工遹近代物理初步

【備考指南】1.對(duì)2024年新課標(biāo)及全國各省新高考命題的試卷分析，本專題

考查能力要求不高。預(yù)計(jì)2025年高考命題的方向依然會(huì)突出原子的能級(jí)躍遷、

原子核的衰變規(guī)律、核反應(yīng)方程的書寫以及遵循的規(guī)律、質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算、

光電效應(yīng)規(guī)律及應(yīng)用，原子核衰變可能與動(dòng)量、能量和電磁場(chǎng)相結(jié)合以計(jì)算題的

形式進(jìn)行綜合考查。2.備考復(fù)習(xí)過程要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)概念和規(guī)律的記憶，強(qiáng)化選

擇題的訓(xùn)練，同時(shí)關(guān)注本專題與其他專題內(nèi)容的關(guān)聯(lián)，強(qiáng)化知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。

突破點(diǎn)一光電效應(yīng)

1.光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用

(1)研究光電效應(yīng)的兩條思路

①兩條線索：

昭［強(qiáng)度——決定著每秒鐘光源發(fā)射的光子數(shù)--

,照射光I頻率——決定著每個(gè)光子的能量￡=加--------

‘、［每秒鐘逸出的光電子數(shù)~決定著光電流的大小

光電子t光電子逸出后的最大初動(dòng)能---------

②兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系：

入射光強(qiáng)一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一光電流大；

光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動(dòng)能大。

(2)光電效應(yīng)中三個(gè)重要關(guān)系

①愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek=hv-WOa

②光電子的最大初動(dòng)能Ek與遏止電壓&的關(guān)系：Ek=eU”

③逸出功Wo與截止頻率心的關(guān)系：Wo=AvCo

2.光電效應(yīng)的四類圖像分析

由圖線直接(或間接)得

圖像名稱圖線形狀

到的物理量

叫⑴截止頻率:圖線與V軸

最大初動(dòng)能Ek與入射光交點(diǎn)的橫坐標(biāo)飛

頻率V的關(guān)系圖線⑵逸出功：圖線與Ek軸

E=hv-hv

kc交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值

Wo=\~E\=E

（3）普朗克常量：圖線的

斜率k=h

⑴遏止電壓t/c：圖線與

號(hào)光（黃）橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)

顏色相同、強(qiáng)度不同的

光（黃）⑵飽和電流Zm：光電流

光,光電流與電壓的關(guān)系

uc0u的最大值

（3）最大初動(dòng)能：Ek=eUc

⑴遏止電壓：UC1>UC2,則

-2V1>V2

顏色不同時(shí)，光電流與電

⑵飽和電流

壓的關(guān)系

U1Uc20u（3）最大初動(dòng)能：E“=

eUci,Ek2=eUc2

⑴截止頻率先:圖線與橫

軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)

L

遏止電壓&與入射光頻⑵普朗克常量近等于圖

率V的關(guān)系圖線線的斜率與電子電荷量

（）VV

c的乘積，即〃=履（注：此

時(shí)兩極之間接反向電壓）

［典例1］（光電效應(yīng)規(guī)律）（2024?浙江1月卷）如圖所示，金屬極板M受到紫外

線照射會(huì)逸出光電子，最大速率為0m。正對(duì)M放置一金屬網(wǎng)N,在M、N之間

加恒定電壓U。已知M、N間距為d（遠(yuǎn)小于板長），電子的質(zhì)量為用，電荷量為

e,貝（1（）

A.M.N間距離增大時(shí)電子到達(dá)N的動(dòng)能也增大

B.只有沿x方向逸出的電子到達(dá)N時(shí)才有最大動(dòng)能?nw*+eu）

C.電子從M到N過程中y方向位移大小最大為vmd島

2

D.M.N間加反向電壓用時(shí)電流表示數(shù)恰好為0

C［光電子從M到N的過程，根據(jù)動(dòng)能定理有eU=EkN-）w2,解得EkN=eU

+|/nv2,則M、N間距離無論怎么改變，EkN都不變，A錯(cuò)誤；與A項(xiàng)分析同

理，以最大速率逸出的光電子不論沿哪個(gè)方向逸出，只要能到達(dá)N,其最大動(dòng)能

均為EkNm=eU+qniD錄,B錯(cuò)誤；當(dāng)以最大速率逸出的光電子沿y方向逸出時(shí)，

其到達(dá)N時(shí)y方向的位移最大，電子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，則有ym=0mf,d

