A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
B．a、c光的频率相等
C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关
D．a光的波长大于b光的波长
[答案] BD
规律总结
解决光电效应问题的“两看、两注意”
…………………………………………………………………………………
(1)看到“遏止电压”，想到“Ek＝eUc”。
(2)看到“逸出功”，想到“W0＝hνc”。
(3)注意Ek＝hν－W0与能量守恒定律是完全一致的。
(4)注意Ek不是每个光电子的初动能，而是最大初动能。
4．(2020·四川攀枝花二诊)用一种红光照射某种金属，发生了光电效
应。现改用紫色光照射该金属，下列说法正确的是( )
A．若紫光强度较小，可能不会产生光电子
B．用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大
C．用紫光照射时，光电子的最大初动能更大
D．两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小
C
解析：因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；红光和紫光照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但不一定用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误。
B
6．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v的关系如图所示。若该直线的斜率为k、与横轴交点为v0，电子电荷量的绝
对值为e，则( )
A．普朗克常量为ek
B．所用材料的逸出功为kv0
C．用频率低于v0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v(v>v0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为ekv
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v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( )
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。
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ΔE＝Δmc2(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ΔE＝Δm×931.5(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动能的增量即为释放的核能。
D
易错警示
处理核反应问题的三点注意
…………………………………………………………………………………
(1)γ衰变伴随着α衰变或β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E＝mc2，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。
C
D
C
限时练?通高考
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思维导图
要点熟记
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?ν、I?U、Uc?ν。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N＝C＝。4.核反应及核能(1)半衰期公式N余＝N原·()，m余＝m原·()(t表示衰变时间，τ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)γ射线是伴随着α衰变、β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：E＝mc2。
[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En＝(n＝1，2，3，…)，n为量子数。
跃迁假设：hν＝Em－En(m>n)。
轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，n为量子数。
2．定态间的跃迁——满足能级差
(1)从低能级(n小)高能级(n大)―→吸收能量，hν＝En大－En小。
(2)从高能级(n大)低能级(n小)―→放出能量，hν＝En大－En小。
3．氢原子电离
电离态：n＝∞，E＝0。
基态→电离态：E吸＝0－(－13.6
eV)＝13.6
eV。
n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4
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
[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
eV＝－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C＝6可知，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6种，选项D错误。
[答案] A
易错警示
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N＝C＝(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(n－1)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( )
A．1种
B．2种
C．3种
D．4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4→3跃迁产生的光子能量符合条件，即E4－E3＝－0.85
eV－(－1.51)eV＝0.66
eV<1.62
eV，A正确，B、C、D错误。
答案：A
2．(2020·山东青岛高三下学期统一质检)已知氢原子能级公式为En＝，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．2
B．3
C．2＋
D．4
解析：氢原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量ΔE＝En－En－1＝－，由题意可知－≥0－，由数学知识可得n≤2＋，故n的最大值应取3，故B正确，A、C、D错误。
答案：B
3．(多选)(2020·河南新乡一中高三质检)如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是( )
A．能容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的
B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的
C．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1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：由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最大，波长最短，不容易发生衍射，故A错误；辐射出光子的能量是跃迁两轨道能级之差，所以由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子频率最小，故B错误；大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数为C＝6，故C正确；n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量E＝(13.6－3.40)eV＝10.2
eV，大于金属铂的逸出功，能发生光电效应，故D正确。
答案：CD
考向二 光电效应问题
1．两条对应关系
