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专题十一专题十一波粒二象性波粒二象性 原子结构原子结构与原子核与原子核-2-高考命题高考命题规律规律-3-波粒二象性波粒二象性光光电效效应命题角度1光电效应的理解高考真题体验对方向1.(2018全国17)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1.2810-19 J,已知普朗克常量为6.6310-34 Js,真空中的光速为3.00108 ms-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A.11014 HzB.81014 HzC.21015 HzD.81015 Hz答案:B解析:对逸出电子,根据光电方程有,h=Ek+W,=,W=h0,其中,Ek=1.2810-19 J,=300 nm=310-7 m,得081014 Hz,选项B正确.-4-2.(多选)(2017全国19)在光电效应实验中,分别用频率为a、b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ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb答案:BC解析:根据光电效应方程Ek=h-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=h-W,A错,B、C正确;若ab,则一定有ha-Eka=hb-Ekb=W,D错.-5-光电效应问题的研究思路(1)(2)两条对应关系:光强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-6-典题演练提能刷高分1.(2019辽宁大连二模)用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面,均发生了光电效应.下列说法正确的是()A.蓝光照射金属时,逸出的光电子最大初动能更大B.蓝光照射金属时,单位时间内逸出的光电子数更多C.增加光照强度,逸出的光电子最大初动能增大D.如果换用红光照射,一定能使该金属发生光电效应答案:A解析:因为蓝光频率更高,根据爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0,知蓝光照射时光电子最大初动能更大,A正确;单位时间逸出的光电子数与光照强度有关,由于不知道光照强度,所以无法确定光电子数,B错误;根据:Ek=h-W0,可知最大初动能与光照强度无关,C错误;因为红光的频率比绿光的还小,无法确定是否会发生光电效应,D错误.-7-2.(2019北京东城二模)研究光电效应的实验规律的电路如图所示,加正向电压时,图中光电管的A极接电源正极,K极接电源负极时,加反向电压时,反之.当有光照射K极时,下列说法正确的是()A.K极中有无光电子射出与入射光频率无关B.光电子的最大初动能与入射光频率有关C.只有光电管加正向电压时,才会有光电流D.光电管加正向电压越大,光电流强度一定越大答案:B-8-解析:K极中有无光电子射出与入射光频率有关,只有当入射光的频率大于K极金属的极限频率时才有光电子射出,选项A错误;根据光电效应的规律,光电子的最大初动能与入射光频率有关,选项B正确;光电管加反向电压时,只要反向电压小于遏止电压,就会有光电流产生,选项C错误;在未达到饱和光电流之前,光电管加正向电压越大,光电流强度一定越大,达到饱和光电流后,光电流的大小与正向电压无关,选项D错误.-9-3.图甲所示为氢原子能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光,其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,则()A.改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光,一定能使阴极K发生光电效应B.改用从n=3能级向n=1能级跃迁时辐射的光,不能使阴极K发生光电效应C.改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射的光照射,逸出光电子的最大初动能不变D.入射光的强度增大,逸出光电子的最大初动能也增大-10-答案:A解析:在跃迁的过程中释放或吸收的光子能量等于两能级间的能级差,E42=-0.85 eV-(-3.40)eV=2.55 eV=h,此种光的频率大于金属的极限频率,故发生了光电效应.E41=-0.85 eV-(-13.6)eV=12.75 eVE42,光的频率一定大于金属的极限频率,故一定发生了光电效应,则A正确.E31=-1.51 eV-(-13.6)eV=12.09 eVE41,也能让金属发生光电效应,则B错误;由光电效应方程Ekm=h-W0,入射光的频率变大,飞出的光电子的最大初动能也变大,故C错误;由Ekm=h-W0知光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功决定,而与入射光的光强无关,则D错误.故选A.-11-4.(多选)2017年度中国10项重大科学进展中,位列榜首的是实现千公里级量子纠缠和密钥分发,创新性地突破了多项国际领先的关键技术.下列与量子理论有关的说法正确的是()A.德布罗意首先提出了量子理论B.玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论C.爱因斯坦认为光子能量是量子化的,光子能量E=hD.根据量子理论,增大光的照射强度光电子的最大初动能增加答案:BC解析:普朗克首先提出了量子理论,选项A错误;玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论,成功揭示了氢原子光谱,选项B正确;爱因斯坦认为光子能量是量子化的,光子能量E=h,选项C正确;根据爱因斯坦光电效应理论,增大光的频率光电子的最大初动能增加,选项D错误.故选BC.-12-命题角度2(储备)光电效应方程和光电效应图象【典题】如图甲所示为研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验电路,阴极K受到光照时可以发射光电子,电源正负极可以对调.实验中得到如图乙所示的实验规律,下列表述错误的是()-13-A.在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,光电流趋于一个饱和值B.在光的频率不变的情况下,入射光越强饱和电流越大C.一定频率的光照射光电管,不论光的强弱如何,遏止电压不变D.蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压是因为蓝光强度大于黄光强度-14-答案:D解析:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,则从K极发射出的电子射到阳极的电子越来越多,则光电流趋于一个饱和值,选项A正确;在光的频率不变的情况下,入射光越强,则单位时间射出的光电子数越多,则饱和电流越大,选项B正确;一定频率的光照射光电管,不论光的强弱如何,根据光电效应的规律可知射出的光电子的最大初动能不变,则遏止电压不变,选项C正确;因为蓝光的频率大于黄光的频率,逸出的光电子最大初动能蓝光的大于黄光的,则蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压,故选项D错误.故选D.-15-1.明确三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0.(2)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.(3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与极限频率c的关系是W0=hc-16-2.分清四类图象-17-18-典题演练提能刷高分1.(多选)如图甲所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率变化的函数关系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是()-19-A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的Uc-图象的斜率可能不同-20-答案:ABC解析:根据光电效应方程Ekm=h-W0和eUc=Ekm得出,相同频率,不同逸出功,则遏止电压不同,A正确;根据光电效应方程Ekm=h-W0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,B正确;虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数-21-2.(2019云南二模)某金属发生光电效应,光电子的最大初动能Ek与入射光频率之间的关系如图所示.已知h为普朗克常量,e为电子电荷量的绝对值,结合图象所给信息,下列说法正确的是()A.入射光的频率小于0也可能发生光电效应现象B.该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大C.若用频率是20的光照射该金属,则遏止电压为D.遏止电压与入射光的频率无关-22-答案:C解析:由图象可知金属的极限频率为0,入射光的频率必须要大于0才能发生光电效应现象,选项A错误;金属的逸出功与入射光的频率无关,选项B错误;若用频率是20的光照射该金属,则光电子的最大初动能为Ekm=2h0-h0=h0=Ue,则遏止电压为U=,选项C正确;遏止电压与入射光的频率有关,入射光的频率越大,则最大初动能越大,遏制电压越大,选项D错误.-23-3.如图所示,为研究光电效应的装置和图象.下列关于甲、乙、丙各图的描述,正确的是()甲 乙 丙-24-A.甲图中,弧光灯照射锌板,验电器的锡箔张开,说明锌板带负电B.乙图中,可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关C.丙图中,强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点,说明光电子最大初动能与光的强度无关D.丙图中,黄光和紫光曲线交于U轴不同点,说明不同金属发生光电效应的极限频率不同答案:C解析:甲图中,弧光灯照射锌板,会有光电子从锌板中飞出,验电器的锡箔张开,锌板带正电,选项A错误;乙图中,光电管两端加的是反向电压,所以不可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关,选项B错误;丙图中,强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点,说明光电子最大初动能与光的强度无关,选项C正确;丙图中,黄光和紫光曲线交于U轴不同点,说明用不同频率的光照射相同的金属产生光电子的最大初动能不同,选项D错误.故选C.-25-原子结构命题角度 原子结构高考真题体验对方向(2019全国14)氢原子能级示意图如图所示.光子能量在1.63 eV3.10 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 eVB.10.20 eVC.1.89 eVD.1.51 eV-26-答案:A解析:氢原子从能级2向能级1跃迁时,辐射的光子能量为10.2 eV,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1.89 eV,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12.09 eV,A正确,B、C、D错误.-27-处理原子跃迁问题的五点技巧(1)若是在光子的激发下引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差:原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足h=E末-E初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级E末跃迁,而当光子能量h大于或小于(E末-E初)时都不能被原子吸收.(2)若是在电子的碰撞下引起的跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差:原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发.由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁.-28-(3)注意:当光子能量大于或等于13.6 eV时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离;当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV,氢原子电离后,电子具有一定的初动能.(4)一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类(5)取无穷远处为零电势参考面,故各能级的能量值均为负值.-29-典题演练提能刷高分1.许多科学家为物理学的进步做出重大贡献.下列说法符合事实的是()A.卢瑟福粒子散射实验中,粒子与金原子核多次碰撞导致大角度偏转B.根据玻尔理论,原子从激发态向基态跃迁时将释放出核能C.布拉凯特利用云室照片发现,粒子击中氮原子形成复核,复核不稳定,会放出一个质子D.