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(共28张PPT)
专题13　近代物理
考向一 光电效应　能级跃迁
考向二 核反应
考向一 光电效应　能级跃迁
【核心知识】
内容 重要规律、公式和二级结论
光电 效应
氢原子 能级
【典题透视】
[例1](2025·广州模拟)氢原子的能级图如图甲所示,一群处于n=4能级的氢原
子用其向低能级跃迁过程中发出的光照射图乙电路中的阴极K,其中只有a、
b两种频率的光能使之发生光电效应。分别用这两种频率的光照射阴极K,测
得图乙中电流表示数随电压表示数变化的图像如图丙所示。则(　　)
A.题中的氢原子跃迁共能发出3种不同频率的光
B.a光是从n=3能级向n=1能级跃迁产生的
C.a光的光子能量大于b光的光子能量
D.b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能
比a光照射时的小
√
【解析】选B。一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁过程中,辐射出的光子的种类=6,选项A错误;由题意知只有a、b两种频率的光能使之发生光电效应,由图丙可知b光的遏止电压大,则b光频率比a光频率大,可知b光能量比a光能量大,故b光是从n=4能级向n=1能级跃迁产生的,a光是从n=3能级向n=1能级跃迁产生的,选项B正确,C错误;根据光电效应方程Ek=hν W0,由于两种光照射同种材料,故W0相同,由于b光频率比a光频率大,所以b光照射阴极K时逸出的光电子的最大初动能比a光照射时的大,选项D错误。
【类题建模】
类型 模型图示 模型解读
三类 图像 Ek=hν W0
(1)截止频率:图线与ν轴交点的横坐标νc。
(2)逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=| E|=E。
(3)普朗克常量:图线的斜率h=k
(1)曲线②③的遏止电压Uc2、Uc1不同说明最大初动能不同,
Ek3=eUc1,Ek2=eUc2。
(2)曲线①②饱和光电流不同反映了照射光的强度不同
类型 模型图示 模型解读
三类 图像
考向二 核反应
【核心知识】
内容 重要规律、公式和二级结论
核 反 应
角度1　衰变
【典题透视】
[例2](2025·云浮模拟)钇 90是一种放射性元素,对于质量为m0的钇 90,经过时间t后剩余的钇 90质量为m,其 t图线如图所示。若1.6 kg钇 90经历一段时间t0后,经检测剩余钇 90的质量约为0.8 kg,则时间t0约为(　　)
A.26.6 h B.53.2 h
C.64.1 h D.128.2 h
√
【解析】选C。根据半衰期内质量变化关系m=,由图像可得=,=
解得钇 90的半衰期τ=64.1 h,结合题意可得=,解得t0=64.1 h,故选C。
[靶向预测]碳14是一种放射性的元素,其衰变为氮14图像如图所示,根据图像提供的信息下列说法中正确的是(　　)
A.经过11460年100个碳14核将衰变75个
B.碳14转变为氮14过程中有一个中子转变为质子
C.若氮14生成碳14的核反应方程为N+n→
C+X,则X为电子
D.当氮14数量是碳14数量的3倍时,碳14衰变所经历时间为5730年
√
【解析】选B。衰变服从量子统计规律,只对大量的原子才有意义,选项A错误;碳14转变为氮14过程中有一个中子转变为质子和电子,电子被释放出来,选项B正确;根据质量数守恒和电荷数守恒可知若氮14生成碳14的核反应方程为N+n→C+X,则X为质子,选项C错误;由题图可知碳14的衰变周期为5730年,当氮14数量是碳14数量的3倍时,即N余=,根据N余=N原,可知=2,解得t=11460年,选项D错误。
【类题建模】
分类 模型图示 模型解读
三种 射线 α射线:氦核。电离作用最强,穿透能力最弱。
β射线:电子。电离作用较强,穿透能力较强。
γ射线:光子。电离作用最弱,穿透能力最强
半衰 期
角度2　核聚变与核裂变
【典题透视】
[例3]山东荣成华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程在稳定电功率水平上正式投产运行,标志着我国在高温气冷堆核电技术领域已处于全球领先地位。在其核反应中有一个反应是U吸收一个中子引发裂变反应,生成物有Sr、Xe和中子,其中Sr仍有放射性,半衰期为T。已知U的比结合能为E0,Sr的比结合能为E1,Xe的比结合能为E2,则下列说法正确的是(　　)
