1.高考对本专题的考查，题型都以选择题为主，命题点多集中在光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的计算上，难度不大，多以识记型为主。 2.选择题的命题思想为一般为考查某一知识点，有时也会考查几个小知识点的综合性分析或计算，如2020山东卷第2题考查原子核的衰变和对电流的理解与计算，而2020年天津卷第1题则考查了对经典实验现象的理解。 3.预计在2021年高考中，仍会以基本知识点综合为主，备考复习中要关注教材中常见实验现象结论及理论解释，加强基本概念、规律的理解和记忆。核反应与动量守恒相结合的题目也应该引起足够的重视。 二、熟记规律 高效突破 1．对光电效应的四点提醒
(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。
2．光电效应中的“四组”概念、“三类”图像
(1)概念：截止频率、遏止电压、饱和电流、逸出功。 (2)图像：Ek－ν、I－U、Uc－ν。
- 1 -
3．能级跃迁
(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。
n（n－1）
(3)一群处于量子数为n的激发态的氢原子向基态跃迁时发射光子的种类N＝C2。 n＝24．核反应及核能
1τt1τt
(1)半衰期公式N余＝N原·()，m余＝m原·()(t表示衰变时间，τ表示半衰期)，半衰期长短由核
22
内部自身因素决定，与它所处的物理、化学状态无关。 (2)γ射线是伴随着α衰变、β衰变而产生的能量形式。 (3)核反应的两个守恒：质量数守恒、电荷数守恒。 (4)质能方程：E＝mc2。 [研考向·提能力]___________________________________考向研析__掌握应试技能
考向一 原子的能级跃迁
1．玻尔理论的基本内容
E1
能级假设：氢原子能级En＝2(n＝1，2，3，…)，n为量子数。
n
跃迁假设：hν＝Em－En(m>n)。
轨道量子化假设：氢原子的电子轨道半径rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，n为量子数。 2．定态间的跃迁——满足能级差
(1)从低能级(n小)――→高能级(n大)―→吸收能量，hν＝En大－En小。 (2)从高能级(n大)――→低能级(n小)―→放出能量，hν＝En大－En小。
3．氢原子电离
电离态：n＝∞，E＝0。
基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV。 n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV。
如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。 [典例1] (2020·河南重点中学5月联考)如图所示为氢原子的能级图，下列说法正确的是( )
跃迁跃迁
A．欲使处于基态的氢原子被激发，可用12.09 eV的光子照射 B．处于n＝1能级的氢原子可以吸收13 eV的光子的能量 C．当氢原子从n＝5能级跃迁到n＝2能级时，要吸收光子
D．一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多有12种
[解析] 根据玻尔理论，用12.09 eV的光子照射时，吸收光子后氢原子的能量为－13.6 eV＋12.09 eV＝－1.51 eV，所以能从基态发生跃迁，跃迁到n＝3能级，选项A正确；由于氢原子的能级图中，不存在能量为13 eV的能级差，所以处于n＝1能级的氢原子不可能吸收13 eV的光子的能量，选项B错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，放出光子，选项C错误；根据C24＝6可知，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁，辐射的光子频率最多有6种，选项D错误。 [答案] A 易错警示
- 2 -
能级跃迁问题的四点注意
……………………………………………………
(1)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝C2n＝
n（n－1）
(如2
典例中D选项)。
(2)一个氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可辐射出(n－1)条光谱线。
(3)氢原子在两定态间跃迁时，入射光子的能量必须等于两定态的能量差才会被吸收。 (4)如果氢原子的跃迁是吸收实物粒子的动能发生的，只要其动能大于(或等于)两能级间的能量差即可。
1．(2020·安徽芜湖5月联考)某红外测温仪的原理是：被测物体辐射的电磁波只有红外线可被该测温仪捕捉，并转变成电信号。图为氢原子能级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV，当大量处于第4能级的氢原子向较低能级跃迁时，所辐射出的光子中能被红外测温仪捕捉到不同频率的光子种类有( )
A．1种 B．2种 C．3种 D．4种
解析：当大量处于第4能级的氢原子向较低能级跃迁时，根据题意可知只有从4→3跃迁产生的光子能量符合条件，即E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51)eV＝0.66 eV<1.62 eV，A正确，B、C、D错误。 答案：A
E1
2．(2020·山东青岛高三下学期统一质检)已知氢原子能级公式为En＝2，其中n为量子数。氢
n
