1　原子核的组成优质课一等奖教案

专题十一光电效应

原子结构和原子核

知识必备

1.光电效应的实验规律

(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应。

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。

(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。

(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

2.光电效应方程

1(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：2mv2＝hν－W0。

W0(2)极限频率：νc＝h。

(3)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。

3.氢原子能级图

图1 (1)能级图：如图1所示。

(2)辐射条件：hν＝Em－En。

(3)辐射光谱线条数：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2线条数：N＝Cn＝n（n－1）。

24.核反应

(1)爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2。

4(2)两种衰变：α衰变：238→234

92U―

90Th＋2He。

0β衰变：234→234

90Th―

91Pa＋－1e。

41(3)人工转变：14→17

7N＋2He―

8O＋1H(发现质子的核反应) 1921(4)重核裂变：235→141

92U＋0n―

56Ba＋36Kr＋30n，在一定条件下(大于临界质量、超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。

31(5)轻核聚变：2→41H＋1H―2He＋0n(需要几百万度高温，所以又叫热核反应)。

备考策略

本专题考查的重点应为原子跃迁及能级问题、核反应方程、核能的计算等，题型为选择题。

1.必须牢记的“3个主要实验现象”

(1)光电效应现象。

(2)α粒子散射实验。

(3)天然放射现象。

2.必须掌握的“2类方程”

(1)衰变方程；(2)核反应方程。

3.必须明确的“3个易错易混点”

(1)能级跃迁时吸收光子的能量和吸收实物粒子的能量是不同的。

(2)半衰期是统计规律，对单个原子核无意义。

(3)γ射线是伴随着α衰变、β衰变而产生的能量形式。

4.必须掌握核能的两种计算方法

书写核反计算质量利用ΔE＝Δmc2→→

应方程亏损Δm计算释放的核能(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。

(2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。

光电效应

能级跃迁

【真题示例】

(多选)(2017·全国卷Ⅲ，19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗克常量。下列说法正确的是(

)

A.若νa＞νb，则一定有Ua＜Ub

B.若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb

C.若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb

D.若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb

解析

由爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，由动能定理得Ekm＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同。当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝

hνa－

Eka＝

hνb－

Ekb，故选项D错误。

答案

BC 真题感悟

本考点主要考查：(1)光电效应、极限频率、遏止电压等概念；(2)光电效应规律；(3)光电效应方程；(4)考查氢原子结构；(5)结合能级图考查能级跃迁规律。

预测1

预测2

预测3

对光电效应规律的理解

光电效应方程的应用

氢原子能级跃迁

1.某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图2所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料(

)

图2 材料

极限波长(nm)

A.仅钠能产生光电子

C.仅铜、铂能产生光电子

钠

541

铜

268

铂

196 B.仅钠、铜能产生光电子

D.都能产生光电子

解析

由题图可知，该光源发出的光的波长大约在20 nm到440 nm之间，而三种材料中，极限频率最大的铂的极限波长是196 nm，大于20 nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应，选项D正确。

答案

D 2.(多选)如图3所示是某金属在光的照射下，光电子的最大初动能Ek与入射光的1波长的倒数(λ)的关系图象，由图象可知(

)

图3 A.图象中的λ0是产生光电效应的最小波长

B.普朗克常量和光速的乘积hc＝Eλ0

C.该金属的逸出功等于－E

λ0D.若入射光的波长为3，产生的光电子的最大初动能为2E

解析

图象中的λ0是产生光电效应的最大波长，选项A错误；根据爱因斯坦光电1效应方程，光电子的最大初动能Ek与入射光的波长的倒数λ的关系图象对应的函1数关系式为Ek＝hcλ－W，由图象可知Ek＝0时，hc＝Eλ0，选项B正确；由Ek＝1hcλ－W，并结合关系图象可得该金属的逸出功W＝E，选项C错误；若入射光的λ011波长为3，由Ek＝hcλ－W，解得Ek＝hcλ－W＝3E－E＝2E，即产生的光电子的最大初动能为2E，选项D正确。

答案

BD 3.(多选)(2017·北京二模)图4为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子(

)

