1、1专题 02 原子物理一、考法分析和解题技法热门考法考法 1 光电效应的实验规律考法 2 光电效应方程及光电效应图象考法 3 光的波粒二象性 物质波考法 4 原子的核式结构考法 5 玻尔理论考法 6 原子核及核反应考法 7 核力与核能解题技法 技法 1 掌握光电效应的概念、条件、规律和解释； 技法 2 掌握 3 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 h c. 技法 3 理解光的波粒二象性、物质波； 技法 4 掌握
2、粒子散射实验现象及分析和物理学史； 技法 5 理解玻尔理论和能级跃迁； 技法 6 掌握衰变、放射现象和核反应方程式； 技法 7 理解核能，学会核能的计算和综合应用。2、真题再现考例 1 (2016 课标卷，35(1)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，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E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【答案】ACE2【考法】光电效应的实验规律。考
3、例 2 (2017 课标卷，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 a b，则一定有 Ua UbB若 a b，则一定有 Eka EkbC若 Ua Ub，则一定有 Eka EkbD若 a b，则一定有 h a Eka h b Ekb【答案】BC【解析】光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为 eU Ek，根据光电效应方程可知Ek h W0，若 a b，则 Eka Ekb， Ua Ub，选项 A 错误，选项 B 正确；若 Ua
4、 Ub，则Eka Ekb，选项 C 正确；由光电效应方程可得 W0 h Ek，则 h a Eka h b Ekb，选项 D 错误【考法】光电效应方程及应用。考例 3 (2015 课标卷，35(1)实物粒子和光都具有波粒二象性下列事实中突出体现波动性的是( )A电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关【答案】ACD【解析】电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故 A 正确； 射线在云室中穿
5、过会留下清晰的径迹，可以说明 射线是一种粒子，故 B 错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故 C 正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故 D 正确；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，说明光是一种粒子，故 E 错误【考法】对光的波粒二象性的理解。考例 4 (2016 海南卷，17(1)下列说法正确的是( )A爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律3D卢瑟福根据 粒子散射实验提
6、出了原子的核式结构模型E德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长【答案】ACD【考法】 粒子散射实验现象及分析考例 5 (2016 课标卷，35(1)在下列描述核过程的方程中，属于 衰变的是_，属于 衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_.A. C N e 146 147 0 1B. P S e3215 3216 0 1C. U Th He 23892 23490 42D. N He O H147 42 178 1E. U n Xe Sr2 n 23592 10 1405 9438 10F. H H He n31 21 42 10【答案】C AB E F【解析】天然放射性元素自发
7、地放出 粒子(即氦核 He)的衰变属于 衰变；放出 粒子42的衰变属于 衰变；重核分裂成几个中等质量原子核的现象为核裂变；轻原子核聚合成较重原子核的反应为核聚变【考法】衰变。考例 6 (2017 课标卷，17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电氘核聚变反应方程是： H H He n.已知 H 的质量为 2.013 6 u， He 的质量为 3.015 21 21 32 10 21 320 u， n 的质量为 1.008 7 u,1 u931 MeV/ c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )10A3.7 MeV B3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV【答