原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量可以使处于n能级上的氢原子电离，则n的最大值为( ) A．2 B．3 C．2＋2 D．4
E1E1
解析：氢原子从n能级向n－1能级跃迁时释放出的能量ΔE＝En－En－1＝2－，由
n（n－1）2
E1E1E1
题意可知2－≥0－，由数学知识可得n≤2＋2，故n的最大值应取3，故B正
n（n－1）2n2
确，A、C、D错误。 答案：B 3．(多选)(2020·河南新乡一中高三质检)如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光，下列说法正确的是( )
- 3 -
A．能容易表现出衍射现象的光是由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的 B．频率最小的光是由n＝2能级跃迁到n＝1能级产生的 C．这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光
D．用n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应 解析：由n＝4能级跃迁到n＝1能级产生的光子频率最大，波长最短，不容易发生衍射，故A错误；辐射出光子的能量是跃迁两轨道能级之差，所以由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的光子频率最小，故B错误；大量的氢原子处于n＝4的激发态，可能发出光子频率的种数为2＝6，C4故C正确；n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子能量E＝(13.6－3.40)eV＝10.2 eV，大于金属铂的逸出功，能发生光电效应，故D正确。 答案：CD
考向二 光电效应问题
1．两条对应关系
(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。 2．三个关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。 (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc。 3．四类图像 由图线直接(或间接)得到的物图像名称 图线形状 理量 (1)极限频率：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k＝h (1)遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标 (2)饱和光电流Im：电流的最大值 (3)最大初动能：Ek＝eUc (1)遏止电压Uc1、Uc2 (2)饱和光电流 (3)最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线 颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系 颜色不同时，光电流与电压的关系
- 4 -
(1)极限频率νc：图线与横轴的交点的横坐标值 (2)遏止电压Uc：随入射光频率遏止电压Uc与入射光频率ν的的增大而增大 关系图线 (3)普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即h＝ke [典例2] (多选)(2020·黑龙江哈尔滨三中二模)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是用a、b、c光照射光电管得到的I－U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压。下列说法正确的是( )
A．在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流一直会增加 B．a、c光的频率相等
C．光电子的能量只与入射光的强弱有关，而与入射光的频率无关 D．a光的波长大于b光的波长
[解析] 在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流会先增加后不变，A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，根据eUc＝hν－W0知，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，a、c两光的遏止电压相等，且小于b光的遏止电压，所以a、c两
c
光的频率相等且小于b光的频率，根据λ＝可知，a光的波长大于b光的波长，B、D正确；
ν
光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关，C错误。 [答案] BD 规律总结
解决光电效应问题的“两看、两注意”
…………………………………………………… (1)看到“遏止电压”，想到“Ek＝eUc”。 (2)看到“逸出功”，想到“W0＝hνc”。
(3)注意Ek＝hν－W0与能量守恒定律是完全一致的。 (4)注意Ek不是每个光电子的初动能，而是最大初动能。
4．(2020·四川攀枝花二诊)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应。现改用紫色光照射该金属，下列说法正确的是( )
A．若紫光强度较小，可能不会产生光电子
B．用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大 C．用紫光照射时，光电子的最大初动能更大