=；?冬產(chǎn)，聯(lián)立解得ym=0md快，C正確；沿X軸正方向以最大速率逸出的

2mayeU

光電子最容易到達(dá)N,若加上反向電壓〃時(shí)，其恰好不能到達(dá)N,則電流表示

數(shù)恰好為零，有一eUc=0—|nu4解得&=噂，D錯(cuò)誤。］

［典例2］（光電效應(yīng)圖像）用不同波長的光照射光電管陰極探究光電效應(yīng)的規(guī)律

時(shí)，根據(jù)光電管的遏止電壓以與對(duì)應(yīng)入射光的波長4作出的Ue］圖像如圖所示。

已知光電子的電荷量大小為e,光速為c,下列說法正確的是（）

A.該光電管陰極材料的逸出功大小為ac

B.當(dāng)用波長;1=機(jī)的光照射光電管陰極時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為加

C.當(dāng)用波長2＜工的光照射光電管的陰極時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)

a

D.當(dāng)用波長幺＜工的光照射光電管的陰極時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與J成正比

a2

B［根據(jù)eUc=/iy-Wo=￥-Wo,則有“=竺?,結(jié)合圖像可知，當(dāng)橫坐

AeAe

標(biāo)為a時(shí)，縱坐標(biāo)為0,即0=竺々一畋，解得Wo=/iac,A錯(cuò)誤；由一畋=一人

eee

得，W=be,當(dāng)用波長幺=；的光照射光電管陰極時(shí)，即:=2a,可得光電子的最

02aA

大初動(dòng)能為he?2a—Wo=Ae,B正確；極限波長為2o=a-,波長越短，頻率越大，

則用波長；1＜工的光照射光電管的陰極時(shí)，能夠發(fā)生光電效應(yīng)，C錯(cuò)誤；當(dāng)用波長

a

N的光照射光電管的陰極時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與與呈線性關(guān)系，不成正比，

JaA

D錯(cuò)誤。］

突破點(diǎn)二玻爾理論能級(jí)躍遷

1.氫原子的能級(jí)和半徑公式

⑴能級(jí)公式：En=、Ei(n=l,2,3,-),其中Ei為基態(tài)能量，其數(shù)值為西=

—13.6eVo

(2)半徑公式：0=〃2"(〃=1,2,3,???),其中「1為基態(tài)軌道半徑，其數(shù)值為n

=0.53XIO1。m。

2.氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu)及躍遷

(1)兩類能級(jí)躍遷

①自發(fā)躍遷：高能級(jí)(加)一^一低能級(jí)(〃)一放出能量；發(fā)射光子：hv=Em-Ena

②受激躍遷：低能級(jí)(〃)一^^高能級(jí)(所)一吸收能量。

a.光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級(jí)差，即〃y=E,〃一段。

b.碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可，EREm-En。

C.大于電離能的光子被吸收，將原子電離。

(2)電離

①電離態(tài)：〃=8,E=0o

②電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量。

［典例3］(能級(jí)躍遷)(2024?安徽卷)大連相干光源是我國第一臺(tái)高增益自由電

子激光用戶裝置，其激光輻射所應(yīng)用的玻爾原子理論很好地解釋了氫原子的光

譜特征。圖為氫原子的能級(jí)示意圖，已知紫外光的光子能量大于3.11eV,當(dāng)大

量處于”=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射不同頻率的紫外光有()

A.1種B.2種C.3種D.4種

B［大量處于〃=3能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，能夠輻射出不同頻率光子的

種類為熊=3種，輻射出光子的能量分別為AEI=E3-EI=-1.51eV-（-13.6

eV）=12.09eV,AE2=￡3-￡2=-1.51eV-（-3.4eV）=1.89eV,AE3=￡2-￡I=

-3.4eV-（-13.6eV）=10.2eV,其中AEi>3.11eV,AE2O.lleV,AE3>3.11eV,

所以輻射不同頻率的紫外光有2種。］

反思感唐解決氫原子能級(jí)躍遷問題的三點(diǎn)技巧

（1）原子躍遷時(shí)，所吸收或輻射的光子能量只能等于兩能級(jí)的能量差。

⑵原子從某一能級(jí)電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于這一能級(jí)能量的絕對(duì)

值，剩余能量為自由電子的動(dòng)能。

（3）一個(gè)氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為（〃一1）,而一群氫原子躍遷可能

發(fā)出的光譜線條數(shù)可用可=髭=竽求解。

【教師備選資源】

（2023?山東卷）“夢(mèng)天號(hào)”實(shí)驗(yàn)艙攜帶世界首套可相互比對(duì)的冷原子鐘組發(fā)射

升空，對(duì)提升我國導(dǎo)航定位、深空探測(cè)等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子

鐘工作的四能級(jí)體系，原子吸收頻率為勺的光子從基態(tài)能級(jí)I躍遷至激發(fā)態(tài)能

級(jí)II,然后自發(fā)輻射出頻率為巧的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級(jí)2,并在一定條