爱因斯坦的光子说认为,只要增加光照时间,使电子多吸收几个光子,所有电子最终都能跃出金属表面成为光电子-30-答案:C解析:发生粒子散射现象,主要是由于粒子和原子核发生碰撞的结果,产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子,故A错误;根据玻尔理论,原子从激发态向基态跃迁时将释放不同频率的光子,辐射能量,选项B错误;布拉凯特利用云室照片发现,粒子击中氮原子形成复核,复核不稳定,会放出一个质子,变成氧核,选项C正确;爱因斯坦的光子说认为,只要增加光的频率才能使电子跃出金属表面;不增大频率,即使增加光照时间,也不能使电子跃出金属表面成为光电子,选项D错误.故选C.-31-2.(2019天津南开二模)已知氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知()A.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率低B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,只能发出2种不同频率的光子C.氦离子(He+)处于n=1能级时,能吸收45 eV的能量跃迁到n=2能级D.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级,需要吸收能量-32-答案:A解析:氦离子的跃迁过程类似于氢原子,从高能级到低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量,而从低能级态向高能级跃迁的过程中吸收能量,且吸收的能量满足能级的差值,即E=EM-EN,故CD错;大量的氦离子从高能级向低能级跃迁的过程中,辐射的光子种类满足组合规律即 ,故B错.-33-3.(2019山东聊城二模)氢原子的能级图如图所示,下列说法正确的是()A.氢原子从低能级向高能级跃迁时静电力做正功B.处于n=2能级的氢原子可以吸收能量为2 eV的光子C.一个氢原子从n=4能级向基态跃迁时,可发出6种不同频率的光子D.处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14 eV的光子-34-答案:D解析:氢原子从低能级向高能级跃迁时,电子绕核运动的半径增大,库仑引力(静电力)做负功.故A项错误;据图知E2=-3.4 eV,E2+2 eV=-3.4 eV+2 eV=-1.4 eV;由图知,氢原子没有能量等于-1.4 eV的能级;跃迁时,氢原子吸收光子的能量需等于两个能级的能量差;所以处于n=2能级的氢原子不可以吸收能量为2 eV的光子.故B项错误;一群氢原子从n=4能级向基态跃迁时,可发出光子的种数为 =6;一个氢原子从n=4能级向基态跃迁时,最多可发出3种不同频率的光子.故C项错误;据图知E1=-13.6 eV,E1+14 eV=-13.6 eV+14 eV=0.4 eV0;处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14 eV的光子,从而使氢原子发生电离.故D项正确.-35-4.(多选)已知氢原子的基态能量为E1,n=2、3能级所对应的能量分别为E2和E3,大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,依据玻尔理论,下列说法正确的是()B.当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,对应的电子的轨道半径变小,能量也变小C.若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3-E2D.若要使处于能级n=3的氢原子电离,可以采用两种方法:一是用能量为-E3的电子撞击氢原子,二是用能量为-E3的光子照射氢原子-36-答案:BC解析:大量处于能级n=3的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子,产生光子的最大频率为 ;当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,能量减小,电子离原子核更近,电子轨道半径变小;若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,由光电效应方程可知,该金属的逸出功恰好等于E2-E1,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照射该金属时,逸出光电子的最大初动能为E3-E1-(E2-E1)=E3-E2;电子是有质量的,撞击氢原子时发生弹性碰撞,由于电子和氢原子质量不同,故电子不能把-E3的能量完全传递给氢原子,因此不能使氢原子电离,而光子的能量可以完全被氢原子吸收.综上所述,B、C正确.-37-5.在氢原子光谱中,原子从较高能级跃迁到n=3能级发出的谱线属于帕邢系.若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于帕邢系,则这群氢原子自发跃迁时最多发出不同频率的谱线的条数为()A.3B.6C.10 D.15答案:C解析:氢原子光谱中只有两条帕邢系,即是从n=5、n=4轨道跃迁到n=3轨道,故原子的较高能级应该是在n=5的能级上.然后从n=5向n=4,n=3,n=2,n=1跃迁,从n=4向n=3,n=2,n=1,从n=3向n=2,n=1,从n=2向n=1跃迁,故这群氢原子自发跃迁时最多能发出 =10条不同频率的谱线.故选C.-38-6.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656 nm,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656 nmB.当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时,辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV的钾发生光电效应C.一个处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线D.用能量为1.0 eV的光子照射处于n=4能级上的氢原子,可以使氢原子电离-39-答案:D解析:氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的能量大于氢原子从n=3跃迁到n=2能级时辐射光的能量,根据E=可知,辐射光的波长一定小于656 nm.故A错误;从n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为2.55 eV,大于金属的逸出功,能使钾发生光电效应,故B错误;一个处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线,故C错误;当处于n=4的氢原子吸收的能量大于或等于0.85 eV时,将会被电离,故D正确.故选D.