A.该核反应方程式为UnSrXe+n
B.一个U裂变时释放的能量为90E1+136E2 235E0
C.一个U裂变时释放的能量为E1+E2 E0
D.10个Sr核经过一个半衰期后有5个核会衰变
【解析】选B。该核反应方程式为Un→SrXe+n,选项A错误;一个U核释放的能量为ΔE=90E1+136E2 235E0,选项B正确,C错误;半衰期是大量放射性原子核衰变的统计规律,对少数原子核没有意义,选项D错误。
√
[靶向预测](2025·浙江北斗星盟联考)月壤中含有丰富的He,He参与核反应释放巨大能量,同时几乎不产生具有长期放射性的核废料,因此是清洁、高效的未来能源。其核反应方程为HeHeHe +2X+ 12.86MeV,则(　　)
A.X为质子,该核反应是α衰变
B.He的比结合能比He的比结合能大
C.核子平均释放的能量约为6.42 MeV
D.该反应的质量亏损约为2.3×10 29 kg
√
【解析】选D。设X粒子质量数和核电荷数分别为x、y,根据质量数守恒和电荷数守恒可得3+3=4+2x,2+2=2+2y,解得x=1,y=1,由此可知X粒子为质子,该核反应是核聚变,选项A错误;核反应放出核能,生成物比反应物更稳定,比结合能也更大,即He的比结合能比He小,选项B错误;参与反应的核子数为3+3=6,核子平均释放的能量为E=≈ 2.14MeV,选项C错误;根据质能方程ΔE=Δmc2可知,质量亏损约为Δm= =kg≈2.3×10 29 kg,选项D正确。
【类题建模】
质能 方程 比结 合能 中等大小的核的比结合能最大,比结合能越大,原子核越稳定
角度3　核反应与力、电综合
【典题透视】
[例4]在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的铀核(U)发生一次α衰变,变成钍核(该元素符号为Th),α粒子与钍核均在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。已知钍核的动能为Ek1,且在该过程中释放的核能全部转化为两个粒子的动能。已知真空中的光速为c,不计一切阻力和粒子间作用力。
(1)写出该α衰变的核反应方程,并求出α粒子与钍核做圆周运动的半径之比;
答案:(1)UHeTh　45∶1　
【解析】(1)根据原子核发生α衰变时电荷数和质量数守恒,
有UHeTh
设Th核的质量m1=234m0,电荷量q1=90e,速度为v1
α粒子的质量m2=4m0,电荷量q2=2e,速度为v2
核反应过程动量守恒,以v1方向为正,有0=m1v1 m2v2
粒子在磁场中做匀速圆周运动由qvB=m
可知R= 所以R2∶R1=45∶1
(2)求该过程中的质量亏损。
答案:(2)
【解析】(2)依题意,衰变过程中释放的核能全部转化为两个粒子的动能,有ΔE=Ek1+Ek2
其中Ek1=m1,Ek2=m2=Ek1
由质能方程有ΔE=Δmc2
所以Δm=
【思路导引】
[靶向预测](2025·鹰潭二模)静止在O点的C原子核发生衰变的同时,空间中出现如图所示的匀强电场。之后衰变产物A、B两粒子的运动轨迹OA、OB如图虚线所示,不计重力和两粒子间的相互作用,下列说法正确的是(　　)
A.A粒子为N原子核
B.C原子核发生的是α衰变
C.两粒子初动能相同
D.两粒子初速度大小相同
√
【解析】选A。根据题意,结合两粒子的运动轨迹可知,A粒子所受电场力与电场方向相同,带正电,B粒子所受电场力与电场方向相反,带负电,可知C原子核发生的是β衰变,选项B错误;根据以上分析得该衰变的核反应方程为C→N+e,选项A正确;衰变过程动量守恒,两衰变产物粒子的动量大小相等,即有mAvA=mBvB,由于mA> mB,所以vAmB,所以<,故选项C错误。
【类题建模】
模型图示 模型解读
(1)该原子核发生了α衰变。
(2)α粒子做逆时针运动。
(3)α粒子轨迹半径大。
(4)原子核衰变时会发生质量亏损,反应前的质量不等于反应后的,放出能量
模型图示 模型解读
模型图示 模型解读

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