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真题再现
1.(2019·高考江苏卷)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是________(选填“电子”“正电子”或“中子”)．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”).
解析：根据核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，可得X的质量数为1，电荷数为零，所以X是中子．目前人类获得核能的主要方式是核裂变.
答案：中子　核裂变
2.(2019·高考江苏卷)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7 m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2 J．求每个脉冲中的光子数目．(已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3×108 m/s.计算结果保留一位有效数字)
解析：光子能量ε＝
光子数目n＝
代入数据得n＝5×1016.
答案：见解析
考情分析
命题研究
本模块在江苏卷中的题型为选择题，难度不大．从内容来看，对于光电效应、氢原子的能级结构、核反应方程的书写、核能的计算问题的考查比较频繁．从整体命题趋势上看，高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路，仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点
　光电效应现象
【高分快攻】
1．对光电效应规律的解释
对应规律
对规律的解释
极限频率νc
电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W0，要使照射光子能量不小于W0，对应的频率νc＝即极限频率
最大初动能
电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，所以光电子的最大初动能只随照射光的频率增大而增大，与照射光强度无关
瞬时性
光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要积累能量的时间
饱和电流
当发生光电效应时，增大照射光强度，包含的光子数增多，照射金属时产生的光电子增多，因而饱和电流变大
2.光电效应的研究思路
(1)两条线索
(2)两条对应关系
①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大.
【典题例析】
(2019·高考北京卷)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．
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
4．0
4．0
弱
中
强
29
43
60
0.9
0．9
0．9
第
二
组
4
5
6
6.0
6．0
6．0
弱
中
强
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
[解析]　由于光子的能量E＝hν，又入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同，A项正确；由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同，B项错误；由hν＝W＋Ek，逸出功W＝3.1 eV可知，若入射光子能量为5.0 eV，则逸出光电子的最大动能为1.9 eV，C项正确；相对光强越强，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，故D项正确．
[答案]　B
【题组突破】
角度1　对光电效应规律的理解
1．1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是 (　　)
A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应
B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比
D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属一定发生光电效应
解析：选A.根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A正确，D错误；根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误．
角度2　光电效应方程和图象问题
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甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.
(1)图甲中电极A为光电管的____(填“阴极”或“阳极”)；
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________ J.
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νc为5.15×1014Hz，逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J≈3.41×10－19J.
(3)当入射光的频率为ν＝7.00×1014Hz时，由Ek＝hν－hνc得，光电子的最大初动能为Ek＝6.63×10－34×(7.00－5.15)×1014J≈1.23×10－19J.
答案：(1)阳极
(2)5.15×1014[(5.12～5.18)×1014均视为正确]
3．41×10－19[(3.39～3.43)×10－19均视为正确]
(3)1.23×10－19[(1.21～1.25)×10－19均视为正确]

解决光电效应类问题的“3点注意”
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．
注意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．
注意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．　
　原子能级和能级跃迁
【高分快攻】
1．玻尔理论的三条假设
轨道量子化
核外电子只能在一些分立的轨道上运动
能量量子化
原子只能处于一系列不连续的能量状态
吸收或辐射
能量量子化
原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子
2.解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧
(1)原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差．
(2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值，剩余能量为自由电子的动能．
(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)，而一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数可用N＝C＝求解．
(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位1 eV＝1.6×10－19 J.
【典题例析】
(2018·高考天津卷)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n＝2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定(　　)
A．Hα对应的前后能级之差最小
B．同一介质对Hα的折射率最大
C．同一介质中Hδ的传播速度最大
D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能
[解析]　Hα的波长最长，频率最低，由跃迁规律可知，它对应的前后能级之差最小，A项正确；由频率越低的光的折射率越小知，B项错误；由折射率n＝可知，在同一介质中，Hα的传播速度最大，C项错误；当入射光频率大于金属的极限频率可以使该金属发生光电效应现象，因νHβ<νHγ，所以Hβ不一定能使该金属发生光电效应现象，D项错误．
[答案]　A
【题组突破】
1．如图所示为氢原子的能级图，现有一群处于n＝3能级的激发态的氢原子，则下列说法正确的是(　　)
A．能发出6种不同频率的光子
B．波长最长的光是氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的
C．发出的光子的最小能量为12.09 eV
D．处于该能级的氢原子至少需吸收1.51 eV能量的光子才能电离
解析：选D.一群处于n＝3能级的激发态的氢原子能发出C＝3种不同频率的光子，A错误；由辐射条件知氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子频率最大，波长最小，B错误；发出的光子的最小能量为E3－E2＝1.89 eV，C错误；n＝3能级对应的氢原子能量是－1.51 eV，所以处于该能级的氢原子至少需吸收1.51 eV能量的光子才能电离，D正确．
2．氢原子部分能级的示意图如图所示．不同色光的光子能量如下表所示．
色光
红
橙
黄
绿
蓝－靛
紫
光子能量
范围(eV)
1.61～
2．00
2.00～
2．07
2.07～
2．14
2.14～
2．53
2.53～
2．76
2.76～
3．10
处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内仅有2条，其颜色分别为(　　)