件下可躍遷到鐘躍遷的下能級(jí)b實(shí)現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率

為V3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率以為（）

A.Vo+vi+v3B.Vo+vi—V3

C.Vo-V1+V3D.Vo—V1—V3

D［根據(jù)原子躍遷理論和題圖所示能級(jí)圖可知，EII-EI=/IVO,Ei-Ei=hv3,E2

—El=hvi,E］［—E2=hvi,聯(lián)立解得/1到0=〃四+〃丫2+〃刈3,則V2=V0一巧―V3,D

正確，A、B、C錯(cuò)誤。］

［典例4］（能級(jí)躍遷與光電效應(yīng)的綜合應(yīng)用）（多選）（2024?浙江紹興模擬預(yù)測(cè)）如

圖甲所示是用光照射某種金屬時(shí)逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變

化圖像（直線與橫軸的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為4.29,與縱軸的交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為0.5）,如

圖乙所示是氫原子的能級(jí)圖，下列說法正確的是（）

儼MeV

0.8-

0.6

4

-4O6OX

4.5..5.56.5.010'HZ)

甲

781eV

5,54

4,85

3EO/

---,51

-O

-O

-1

2-------------------3.40

1------------------13.6

乙

A.根據(jù)該圖像能求出普朗克常量

B.該金屬的逸出功為L82eV

C.該金屬的截止頻率為5.50X1014Hz

D.用〃=4能級(jí)的氫原子躍遷到"=2能級(jí)時(shí)所輻射的光照射該金屬能使該金屬

發(fā)生光電效應(yīng)

AD［根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=〃v-Wo,知該圖線的斜率表示普朗克常

量，得普朗克常量為人=霹探噫J?S=6.61X10-34J?S,故A正確；根據(jù)

愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ekm=〃v-Wo=〃y-/rn）,可知Ekm-v圖像的橫軸的截距

大小等于截止頻率，由題圖知該金屬的截止頻率為vo=4.29X1014Hz,逸出功為

Wo=/tvo=6.61XIO-34X4.29X1014J^2.836X10191.77eV,故B、C錯(cuò)誤；n

=4能級(jí)的氫原子躍遷到n=2能級(jí)時(shí)所輻射的光子能量為\E=E4-E2=2.55

eV,明顯AE>Wo,則所輻射的光照射該金屬能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)，故D正

確。故選AD。］

突破點(diǎn)三核反應(yīng)及核能的計(jì)算

1.衰變的三類問題

分類圖例分析

x)yxa射線：氮核

x?\>：X

三種射線X\>0射線：電子

X/

丫射線：光子

A=Ar+4n

衰變次數(shù)問題「Xf，；Y+r$He+ni_?e

Z=Z'+2〃一機(jī)

加=0。

半衰期問題

N=G)，NO

cT27

2.核反應(yīng)

可控

類型核反應(yīng)方程典例歸納

性

a衰

衰自發(fā)2朗U-2瑞Th+fHe

變

變

P衰

自發(fā)2瑞Th-2普Pa+：e

變

綁+矩e—%O+出

(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)

人

工匆e+?Be-用C+仙

人工

轉(zhuǎn)

變(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)

控制質(zhì)量數(shù)守

約里奧一居里夫婦發(fā)現(xiàn)放恒、電荷數(shù)

召A1+匆e-得P+仙

射性同位素,同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電守恒、NE=

2

加一整i++；e子。\mc

重核裂容易2第U+仙J：：Ba+鴕Kr+3加

變控制

2賞U+細(xì)一啜Xe+耨Sr+10.n

現(xiàn)階

輕核聚段

|H+fH-*^He+Jn+17.6MeV

變很難

控制

3.核能的計(jì)算方法

⑴根據(jù)AE=A/nc2計(jì)算時(shí)，A?i的單位是“kg”，c的單位是"m/s”，AE的單

位是“J”o

(2)根據(jù)AE=A?z><93L5MeV計(jì)算時(shí),A機(jī)的單位是“u”，AE的單位是“MeV”。

(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能X核子數(shù)。

［典例5］（衰變及半衰期）（2024?山東卷）2024年是中國航天大年，神舟十八號(hào)、

嫦娥六號(hào)等已陸續(xù)飛天，部分航天器裝載了具有抗干擾性強(qiáng)的核電池。已知瑞Sr

衰變?yōu)檎衁的半衰期約為29年；z^pu衰變?yōu)?貧U的半衰期約為87年。現(xiàn)用相

同數(shù)目的耨Sr和2曲Pu各做一塊核電池，下列說法正確的是（）

A.患Sr衰變?yōu)槿餣時(shí)產(chǎn)生a粒子

變?yōu)?/p>

238PU衰234

B.9492U時(shí)產(chǎn)生B粒子

C.50年后，剩余的相Sr數(shù)目大于2凱Pu的數(shù)目

D.87年后，剩余的瑞Sr數(shù)目小于端Pu的數(shù)目

衰我

90O錯(cuò)