(1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大。
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
2．三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。
3．四类图像
图像名称
图线形状
由图线直接(或间接)得到的物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线
(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc(2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系
(1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标(2)饱和光电流Im：电流的最大值(3)最大初动能：Ek＝eUc
续表
图像名称
图线形状
由图线直接(或间接)得到的物理量
颜色不同时，光电流与电压的关系
(1)遏止电压Uc1、Uc2(2)饱和光电流(3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线
(1)极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大(3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke
[典例2] (多选)(2020·黑龙江哈尔滨三中二模)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I?U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压。下列说法正确的是( )
A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加
B．a、c光的频率相等
C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关
D．a光的波长大于b光的波长
[解析] 在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流会先增加后不变，A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，根据eUc＝hν－W0知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，a、c两光的遏止电压相等，且小于b光的遏止电压，所以a、c两光的频率相等且小于b光的频率，根据λ＝可知，a光的波长大于b光的波长，B、D正确；光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关，C错误。
[答案] BD
规律总结
解决光电效应问题的“两看、两注意”
……………………………………………………
(1)看到“遏止电压”，想到“Ek＝eUc”。
(2)看到“逸出功”，想到“W0＝hνc”。
(3)注意Ek＝hν－W0与能量守恒定律是完全一致的。
(4)注意Ek不是每个光电子的初动能，而是最大初动能。
4．(2020·四川攀枝花二诊)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应。现改用紫色光照射该金属，下列说法正确的是( )
A．若紫光强度较小，可能不会产生光电子
B．用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大
C．用紫光照射时，光电子的最大初动能更大
D．两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小
解析：因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；红光和紫光照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但不一定用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误。
答案：C
5．(2020·福建南平高三第一次质检)单色光B的频率为单色光A的两倍。用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1，用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为( )
A．E2－E1
B．E2－2E1
C．2E1－E2
D．
解析：根据光电效应方程，用单色光A照射到某金属表面时E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射到某金属表面时E2＝h·2ν－W逸出功，解得W逸出功＝E2－2E1，故选项B正确。
答案：B
6．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ν的关系如图所示。若该直线的斜率为k、与横轴交点为ν0，电子电荷量的绝对值为e，则( )
A．普朗克常量为ek
B．所用材料的逸出功为kν0
C．用频率低于ν0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ν(ν>ν0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为ekν
解析：根据Uce＝mv＝hν－hν0，得Uc＝ν－，可知＝k，则普朗克常量为h＝ek，所用材料的逸出功为W0＝hν0＝ekν0，选项A正确，B错误；用频率低于ν0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ν(ν>ν0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为mv＝hν－hν0＝ekν－ekν0，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ν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( )
解析：反向电压U和频率ν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＝hν－W0，所以Uc＝－，可知遏止电压Uc与频率ν是线性关系，不是正比关系，故B错误。光强I与频率ν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，10－9
s后，光强I和频率ν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＝()m0，N＝()N0。
(2)α衰变和β衰变次数的确定方法
①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
②方法二：设α衰变次数为x，β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ΔE＝Δmc2(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ΔE＝Δm×931.5(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动能的增量即为释放的核能。
[典例3] (2020·陕西咸阳高三模拟)Th具有放射性，经以下连续衰变过程，最后生成稳定的Pb：Th→
Ra→Ac→Th→…→Pb。下列说法正确的是( )
A.Th和Th属于放射性同位素，其原子核内中子数相同，质子数不同
B.Ra发生β衰变后变为Ac，说明
Ra原子核内有β粒子
C.Ra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α衰变和4次β衰变
[解析] Th和Th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；Ra发生β衰变后变为Ac，是