8、案】B【解析】在核反应方程 H H He n 中，21 21 32 10反应前物质的质量 m122.013 6 u4.027 2 u，反应后物质的质量 m23.015 0 u1.008 7 u4.023 7 u，质量亏损 m m1 m20.003 5 u.则氘核聚变释放的核能为E9310.003 5 MeV3.3 MeV，选项 B 正确【考法】核能的计算及综合应用。3、试题预测4预测 1 如图所示为光电管的工作电路图，分别用波长为 0、 1、 2的单色光做实验，已知 1 0 2.当开关闭合后，用波长为 0的单色光照射光电管的阴极 K 时，电流表有示数，则下列说法正确的是( ) A光电管阴极材料
9、的逸出功与入射光无关B若用波长为 1的单色光进行实验，则电流表的示数一定为零C若仅增大电源的电动势，则电流表的示数一定增大D若仅将电源的正负极对调，则电流表的示数可能为零【答案】AD【考法】光电效应的实验规律。预测 2 利用图甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压 Uc与入射频率 之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为 e1.610 19 C，则( )A普朗克常量为e 1U1B该金属的逸出功为 eU1C电源的右端为正极D若电流表的示数为 10 A，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为 6.251012【答案】B5【考法】光电效应的实验规律。预测 3 对光的认识，下列说法
10、错误的是( )A个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B光的波动是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D光的波动二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显【答案】C【解析】根据波粒二象性可知个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性，光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的，光的波粒二象性可理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显，但两者不矛盾，不能说光表现出波动性时，就不
11、具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了，C错误【考法】对光的波粒二象性的理解。预测 4 在卢瑟福 粒子散射实验中，有少数 粒子发生了大角度偏转，其原因是( )A原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B正电荷在原子内是均匀分布的C原子中存在着带负电的电子D原子只能处于一系列不连续的能量状态中【答案】A【考法】 粒子散射实验现象及分析预测 5 中国“北斗三号”全球组网卫星计划将在 2017 年 7 月左右进行首次发射 “北斗三号”采用星载氢原子钟，其精度将比“北斗二号”的星载铷原子钟提高一个数量级如图所示为氢原子的能级图，以下判断正确的是( ) 6A处于 n3 能级的氢原子可以
12、吸收任意频率的光子B欲使处于基态的氢原子被激发，可用 12.09 eV 的光子照射C当氢原子从 n5 的状态跃迁到 n3 的状态时，要吸收光子D用 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为 6.34 eV)时不能发生光电效应【答案】B【解析】根据玻尔理论，处于 n3 能级的氢原子只可以吸收能量值等于某两个能级之差的光子，选项 A 错误； n1 能级的能量与 n3 能级的能量之差 E1.51 eV(13.6 eV)12.09 eV，用 12.09 eV 的光子照射，根据玻尔理论，可以使处于基态的氢原子被激发，选项 B 正确；氢原子从高能级跃迁到低能级时辐射出光子，选项 C 错误
13、；从 n2 能级跃迁到 n1 能级辐射出的光子的能量 E E2 E13.40 eV(13.6) eV10.2 eV，大于金属铂的逸出功 6.34 eV，根据金属发生光电效应的条件(入射光光子的能量大于金属的逸出功)，可以发生光电效应，选项 D 错误【考法】波尔理论。预测 6 Th(钍)经过一系列 和 衰变，变成 Pb(铅)，下列说法错误的是( )23290 20882A铅核比钍核少 8 个质子B铅核比钍核少 16 个中子C共经过 4 次 衰变和 6 次 衰变D共经过 6 次 衰变和 4 次 衰变【答案】C【解析】由于 衰变不会引起质量数的减少，故可根据质量数的减少确定 衰变的次数为x 6. 再
14、结合电荷数的变化情况和衰变规律来判定 衰变的次数 y，应满足：232 20842x y90828，所以 y2 x84.【考法】衰变。预测 7 现有两动能均为 E00.35 MeV 的 H 在一条直线上相向运动，两个 H 发生对撞后能发21 21生核反应，得到 He 和新粒子；且在核反应过程中释放的能量完全转化为 He 和新粒子的动能已32 32知 H 的质量为 2.0141u， He 的质量为 3.016 0 u，新粒子的质量为 1.008 7 u，核反应时质量亏21 32损 1 u 释放的核能约为 931 MeV(如果涉及计算，结果保留整数)则下列说法正确的是( )A核反应方程为 H H H
