2021届高考物理二轮专题复习讲义：专题五 近代物理初步

专题复习目标 学科核心素养 高考命题方向
1.原子及原子核的结构。 2．光电效应的规律和电路、能级和能级跃迁的规律。
3．原子核的衰变和人工转变以及核能的计算等知识。 物理观念：通过学习原子核、波粒二象性，促进学生形成物质观念。
科学态度与责任：所有的物理理论都必须接受实践的检验。 高考主要考查原子物理和能级跃迁；光电效应规律和电路；核反应和核能；物理学史和物理学思想方法等。题目比较简单，题型为选择题。
一、光电效应
1．光电效应的实验规律
(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。
(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于或等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。
2．光电效应的三个概念
(1)光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。
(2)饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。
(3)入射光强度：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。
3．光电效应方程
(1)光电子的最大初动能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。
(2)极限频率νc＝。
(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。
二、氢原子能级图
1．氢原子能级图如图所示。
2．一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数N＝C＝。
三、核反应和核能
1．原子核的衰变
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子
2H＋2n→He n→H＋e
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒
2.核能
(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。
(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。注意质量数与质量是两个不同的概念。
(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比。
3．质能方程的应用
(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。
(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量(单位u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。
热点一　光电效应现象
1．两条线索
2．两条对应关系
(1)光照强度大→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。
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1.28×10－19 J。已知普朗克常量为6.63×10－34 J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)
A．1×1014 Hz　　　　　　　 B．8×1014 Hz
C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz
[解析]　根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0＝h－hν0，代入数据解得ν0≈8×1014 Hz，B正确。
[答案]　B
如图所示，分别用频率为ν、2ν的光照射某光电管，对应的遏止电压之比为1∶3，普朗克常量用h表示，则(　　)
A．用频率为ν的光照射该光电管时有光电子逸出
B．该光电管的逸出功为hν
C．用频率为2ν的光照射时逸出光电子的初动能一定大
D．加正向电压时，用频率为2ν的光照射时饱和光电流一定大
[解析]　根据光电效应方程eUc1＝hν－W，eUc2＝2hν－W，＝，联立解得W＝hν，频率为ν的单色光光子能量h×ν[答案]　B
【拓展训练1】　(2020·湘赣皖长郡十五校6月联考)科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用，下列说法正确的是(　　)
A．爱因斯坦最先发现了光电效应现象，并提出光电效应方程，成功解释了此现象
B．光电效应现象揭示了光具有波粒二象性
C．光电效应中遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关
D．不同频率的光照射同一种金属时，若均能发生光电效应，光电子的最大初动能相等
解析：选C。光电效应是由赫兹首先发现的，故A错误；光电效应现象揭示了光具有粒子性，故B错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变，若频率低于遏止频率，则没有光电流产生，C正确；根据光电效应方程得Ekm＝hν－W0，则频率越高，光电子的最大初动能越大，故D错误。