D．两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小 解析：因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项A错误；某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误；红光和紫光照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光
- 5 -
电子的最大初动能更大，选项C正确；两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但不一定用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项D错误。 答案：C 5．(2020·福建南平高三第一次质检)单色光B的频率为单色光A的两倍。用单色光A照射到某金属表面时，从金属表面逸出的光电子最大初动能为E1，用单色光B照射该金属表面时，逸出的光电子最大初动能为E2，则该金属的逸出功为( ) A．E2－E1 B．E2－2E1
E1＋E2
C．2E1－E2 D．
2
解析：根据光电效应方程，用单色光A照射到某金属表面时E1＝hν－W逸出功，用单色光B照射到某金属表面时E2＝h·2ν－W逸出功，解得W逸出功＝E2－2E1，故选项B正确。 答案：B
6．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系如图所示。若该直线的斜率为k、与横轴交点为ν0，电子电荷量的绝对值为e，则( )
A．普朗克常量为ek
B．所用材料的逸出功为kν0
C．用频率低于ν0的光照射该材料，只要光照足够强，也能发生光电效应 D．用频率为ν(ν>ν0)的光照射该材料，逸出光电子的最大初动能为ekν
12hhν0h
解析：根据Uce＝mvm＝hν－hν0，得Uc＝ν－，可知＝k，则普朗克常量为h＝ek，所用
2eee
材料的逸出功为W0＝hν0＝ekν0，选项A正确，B错误；用频率低于ν0的光照射该材料，无论光照多么强，也不能发生光电效应，选项C错误；用频率为ν(ν>ν0)的光照射该材料，逸出光
1
电子的最大初动能为mv2＝hν－hν0＝ekν－ekν0，选项D错误。
2m
答案：A
7．(多选)(2020·陕西西安第一中学高三模拟)研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为ν的光照射光电管阴极K时，有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做减速运动。光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向遏止电压Uc。在下列表示光电效应实验规律的图像中，正确的是( )
- 6 -
解析：反向电压U和频率ν一定时，发生光电效应产生的光电子数与光强成正比，则单位时间到达阳极A的光电子数与光强也成正比，故光电流i与光强I成正比，A正确。由动能定理
hνW0
知－qUc＝0－Ekm，又因Ekm＝hν－W0，所以Uc＝－，可知遏止电压Uc与频率ν是线性
关系，不是正比关系，故B错误。光强I与频率ν一定时，光电流i随反向电压的增大而减小，又据光电子动能大小的分布概率及发出后的方向性可知，C正确。由光电效应知金属中的电子
－9－9
对光子的吸收是十分迅速的，时间小于10 s，10 s后，光强I和频率ν一定时，光电流恒定，故D正确。 答案：ACD
考向三 核反应方程及核能的计算
1．核反应方程的书写
(1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替。
(2)核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。
(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程。
2．核衰变问题的分析
1τt1τt
(1)核衰变规律：m＝()m0，N＝()N0。
22
(2)α衰变和β衰变次数的确定方法
①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。
②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数和电荷数守恒列方程组求解。 3．核能的计算
(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘以真空中光速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的，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。
[典例3] (2020·陕西咸阳高三模拟)232经以下连续衰变过程，最后生成稳定的 90Th具有放射性，
208Pb：232Th→ 228Ra→228Ac→228Th→…→208Pb。下列说法正确的是( ) 82 90 88 89 90 82232228
A. 90Th和 90Th属于放射性同位素，其原子核内中子数相同，质子数不同 228228B. 88Ra发生β衰变后变为228 89Ac，说明 88Ra原子核内有β粒子
228Ra的半衰期约为6.7年，将该元素掺杂到其他稳定元素中，半衰期将增大 C. 88
D．整个衰变过程共发生6次α衰变和4次β衰变
- 7 -
228[解析] 232 90Th和 90Th具有相同的质子数，属于放射性同位素，其原子核内质子数相同，中子
