挑战2020年高考物理必须突破15个必考热点:热点(11)原 子 物 理

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挑战2020年高考物理必须突破15个必考热点:热点(11)原 子 物 理

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挑战2020年高考物理必须突破15个必考热点
热点(11)原



考向一:原子的能级跃迁
【真题引领】
 (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.12.09
eV
B.10.20
eV
C.1.89
eV
D.1.51
eV
【答案】A
(1)题眼解读
(2)条件解读
光子能量→能级差→最低能级→基态原子吸收
 解析:处于基态(n=1)的氢原子被激发,至少要被激发到n=3能级以上,跃迁才可能产生能量在1.63
eV~3.10
eV的可见光,则最少应给氢原子提供的能量为ΔE=-1.51
eV-(-13.60)
eV=12.09
eV,故选项A正确。
解答原子能级跃迁规律;
1.原子跃迁能级图比较:
2.解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项:
(1)一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1。
(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:
①用数学中的组合知识求解:N==。
②利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加。
考场练兵:
1.(多选)氢原子基态的能量为E1=-13.6
eV。大量氢原子处于某一激发态。由这些氢原子可能发出的所有的光子中,频率最大的光子能量为-0.96E1,以下说法正确的是
(  )
A.所有光子频率最小的光子的能量约为0.31
eV
B.这些氢原子处于第四能级
C.这些光子可具有8种频率
D.这些光子可具有10种频率
【答案】A、D 
解析:频率最大的光子能量为-0.96E1,即En-(-13.6
eV)=-0.96×(-13.6
eV),解得En=-0.54
eV,即n=5,从n=5能级开始,根据N==可得共有10种不同频率的光子。从n=5到n=4跃迁的光子频率最小,根据E=E5-E4可得频率最小的光子的能量为0.31
eV。
2.(多选)氢原子能级如图,当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时,辐射光的波长为656
nm。以下判断正确的是
(  )
A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的波长小于656
nm
B.用波长为325
nm的光照射,不能使氢原子从n=1跃迁到n=2的能级
C.一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线
D.用波长为633
nm的光照射,能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级
【答案】A、B 
解析:能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差,能级差越大,辐射的光子频率越大,波长越小,A正确;由Em-En=h可知,B对、D错;根据=3可知,辐射的光子频率最多3种,C错。
考向二:光电效应
【真题引领】
(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。


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



1
2
3
4.0
4.0
4.0



29
43
60
0.9
0.9
0.9



4
5
6
6.0
6.0
6.0



27
40
55
2.9
2.9
2.9
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
【答案】B
(1)题眼解读:
(2)信息提取:
 解析:由光电效应可知电子最大初动能Ekm和入射光频率ν以及逸出功W0的关系满足Ekm=hν-W0①,题中数据表添加一项逸出功后,如表所示,根据表格可知,不同频率光入射逸出功相同,由此可以判断是同一种金属材料,选项B错误,符合题中错误选项要求;入射光子能量不同,所以频率不同,选项A正确;根据①式可知若入射光子能量为5.0
eV,则逸出电子最大动能为1.9
eV;只要能够发生光电效应,相对光强越强,光电流越大,选项C、D正确。
光电效应规律:
1.光电效应的“两条线索”和“两个对应关系”:
(1)两条线索。
(2)两条对应关系。
2.用图象表示光电效应方程:
(1)极限频率:图线与ν轴交点的横坐标ν0。
(2)逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0=E。
(3)普朗克常量:图线的斜率k=h。
考场练兵:
1.(多选)对于甲和乙两种金属,其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系如图所示。用h、e分别表示普朗克常量和电子电荷量,则
(  )
A.甲的逸出功小于乙的逸出功
B.图中直线的斜率为
C.在得到这两条直线时,必须保证入射光的光强相同
D.若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到甲的光频率较高
【答案】A、B 
解析:根据光电效应方程得Ek=hν-W0,又Ek=eUc,则Uc=-,图线是一条直线,斜率k=,且与入射光的光强无关,故选项B正确,C错误;延长图线如图,可知纵轴截距的绝对值b=,解得逸出功W=eb,故A正确;从图象可以看出若这两种金属产生的光电子具有相同的最大初动能,则照射到甲的光频率较低,选项D错误。
2.(多选)光电效应实验中,用波长为λ0的单色光A照射某金属板时,刚好有光电子从金属表面逸出。当波长为的单色光B照射该金属板时,下列说法正确的是(已知普朗克常量为h、光速为c)
(  )
A.光电子的最大初动能为
B.光电子的最大初动能为2
C.A、B两种光子的动量之比为2∶1
D.A、B两种光子的动量之比为1∶2。
【答案】A、D 
解析:逸出功W0=hνc=,根据爱因斯坦光电效应方程Ekm=hν-W0=-=,再由p=,可得==。
考向三:核能计算以及核反应方程
【真题引领】
(2017·北京高考)在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次α衰变。放射出α粒子He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R。以m、q分别表示α粒子的质量和电荷量。
(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该α衰变的核反应方程。
(2)α粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小。
(3)设该衰变过程释放的核能都转化为α粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损Δm。
【答案】(1XYHe
(2)T= I=
(3)Δm=
(1)题眼解读:
解析:(1)α衰变的核反应方程为XYHe
(2)α粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有
qv1B=m
T=
解得T=
由电流的定义式可得
I==
(3)衰变过程中由动量守恒定律可得
mv1=Mv2
由能量守恒可知,释放的核能为
ΔE=m+M
由质能方程可得:ΔE=Δmc2
联立以上方程可解得:
Δm=
(2)错因警示:
警示1:不能正确书写方程式。
警示2:建立不起环形电流的等效模型。
警示3:不能建立衰变过程中能量和质量亏损之间的联系。
核能计算以及核反应方程方法:
1.核反应方程的书写与分类:
(1)必须遵循的两个规律:质量数守恒、电荷数守恒。
(2)必须熟记基本粒子的符号:如质子(1H)、中子n)、α粒子He)、β粒子e)、正电子e)、氘核H)、氚核H)等。
(3)并不是生成物中有He的就是α衰变,有e的就是β衰变。
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931.5
MeV,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。
考场练兵:
1.(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是
(  )
A.原子核的结合能大于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定小于原来重核的结合能
C.铯原子核Cs)的结合能小于铅原子核Pb)的结合能
D.比结合能越大,原子核越稳定
【答案】C、D 
解析:原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量,A错;一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,要释放能量,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,B错;铯原子核不如铅原子核稳定,所以铯原子核结合能小于铅原子核的结合能,C对;比结合能越大,原子核越稳定,D对。
2.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H→He+e+2ν,已知H和He的质量分别为mp=1.007
8
u和mα=4.002
6
u,1
u=931
MeV/c2,c为光速。在4个H转变成1个He的过程中,释放的能量约为
(  )
A.8
MeV   
 
B.16
MeV
C.26
MeV
D.52
MeV
【答案】C 
解析:根据质能方程ΔE=Δm·c2,得ΔE=(4mp-mα-2me)·c2,因核反应前后质量亏损约为Δm=(1.007
8×4-4.002
6)u=0.028
6
u,故释放的能量约为ΔE=Δm·c2≈26.6
MeV,C正确,A、B、D错误。

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