15、e H21 21 32 1B核反应前后不满足能量守恒定律C新粒子的动能约为 3 MeV7D. He 的动能约为 4 MeV32【答案】C【考法】核能的计算及综合应用。4、跟踪速练1(2018 邢台市高三上学期高三初考)研究光电效应的电路如图所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极 K)，钠极板发射出的光电子被阳极 A 吸收，在电路中形成光电流下列光电流 I 与 A、K 之间的电压 UAK的关系图象中，正确的是( ) 【答案】C【解析】由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，选项 A、B 错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的
16、光电流越大，所以 C 正确，D 错误2(2018 江西南昌模拟)如图所示为研究光电效应现象的装置，阴极 K 与滑动变阻器的中心抽头 c相连，当滑动触头 P 从 a 移到 c 的过程中，光电流始终为零，为了产生光电流，可采取的措施是( )8A增大入射光的强度 B增大入射光的频率C将 P 从 c 向 a 移动 D将 P 从 c 向 b 移动【答案】B3(2018 保定市高三第一学期月考)如图所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )A只能证明光具有波动性B只能证明光具有粒子性C只能证明光能够发生衍射D证明光具有波粒二象性【答案】D
17、【解析】弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D 正确4(2018 湖北重点中学高三上学期起点考试)下列说法正确的是( )A只要照射到金属表面上的光足够强，金属就一定会发出光电子B. He N O H 是卢瑟福发现质子的核反应方程42 147 168 1C放射性物质的半衰期不会随温度的升高而变短D一个处于 n4 能级的氢原子，最多可辐射出 6 种不同频率的光子【答案】C95. (2018 陕西部分中学高三第一学期摸底)静止在匀强磁场中的 U 发生 衰
18、变，产生一个未知23892粒子 x，它们在磁场中的运动径迹如图所示下列说法正确的是( ) A该核反应方程为 U x He23892 23490 42B 粒子和 x 粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同C轨迹 1、2 分别是 粒子、x 粒子的运动径迹D 粒子、x 粒子运动径迹半径之比为 451【答案】ABD【解析】根据核反应前后质量数和电荷数守恒可知核反应方程为 U x He，选项 A 正23892 23490 42确；由于 U 核衰变后 粒子和 x 粒子的动量等大反向，两粒子的电性相同，速度方向相反，由23892左手定则知两粒子转动方向相同，选项 B 正确；由 r 可知，轨迹 1、2 分别是
19、x 粒子、 粒子mvqB的运动径迹，选项 C 错误； 粒子与 x 粒子的动量等大，所在磁场相同， ，运动径迹半rxr qqx径之比为 451，选项 D 正确6(2018 惠州市高三第一次调研)下列与 粒子相关的说法中正确的是( )A天然放射现象中产生的 射线速度与光速相当，贯穿能力很强B. U(铀 238)核放出一个 粒子后就变为 Th(钍 234)23892 23490C高速 粒子轰击氮核可从氮核中打出中子，核反应方程为 He N O n42 147 168 10D丹麦物理学家玻尔进行了 粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型【答案】B7(2017 海南卷，T7)三束单色光 1、2 和
20、3 的波长分别为 1、 2和 3( 1 2 3)分别用这三束光照射同一种金属已知用光束 2 照射时，恰能产生光电子，下列说法正确的是( )10A用光束 1 照射时，不能产生光电子B用光束 3 照射时，不能产生光电子C用光束 2 照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D用光束 2 照射时，光越强，产生的光电子最大初动能越大【答案】AC【解析】依据波长与频率的关系： ，因 1 2 3，那么 1Ek2 B单色光 1 的频率比单色光 2 的频率高C增大单色光 1 的强度，其遏止电压会增大 D单色光 1 和单色光 2 的频率之差为Ek1 Ek2h【答案】D【解析】由于 Ek1 e|Uc1|， E
21、k2 e|Uc2|，所以 Ek1 B C，则( )A用入射光 A 照射金属 b 和 c，金属 b 和 c 均可发生光电效应现象B用入射光 A 和 B 照射金属 c，均可使金属 c 发生光电效应现象C用入射光 C 照射金属 a 和 b，金属 a、 b 均可发生光电效应现象D用入射光 B 和 C 照射金属 a，均可使金属 a 发生光电效应现象【答案】CD1521.某金属在光的照射下发生光电效应，光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系如图所示，则( ) A普朗克常量为 cEB入射光的频率为 3 c时，逸出的光电子的最大初动能为 2EC频率大于 2 c的入射光照射该金属时才会发生光电效应D若光在