【拓展训练2】　(2020·衡水中学9调)某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。下列说法正确的是(　　)
A．逸出功随入射光频率增大而减小
B．最大初动能Ekm与入射光强度成正比
C．最大初动能Ekm与入射光频率成正比
D．图中直线的斜率与普朗克常量有关
解析：选D。金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，A错误；光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关，B错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ekm＝hν－W0，可知最大初动能Ekm随入射光频率增大而增大，但不成正比，C错误；Ekm－ν图线的斜率与普朗克常量有关，D正确。
【拓展训练3】　(2020·石嘴山市4月模拟)研究光电效应的实验装置如图甲所示。某同学选用甲、乙两种单色光做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图乙所示。已知普朗克常量为h，电子的电荷量为e，下列说法正确的是　(　　)
A．由图乙可知，甲光光子频率等于乙光光子频率
B．由图乙可知，甲光的强度小于乙光的强度
C．甲、乙光分别照射阴极K时，光电子逸出时最大初动能不同
D．由图乙可知，甲光照射时光电子的最大初动能大于乙光照射时光电子的最大初动能
解析：选A。根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W，根据动能定理有－eUc＝0－Ekm，联立得eUc＝hν－W，由于遏止电压Uc相同，则两种光的频率相同，故A正确；光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判断甲光的强度较大，故B错误；根据动能定理有－eUc＝0－Ekm，即eUc＝Ekm，可知遏止电压相同，光电子的最大初动能相同，故C、D错误。
热点二　玻尔理论和能级跃迁
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。
3．一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用N＝C＝求解。
4．计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1 eV＝1.6×10－19 J。　
(2020·山西太原模拟)已知氢原子的能级公式En＝(E1＝－13.6 eV，n＝1，2，3，…)。大量处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时，发出的复色光通过玻璃三棱镜后分成 a、b、c、d、e、f 6束(含不可见光)，如图所示。据此可知，从n＝3能级向n＝1能级(基态)跃迁产生的那一束是(　　)
A．b　　　　　　　　　　 B．c
C．d D．e
[解析]　大量处于某激发态的氢原子向低能级跃迁时，发出的复色光通过玻璃三棱镜后分成6束，可知氢原子发生了从n＝4到基态的跃迁，其中从 n＝4 能级向 n＝1 能级(基态)跃迁产生的光的频率最大，从 n＝3 能级向 n＝1 能级(基态)跃迁产生的光的频率从高到低排列是第2位，因频率越大的光折射率越大，折射程度越大，可知该光对应着e光。
[答案]　D
【拓展训练4】　(2020·陕西渭南一轮检测)已知氢原子基态的能量为E1＝－13.6 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光子中，频率最大的光子能量为－0.937 5 E1，(激发态能量En＝，其中n＝2，3，…)则下列说法正确的是(　　)
A．这些氢原子中最高能级为5能级
B．这些氢原子中最高能级为6能级
C．这些光子可具有6种不同的频率
D．这些光子可具有4种不同的频率
解析：选C。氢原子基态的能量为－13.6 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光子中，频率最大的光子能量为－0.937 5E1，则有ΔE＝－0.937 5E1＝En－E1，解得En＝0.062 5E1＝－0.85 eV＝，即处在n＝4能级；根据C＝6，这些光子可具有6种不同的频率，故C正确，A、B、D错误。
【拓展训练5】　(多选)(2020·广州模拟)氢原子的部分能级如图所示，已知可见光的光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间。由此可推知(　　)
A．从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的频率高
B．从高能级向n＝2能级跃迁时发出的光均为可见光
C．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
D．大量的氢原子处于n＝4的激发态向低能级跃迁时，辐射出频率最小的光是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的