Ra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β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；β衰变质量数不变，故232－208＝4x，则x＝6，发生6次α衰变，根据电荷数守恒可知90－82＝2x－y，得到y＝4，故发生4次β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)γ衰变伴随着α衰变或β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E＝mc2，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·北京市通州区高三下学期5月一模)关于核反应方程U→Th＋X，下列说法正确的是( )
A．此核反应方程中的X代表的粒子为氢原子核
B．通过降低温度的方法，一定能缩短U的半衰期
C．此核反应释放能量
D．此核反应方程属于β衰变，β粒子是U核外的电子电离形成的
解析：根据核反应方程中的电荷数与质量数守恒的规律可得出X粒子的电荷数是2，质量数是4，故它是氦原子核，选项A错误；半衰期与温度无关，也与压强的大小无关，它是一个非常稳定的物理量，故选项B错误；此核反应方程是一个α衰变的方程，而衰变的定义是不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定，这个过程称为衰变，所以该过程会放出能量的，选项C正确，选项D错误。
答案：C
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H＋H→He＋X中，X表示正电子
B.U→Ba＋Kr＋2n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H＋H→He＋X中，X的质量数为A＝2＋3－4＝1，电荷数Z＝1＋1－2＝0，可知X表示中子，故A错误；铀核裂变的一种核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，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·高考全国卷Ⅱ)氘核H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式6H→2He＋2H＋2n＋43.15
MeV表示。海水中富含氘，已知1
kg海水中含有的氘核约为1.0×1022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2.9×107
J，1
MeV＝
1.6×10－13
J，则M约为( )
A．40
kg
B．100
kg
C．400
kg
D．1
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E＝×43.15
MeV≈7.19×1022
MeV≈1.15×1010
J，则相当于标准煤的质量为M＝kg≈400
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，“快中子堆”技术发电的原理是：快中子反应堆不用U，而用Pu作燃料，但在堆心燃料Pu的外围放置U，Pu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U吸收，U吸收快中子后变成U，U很不稳定，很快发生β衰变变成Pu，Pu在裂变产生能量的同时，又不断地将U变成可用燃料Pu，核燃料越烧越多。设U、β粒子的质量分别为M、m，则( )
A.Pu与U的中子数相同
B.U吸收快中子后变成铀U是属于核聚变
C.U经过2次β衰变后变成Pu
D．静止的U发生β衰变释放出动能为E0的β粒子，该衰变中质量亏损为E0
解析：Pu的中子数为145，U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U→Pu＋2e可知选项C正确；静止的U发生β衰变满足动能关系＝，解得EkU＝E0，由爱因斯坦质能方程可得E0＋E0＝Δmc2，解得该衰变中质量亏损为Δm＝E0，选项D正确。
答案：CD[限时练·通高考]__________________________________科学设题__拿下高考高分
(45分钟)
[基础题组专练]
1．(2020·湖北天门、仙桃等八市第二次联考)下列现象中，原子核结构发生了改变的是( )
A．氢气放电管发出可见光
B．β衰变放出β粒子
C．α粒子散射现象
D．光电效应现象
解析：氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由原子核外电子运动产生的，与原子核内部变化无关，故A错误；β衰变放出β粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，所以导致原子核结构发生了改变，故B正确；α粒子散射实验表明原子具有核式结构，故C错误；光电效应是原子核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D错误。
答案：B
2．(多选)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1亿摄氏度，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：核聚变没有放射性污染，安全、清洁，故A对；只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变，故B错；轻核聚变成质量较大的原子核，核子的比结合能增加，总质量减小，故C错，D对。
答案：AD
3．(多选)(2020·高考全国卷Ⅰ)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有( )
A.H＋H→n＋X1
B.H＋H→n＋X2
C.92U＋n→56Ba＋Kr＋3X3
D.n＋Li→H＋X4
解析：H＋H→n＋He，A错误；H＋H→n＋He，B正确；92U＋n→56Ba＋Kr＋3n，C错误；n＋Li→H＋He，D正确。
答案：BD
4．(2020·福建福州高三下学期5月模拟)下列说法正确的是( )
A．发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子具有复杂的结构
B．结合能越大的原子核，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定
C．根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程中电子的电势能和动能之和守恒
D．在光电效应实验中，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能Ek越大，则这种金属的逸出功W0越小
解析：发现天然放射现象的意义在于使人类认识到原子核具有复杂的结构，选项A错误。比结合能越大的原子核，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定，选项B错误。根据玻尔理论可知，氢原子核外电子跃迁过程，电子的总能量将减小(或增加)，即电子的电势能和动能之和是不守恒的，这是因为氢原子要辐射(或吸收)光子，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，用同种频率的光照射不同的金属表面，从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，则这种金属的逸出功越小，故D正确。
答案：D
5．(多选)(2020·高考全国卷Ⅲ)1934年，约里奥?居里夫妇用α粒子轰击铝箔，首次产生了人工放射性同位素X，反应方程为He＋Al→X＋n。X会衰变成原子核Y，衰变方程为X→Y＋e。则( )
A．X的质量数与Y的质量数相等
B．X的电荷数比Y的电荷数少1
C．X的电荷数比Al的电荷数多2
D．X的质量数与Al的质量数相等
解析：发生核反应前后满足质量数守恒、电荷数守恒，则可判断X的质量数与Y的质量数相等；X的电荷数比Y的电荷数多1；X的电荷数比Al的电荷数多2；X的质量数比Al的质量数多3。
答案：AC
6．(2020·河北石家庄高三下学期5月二模)一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为H＋H→He＋n。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为( )
A.