Y+PA誤

D［根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得患Sr39Te=

238U

942筱U+$He=a衰變，B錯(cuò)誤；由于患Sr的半衰期小于周沿11的半衰期，則

經(jīng)過相同時(shí)間，剩余的弱Sr數(shù)目小于崎Pu的數(shù)目，C錯(cuò)誤，D正確。］

【教師備選資源】

（2023?浙江6月卷）“玉兔二號(hào)”裝有核電池，不懼漫長寒冷的月夜。核電池將

238

94衰變釋放的核能一部分轉(zhuǎn)換成電能。2llPu的衰變方程為

238

94

A.衰變方程中的X等于233

B.$He的穿透能力比丫射線強(qiáng)

C.2^Pu比9列的比結(jié)合能小

D.月夜的寒冷導(dǎo)致周苗11的半衰期變大

C［根據(jù)衰變前后質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變產(chǎn)物U的質(zhì)量數(shù)X等于234,A錯(cuò)誤;

a射線的穿透能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于丫射線的穿透能力，B錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核

越穩(wěn)定，根據(jù)題意，衰變過程中釋放出核能，因此陽U的比結(jié)合能更大，C正確;

原子核的半衰期與溫度無關(guān)，由原子核自身的性質(zhì)決定，D錯(cuò)誤。］

［典例6］（核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算X2024-浙江1月卷）已知質(zhì)核質(zhì)量為2.014

lu,瓶核質(zhì)量為3.0161u,氫核質(zhì)量為4.0026u,中子質(zhì)量為L0087u,阿伏

加德羅常數(shù)NA取6.0X1023moH,氣核摩爾質(zhì)量為2g?moH,lu相當(dāng)于931.5

MeVo關(guān)于氣與僦聚變成氨，下列說法正確的是（）

3Hen

A.核反應(yīng)方程式為徂+汨2

B.氣核的比結(jié)合能比氫核的大

C.氣核與瓶核的間距達(dá)到10-1。m就能發(fā)生核聚變

D.4g旅完全參與聚變釋放出能量的數(shù)量級(jí)為1025MeV

D［根據(jù)核反應(yīng)過程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，該核反應(yīng)方程式為

徂+；H-WHe+?n,A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，又聚變反應(yīng)的生成

物比反應(yīng)物更穩(wěn)定，故氫核的比結(jié)合能大于戊核的比結(jié)合能，B錯(cuò)誤；九核與貳

核栗想發(fā)生核聚變反應(yīng)，應(yīng)使它們之間的距離達(dá)到IO*m以內(nèi)，C錯(cuò)誤；一個(gè)

九核和一個(gè)氟核發(fā)生核聚變反應(yīng)虧損的質(zhì)量Am=（2.0141+3.0161-4.0026-

1.0087）u=0.0189u,則一個(gè)負(fù)核參與聚變釋放的能量AE=0.0189X931.5

MeV?17.6MeV,4g戊完全參與聚變釋放出的能量S=駕當(dāng)VAAE^2X6X1023

X17.6MeV^2.11X1025MeV,D正確。］

23陶

IX

［典例7］（核反應(yīng)與磁場(chǎng)的綜合問題）（多選）如圖所示,一靜止的原子核9IUZ

在尸點(diǎn)發(fā)生衰變，放出一個(gè)粒子并產(chǎn)生新核X,它們?cè)趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡

如圖中所示。已知鈾核質(zhì)量為加1,新核X質(zhì)量為加2,粒子質(zhì)量為加3,真空中

的光速為c,衰變過程中釋放的核能為AE,則下列說法正確的是（）

A.新核X運(yùn)動(dòng)軌跡為圖中的軌跡2

B.衰變方程式為2盟U-2部Th+eHe

C.衰變釋放的核能為AE=（?Z1—叱一

D.粒子獲得的動(dòng)能為磊AE

BC［根據(jù)洛倫茲力提供向心力有5枚=坐，可得/?=?=?,靜止的原子核

RBqBq

238

92（鈾）衰變過程動(dòng)量守恒，因此新核X與衰變產(chǎn)生的粒子動(dòng)量大小相等、方

向相反，而新核X電何量大，因此新核X的軌跡半徑小，則軌跡1是新核X的

軌跡，故A錯(cuò)誤；由A選項(xiàng)分析可知，新核X與衰變產(chǎn)生的粒子速度方向相反，

由軌跡圖可知，新核X與衰變產(chǎn)生的粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)方向相反，根據(jù)左手定