解析：选CD。从高能级向n＝3能级跃迁时辐射出的光子能量最大为1.51 eV，小于可见光的光子能量，则从高能级向n＝3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的频率低，故A错误；从高能级向n＝2能级跃迁时辐射的光子能量最大为3.40 eV，大于可见光的能量，故B错误；n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为10.2 eV，大于6.34 eV，则能发生光电效应，故C正确；大量的氢原子处于n＝4的激发态向低能级跃迁时，由于n＝4能级跃迁到n＝3能级的能级差最小，辐射出光子的能量最小，其频率也最小，故D正确。
【拓展训练6】　(2020·成都市第二次诊断)图为氢原子的能级示意图。处于n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，辐射出的光子再照射逸出功为2.29 eV的某金属板，下列说法正确的是(　　)
A．共有10种不同频率的光子辐射出来
B．共有6种不同频率的光子能使该金属板发生光电效应现象
C．入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大
D．从金属板中逸出的光电子就是α粒子
解析：选C。共有C＝6种不同频率的光子辐射出来，A错误；其中能级差大于2.29 eV的跃迁有4→1、3→1、2→1、4→2，即共有4种不同频率的光子能使该金属板发生光电效应现象，B错误；根据光电效应规律可知，入射光子的频率越高，逸出光电子的最大初动能越大，C正确；从金属板中逸出的光电子是e，不是α粒子，D错误。
热点三　核反应与核能的计算
1．衰变规律及实质
衰变类型 α衰变 β衰变
衰变方程 X→Y＋He X→　AZ＋1Y＋　0－1e
衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出 中子转化为质子和电子
2H＋2n→He n→H＋e
衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒
2.γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的。
3．半衰期的理解
(1)半衰期研究对象一定是大量的、具有统计意义的数量；
(2)半衰期永远不变；
(3)半衰期的公式N余＝N原，m余＝m原。
(2020·四川成都教学质量监测)核电池可通过半导体换能器，将放射性同位素Pu衰变过程释放的能量转变为电能。一静止的Pu衰变为铀核U和新粒子，并释放出γ粒子。已知Pu、U的质量分别为mPu、mU，下列说法正确的是(　　)
A．Pu的衰变方程为Pu→U＋2H＋γ
B．核反应过程中的质量亏损为Δm＝mPu－mU
C．核反应过程中的释放的核能为ΔE＝c2
D．释放的核能转变为U动能、新粒子动能和γ光子能量
[解析]　根据质量数守恒与电荷数守恒可知，Pu的衰变方程为Pu→U＋He＋γ，故A错误；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，则为Δm＝mPu－mU－mα，故B错误；根据质能方程可知，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(mPu－mU－mα)c2，释放的核能转变为U动能、新粒子(α粒子)动能和γ光子能量，故C错误，D正确。
[答案]　D
有四个核反应方程如下：
①U＋n→Sr＋Xe＋3X1　②H＋X2→He＋n
③U→Th＋X3　④Mg＋He→Al＋X4
下列说法正确的是(　　)
A．①是核聚变　　　　　 B．X2为H
C．③是核裂变 D．X4为中子
[解析]　根据质量数与质子数守恒可知X1的质量数为＝1，而质子数为＝0，所以X1是n，①是核裂变反应，故A错误；根据质量数与质子数守恒可知X2的质量数为3＋1－2＝2，而质子数为2－1＝1，所以X2是H，故B正确；根据质量数与质子数守恒可知X3的质量数为238－234＝4，而质子数为92－90＝2，所以X3是He，③是α衰变，故C错误；根据质量数与质子数守恒可知X4的质量数为24＋4－27＝1，而质子数为12＋2－13＝1，所以X4是H，故D错误。
[答案]　B
【拓展训练7】　(2020·山西太原模拟)2019年是世界上首次实现元素人工转变100周年。1919年，卢瑟福用氦核轰击氮原子核，发现产生了另一种元素，该核反应方程可写为 He＋N→X＋Y。以下判断正确的是　(　　)
A．m＝16，n＝1　　　　　 B．m＝17，n＝1
C．m＝16，n＝0 D．m＝17，n＝0
解析：选B。由质量数和电荷数守恒可得4＋14＝m＋1，2＋7＝8＋n，解得m＝17，n ＝1，故B正确，A、C、D错误。
【拓展训练8】　(2020·厦门期末)家庭装修中释放的甲醛和射线是白血病的重要诱因。射线的来源往往是不合格的瓷砖、洁具，瓷砖、洁具释放的氡气(Rn)具有放射性，氡222衰变为钋218(Po)的半衰期为3.8天，则氡222衰变释放出的粒子和密闭房间中氡气浓度减少87.5%需要的时间分别为(　　)
A．电子，11.4天 B．质子，7.6天
C．中子，19天 D．α粒子，11.4天
解析：选D。氡222衰变为钋218的过程，质量数减少4，质子数减少2，可判断发生了α衰变，放出的粒子为α粒子；根据半衰期公式方程N余＝N0，氡气浓度减少87.5%时有＝12.5%，解得t＝3τ＝11.4天，故A、B、C错误，D正确。