图4 A.处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的

B.一群氢原子从n＝5能级向低能级跃迁时最多能发出10种频率的光

C.从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝

2能级辐射出电磁波的波长长

D.处于基态的氢原子和具有13.6 eV能量的电子发生碰撞时恰好电离

解析

处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故A项错误；从n＝5能级向低能级跃迁时，最多能发出10种频率的光子，故B正确；光子能hc量E＝hν＝λ，由能级示意图知E4―→3λ3―→2，故C项正确；处于基态的氢原子若恰好电离需要吸收13.6 eV能量，因电子与氢原子碰撞时一般氢原子不会吸收电子的全部能量，故D项错误。

答案

BC 练后反思

1.处理光电效应问题的两条线索

(1)光的强度大―→光子数目多―→发射光电子数多―→光电流大。

(2)光子频率高―→光子能量大―→产生光电子的最大初动能大。

2.解决氢原子能级跃迁问题的三点技巧

(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)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N＝n（n－1）C2＝。

n2

衰变、核反应与核能的计算

【真题示例1】

(2017·全国卷Ⅱ，15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，2344衰变方程为238

92U→

90Th＋2He，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α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得

pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒

子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；p2根据Ek＝2m可知，选项A错误；半衰期的定义是统计规律，对于一个α粒子不适用，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误。

答案

B 【真题示例2】

(2017·全国卷Ⅰ，17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚2312变反应释放的能量用来发电。氘核聚变反应方程是：21H＋1H→2He＋0n。已知1H31的质量为2.013 6 u，1 u＝931 MeV/c2。2He的质量为3.015 0 u，0n的质量为1.008 7 u，氘核聚变反应中释放的核能约为(

) A.3.7 MeV

C.2.7 MeV

B.3.3 MeV D.0.93 MeV 解析

根据质能方程，释放的核能ΔE＝Δmc2，Δm＝2mH－mHe－mn＝0.003 5 u，则ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.258 5 MeV≈3.3 MeV，故B正确，A、C、D错误。

答案

B 真题感悟

本考点主要考查：

(1)原子核的衰变及对三种射线本质的理解和应用。

(2)半衰期、核反应方程及核能计算。

预测1

预测2

预测3

预测4

原子核的衰变及半衰期

考查三种射线的特性

核反应方程

核能的计算

1.(多选)静止的镭原子核226则下列相关说

88Ra经一次α衰变后变成一个新核Rn。法正确的是(

) 2224A.该衰变方程为226

88Ra→

86Rn＋2He B.若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg的226

88Ra中已有1.5 kg已经

发生了衰变

C.随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核226

88Ra越来越少，其半衰期也变短

D.若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度

t1τ2262224解析

由镭的α衰变方程

88Ra→

86Rn＋2He，可判断A正确；由m＝m02，可知，t＝2τ时，m＝0.5 kg，则已经衰变的镭为m衰＝2 kg－0.5 kg＝1.5 kg，B正确；放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C、D错误。

答案

AB 2.如图5所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是(

)

图5 A.射到b点的一定是α射线

B.射到b点的一定是β射线

C.射到b点的一定是α射线或β射线

D.射到b点的一定是γ射线

解析

γ射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D错误；调整E和B的大小，既可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当α粒子沿直线前进时，速度较大的β粒子向右偏转；当β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也向右偏转，故选项C正确，A、B错误。

答案

C

3.(多选)下列核反应类型正确的是(

) 4A.238→234

92U―

90Th＋2He

α衰变

41B.14→17

7N＋2He―

8O＋1H

轻核聚变

1941C.235→140

92U＋0n―

54Xe＋38Sr＋20n

重核裂变

341D.1H＋2→2He＋0n

轻核聚变

1H―

0解析

衰变的反应物只有一个，生成物有42He或－1e；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于α衰变的是A；属于裂变的是C；属于聚变的是D。

答案

ACD 3423414.氘核2→2He＋0n＋17.6 1H和氚核1H结合成氦核2He的核反应方程如下：1H＋1H―MeV，下列说法正确的是(

)

A.这个核反应称为人工核反应

B.要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文，式中17.6 MeV是核反应中吸收的能量

C.核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量减少了3.1×10－29 kg D.核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量增加了3.1×10－29 kg 341解析

2→2He＋0n＋17.6 MeV为轻核聚变反应(或热核反应)，选项A错误；1H＋1H―17.6 MeV是反应中释放出的能量，选项B错误；由ΔE＝Δmc2可知，质量减少ΔmΔE＝c2＝3.1×10－29 kg，选项C正确，D错误。

答案

C