【精编版】2020版高考物理新课标大二轮专题辅导与增分攻略课件：1-6专题六光电效应原子结构和原子核

迁移一 几种常见的核反应 1．(2019·兰州高三诊断)下列核反应方程中，属于原子核的 人工转变的是( D ) A.164C→174N＋－01e B.23952U＋01n→13593I＋9359Y＋201n C.21H＋31H→24He＋01n D.42He＋2173Al→3105P＋01n
[解析] A 项属于 β 衰变，A 错误；B 项属于重核的裂变，B 错误；C 项属于轻核的聚变，C 错误；D 项属于人工转变，D 正 确．
角度二 能级跃迁的分析与计算 【典例 2】 (2019·全国卷Ⅰ)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 )
A．12.09 eV B．10.20 eV
C．1.89 eV
迁移二 能级跃迁的分析和计算 2．(多选)(2019·河北六校联考)氦原子被电离出一个核外电 子，形成类氢结构的氦离子．已知基态的氦离子能量为 E1＝－ 54.4 eV，氦离子的能级示意图如右图所示．在具有下列能量的粒 子中，能使基态氦离子发生跃迁的是( ACE )
A．54.4 eV(光子) C．48.4 eV(电子) E．41.8 eV(电子)
[解析] 滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流可能增大，也 可能已达到饱和电流而不变，A 错误；由图(b)可知，甲、乙两光 的遏止电压相同，说明它们使光电管上逸出的光电子的最大初动 能相同，即它们的频率相同，但甲、乙两光的饱和电流不同，说 明它们的光强不同，因甲光的饱和电流大于乙光的饱和电流，故 甲的光强大于乙，B 正确；入射光频率越大，逸出光电子的最大 初动能越大，遏止电压越大，结合图(b)分析可知，C 正确；逸出 功只由金属本身决定，与入射光无关，D 错误．
角度二 核反应和核能的计算 【典例 2】 (2019·山西太原模拟)一个静止的铀核23922U(原子 质量为 232.0372 u)放出一个 α 粒子(原子质量为 4.0026 u)后衰变 成钍核22980Th(原子质量为 228.0287 u)．(已知 1 u＝1.67×10－27 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)假设核反应中释放出的核能全部转化为钍核和 α 粒子的 动能，则钍核获得的动能有多大？
迁移一 光电效应规律的应用 1．(2019·武汉高三年级起点测试)某同学用如图甲所示的电 路研究光电效应的规律，用强度一定、频率为 ν 的某种单色光照 射光电管，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，测得电流表的示 数随电压变化规律如图乙所示，图中 Uc 已知，元电荷为 e，普朗 克常量为 h，则( C )
B．50.4 eV(光子) D．42.8 eV(光子)
[解析] 由玻尔理论可知，基态的氦离子要实现跃迁，入射 光子的能量(光子能量不可分)应该等于氦离子在某激发态与基态 的能量差，因此只有能量恰好等于两能级差的光子才能被氦离子 吸收；而实物粒子(如电子)的能量不小于两能级差，均可能被吸 收．
氦离子在图示的各激发态与基态的能量差为： ΔE1＝E∞－E1＝0－(－54.4 eV)＝54.4 eV， ΔE2＝E4－E1＝－3.4 eV－(－54.4 eV)＝51.0 eV， ΔE3＝E3－E1＝－6.0 eV－(－54.4 eV)＝48.4 eV， ΔE4＝E2－E1＝－13.6 eV－(－54.4 eV)＝40.8 eV. 可见，42.8 eV 和 50.4 eV 的光子不能被基态氦离子吸收而发 生跃迁．选项 A、C、E 正确．
A．若把滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流一定增大 B．甲与乙是同一种光，且甲的光强大于乙 C．由图(b)可知，乙光的频率小于丙光的频率 D．若将甲光换成丙光来照射 K 极，则 K 极所用材料的逸出 功将减小 [思路引领] 求解本题要明白光电流与电压的关系图像的物 理意义，还要抓住两个关键：(1)通过图像(b)的横截距得到光电 子的最大初动能；(2)理解饱和电流与光的强度的关系．
[思路引领] 根据衰变规律解题，特别注意判断 α 衰变和 β 衰变次数时，应先根据质量数守恒判断 α 衰变的次数，再根据电 荷数守恒判断 β 衰变的次数．
[解析] 22888Ra 衰变为28298Ac 的过程中，放出负电子，则该衰 变是 β 衰变，选项 A 错误；半衰期是大量原子核衰变的统计规律， 对少数原子核的衰变不适用，选项 B 错误；22980Th衰变为20882Pb 的 过程中，质量数减少 20，由原子核衰变时质量数守恒可知，该过 程中共发生了 5 次 α 衰变，又由原子核衰变时电荷数守恒有 5×2 －x＝8，得 x＝2，则该过程中共发生了 2 次 β 衰变，选项 C 正 确；发生 α 衰变和 β 衰变时，往往伴随 γ 射线产生，选项 D 错误．
D．1.51 eV
[思路引领] 氢原子至少要被激发到 n＝3 能级．
[解析] 因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV～3.10 eV，所 以氢原子至少要被激发到 n＝3 能级，要给氢原子提供的能量最 少为 E＝(－1.51＋13.60) eV＝12.09 eV，即选项 A 正确．
1．光电效应的研究思路 (1)两条线索
[解析] 由题图可知，42He 的比结合能约为 7 MeV，因此它 的结合能为 4×7 MeV＝28 MeV，选项 A 错误；比结合能越 大，原子核越稳定，结合图像可知选项 B 正确；两个比结合能小 的12H 核结合成比结合能较大的42He，会放出能量，选项 C 正确； 由图像可知，29325U 的比结合能(即平均结合能)比8396Kr 的小，选项 D 错误．
(3)重核裂变29325U＋01n→13564Xe＋9308Sr＋1010n 23952U＋10n→14516Ba＋9326Kr＋310n. (4)轻核聚变：21H＋31H→24He＋10n. 2．核能的计算方法 (1)若 Δm 以 kg 为单位，则 ΔE＝Δmc2，ΔE 的单位为焦耳． (2)若 Δm 以原子的质量以 u 为单位，则 ΔE＝Δm×931.5 MeV.