-40-原子核及核能原子核及核能 命题角度 原子核核反应方程高考真题体验对方向1.(2019全国15)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A.8 MeVB.16 MeVC.26 MeVD.52 MeV-41-答案:C解析: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E=mc2,而m=4mp-m=41.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u,又因1 u=931 MeV/c2,所以E=0.028 6931 MeV=26.626 6 MeV,C正确,A、B、D错误.-42-2.(2018全国14)1934年,约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝核数和质量数分别为()A.15和28B.15和30C.16和30D.17和31答案:B解析:已知粒子的质量数是4,核电荷数为2,中子的质量数为1,不可知X的核电荷数即原子序数为15,根据质量数守恒,可知X的质量数为30,选项B正确.-43-3.(2017全国17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应 1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7 MeVB.3.3 MeVC.2.7 MeVD.0.93 MeV答案:B3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由E=mc2得,E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,故选B.-44-4.(2017全国15)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变 A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量-45-答案:B解析:静止的铀核发生衰变,衰变过程中动量守恒,所以衰变后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,并不是放出一个粒子所经历的时间,故选项C错误;铀核发生衰变过程中有质量亏损,衰变后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.-46-1.核反应的规律要记住(1)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,而不能用等号连接.(2)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杜撰出生成物来写核反应方程.(3)核反应过程中遵守质量数和电荷数守恒.核反应过程遵循质量数守恒而不是质量守恒,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.(4)无论哪种核反应方程,都必须遵循质量数、电荷数守恒.-47-(5)衰变的生成物是两种电荷数不同的“带电粒子”,反应前后系统动量守恒,因此反应后的两产物向相反方向运动,在匀强磁场中,受洛伦兹力作用各自做匀速圆周运动,且两轨迹圆相外切,应用洛伦兹力计算公式和向心力公式即可求解运动周期,根据电流的定义式可求解电流大小.2.核能的计算方法利用爱因斯坦的质能方程计算核能:利用爱因斯坦的质能方程计算核能,关键是求出质量亏损,而求质量亏损主要是利用其核反应方程式,再利用质量与能量相当的关系求出核能.利用阿伏加德罗常数计算核能:求宏观物体原子核发生核反应过程中所释放的核能,一般利用核反应方程及其比例关系和阿伏加德罗常数.由动量守恒和能量守恒计算核能:由动量守恒定律和能量守恒定律来求.-48-典题演练提能刷高分1.在能源需求剧增的现代社会,核能作为一种新能源被各国竞相开发利用,核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,钚的一种-49-答案:C解析:根据电荷数守恒和质量数守恒得,X的电荷数为92,质量数为235,则中子数为235-92=143,A错误;衰变发出的射线是频率很大根据质能方程知,有能量放出,衰变过程总质量减少,D错误.-50-51-答案:C解析:在常温下不能发生聚变,只有在高温下才能发生聚变,故A错误;根据质量数守恒和电荷数守恒得到,x的质量数为1,电荷数为0,则x是中子,故B错误;该方程的质量亏损为m=m1+m2-m3-m4,E=mc2=(m1+m2-m3-m4)c2,故C正确;我国现阶段的核电站都是利用重核的裂变释放的能量来发电的,故D错误.-52-3.(2019江西南昌二模)太阳因核聚变释放出巨大的能量,其质量不断减少.太阳光从太阳射到月球表面的时间约500 s,月球表面每平方米每秒钟接收到太阳辐射的能量约为1.4103 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近()A.4109 kgB.41012 kgC.41018 kgD.41024 kg答案:A解析:由题可知,太阳每秒钟辐射的能量为:E=4r21.4103 J,其中r=5003108 m,由爱因斯坦质能方程可知,m=,代入解得:m4.4109 kg,故A正确.-53-4.(多选)原子核的比结合能随质量数的变化图象如图所示,根据该曲线,下列判断正确的是()A.中等质量核的比结合能大,这些核较稳定-54-答案:AC解析:由图可知,中等质量的原子核的比结合能最大,所以中等质量的-55-5.下列说法中正确的是()A.结合能越大的原子不一定越稳定B.处于n=3能级的一个氢原子向低能级跃迁,可放出3种色光C.不同金属发生光电效应的入射光的最低频率是相同的答案:A解析:比结合能的大小反映原子核的稳定程度,比结合能越大,原子中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故结合能越大的原子不一定越稳定,故A正确;一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多可放出2种频率不同的光,故B错误;每种金属都有自己的极限频率,-56-6.下列说法正确的是()A.放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度有关B.、三种射线中,射线的电离能力最强D.聚变是裂变的逆反应答案:C解析:放射性元素的半衰期与元素所处环境的温度无关,故A项错误;、三种射线中,射线的电离能力最强,射线的穿透能力最强.故B项错误;卢瑟福通过实验发现质子的核反应方程是核反应是核聚变;重核分裂成中等质量核的核反应是核裂变,聚变与裂变是不可逆的.故D项错误.
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