A．红、蓝－靛　　　　　　　 B．黄、绿
C．红、紫 D．蓝－靛、紫
解析：选A.原子发光时放出的光子的能量等于原子能级差，先分别计算各能级差，再由小到大排序．结合可见光的光子能量表可知，有两个能量分别为1.89 eV和2.55 eV的光子属于可见光，分别属于红光和蓝－靛光的范围，故答案为A.
　原子核的衰变规律
【高分快攻】
1．衰变规律及实质
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
X→Y＋He
X→Z＋e
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
2H＋2n→He
n→H＋e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
2.γ射线：γ射线经常是伴随着α衰变或β衰变同时产生的
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
氦核
He
＋2e
4 u
最强
最弱
β射线
电子
e
－e
 u
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最弱
最强
3.半衰期的理解
(1)半衰期研究对象一定是大量的、具有统计意义的数量；
(2)半衰期永不变；
(3)半衰期的公式：N余＝N原，m余＝m原.
【典题例析】
一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He.下列说法正确的是(　　)
A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能
B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小
C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间
D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量
[解析]　静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和α粒子的动量等大反向，即pTh＝pα，B项正确；因此有＝，由于钍核和α粒子的质量不等，因此衰变后钍核和α粒子的动能不等，A项错误；半衰期是有半数铀核衰变所用的时间，并不是一个铀核衰变所用的时间，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，因此D项错误．
[答案]　B
【题组突破】
角度1　对衰变规律的理解
1.(多选)U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．图中a是84，b是206
B.Pb比U的比结合能大
C．Y和Z是同一种衰变
D．Y是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的
解析：选 ABC.由Po变到Pb，质量数少4，知发生了一次α衰变，则电荷数少2，所以a＝84，由Bi变到　b 81Tl，发生了一次α衰变，则b＝206，选项A、C正确，选项D错误；比结合能小的原子核结合或分裂成比结合能大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能，因此核反应放出能量，则Pb比U 的比结合能大，选项B正确．
角度2　对半衰期及衰变次数的理解
2．由于放射性元素Np的半衰期很短，所以在自然界中一直未被发现，只是在使用人工的方法制造后才被发现．已知Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，下列选项中正确的是(　　)
A.Bi的原子核比Np的原子核少28个中子
B.Np经过衰变变成Bi，衰变过程可以同时放出α粒子、β粒子和γ粒子
C．衰变过程中共发生了7次α衰变和4次β衰变
D.Np的半衰期等于任一个Np原子核发生衰变的时间
解析：选C.Bi的中子数为209－83＝126，Np的中子数为237－93＝144，Bi的原子核比Np的原子核少18个中子，A错误；Np经过一系列α衰变和β衰变后变成Bi，可以同时放出α粒子和γ粒子或者β粒子和γ粒子，不能同时放出三种粒子，B错误；衰变过程中发生α衰变的次数为＝7(次)，β衰变的次数为2×7－(93－83)＝4(次)，C正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适用，D错误．

命题角度
解决方法
易错辨析
衰变射线的性质分析
从电离能力、贯穿本领等方面对比分析
α、β射线电性相反，而γ射线不带电但频率高，能量大
衰变方程的书写及理解
衰变方程遵循电荷数守恒、质量数守恒原则，且要从衰变的产生机理及本质分析
α衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；β衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；γ衰变伴随着α衰变或β衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中产生的能量
半衰期的理解及计算
半衰期的稳定性及计算公式
衰变是一个统计规律，对少数粒子不满足规律
　核反应方程和核能计算
【高分快攻】
1．四种常见核反应
类型
可控性
核反应方程典例
衰
变
α衰变
自发
U→ Th＋He
β衰变
自发
 Th→Pa＋e
人工转变
人工
控制
 N＋He→ O＋H(卢瑟福发现质子)
He＋Be→ C＋n(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n
约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子
P→Si＋e
重核裂变
较容易
控制
U＋n→Ba＋
Kr＋3n
实际应用：原子弹、核电站、核航母等
轻核聚变
很难
控制
H＋H→He＋n
实际应用：氢弹、某些恒星内核反应
2.对质能方程的理解
(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.
方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.
(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.
【典题例析】
(2018·高考天津卷)国家大科学工程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台．下列核反应中放出的粒子为中子的是(　　)
A. N俘获一个α粒子，产生O并放出一个粒子
B.Al俘获一个α粒子，产生P并放出一个粒子
C. B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子
D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子
[解析]　根据核反应过程中质量数守恒及电荷数守恒可知，N＋He→O＋H，A项错误；Al＋He→P＋n，B项正确；B＋H→Be＋He，C项错误；Li＋H→He＋He，D项错误．
[答案]　B
【题组突破】
角度1　核反应的四种类型
1．在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)
A.C→N＋e
B.P→S＋e
C.U→Th＋He
D.N＋He→O＋H
E.U＋n→Xe＋Sr＋2n
F.H＋H→He＋n
解析：一个原子核自发地放出一个α粒子，生成一个新核的过程是α衰变，因此C项是α衰变；一个重核在一个粒子的轰击下，分裂成几个中等质量原子核的过程是重核的裂变，因此E项是重核的裂变；两个较轻的原子核聚合成一个较大的原子核，并放出粒子的过程是轻核的聚变，因此F项是轻核的聚变；另外，A、B项是β衰变，D项是原子核的人工转变．
答案：C　AB　E　F
角度2　核能的计算
2．(2017·高考全国卷Ⅰ)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 0 u，n的质量为1.008 7 u，1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为(　　)
A．3.7 MeV　　　　　　 B．3.3 MeV
C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：选B.氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确．

(1)在求解核反应中的动量守恒时，常出现以下错误：
①核反应中产生的新核和粒子的质量数的确定；
②在列动量守恒式时，是否考虑放出的光子的动量；
③核反应中动能并不守恒．
(2)可以从以下几点防范：
①根据核反应规律，确定新核和粒子的质量数；
②根据题给条件明确是否考虑光子的动量；
③若为放能核反应，反应后的动能等于反应前的动能与释放的核能之和．

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