22、真空中的速度为 c，则波长大于 的光照射该金属时才会发生光电效应c c【答案】B【解析】由光电效应方程 Ek h W0，结合图象可知金属的逸出功 W0 E，极限频率为 c，所以 h c W00，解得 h ，A 错误；由光电效应方程 Ek h W0，则E cEk h3 c W02 E，B 正确；由题图可知频率不低于 c的入射光照射该金属时会发生光电效应，即波长不大于 的光照射该金属时才会发生光电效应，C、D 错误c c22如图甲所示为某实验小组成员研究某金属发生光电效应的遏止电压随照射光频率变化关系的实验装置，图乙为实验得到的遏止电压随照射光频率变化的关系图象，电子的电荷量 e1.610 19
23、C，则下列说法正确的是( )A图甲中滑动变阻器的滑片移到最左端，电流计 G 的示数为零B由图乙得普朗克常量为 6.41033 JsC由图乙可知，该金属的极限频率为 5.01014 HzD当照射光的频率为 17.51014 Hz 时，逸出的光电子的最大初动能为 3.21019 J16【答案】C23(2014课标卷，T35(1)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用下列说法符合历史事实的是( )A密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核 C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D卢瑟福通过 粒子散
24、射实验证实了在原子核内部存在质子E汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷【答案】ACE24一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级，该氢原子( )A放出光子，能量增加B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加D吸收光子，能量减少【答案】B【解析】氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出光子，能量减少，故选项 B 正确，选项A、C、D 错误25(2014课标卷，T35(1)关于天然放射性，下列说法正确的是( )A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、 和 三种射线中，
25、射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出 、 和 三种射线【答案】BCD【解析】只有原子序数大于或等于 83 的元素才能发生衰变，选项 A 错半衰期由原子核内17部的结构决定，与外界温度无关，选项 B 对放射性来自于原子核内部，与其形成的化合物无关，选项 C 对、 三种射线中， 射线能量最高，穿透能力最强，选项 D 对一个原子核在一次衰变中要么是 衰变、要么是 衰变，同时伴随 射线的产生，选项 E 错26关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )A. U Th He 是 衰变23892 23490 42B. 7N He 8O H 是 衰变14 42 17 1C. H H He
26、 n 是轻核聚变21 31 42 10D. Se Kr2 e 是重核聚变8234 8236 0 1【答案】AC【解析】A 项表示 衰变，C 项表示轻核聚变，D 项不是重核裂变，而是 衰变，选项 A、C正确，D 错误B 项中核反应为原子核的人工转变，选项 B 错误27(2012 大纲卷) U 经过 m 次 衰变和 n 次 衰变，变成 Pb，则( )23592 20782A m7， n3 B m7， n4C m14， n9 D m14， n18【答案】B28.如图所示，某原子的三个能级的能量分别为 E1、 E2和 E3.a、 b、 c 为原子跃迁所发出的三种波长的光，下列判断正确的是( ) A E
27、1E2E3B( E3 E2)(E2 E1)C b 光的波长最长D c 光的频率最高【答案】D【解析】结合题图和电子跃迁时发出的光子的能量为： E Em En可知， Ec Ea Eb，能量差18E3 E2等于光子 a 的能量，能量差 E2 E1等于光子 b 的能量，能量差 E3 E1等于光子 c 的能量，那么 c 对应的能量最大，而 a 对应的能量最小，由 E1E2E3和能级公式 En ，有( E3 E2)(E2 E1)，E1n2故 A、B 错误；又 E ， c 光的频率最高， a 光的波长最长，故 C 错误，D 正确hc29下列四幅图分别对应四种说法，其中正确的是( )A根据 、 射线的特点可
28、知，射线 1 是 射线，射线 2 是 射线，射线 3 是 射线B氢原子辐射出一个光子后，电势能减小，总能量增大C天然放射性元素的半衰期由核内部自身的因素决定，跟所处的化学状态和外部条件无关D重核的裂变反应方程有： U n Ba Kr3 n23592 10 14456 8936 10【答案】CD【解析】根据 、 射线的特点可知，射线 1 是 射线，射线 2 是 射线，射线 3 是 射线，选项 A 错误；氢原子辐射出一个光子后，总能量减小，轨道半径减小，电势能减小，选项 B 错误；C、D 正确30核潜艇是以核反应堆为动力来源的潜艇，有一种核裂变方程为 U nX Sr10 n，下23592 10 9438 10列说法正确的是( )A裂变反应中亏损的质量变成了能量B裂变反应出现质量亏损导致质量数不守恒CX 原子核中有 54 个质子DX 原子核比铀核的平均结合能大【答案】CD
