2020届高考物理二轮复习 专题冲刺 专题复习篇九 光电效应 原子结构和原子核课件

要点提炼1.玻尔理论的基本内容能级假设：氢原子能级En＝E1n2(n＝1,2,3，…)，n为量子数。跃迁假设：hν＝Em－En(mn)。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)――→跃迁高能级(n大)―→吸收能量，hν＝En大－En小。(2)从高能级(n大)――→跃迁低能级(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－E1＝0－(－13.6eV)＝13.6eV。n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝0－(－3.4eV)＝3.4eV。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。4．光电效应两条对应关系(1)光越强(一定频率)→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。(2)光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。5．光电效应定量分析时应抓住三个关系式(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。6．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。7．核衰变问题(1)核衰变规律：N余＝N原·12tτ，m余＝m原·12tτ(t表示衰变时间，τ表示半衰期)，半衰期长短由核内部自身的因素决定，与原子所处的化学状态和外部条件无关；是对大量原子核的行为做出的统计规律，对少数原子核不适用。(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。8．核能的计算方法(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931.5MeV，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。高考考向命题角度1光电效应例1(2019·哈尔滨三中二模)(多选)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I­U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，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＝cν，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。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，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＝cν，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光电效应的四类图象分析备课记录：1．(2019·北京高考)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。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5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eVD．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大答案B解析光子的能量E＝hν，两组实验中入射光子的能量不同，故入射光的频率不同，A正确；由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验中金属板的逸出功W均为3.1eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B错误；由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV知，当hν＝5.0eV时，Ek＝1.9eV，C正确；相对光强越强，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，D正确。命题角度2氢原子能级跃迁例2(2019·河南省郑州市三模)如图所示为氢原子能级的示意图，下列有关说法正确的是()A．处于基态的氢原子吸收10.5eV的光子后能跃迁至n＝2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3种不同频率的光C．若用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定能发生光电效应D．用n＝4能级跃迁到n＝1能级辐射出的光，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为6.41eV解析处于基态的氢原子吸收10.2eV的光子后能跃迁至n＝2能级，不能吸收10.5eV的光子，A错误；大量处于n＝4能级的氢原子，最多可以辐射出C24＝6种不同频率的光，B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光的能量值大于从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光的能量值，用从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出的光，照射某金属时恰好发生光电效应，则用从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出的光，照射该金属时一定不能发生光电效应，C错误；处于n＝4能级的氢原子跃迁到n＝1能级产生的辐射光的光子能量为E＝E4－E1＝－0.85eV－(－13.6eV)＝12.75eV，根据光电效应方程，照射逸出功为6.34eV的金属铂产生的光电子的最大初动能为Ekm＝E－W＝12.75eV－6.34eV＝6.41eV，D正确。答案D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，最多可辐射出N＝C2n＝nn－12种不同频率的光。(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)种不同频率的光。(3)如果氢原子的跃迁是吸收实物粒子的动能发生的，只要其动能大于等于两能级间的能量差即可。(4)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。备课记录：2－1(2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～3.10eV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．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.51eV答案A解析可见光光子的能量范围为1.63eV～3.10eV，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10.20eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89eV，此值属于可见光光子的能量，符合题意。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－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，A正确。2－2(2019·湖北省武汉市检测)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En＝E1n2，其中n＝2,3，…。若氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为ν，能使氢原子从基态电离的光子的最小频率为()A.94νB．4νC.365νD．9ν解析由题意可知：E132－E122＝hν；能使氢原子从基态电离的光子的最小频率满足0－E1＝hν′，解得ν′＝365ν，故选C。答案C高考考向2衰变、核反应与核能的计算例3(2019·全国卷Ⅱ)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411H→42He＋201e＋2ν已知11H和42He的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u,1u＝931MeV/c2，c为光速。在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV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＝(4×1.0078－4.0026)×931MeV≈26.6MeV，C正确。答案C核能的理解与计算(1)比结合能越大，原子核结合得越牢固。(2)核能的计算方法①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931.5MeV，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，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。④根据平均结合能计算核能，原子核的结合能＝平均结合能×核子数。备课记录：3－1(2019·长春质量监测)(多选)2017年1月9日，大亚湾反应堆中微子实验工程获得国家自然科学一等奖。大多数原子核发生核反应的过程中都伴着中微子的产生，例如核裂变、核聚变、β衰变等。下列关于核反应的说法正确的是()A.23490Th衰变为22286Rn，经过3次α衰变，2次β衰变B.21H＋31H→42He＋10n是α衰变方程，23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰变方程C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变方程，也是氢弹的核反应方程D．高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为42He＋147N→178O＋11H答案AD解析23490Th衰变为22286Rn，由核反应中质量数守恒和电荷数守恒可知，该反应经过3次α衰变，2次β衰变，故A正确；21H＋31H→42He＋10n是核聚变方程，23490Th→23491Pa＋0－1e是β衰变方程，故B错误；23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变方程，不是氢弹的核反应方程，故C错误；高速运动的α粒子轰击氮核可从氮核中打出质子，其核反应方程为42He＋147N→178O＋11H，故D正确。3－2(2019·天津高考)(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，比核裂变更为安全、清洁，A正确；只有原子序数较小的“轻”核才能发生聚变，B错误；两个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，C错误，D正确。答案AD阅卷现场阅卷现场对结合能与比结合能理解不清楚出错例4(2017·江苏高考)(6分)(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()A.42He核的结合能约为14MeVB.42He核比63Li核更稳定C.两个21H核结合成42He核时释放能量D.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大正解本题考查原子核的相关知识。由图象可知，42He的比结合能约为7MeV，其结合能约为28MeV，故A错误。比结合能较大的核较稳定，故B正确。比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，故C正确。比结合能就是平均结合能，故由图可知D错误。答案BC(6分)错解42He的比结合能约为7MeV，下标是