則可知，新核X與衰變產(chǎn)生的粒子帶同種電荷，該衰變?yōu)閍衰變，依據(jù)質(zhì)量數(shù)

238

92U

守恒和電荷數(shù)守恒可知，衰變方程式為2羽Th+^He,故B正確；由質(zhì)能

方程可得衰變釋放的核能為AE=（如一所2一m3）c2,故C正確；由能量守恒可知，

釋放的核能AE等于衰變過程中動(dòng)能的增加量，即AE=Eki+Ek2,Eki=J—,Ek2

2m2

=正，故a粒子獲得的動(dòng)能為生AE,故D錯(cuò)誤。］

2m3119

隨堂練?臨考預(yù)測(cè)，名師押題?

1.（2024?河南平許濟(jì)洛四市聯(lián)考）放射性同位素衰變的快慢有一定的規(guī)律，我

們可以用圖像來探究它的規(guī)律，在使用放射性同位素時(shí)，必須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。

如圖甲所示是氨222的衰變曲線，如圖乙所示是祕(mì)210的衰變曲線。橫坐標(biāo)表

示的是時(shí)間t,縱坐標(biāo)表示的是元素任意時(shí)刻的質(zhì)量m與/=0時(shí)的質(zhì)量加的比

值。根據(jù)甲、乙圖像提供的信息，下列說法正確的是（）

m

：〃天

3.87.611.4〃天05016.015.0

甲乙

A.元素氨222比元素鈿210的半衰期大

B.元素氨222經(jīng)過第一個(gè)1.9天，剩有q的元素氨222

C.元素鈿210經(jīng)過第一個(gè)5天，剩有|的元素祕(mì)210

D.元素氨222經(jīng)過第一個(gè)19天，剩有2的元素氨222

D［由題圖甲、乙可知，氫222的半衰期為3.8天，鈕210的半衰期為5天，所

以元素氧222比元素舔210的半衰期小，A錯(cuò)誤；半衰期是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只有經(jīng)過

半衰期的整數(shù)倍的時(shí)間才能比較準(zhǔn)確地算出發(fā)生衰變的原子核的數(shù)量，故經(jīng)過

第一個(gè)1.9天G個(gè)半衰期），無法得出具體發(fā)生衰變的氫原子核的數(shù)量，也無法

確定剩余氫原子核的數(shù)量，B錯(cuò)誤；元素舔210的半衰期為5天，所以經(jīng)過第一

￡

個(gè)5天，其剛好經(jīng)過一個(gè)半衰期，由公式加余=帆0’，解得機(jī)余即剩余

；的元素鈕210,C錯(cuò)誤；元素氫222的半衰期為3.8天,所以經(jīng)過第一個(gè)19天，

t_

剛好經(jīng)過5個(gè)半衰期，由公式加余=?iGy,解得用余=為1,即剩余白的元素氫

/J/J

222,D正確。］

2.（熱點(diǎn)情境?科技前沿）（多選）（2024?浙江諸暨12月適應(yīng)性考試）近日，北京科

技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)成功通過二元功能高分子摻雜策略，顯著提升了兩端全鈣鈦礦

串聯(lián)太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率。如圖所示，某種材料制成的太陽能電池的主體

部分由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合而成。當(dāng)太陽光照射到該材料上時(shí)，材料

吸收光子發(fā)生光電效應(yīng)，自由電子向N型一側(cè)移動(dòng)，從而在兩端形成電勢(shì)差。

已知該材料需要吸收能量為E的光子才能發(fā)生光電效應(yīng)，普朗克常量為人，光速

為c,貝！1（）

太陽光

II

負(fù)載型

A.通過負(fù)載的電流方向?yàn)閺纳现料?/p>

B.該材料發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長為9

C.太陽光的強(qiáng)度越強(qiáng)，則通過負(fù)載的電流越大

D.改用紫外線照射該材料，則不能發(fā)生光電效應(yīng)

BC[N型半導(dǎo)體是電源的負(fù)極，P型半導(dǎo)體是電源的正極，電流從P型一側(cè)流

出，經(jīng)過負(fù)載回到N型一側(cè)，則電流從下至上通過負(fù)載，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；該材料

的“逸出功”W=E,可得發(fā)生光電效應(yīng)的極限波長滿足后=欣-2=紇選項(xiàng)B

正確；太陽光強(qiáng)度越強(qiáng)，光電效應(yīng)釋放的電子越多，向N型一側(cè)移動(dòng)的自由電

子越多，兩端電勢(shì)差越大，電路中的電流越大，所以增大太陽光的強(qiáng)度，通過負(fù)

