专题七-光电效应-原子结构和原子核.doc

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1、 “物理观念”构建 一、光电效应及其规律 1.爱因斯坦光电效应方程：EkhW0。 2.最大初动能与遏止电压的关系：EkeUc。 3.逸出功与极限频率的关系：W0hc。 4.Ek 图线：是一条倾斜直线，但不过原点，如图所示。 (1)横轴截距表示极限频率； (2)纵轴截距的绝对值表示逸出功； (3)图线的斜率表示普朗克常量 h。 二、原子结构与玻尔理论 知识体系 三、原子核及其衰变 知识体系 四、核反应 核能的计算 知识体系 “科学思维”展示 一、光电效应的研究思路 二、一个氢原子能级跃迁与一群氢原子能级跃迁的区别 1.一群处于较高能级 n 的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为 NC2nn（

2、n1）2。 2.一个处于较高能级 n 的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为 n1。 三、计算核能的几种方法 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 Emc2。 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 Em931.5 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。 光电效应问题 考向一 爱因斯坦光电效应方程 【典例 1】 (2019 北京卷，19)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射

3、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 1 2 3 4.0 40 40 弱 中 强 29 43 60 0.9 09 09 第二组 4 5 6 6.0 60 60 弱 中 强 27 40 55 2.9 29 29 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

4、子的能量 Eh，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A 正确；由爱因斯坦的光电效应方程 hW0Ek，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， B 错误； 由 hW0Ek， W03.1 eV；当 h5.0 eV 时，Ek1.9 eV，C 正确；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。 答案 B 考向二 光电效应的图象问题 【典例 2】 小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图 1 甲所示。已知普朗克常量 h6.631034 J s。 图 1 (1)图甲中电极 A 为光电管

5、的“阴极”还是“阳极”； (2)实验中测得铷的遏止电压 Uc与入射光频率 之间的关系如图乙所示，求铷的截止频率及逸出功； (3)如果实验中入射光的频率 7.001014Hz，则产生的光电子的最大初动能是多少。 解析 (1)在光电效应中，电子向 A 极运动，故电极 A 为光电管的阳极。 (2)由题图可知，铷的截止频率 c为 5.151014Hz，逸出功 W0hc6.6310345.151014 J3.411019 J。 (3)当入射光的频率为 7.001014Hz 时，由 Ekhhc得，光电子的最大初动能为 Ek6.631034(7.005.15)1014 J1.231019 J。 答案 (1)

6、阳极 (2)5.151014 Hz(5.125.18)1014 Hz 均视为正确 3.411019 J(3.393.43)1019 J 均视为正确 (3)1.231019 J(1.211.25)1019 J 均视为正确 解决光电效应类问题的“3 点注意” (1)决定光电子最大初动能大小的是入射光的频率，决定光电流大小的是入射光光强的大小。 (2)由光电效应发射出的光电子由一极到达另一极，是电路中产生光电流的条件。 (3)明确加在光电管两极间的电压对光电子起到了加速作用还是减速作用。 1.(2018 全国卷，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

7、19 J。已知普朗克常量为 6.631034 J s，真空中的光速为3.00108 m s1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz 解析 根据爱因斯坦光电效应方程 EkhW0hch0，代入数据解得081014 Hz，B 正确。 答案 B 2.(2019 宜昌市联考)爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 1921 年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm与入射光频率 的关系如图 2 所示，其中 0为极限频率。从图中可以确定的是( ) 图 2 A.当入射光频率 2

8、 的能级跃迁到 n2 的能级，由玻尔理论可得E1n2E122hhc，按照巴尔末公式，氢原子由 n2 的能级跃到 n2 的能级，放出的谱线的波长满足1R1221n2，以上两式相比较可得E1hcR，故里德伯常量 R 可以表示为 RE1hc，选项 C 正确。 答案 C 10.(2019 南昌市模拟)在 粒子散射实验中， 粒子的偏转是由于受到原子内正电荷的库仑力作用而发生的， 其中有极少数 粒子发生了大角度偏转， 甚至被反向弹回。假定一个速度为 v 的高速 粒子(42He)与金原子核(197 79Au)发生弹性正碰(碰撞前金原子核可认为是静止的)，则( ) A. 粒子在靠近金原子核的过程中电势能逐渐减

9、小 B. 粒子散射实验说明原子核是由质子和中子组成的 C. 粒子散射实验说明带正电的物质均匀分布在原子内部 D.当它们的距离最小时， 粒子与金原子核的动量大小之比为 4197 解析 粒子在靠近金原子核的过程中， 需要克服库仑力做功， 电势能逐渐增大，选项 A 错误； 粒子散射实验说明原子中有一个带正电荷的原子核，不能说明原子核是由质子和中子组成的，选项 B、C 错误；当它们的距离最小时，二者速度相等，设一个核子的质量为 m，由动量守恒定律，4mv(4m197m)v， 粒子与金原子核的动量大小之比等于质量之比，为 4197，选项 D 正确。 答案 D 11.一个静止的铀核232 92U(质量为

