2019版高中物理二轮专题复习教师用书：专题五第14讲光电效应　原子结构和原子核

第14讲光电效应　原子结构和原子核
主干知识体系
核心再现及学科素养

知识规律

(1)能级跃迁．
①辐射条件：hν＝Em－En.
②辐射光谱线条数：一群处于量子数为n的激发态的氢原子，可辐射出的光谱条数N＝C.
(2)光电效应．
①光电效应规律．
②光电效应方程：hν＝Ek＋W0.
(3)核反应、核能的计算．
①两个守恒：质量数守恒、电荷数守恒．
②质能方程：E＝mc2.
思想方法
(1)物理思想：理想化模型思想、守恒思想、转变思想．
(2)物理方法：实验探究法、比较法、辨析法.

1．(2018·全国Ⅱ卷，17)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1.28×10－19J.已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108 m·s－1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为(　　)
A．1×1014Hz B．8×1014Hz
C．2×1015Hz D．8×1015Hz
B　[设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W知
Ek＝hν1－W,0＝hν0－W，又知ν1＝
整理得ν0＝－，解得ν0≈8×1014Hz.]
2．(2018·全国卷Ⅲ，14)1934年，约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为(　　)
A．15和28 B．15和30
C．16和30 D．17和31
B　[将核反应方程式改写成He＋Al→n＋X，由电荷数和质量数守恒知，X应为X.]
3．(2018·天津卷，1)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
B　[根据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：
A错：N＋He→O＋H
B对：Al＋He→P＋n
C错：B＋H→Be＋He
D错：Li＋H→He＋He]
4．(2017·全国卷Ⅰ，17)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 0u，n的质量为1.008 7u,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
B　[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．]
5．(2017·全国卷Ⅲ，19)(多选)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Uaνb，则一定有Eka>Ekb
C．若Uahνb－Ekb
BC　[设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随v的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误．]
[考情分析]
■命题特点与趋势
1．本专题2017年新调为高考必考内容，从近几年高考试题可以看出无论2017年前的选考，还是近两年的必考，题型都以选择题为主，命题点多集中在光电效应、核反应方程、核能的计算，难度不大，多以识记型为主．
2．从2018年高考题可以看出，选择题选考时的五个选项，变成四个选项，由选考时的涉及面广、全的命题思想向选项集中考查某一知识点转变．
■解题要领
1．熟悉教材中常见实验现象及理论解释．
2．加强基本概念、规律的理解和记忆．
3．注重核反应方程、核能中的简单计算题的训练．

高频考点一　光电效应　波粒二象性
[备考策略]
1．光电效应规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限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，只随入射光频率的增大而增大．
(3)光电效应的发生几乎是瞬间的，一般不超过10－9s.
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比．
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．
3．定量分析时应抓住三个关系式
(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＝hν0.
4．光电效应的四类图象分析
图象名称
图线形状
由图线直接(或间接)得到的
物理量
最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线

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
颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系

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
颜色不同时，光电流与电压的关系

①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电源
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线

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：随入射光频率的增大而增大
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
[题组突破]
1－1.(2018·云南部分名校统考)(多选)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是(　　)
A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫光子
B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率
C．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应
D．康普顿效应说明光具有粒子性
BCD　[光电效应中，金属板向外发射的光电子是电子，A错误；入射光的频率只有大于金属的截止频率才能发生光电效应，B正确；石墨对X射线散射时，散射光中除了有原波长λ0的X光外，还产生了波长λ>λ0的X光，其波长的增量随散射角的不同而变化，这种现象称为康普顿效应，C正确；康普顿效应说明光具有粒子性，D正确．]
1－2.(2016·高考全国卷Ⅰ)(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生，下列说法正确的是(　　)
A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大
B．入射光的频率变高，饱和光电流变大
C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大
D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生
E．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关
ACE　[产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确．饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误．遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法E正确．]
1－3.(2018·四川省攀枝花市高考物理三诊试卷)某同学用如图(甲)所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与光照强度、光的频率等物理量之间的关系．阴极K和阳极A是密封在真空玻璃中的两个电极，K在受到光照射时能够发射光电子．K、A之间的电压大小可以调节，电源极性也可以对调．当分别用a、b、c三束不同的光照射阴极K，得到的I－U关系分别如图(乙)中a、b、c三条曲线所示．下列关于三束光的频率ν、三束光的强度E大小关系，正确的是(　　)

A．νa>νb>νc，Ea＞Eb>Ec B．νa>νb>νc，Ea＝Ecνa＝νc，Ea＞Eb>Ec D．νaE乙 D．W甲