【拓展训练9】　(2020·大连第一次模拟)2019年1月3日，“玉兔二号”月球车与“嫦娥四号”着陆器分离，实现月球背面着陆。“玉兔二号”搭载了一块核电池，利用Pu衰变为U 释放能量，可在月夜期间提供一定的电能。已知Pu的质量为mPu，U的质量为mU，真空中的光速为c，下列说法正确的是(　　)
A．Pu发生β衰变后产生的新核为U
B．Pu衰变为U，中子数减少2
C．温度升高时，Pu的衰变会加快
D．Pu衰变为U释放的能量为(mPu－mU)c2
解析：选B。Pu衰变为U，根据质量数守恒与电荷数守恒可知衰变方程为Pu→U＋He，则发生的是α衰变，其质量数减少4，核电荷数减少2，故中子数减少2，故A错误，B正确；半衰期与外界因素无关，即温度升高时，Pu的衰变快慢不变，故C错误；核反应过程中的质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，核反应的过程中释放的能量E＝(mPu－mU－mα)c2，故D错误。
(建议用时：30分钟)
1．(2020·厦门期末)一个中子与原子核A发生核反应，生成一个氘核，核反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能和原子核A分别为(　　)
A．Q，e　　　　　　　　 B．，H
C．Q，H D．，e
解析：选B。写出核反应方程式n＋A→H，根据质量数和电荷数守恒可以求出Z＝1，a＝1，说明原子核A是H，两个核子反应结合成氘核放出的能量为Q，比结合能指的是平均一个核子释放的能量，即为，故B正确，A、C、D错误。
2．(多选)(2020·湖南永州一模)在医学上，常用钴60产生的γ射线对患有恶性肿瘤的病人进行治疗。钴60的衰变方程为Co→Ni＋X，下列说法正确的是(　　)
A．钴60发生的是β衰变，X是电子
B．γ射线比β射线的穿透能力强
C．X粒子是钴60原子核的组成部分
D．该衰变过程释放的核能全部转化为γ射线的能量
解析：选AB。由核反应的质量数和电荷数守恒可知，X的质量数为0，电荷数为－1，则钴60发生的是β衰变，X是电子，A正确；γ射线比β射线的穿透能力强，B正确；X粒子是电子，不是钴60原子核的组成部分，C错误；该衰变过程释放的核能一部分转化为新核的动能，一部分转化为γ射线的能量，D错误。
3．(2020·东丽区等级考试模拟)居室装修中常用的大理石等天然石材，若含有铀、钍等元素就会释放出放射性气体氡。氡会经呼吸进入人体并停留在体内发生衰变，放射出α、β、γ射线。这些射线会导致细胞发生变异，引起疾病。下列相关说法正确的是(　　)
A．铀U衰变为镭Rn要经过4次α衰变和4次β衰变
B．放射性元素发生衰变时放出的α射线具有波粒二象性
C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的质子衰变为中子时产生的
D．处于激发态的氧原子发出的某一单色光照射到某金属表面能发生光电效应，若这束光通过玻璃砖折射后，再射到此金属表面，将不会再产生光电效应
解析：选B。铀U衰变为镭Rn，质量数减小16，而质子数减小6，经过一次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而一次β衰变质量数不变，质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，故A错误；放射性元素发生衰变时放出的α射线，属于实物粒子，也具有波粒二象性，故B正确；β衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的，故C错误；发出的某一单色光照射到某金属表面能发生光电效应，若这束光通过玻璃砖折射后，虽光速变化了，但其频率不变，再射到此金属表面，仍然会再产生光电效应，故D错误。
4．(2020·济南模拟)静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是(　　)
A．C→He＋Be B．C→e＋B
C．C→ e＋N D．C→H＋B
解析：选A。由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子的受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，由题图中数据可知：v1t＝a，t2＝2a且v2t＝b，t2＝4b，又反应前后动量守恒，有m1v1＝m2v2，解得q1∶q2＝1∶2。故只有A正确。
5．(2020·陕西西安模拟)Th具有放射性，发生一次β衰变成为新原子核X的同时放出能量，下列说法正确的是　(　　)
A．Th核能放射出β粒子，说明其原子核内有β粒子
B．新核X的中子数为143
C．Th核的质量等于新核X与β粒子的质量之和
D．让Th同其他的稳定元素结合成化合物，其半衰期将增大
解析：选B。放射出β粒子，是由于原子核内发生β衰变，其中的中子转化为电子放出的，故A错误；根据质量数和电荷数守恒得新核的质子数为91，质量数为234，则中子数为234－91＝143，故B正确；发生β衰变时会放出能量，由爱因斯坦质能方程可知，反应前后质量不相等，故C错误；元素原子核的半衰期由元素本身决定，与元素所处的物理和化学状态无关，故D错误。
6．秦山核电站是我国第一座核电站，其三期工程采用重水反应堆技术，利用中子n与静止氘核H的多次碰撞，使中子减速。已知中子某次碰撞前的动能为E，碰撞可视为弹性正碰。经过该次碰撞后，中子损失的动能为(　　)