228228数不同，故A错误；228 88Ra发生β衰变后变为 89Ac，是 88Ra原子核内一个中子转化为一个质
子并放出电子，并非原子核内有β粒子，故B错误；元素的半衰期不随物理和化学状态的改变而改变，故C错误；β衰变质量数不变，故232－208＝4x，则x＝6，发生6次α衰变，根据电荷数守恒可知90－82＝2x－y，得到y＝4，故发生4次β衰变，故D正确。 [答案] D 易错警示
处理核反应问题的三点注意
…………………………………………………… (1)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，注意质量数与质量是两个不同的概念。
(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义。 (3)质能方程E＝mc2，表明一定的能量和一定的质量相联系，而不是质量和能量之间相互转化。
8．(2020·高考山东卷)氚核31H
电子可以全部定向移动，在
－
量为1.6×1019C，在这段时间内发生β衰变的氚核31H的个数为( ) A．5.0×1014 B．1.0×1016 C．2.0×1016 D．1.0×1018
－
解析：由题意知，3.2×104 s内发生β衰变产生的电子的电荷量为Q＝It＝5.0×108×3.2×104
－
Q1.6×103－3 01633
C＝1.6×10 C，对应的电子数n＝＝－19＝1.0×10(个)，由1H→－1e＋2He可知，一e1.6×10
316
个31H核发生一次β衰变产生一个电子，故这段时间内发生β衰变的1H核的个数为1.0×10，选项B正确。 答案：B 9．(2020·黑龙江哈尔滨三中高三第二次模拟)下列说法正确的是( )
34
A．在轻核聚变反应方程21H＋1H→2He＋X中，X表示正电子 235U→141Ba＋92Kr＋21n是铀核裂变的一种反应方程 B. 92 56360
C．放射性元素与不同的元素形成化合物，其半衰期不同
D．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
34
解析：在轻核聚变反应方程21H＋1H→2He＋X中，X的质量数为A＝2＋3－4＝1，电荷数Z＝1
235U＋1n→141Ba＋92Kr＋1－2＝0，可知X表示中子，故A错误；铀核裂变的一种核反应方程为 920 5636
1
＋30n，故B错误；放射性元素的半衰期由原子核自身内部因素决定，与物质是单质还是化合物无关，故C错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确。 答案：D
2H可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式62
10．(2020·高考全国卷Ⅱ)氘核11
4He＋21H＋21n＋43.15 MeV表示。海水中富含氘，已知1 kg海水中含有的氘核约为H→2210
1.0×1022个，若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相
－
等。已知1 kg标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J，1 MeV＝ 1.6×1013 J，则M约为( ) A．40 kg B．100 kg C．400 kg D．1 000 kg
解析：根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV的能量，1 kg海水中的氘核
1.0×1022
反应释放的能量为E＝×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J，则相当于标准
6101.15×10
煤的质量为M＝kg≈400 kg。
2.9×107
答案：C 11．(多选)(2020·湖南株洲高三5月检测)目前科学家正在研究用“快中子堆”技术来发电，“快
3
发生β衰变成为氦核32He。假设含氚材料中1H发生β衰变产生的
－
3.2×104 s时间内形成的平均电流为5.0×108 A。已知电子电荷
- 8 -
239239中子堆”技术发电的原理是：快中子反应堆不用238 92U，而用 94Pu作燃料，但在堆心燃料 94Pu
239238的外围放置238 92U， 94Pu发生裂变反应时放出来的高速中子(快中子)，被装在外围再生区的 92U
239239239239
吸收，238 92U吸收快中子后变成 92U， 92U很不稳定，很快发生β衰变变成 94Pu， 94Pu在裂变
239239
产生能量的同时，又不断地将238 92U变成可用燃料 94Pu，核燃料越烧越多。设 92U、β粒子的质量分别为M、m，则( ) 239239A. 94Pu与 92U的中子数相同 238239B. 92U吸收快中子后变成铀 92U是属于核聚变 239U经过2次β衰变后变成239Pu C. 92 94
M＋m239U发生β衰变释放出动能为E的β粒子，该衰变中质量亏损为D．静止的 92E 0
Mc20
239
解析：239 94Pu的中子数为145， 92U的中子数为147，故选项A错误；根据核聚变反应的定义
2390239
可知选项B错误；根据239 92U→ 94Pu＋2－1e可知选项C正确；静止的 92U发生β衰变满足动能
EkUmmm
关系＝，解得EkU＝E0，由爱因斯坦质能方程可得E0＋E0＝Δmc2，解得该衰变中质量
E0MMM
M＋m
亏损为Δm＝E，选项D正确。
Mc20
答案：CD
- 9 -
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