載的電流會(huì)變大，選項(xiàng)C正確；太陽光中紫外線的頻率最高，太陽光能讓該材

料發(fā)生光電效應(yīng)，該材料的極限頻率應(yīng)小于等于紫外線的頻率，所以改用紫外線

照射該材料，能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]

3.（高考熱點(diǎn)?光頻梳）光梳技術(shù)像一把梳子的作用一樣，將一束來自單一光源

的激光分解成頻率等間距分布的多種單色光，其中各單色光光強(qiáng)/與頻率v的關(guān)

系如圖所示。各單色光的頻率可以表示為以=%+左?Av/=0,±1,±2,…），其

中vo是中心頻率，相鄰兩單色光的頻率差為Av。則光強(qiáng)/與波長4的關(guān)系可能

為（）

D［根據(jù)c=2v可得v=則有-f=c?生紅=c?共當(dāng)Ay不變，

隨著波長的增大，小彩也增大，故A2也增大，即相鄰的波長間距隨著波長的增

大逐漸增大。又波長越大，v越小，可定性畫出光強(qiáng)/與波長;I的關(guān)系圖像，如

圖所示，故D正確。

專題限時(shí)集訓(xùn)（十四）

［A組基礎(chǔ)保分練］

1.（2024?湖南卷）量子技術(shù)是當(dāng)前物理學(xué)應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，下列關(guān)于量子論的

說法正確的是（）

A.普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是連續(xù)的

B.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，紅光照射可以讓電子從某金屬表面逸出，若改用紫光照射

也可以讓電子從該金屬表面逸出

C.康普頓研究石墨對(duì)X射線散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射后僅有波長小于原波長的射線成

分

D.德布羅意認(rèn)為質(zhì)子具有波動(dòng)性，而電子不具有波動(dòng)性

B［普朗克認(rèn)為黑體輻射的能量是量子化的，A錯(cuò)誤；紫光的頻率大于紅光的頻

率，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=/iy-Wo可知，若改用紫光照射此金屬表面，

一定能發(fā)生光電效應(yīng)，即電子從金屬表面逸出，B正確；康普頓散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),

X射線被較輕物質(zhì)（石墨、石蠟等）等散射后除了有波長與原波長相同的成分外還

有波長較長的成分，C錯(cuò)誤；德布羅意認(rèn)為實(shí)物粒子具有波粒二象性，D錯(cuò)誤。］

2.（2024?河北卷）鋰是新能源汽車、儲(chǔ)能和信息通信等新興產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵材料。研

究表明，鋰元素主要來自宇宙線高能粒子與星際物質(zhì)的原子核產(chǎn)生的散裂反應(yīng),

其中一種核反應(yīng)方程為毛c+出--0Li+2；H+X,式中的X為（）

O

1e

Ac.Jn-

OB.4Hn

1eD.2

D［由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知，X的電荷數(shù)為6+1—3—2=

2,質(zhì)量數(shù)為12+1—7—2=4,故X為*He,故選D。］

3.（2024?“皖南八校”高三第三次聯(lián)考）核潛艇是大國重器，其動(dòng)力來源就是

核反應(yīng)。快堆是我國第四代核能系統(tǒng)的優(yōu)選堆型，采用錦（2；*U）作燃料，在堆

心燃料缽的外圍再生區(qū)里放置不易發(fā)生裂變的鈾［舐U）,錦「矍PU）裂變釋放出

239

的快中子被再生區(qū)內(nèi)的鈾（2能U）吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫍?部U）,鈾（92U）極不穩(wěn)定，經(jīng)

過衰變，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊谋?^PU）,從而實(shí)現(xiàn)核燃料的“增殖”。下列說

法正確的是（）

A.鈾（2羽U）發(fā)生衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子

B.杯（2貧Pu）裂變過程中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)不守恒

C.鈾（2段U）轉(zhuǎn)變?yōu)槔彛?貧Pu）,經(jīng)過了1次a衰變

D.若杯（2。并11）裂變生成兩個(gè)中等質(zhì)量的核，缽核的比結(jié)合能大于生成的兩個(gè)核

的比結(jié)合能

A［鈾（2昭U）衰變?yōu)槔彛?j：Pu）時(shí)質(zhì)量數(shù)不變，核電荷數(shù)增加，故發(fā)生了P衰變，

其本質(zhì)為中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子，A正確，C錯(cuò)誤；原子核在裂變過程中，電荷