(2)两条对应关系 光子数 发射光 光电
光强强 → 目多 → 电子多 → 流大 光电子的最
光子频率高 → 光电子像
3.解决氢原子能级跃迁问题的技巧 (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． (3)一群原子和一个原子不同，它们从激发态向基态跃迁时发 射光子的种类 N＝Cn2＝nn2－1.
[思路引领] (1)根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应 方程．
(2)根据爱因斯坦质能方程求出释放的核能． (3)根据能量守恒求钍核获得的动能．
[解析] (1)23922U→22980Th＋42He. (2)质量亏损 Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059 u ΔE＝Δmc2＝0.0059×931 MeV＝5.49 MeV. (3)原子核衰变过程中系统的动量守恒，即 pTh＋pα＝0 又由 Ek＝2pm2 可知，EkTh＝2pmT2Thh，Ekα＝2pm2αα 又由题意可知，EkTh＋Ekα＝ΔE 解得钍核获得的动能 EkTh＝mα＋mαmTh×ΔE＝4＋4228×ΔE＝ 0.095 MeV. [答案] (1)23922U→22980Th＋42He (2)5.49 MeV (3)0.095 MeV
(2)玻尔原子理论的三条假说 ①原子能量的量子化假设：原子只能处于一系列不连续的能 量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽做变速运动，但 并不向外辐射能量，一个能量值对应一种状态，这些状态叫做定 态． ②原子能级的跃迁(transition)假设：原子从一个定态(原子能 量记为 E 初)跃迁到另一种定态(原子能量记为 E 末)时，原子辐射(或 吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定， 即 hν＝|E 初－E 末|.
第
一 部
专题综合突破
分
专题六
光电效应 原子结构和原子核
知识体系构建
[答案] (1)光电效应规律 ① 每 种 金 属 都 有 发 生 光 电 效 应 的 极 限 频 率 (limiting frequency)． ②光电子(photo-electron)的最大初动能与入射光的强度无 关，随入射光的频率增大而增大． ③光电效应的产生几乎是瞬间的． ④饱和光电流与入射光强度成正比．
1．几种常见核反应 (1)天然衰变 ①α 衰变：AZX→AZ－－24Y＋42He. ②β 衰变：AZX→Z＋A1Y＋－01e. (2)人工转变 ①质子的发现：174N＋42He→187O＋11H. ②中子的发现：49Be＋24He→162C＋10n. ③放射性同位素的发现：2173Al＋42He→3105P＋10n 3105P→3104Si＋01e.
A．由22888Ra 到22889Ac 的衰变是 α 衰变 B．已知22888Ra 的半衰期是 T，则 8 个22888Ra 原子核经过 2T 时 间后还剩 2 个 C．从22980Th 到20882Pb 共发生 5 次 α 衰变和 2 次 β 衰变 D．图中原子核发生的 α 衰变和 β 衰变分别只能产生 α 射线 和 β 射线
迁移二 核反应中核能、比结合能的计算 2．(多选)(2017·江苏卷)原子核的比结合能曲线如图所示，根 据该曲线，下列判断中正确的有( BC )
A.42He 核的结合能约为 14 MeV B.42He 核比63Li 核更稳定 C．两个21H 核结合成42He 核时释放能量 D.23952U 核中核子的平均结合能比8396Kr 核中的大
③原子中电子运动轨道量子化假设：原子的不同能量状态对 应于电子的不同运行轨道．由于原子的能量状态是不连续的，因 此电子运动的可能轨道也是不连续的，即电子不能在任意半径的 轨道上运动．
(3)α、β 衰变及其规律
(4)核反应类型及核反应方程的书写
热点考向突破
热点考向一 光电效应 能级跃迁
角度一 光电效应规律 【典例 1】 (多选)(2019·山西六校联考)研究光电效应的实 验电路图如图(a)所示，实验中得到的光电流 I 与光电管两端电压 U 的关系图像如图(b)所示．下列说法正确的是( BC )
利用比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．核反应中反应 前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总 结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能.
名师微课导学
高考热点题型突破——原子核的衰变产物在磁场中的轨迹
入射光子和入射电子的区别 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；若是在电子的碰撞下引起原子跃迁， 则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差．两种情 况有所区别.
热点考向二 衰变、核反应与核能的计算
角度一 衰变、半衰期 【典例 1】 (2019·河北名校联盟)自然界存在的放射性元素 的原子核并非只发生一次衰变就达到稳定状态，而是要发生一系 列连续的衰变，最终达到稳定状态．某些原子核的衰变情况如图 所示(N 表示中子数，Z 表示质子数)，则下列说法正确的是( C )
A．当滑动变阻器的滑片滑到最左端时，电流表的示数为零 B．当电流随电压的增大而减小时，电源的左侧为电源的正 极 C．光电效应产生的光电子的最大初动能为 eUc D．光电管阴极的逸出功为 eUc
[解析] 当滑动变阻器的滑片滑到最左端时，电压表示数为 零，但光电流不为零，即电流表示数不为零，A 项错误；当电流 随电压增大而减小时，所加的电压是反向电压，这时电源的左侧 是电源的负极，B 项错误；光电效应产生的光电子的最大初动能 为 Ek＝eUc，C 项正确；由爱因斯坦光电效应方程知，W0＝hν－ Ek＝hν－eUc，D 项错误．