A．E B．E
C．E D．E
解析：选B。设中子的质量为m，氘核的质量为2m，弹性正碰的过程满足动量守恒和能量守恒。mv＝mv1＋2mv2，mv2＝mv＋×2mv，由以上两式解得v1＝－v，由已知可得E＝mv2，中子损失的动能ΔE＝mv2－mv＝mv2－m＝×mv2＝E，故B正确，A、C、D错误。
7．(2020·蚌埠市第二次质检)氢原子能级示意图如图所示。光子能量为12.75 eV的一束光照射处于基态的大量氢原子，大量氢原子将发生能级跃迁，发出的光可能有几种频率(　　)
A．3种 B．4种
C．5种 D．6种
解析：选D。根据玻尔理论，可知当光子能量为12.75 eV时，由于－13.6 eV＋12.75 eV＝－0.85 eV，可知氢原子到达的最大能级为第4能级，结合数学公式C＝6得出发出的光可能有6种频率，故D正确，A、B、C错误。
8．(2020·江西省重点中学盟校第一次联考)氢原子的能级分布图如图所示，一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可辐射不同频率的光子，将辐射出的光子照射到逸出功为3.20 eV某金属表面，下列说法正确的是(　　)
A．可辐射4种不同频率的光子
B．氢原子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，辐射的光子频率最大
C．辐射出的所有光子照射到该金属表面，均能发生光电效应
D．从该金属表面逸出的光电子的最大初动能的最大值为9.86 eV
解析：选D。根据C＝10，可知一群处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出10种不同频率的光，故A错误；由题图可知，氢原子从n＝5能级跃迁到n＝4能级，能级差最小，所以释放的能量最小，故辐射的光子频率最小，故B错误； 根据能级差公式hν＝Em－En，可知从n＝5跃迁到n＝4辐射的光子能量为0.31 eV，n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.66 eV，n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量为1.89 eV，n＝5跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.97 eV等等，由此分析可知，当能级间发生跃迁辐射的能量小于逸出功3.20 eV时，这些辐射出来的光子照射到该金属表面，不能发生光电效应，故C错误；当氢原子从n＝5能级跃迁到n＝1能级时，能级差最大，根据能级差公式hν＝E5－E1＝13.06 eV，根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm＝hν－W0，解得Ekm＝9.86 eV，故D正确。
9．(2020·渭南市教学质量检测)金属钠的逸出功为2.49 eV，氢原子的能级分布如图所示，一群氢原子处于n＝4 的激发态，当它们向较低的能级跃迁时发出的光照射金属钠，能使金属钠逸出光电子的光子频率有(　　)
A．1种 B．2种
C．3种 D．4种
解析：选D。根据数学组合公式C＝6，可知，这群处于n＝4激发态的氢原子共能辐射出6种不同频率的光，由图可知，从n＝4到n＝3跃迁时放出的能量为0.66 eV，小于金属钠的逸出功，不能使金属钠逸出光电子，同理从n＝3到n＝2跃迁时放出的能量为1.89 eV，小于金属钠的逸出功，不能使金属钠逸出光电子，所以能使金属钠逸出光电子的光子频率有4种，故D正确。
10．(2020·深圳市第二次统测)我国新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”(又被称为“人造太阳”)将在2020年投入运行。其所发生的可控核聚变方程是H＋H→He＋X，已知H、H、He和X的质量分别为m1、m2、m3和m4，真空中的光速为c。下列说法正确的是　(　　)
A．X是质子
B．大亚湾核电站利用核聚变发电
C．该核反应所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2
D．H和H的比结合能之和大于He的比结合能
解析：选C。由质量数守恒和电荷数守恒，写出核反应方程为H＋H→He＋n，则X为中子，故A错误；大亚湾核电站利用核裂变发电，故B错误；由爱因斯坦质能方程可知，该核反应所释放的核能为ΔE＝(m1＋m2－m4－m3)c2，故C正确；比结合能大的原子核稳定，一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时，同时释放能量，则He更稳定，比结合能大，由于核子数守恒，则反应后He的比结合能大于反应前H和H的比结合能之和，故D错误。
11．(2020·青岛市上学期期末)氢原子能级图如图所示，金属钾的逸出功为2.25 eV，则下面有关说法正确的是　(　　)
A．处于基态的氢原子能吸收13.0 eV的光子后跃迁至n＝3能级
B．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可辐射出5种不同频率的光
C．用处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁所辐射出的各种色光照射金属钾，都能发生光电效应
