高中物理高考 秘籍13 原子物理-备战2020年高考物理之抢分秘籍（教师版）

秘籍13  原子物理

高考频度：★★★★☆     难易程度：★★★☆☆

考向一　波粒二象性

真题演练

【典例1】（2018·全国II卷）用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810–19 J。已知普朗克常量为6.6310–34 J·s，真空中的光速为3.00108 m·s–1，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为

A．11014 Hz

B．81014 Hz

C．21015 Hz

D．81015 Hz

【答案】B

【解析】知道光电效应方程；知道逸出功并结合两个公式求解。由光电效应方程式得：，得：，刚好发生光电效应的临界频率为，则，代入数据可得：，故B正确。

怎样解决有关光电效应规律应用的题目

解决有关光电效应规律的应用的题目，只需理解并熟记以下规律即可：

(1)入射光强度单位时间内发射出来的电子数；

(2)入射光的频率

模拟精炼

如图所示为光电管的使用原理图．已知当有波长为λ0的光照射到阴极K上时，电路中有光电流，则(　　)

A．若换用波长为λ1(λ1＞λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流

B．若换用波长为λ2(λ2＜λ0)的光照射阴极K时，电路中光电流一定增大

C．若将电源极性反接，电路中仍可能有光电流产生

D．增加电路中电源两极电压，电路中光电流一定增大

【答案】C

【解析】题给条件λ0的光照射阴极K有电流，不是恰有光电流，故A项错；达到饱和值后，光电流与入射光的强度成正比，故B项错；增加电路中电源两极电压达饱和电流后，电流不变，可判断D项错；若将电源极性反接，只要光电子的最大初动能Ek＞eU，就有光电子到达另一极形成光电流，故C项正确。

考向二　原子结构与能级

真题演练

【典例2】（2019·新课标全国Ⅰ卷）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．1.5l eV

【答案】A

【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV的可见光。故。故本题选A。

能使原子能级跃迁的两种方式

(1)吸收光子能量：原子若是吸收光子能量而被激发，光子的能量必须等于两能级差，否则不被吸收，即hν＝Em－En.

(2)吸收外来实物粒子：原子若吸收外来的实物粒子，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于等于两能级差值(E≥Em－En)，均可使原子发生跃迁．

 模拟精炼

．(2020·河北石家庄检测)(多选)已知金属钙的逸出功为2.7 eV，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数为n＝4的能级状态，则下列说法中正确的是(　　)

A．氢原子可能辐射6种频率的光子

B．氢原子可能辐射5种频率的光子

C．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

D．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应

【答案】AC

【解析】从n＝4能级跃迁可能产生的光子为6种；若产生光电效应，则光子的能量需要大于2.7 eV，此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级，这3种频率的光子能使钙发生光电效应。

考向三　原子核与核能

真题演练

【典例3】（2019·新课标全国Ⅱ卷）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，已知和的质量分别为和，1u=931MeV/c2，c为光速。在4个转变成1个的过程中，释放的能量约为

A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV

【答案】C

【解析】由知，=，忽略电子质量，则：，故C选项符合题意；

核反应方程及核能的计算

(1)掌握核反应方程中的两守恒：

①质量数守恒；

②电荷数守恒．

(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．

模拟精炼

(2020·山西晋城一模，1)一静止的磷原子核P发生β衰变转变成S，核反应方程为P→S＋e，下列说法正确的是(　　)

A．核反应产生的S与e动能相等

B．核反应产生的S与e速度等大反向

C．核反应产生的S与e动量等大反向

D．核反应产生的S与e的质量之和与P相等

【答案】C

【解析】核反应前后动量守恒，核反应前P是静止的，动量等于零，可知核反应后两生成物的动量等大反向，选项C正确；根据动能和动量的关系Ek＝可知S与e的动能不相等，选项A错误；因为S与e质量不相等，动量大小相等，所以速度大小不相等，选项B错误；由于核反应存在质量亏损，选项D错误。

代入数据解得：Q＝4×10－3 J

横扫千军

1．(2019·沈阳联考)如图所示，根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态(量子数n＝1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为

A．13.6 eV　　　　　　　 B．3.4 eV

C．12.75 eV  D．12.09 eV

【答案】C

【解析】根据受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，有6＝，解得n＝4，即能自发地发出6种不同频率的光的受激氢原子一定是在n＝4能级，则照射处于基态的氢原子的单色光的光子能量为－0.85 eV－(－13.6 eV)＝12.75 eV，C正确。

2．“慧眼”观测的范围是美丽的银河系，γ射线暴是主要研究的对象之一。γ射线暴是来自天空中某一方向的γ射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象，它是仅次于宇宙大爆炸的爆发现象。下列关于γ射线的论述中正确的是(　　)

A．γ射线同α、β射线一样，都是高速带电粒子流

B．γ射线的穿透能力比α射线强，但比β射线弱

C．γ射线是原子核能级跃迁时产生的

D．利用γ射线可以使空气电离，消除静电

【答案】C

【解析】γ射线是电磁波，不是高速带电粒子流，A错误；α、β、γ三种射线中，γ射线能量最高，穿透能力最强，B错误；利用α射线的电离作用可以使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电，D错误；γ射线是原子核能级跃迁时产生的，C正确。

3．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n。若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(　　)

A.[(mD－mp－mn)c2－E]

B.[(mp＋mn－mD)c2＋E]

C.[(mD－mp－mn)c2＋E]

D.[(mp＋mn－mD)c2－E]

【答案】C

【解析】氘核分解成中子、质子时，质量增加Δm＝mp＋mn－mD，所以2Ek＝E－(mp＋mn－mD)c2，中子动能为Ek＝[(mD－mp－mn)c2＋E]。故C正确。

4．如图所示是氢原子从n＝3、4、5、6能级跃迁到n＝2能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的是(　　)

A．Hα  B．Hβ

C．Hγ  D．Hδ

【答案】D

【解析】根据能级跃迁公式可知，当氢原子由第6能级跃迁到第2能级时，发出光子的能量最高，为hν＝E6－E2，辐射的光子Hδ频率最大，故D选项正确。

5．(多选)(2019·周口模拟)卢瑟福通过用α粒子(He)轰击氮核(N)的实验，首次实现了原子核的人工转变，则下列说法中正确的是(　　)

A．该核反应的方程为He＋N→O＋H

B．通过此实验发现了质子

C．原子核在人工转变的过程中，电荷数可以不守恒

D．在此实验中，核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量

【答案】AB

【解析】由质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为：He＋N→O＋H，选项A正确；卢瑟福通过此实验发现了质子，选项B正确；在原子核的人工转变过程中，其电荷数守恒，选项C错误；由于在核反应中有能量转化，所以质量数守恒，质量不守恒，选项D错误。

6．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C原子核，C原子核的质量是12.000 0 u，He原子核的质量是4.002 6 u。已知1 u＝1.66×10－27 kg,1 eV＝1.6×10－19 J。则(　　)

A．反应过程中的质量亏损是0.007 8 u

B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg

C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV

D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J

【答案】ABC

【解析】由题意可得核反应方程为3He→6C＋ΔE。则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8 u＝0.007 8×1.66×10－27 kg≈1.29×10－29 kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2 J＝1.161×10－12 J≈7.26 MeV。故A、B、C正确。