B．
C.
D．
解析：反应过程释放的核能为ΔE＝E3－(E1＋E2)，根据爱因斯坦质能方程有ΔE＝Δmc2，解得质量亏损为Δm＝，故B正确，A、C、D错误。
答案：B
7．(2020·辽宁辽阳高三下学期二模)用n轰击U产生了m个某种粒子，核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋mX，则( )
A．方程式中的m＝3
B．方程式中的X是α粒子
C.Ba的比结合能一定小于U的比结合能
D．该反应需要吸收热量
解析：根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，方程式中的m＝3，选项A正确；方程式中的X是中子，选项B错误；根据比结合能曲线可知，中等质量的原子核比结合能大，轻核和重核的比结合能小，即Ba的比结合能一定大于U的比结合能，选项C错误；该反应放出热量，选项D错误。
答案：A
8．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4H→He＋2e＋2γ。
已知H和He的质量分别为mp＝1.007
8
u和mα＝4.002
6
u，1
u＝931
MeV/c2，c为光速。在4个H转变成1个He的过程中，释放的能量约为( )
A．8
MeV
B．16
MeV
C．26
MeV
D．52
MeV
解析：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Δm＝4mp－mα
由质能方程得
ΔE＝Δmc2＝(4×1.007
8－4.002
6)×931
MeV≈26.6
MeV。
答案：C
9．(2020·河南信阳高三诊断)如图所示为光电管工作原理图，当有波长(均指真空中的波长，下同)为λ的光照射阴极K时，电路中有光电流，则( )
A．换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流
B．换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流
C．增大电路中电源的路端电压，电路中的光电流一定增大
D．将电路中电源的极性反接，电路中一定没有光电流
解析：当入射光的频率大于截止频率时，就会发生光电效应，换用波长为λ1(λ1>λ)的光照射阴极K时，光频率变小，如果仍大于阴极K的极限频率，仍会发生光电效应，电路中仍有光电流，选项A错误；换用波长为λ2(λ2<λ)的光照射阴极K时，频率变大，一定能发生光电效应，电路中一定有光电流，选项B正确；若电路中已达到饱和电流，增加电路中电源的路端电压，电路中的光电流不再增大，选项C错误；将电路中电源的极性反接，若电源电压小于遏止电压，光电子可以到达阳极，电路中有光电流，选项D错误。
答案：B
10．氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63
eV～3.10
eV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．12.09
eV
B．10.20
eV
C．1.89
eV
D．1.51
eV
解析：可见光光子能量范围为1.63
eV～3.10
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，符合题意，即处于基态的氢原子至少被激发到n＝3能级才可辐射出可见光光子。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。
答案：A
11．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
逸出光电子的最大动能/eV
第一组
123
4.04.04.0
弱中强
294360
0.90.90.9
第二组
456
6.06.06.0
弱中强
274055
2.92.92.9
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
eV
D．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：光子的能量E＝hν，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，故A对；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W0＋Ek，可求出两组实验的逸出功W0均为3.1
eV，故两组实验所用的金属板材质相同，故B错；由hν＝W0＋Ek，W0＝3.1
eV，当hν＝5.0
eV时，Ek＝1.9
eV，故C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，故D对。
答案：B
[能力题组专练]
12．(2020·辽宁葫芦岛高三第一次模拟)大量氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级，辐射出的光照射下列三种金属，电子电荷量e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.30×10－34
J·s。下列判断正确的是( )
金属
钨
钙
钾
极限频率(1014Hz)
10.95
7.73
5.44
A．仅钾能产生光电子
B．钾、钙能产生光电子
C．都能产生光电子
D．都不能产生光电子