數(shù)和質(zhì)量數(shù)均守恒，B錯(cuò)誤；原子核裂變時(shí)釋放核能，故質(zhì)量會(huì)減少，裂變產(chǎn)物

的比結(jié)合能大于裂變前的比結(jié)合能，D錯(cuò)誤。］

4.（2024?河南省部分重點(diǎn)高中4月高三大聯(lián)考）1885年，瑞士科學(xué)家巴耳末對(duì)

當(dāng)時(shí)已知的氫原子在可見光區(qū)的4條譜線（記作Ha、Hp>Hy和Hs）做了分析，發(fā)

現(xiàn)這些譜線的波長滿足一個(gè)簡單的公式，稱為巴耳末公式。這4條特征譜線是玻

爾理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。如圖所示，這4條特征譜線分別對(duì)應(yīng)氫原子從〃=3,4,5,

6能級(jí)向"=2能級(jí)的躍遷，下面四幅光譜圖中，合理的是（選項(xiàng)圖中標(biāo)尺的刻度

均勻分布，刻度從左至右增大）（）

HsH7HpHaHaHpH7H8

kl二工

A/nmA/nm

AB

I8H7HBHa

二工

A/nmA/nm

CD

D［光譜圖中譜線位置表示相應(yīng)光子的波長。氫原子從〃=3,4,5,6能級(jí)分別

向n=2能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)射的光子能量增大，所以光子頻率增大，光子波長減小，

在標(biāo)尺上Ha、Hp、叫和Hs譜線應(yīng)從右向左排列。由于氫原子從“=3,4,5,

6能級(jí)分別向“=2能級(jí)躍遷釋放光子能量的差值越來越小，所以，從右向左4

條譜線排列越來越緊密。故選D。］

5.(2024?江西卷)近年來，江西省科學(xué)家發(fā)明硅襯底氮化線基系列發(fā)光二極管

(LED),開創(chuàng)了國際上第三條LED技術(shù)路線。某氮化錢基LED材料的簡化能級(jí)

如圖所示，若能級(jí)差為2.20eV(約3.52X10-19J),普朗克常量入=6.63X10-34j?s,

則發(fā)光頻率約為()

----------Ec

2.20eV

----------Ek

A.6.38X1014HzB.5.67X1014Hz

C.5.31X1014HzD.4.67X1014Hz

C［根據(jù)題意可知，輻射出的光子能量￡=3.52X10-19j,由￡=加代入數(shù)據(jù)解得

v^5.31X1014Hz,C正確。］

6.就像原子中的電子躍遷一樣，原子核中的質(zhì)子和中子也占據(jù)著離散的能級(jí)，

因此原子核也有類似的躍遷。這種躍遷有望帶來一種比原子鐘更精確的時(shí)鐘一

—核鐘。核鐘的計(jì)時(shí)原理與原子鐘非常相似，它是通過用與原子核的兩個(gè)能級(jí)之

間的能量差精確對(duì)應(yīng)的光波，來誘發(fā)原子核的能量躍遷。目前，科研人員將含有

胡一229和鐳一229的同位素原子核束發(fā)射到氟化鈣和氟化鎂晶體上。鉆一229

和鐳一229通過0衰變產(chǎn)生銅一229原子核，接著鋼一229也會(huì)經(jīng)歷0衰變，成

為放射性的錢一229。社一229會(huì)取代氟化鈣和氟化鎂晶體中的一些原子，并通

過發(fā)射波長幺的光子衰變到基態(tài)。普朗克常量為人,光在真空中的傳播速度為c。

下列說法正確的是（）

A.W-229的核電荷數(shù)比社一229的多一個(gè)

B.鋼一229的一個(gè)核外電子放出，即發(fā)生0衰變

C.社一229衰變到基態(tài)發(fā)射光子的動(dòng)量p=3能量￡=號(hào)

D.社一229衰變到基態(tài)發(fā)射的光子，可以讓逸出功大于后的金屬發(fā)生光電效應(yīng)

C［由題意知“鋼一229也會(huì)經(jīng)歷0衰變，成為放射性的社一229”，即鋼一229

放出電子，變成鈕一229,因此銅一229的核電荷數(shù)比處一229的少一個(gè)，選項(xiàng)A

錯(cuò)誤；軻一229發(fā)生0衰變，放出的電子是由鋼一229核內(nèi)部發(fā)出的，選項(xiàng)B錯(cuò)

誤；處一229衰變到基態(tài)發(fā)射光子波長為2,則光子動(dòng)量p=g、能量￡=hv=h^,

選項(xiàng)C正確；處一229衰變到基態(tài)發(fā)射的光子，可以讓逸出功小于后的金屬發(fā)