D．用大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁所辐射出的光照射金属钾，所产生光电子的最大初动能为10.5 eV
解析：选D。用能量为13.0 eV的光子照射，基态的氢原子若吸收13.0 eV 的能量，则能量值为－0.6 eV，氢原子没有该能级。所以不能使处于基态的氢原子跃迁，故A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出6种不同频率的光，故B错误；现有一群处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，根据n＝3，知该群氢原子可能辐射3种不同频率的光子，但是从n＝3能级跃迁到n＝2能级的光子能量小于2 eV，所以能使该金属发生光电效应的频率共有2种，故C错误；n＝4能级的氢原子跃迁到基态时，释放光子的能量E＝E4－E1＝12.75 eV，再根据光电效应方程式得光电子的最大初动能为Ek＝E－W0＝12.75 eV－2.25 eV＝10.5 eV，故D正确。
12．(2020·泸州市二诊)光电效应实验装置图如图所示。实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计有示数；而用b光照射光电管时，灵敏电流计没有示数，则下列说法正确的是(　　)
A．a光频率大于b光频率
B．若增加b光的照射时间，灵敏电流计将会有示数
C．若增大b光的光照强度，灵敏电流计将会有示数
D．用b光照射时，适当增大电源的电压，灵敏电流计将会有示数
解析：选A。实验中用a光照射光电管时，灵敏电流计有示数，说明能够发生光电效应；而用b光照射光电管时，灵敏电流计没有示数，说明不能发生光电效应，可知a光频率大于b光频率，A正确；根据光电效应的规律可知，若增加b光的照射时间以及增大b光的光照强度，都不能发生光电效应，则灵敏电流计都不会有示数，B、C错误；用b光照射时不能发生光电效应，即使适当增大电源的电压，也不会发生光电效应，灵敏电流计也不会有示数，D错误。
13．(2020·合肥市第二次教学质检)某实验小组用同一光电管完成了光电效应实验，得到了光电流与对应电压之间的关系图象甲、乙、丙，如图所示。则下列说法正确的是(　　)
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．甲光的光照强度大于丙光的光照强度
D．甲光和丙光产生的光电子的最大初动能不相等
解析：选C。根据eUc＝Ek＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大。甲光的遏止电压小于乙光的遏止电压，所以甲光的频率小于乙光的频率，故A错误；丙光的遏止电压小于乙光的遏止电压，所以丙光的频率小于乙光的频率，则乙光的波长小于丙光的波长，故B错误；由于甲光的饱和光电流大于丙光的饱和光电流，两光频率相等，所以甲光的强度高于丙光的强度，故C正确；甲光的遏止电压等于丙光的遏止电压，由Ekm＝eU遏可知，甲光对应的光电子最大初动能等于丙光的光电子最大初动能，故D错误。
14．(2020·蚌埠市第三次教学质检)频率为ν的入射光照射某金属时发生光电效应现象。已知该金属的逸出功为W，普朗克常量为h，电子电荷量大小为e，下列说法正确的是(　　)
A．该金属的截止频率为
B．该金属的遏止电压为
C．增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数目不变
D．增大入射光的频率，光电子的最大初动能不变
解析：选B。金属的逸出功大小和截止频率都取决于金属材料本身，用光照射某种金属，要想发生光电效应，要求入射光的频率大于金属的截止频率，入射光的能量为hν，只有满足hν>W，才能发生光电效应，所以金属的逸出功为W＝hν0，即金属的截止频率为ν0＝，A错误；使光电流减小到0的反向电压称为遏止电压，为Uc＝，再根据爱因斯坦的光电效应方程，可得光电子的最大初动能为Ek＝hν－W，所以该金属的遏止电压为Uc＝，B正确；增大入射光的强度，发生了光电效应后，单位时间内发射的光电子数目将增大，C错误；由爱因斯坦的光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，D错误。
15．(2020·广州、深圳市学调联盟第二次调研)某同学釆用如图所示的装置来研究光电效应现象。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， 直至电流计中电流恰为零，此时电压表显示的电压值U称为遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测量到的反向截止电压分别为U1和U2。设电子质量为m，电荷量为e，则下列关系式不正确的是(　　)
A．频率为ν1的单色光照射阴极K时，光电子的最大初速度v1m＝
B．阴极K金属的极限频率ν0＝
C．普朗克常量h＝
D．阴极K金属的逸出功W＝
解析：选C。光电子在电场中做减速运动，根据动能定理得－eU1＝0－mv，则得光电子的最大初速度v1m＝，故A不符合题意；根据爱因斯坦光电效应方程得hν1＝eU1＋W，hν2＝eU2＋W，联立可得普朗克常量为h＝，代入可得阴极K金属的逸出功W＝hν1－eU1＝，阴极K金属的极限频率为ν0＝＝＝，故C符合题意，B、D不符合题意。