解析：氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级，辐射出的光能量为E1＝－0.85
eV－(－3.4)eV＝2.55
eV，从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光能量为E2＝－0.85
eV－(－1.51)eV＝0.66
eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光能量为E3＝－1.51
eV－(－3.40)eV＝1.89
eV。钨对应的逸出功为W钨＝
eV≈4.31
eV，钙对应的逸出功为W钙＝
eV≈3.04
eV，钾对应的逸出功为W钾＝
eV≈2.14
eV，则仅钾能产生光电效应即产生光电子，故A正确，B、C、D错误。
答案：A
13．(2020·河北衡水中学高三调研)下列说法正确的是( )
A．原子核内的一个中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变
B．氡222的半衰期是3.8天，镭226的半衰期是1
620年，所以一个确定的氡222核一定比一个确定的镭226核先衰变
C．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电势能增大，电子的动能减小，原子的总能量减小
D．原子核越大，它的结合能越高，原子核能级越稳定
解析：原子核内的中子转化成一个质子和一个电子，这种转化产生的电子发射到核外，就是β粒子，这就是β衰变的实质，故A正确；对于大量原子有半数发生衰变所用的时间是半衰期，对于一个确定的原子核，半衰期没有意义，故B错误；按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子的总能量增加，故C错误；结合能越高，原子核不一定稳定，比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
答案：A
14．(多选)(2020·辽宁大连联考)在足够大的匀强磁场中，静止的钠的同位素Na发生衰变，沿与磁场垂直的方向释放出一个粒子后，变为一个新核，新核与放出的粒子在磁场中运动的轨迹均为圆，如图所示。下列说法正确的是( )
A．新核为Mg
B．轨迹2是新核的径迹
C.Na发生的是α衰变
D．新核沿顺时针方向旋转
解析：根据动量守恒可知，放出的粒子与新核的速度方向相反，由左手定则判断可知，放出的粒子应带负电，是β粒子，所以发生的是β衰变，根据电荷数守恒、质量数守恒知，衰变方程为Na→Mg＋e，可知新核为Mg，选项A正确，C错误；由题意，静止的钠核发生衰变时动量守恒，释放出的粒子与新核的动量大小相等，两个粒子在匀强磁场中都做匀速圆周运动，因为新核的电荷量大于所释放出的粒子电荷量，由半径公式r＝可知，新核的半径小于β粒子的半径，所以轨迹2是新核的径迹，选项B正确；根据洛伦兹力提供向心力，由左手定则判断得知，新核要沿逆时针方向旋转，选项D错误。
答案：AB
15．(2020·四川南充高级中学高三模拟)一个静止的铀核U(质量为232.037
2
u)放出一个α粒子(质量为4.002
6
u)后衰变成钍核Th(质量为228.028
7
u)。已知1
u相当于931
MeV的能量。下列说法正确的是( )
A．该核衰变反应方程为U→Th＋He
B．该核衰变反应中释放出的核能为0.059
MeV
C．该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D．假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能约为0.017
MeV
解析：由题意可知，该核衰变反应方程为U→Th＋He，选项A正确；质量亏损Δm＝0.005
9
u，释放出的核能ΔE＝0.005
9×931
MeV≈5.49
MeV，选项B错误；由该核衰变反应过程中系统动量守恒，可知反应后的钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＝pα，又EkTh＝eq
\f(p,2mTh)，Ekα＝eq
\f(p,2mα)，EkTh＋Ekα＝ΔE，所以钍核获得的动能EkTh＝×ΔE＝×5.49
MeV≈0.09
MeV，选项C、D错误。
答案：A
16．(多选)如图所示，人工元素原子核
Nh开始静止在匀强磁场B1、B2的边界MN上，某时刻发生裂变生成一个氦原子核He和一个Rg原子核，裂变后的粒子速度方向均垂直于B1、B2的边界MN。氦原子核通过B1区域第一次经过MN边界时，距出发点的距离为l，Rg原子核第一次经过MN边界距出发点的距离也为l。则下列有关说法正确的是( )
A．两磁场的磁感应强度之比B1∶B2＝111∶141
B．两磁场的磁感应强度之比B1∶B2＝111∶2
C．氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为2∶141
D．氦原子核和Rg原子核各自旋转第一个半圆的时间比为111∶141
解析：原子核裂变的方程为
Nh→He＋Rg，由题意知带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，偏转半径为r＝，由题意可知二者偏转半径相等，由于原子核由静止裂变，动量守恒，即m1v1＝m2v2，所以有q1B1＝q2B2，易得＝＝，故A错误，B正确；又T＝，由前面可知，q1B1＝q2B2，所以＝，粒子在第一次经过MN边界时，运动了半个周期，所以＝＝，故C正确，D错误。
答案：BC