10、232.037 2 u)放出一个 粒子(质量为 4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(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232 92U228 90Th42He 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 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 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232 92U228 90Th42He，选项 A 正确；质量亏损 m0.005 9 u，释放出的核能 Em

11、931 MeV0.005 9931 MeV5.49 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 粒子的动量大小相等、方向相反，即 pThp，EkThp2Th2mTh，Ekp22m，EkThEkE，所以钍核获得的动能 EkThmmmThE442285.49 MeV0.095 MeV，选项 C、D 错误。 答案 A 12.如图 4 所示， 在研究光电效应实验的电路中， 设光电管阴极 K 的逸出功为 W0，电源的电动势 E4.0 V，内阻可忽略。滑动变阻器的金属丝电阻均匀，总有效长度为 L。滑动触头 P 置于金属电阻丝的正中央 c 点，闭合开关，用光子能量为 3.5

12、 eV 的一束单色光照射光电管阴极 K，发现灵敏电流计示数不为零；将滑动触头 P 从 c 点向左移动14L，电流计示数刚好减小到零。若将滑动触头 P 从 c 点向右移动14L，光电子到达阳极 A 的最大动能为 Ekmax，则( ) 图 4 A.W02.5 eV，Ekmax1.0 eV B.W02.5 eV，Ekmax2.0 eV C.W01.0 eV，Ekmax1.0 eV D.W01.0 eV，Ekmax2.0 eV 解析 入射光的光子能量 h3.5 eV，阴极 K 的逸出功为 W0，则逸出光电子的最大初动能 Ek1hW0；P 从 c 点向左移动14L，光电管上加有反向电压 U14E1.0

13、V， 电流计示数刚好减小到零， 故eU0Ek1， Ek11.0 eV， W03.5 eV1.0 eV2.5 eV；触头 P 从 c 点向右移动14L 时，光电管上加有正向电压 U14E1.0 V，则光电子到达阳极 A 的最大动能 EkmaxEk1eU2.0 eV，故选项 B正确。 答案 B 13.(2019 天津市模拟)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生。下列说法正确的是( ) A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B.入射光的频率变高，饱和光电流变大 C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光

14、的频率，始终有光电流产生 解析 发生光电效应时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比，保持入射光的频率不变，使入射光的光强变大，会使饱和光电流变大，入射光的频率不能决定饱和光电流的大小，选项 A 正确，B 错误；根据光电效应方程 EkhW0可知，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，选项 C 正确；能否发生光电效应要看入射光的频率是否达到光照射的金属的极限频率， 如果入射光的频率小于这种金属的极限频率，不会发生光电效应，即不会有光电流产生，选项 D错误。 答案 AC 14.中国“氢弹之父”于敏获得 2014 年度国家最高科学技术奖。氢弹是利用原子弹爆炸的能量引发氢的同位素的聚变反应而瞬时

15、释放出巨大能量的核武器。 下列有关氢弹爆炸可能出现的核反应及说法正确的是( ) A.235 92U10n144 56Ba8936Kr310n B.21H31H42He10n C.轻核聚变过程中无质量亏损 D.氢弹爆炸后不会产生放射性污染 解析 氢弹是利用原子弹爆炸的能量引发氢的同位素的聚变反应而瞬时释放出巨大能量的核武器，故 A、B 正确；聚变反应和裂变反应都有质量亏损，C 错误；由物理常识易知 D 错误。 答案 AB 15. (2019 浙江杭州测试)用同一光电管研究 a、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流 I 与光电管两极间所加电压 U 的关系如图 5。则这两种光( ) 图 5 A.

16、照射该光电管时 a 光使其逸出的光电子最大初动能大 B.从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大 C.通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大 D.通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大 解析 折射率越大，则频率越大，波长越小。反向截止电压大的则光电子的最大初动能大，光电子的最大初动能大的则频率高，故 b 光的频率高于 a 光的频率。选项 B、C 正确。 答案 BC 16.关于原子结构和核反应的说法中正确的是( ) 图 6 A.卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型 B.发现中子的核反应方程是94Be42He12 6C10n C.200 万个238 92U 的原子核经过两个半衰期后剩下 50 万个238 92U D.据图 6 可知，原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 要吸收能量 解析 卢瑟福在 粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，选项 A正确；发现中子的核反应方程为94Be42He12 6C10n，选项 B 正确；半衰期为统计规律，适用于大量的原子核发生衰变，选项 C 错误；在核反应过程中，若有质量亏损，将放出能量，由题图中核子的平均质量可知，原子核 D 和 E 聚变成原子核 F 过程中，有质量亏损，要放出能量，选项 D 错误。 答案 AB