生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。］

7.（多選）（2024?浙江校聯(lián)考模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，圖乙為

a、b.c三種光分別照射圖甲裝置得到的電流表與電壓表讀數(shù)的關(guān)系曲線，圖丙

為氫原子能級(jí)圖，圖丁是幾種金屬的逸出功和極限頻率。已知c光子能量為2.81

eVo貝!1（）

E/eV

0

-0.54

-0.85

-1.51

-3.40

-13.60

幾種金屬逸出功和極限頻率

金屬WeVv/(X1014Hz)

鈉2.295.33

鉀2.255.44

鋤2.135.15

T

A.若b為綠光,a不可能是紫光

B.若。為綠光，c可能是紫光

C.用c照射大量"=2激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同頻率的光

D.用c照射鋤陰極產(chǎn)生的光電子撞擊大量"=3激發(fā)態(tài)氫原子可產(chǎn)生6種不同

頻率的光

AD［因力的遏止電壓大于a的遏止電壓，根據(jù)W逐出功可知,

力的頻率大于a的頻率，則若8為綠光，a不可能是紫光，選項(xiàng)A正確；因a、

c的遏止電壓相等，可知a、c的頻率相等，即若a為綠光，c也肯定為綠光，選

項(xiàng)B錯(cuò)誤；已知c光子能量為2.81eV,則用c照射大量n=2激發(fā)態(tài)氫原子不

能被氫原子吸收，從而不會(huì)產(chǎn)生躍遷，也不會(huì)輻射光子，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；用c照

射軸陰極產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能為Ekm=2.81eV-2.13eV=0.68eV,光電子

撞擊大量n=3激發(fā)態(tài)氫原子，因0.68eV>(-0.85eV)-(-1.51eV)=0.66eV,

則可使鎖原子核躍遷到“=4的能級(jí)，然后向低能級(jí)躍遷時(shí)可產(chǎn)生熊=6種不同

頻率的光，選項(xiàng)D正確。故選AD。］

8.核廢水中含有大量的放射性元素，會(huì)嚴(yán)重影響人民的生命健康。核廢水中放

34

射性物質(zhì)之一55它的半衰期為2.06年，1熊Cs發(fā)生衰變時(shí)的核反應(yīng)方程為

嚼Cs一舞Ba+X,該核反應(yīng)過程中放出的能量為Qo設(shè)嚼Cs的比結(jié)合能為Ei，

VeBa的比結(jié)合能為E2,已知光在真空中的傳播速度為c,則下列說法正確的

是（）

A.在該核反應(yīng)方程中，X表示gHe粒子

B.該核反應(yīng)過程中放出的能量。=134EI—134E2

C.該核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損可以表示為相=與

D.50年以后，如果海水中1胎Cs含量減少，它的半衰期會(huì)變短

C［在該核反應(yīng)方程中，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質(zhì)量數(shù)為0,

電荷數(shù)為-1,為電子，故A錯(cuò)誤;該核反應(yīng)過程中放出的能量。=134E2-134EI,

故B錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知Q=mc2,核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為機(jī)

=5,故C正確；放射性物質(zhì)的半衰期不會(huì)隨著溫度、濃度、壓強(qiáng)等條件的變化

而變化，故D錯(cuò)誤。］

9.（多選）（2024?山東青島校聯(lián)考）缽（2^Pu）靜止時(shí)衰變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)嗤U和a粒子，

激發(fā)態(tài)鈾核2第U立即衰變?yōu)榉€(wěn)態(tài)鈾核2第U,并放出能量為馬的丫光子。缽2^pu、

穩(wěn)態(tài)鈾核2第U和a粒子的質(zhì)量分別記為B/P”碩和叫，衰變放出光子的動(dòng)量可

23

忽略且該過程釋放的核能除丫光子的能量Ey外全部轉(zhuǎn)化為9a粒子的動(dòng)能。

在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中衰變產(chǎn)生的鋁和和a粒子，兩者速度方向均與磁場(chǎng)垂直，做勻速

圓周運(yùn)動(dòng)，光在真空中的速度為c,則下列說法正確的是（）

A.2需u和a粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡為外切圓

B.2第u的比結(jié)合能大于嚼Pu的比結(jié)合能

2

B.2取U的動(dòng)能為Ekv=（mpu—mv—ma）c—E1

D.a粒子的動(dòng)能為Eka=mu［（fflpu

mu+ma

ABD［由題意可知衰變產(chǎn)生的肉和和a粒子帶電性相同，速度方向相反，則兩

粒子在同一句強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圓外切，故A正確；由于衰變時(shí)

放出核能，比結(jié)合能增大，所以2需U的比結(jié)合能大于2裾Pu的比結(jié)合能，故B正

確；由能量守恒定律可知