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研學(xué)考點(diǎn) 提能力
目 錄 索 引
突破熱點(diǎn) 聚素養(yǎng)
考點(diǎn)一　光電效應(yīng)及其圖像
命題角度1 光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用1.光電效應(yīng)兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系(1)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大;(2)光照強(qiáng)度大(同種頻率的光)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。2.定量分析時(shí)應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)系式
例1 (2024廣東廣州二模)如圖所示,光電管接入電路,用紫外線照射光電管陰極時(shí),發(fā)生了光電效應(yīng),回路中形成電流。下列說法正確的是(　　)A.電流方向?yàn)閍→R→bB.電流方向?yàn)閎→R→aC.光照時(shí)間越長,光電子的最大初動(dòng)能越大D.入射光越強(qiáng),光電子的最大初動(dòng)能越大解析 電子從光電管陰極逸出,電子帶負(fù)電,與電流方向相反,故電流方向?yàn)閎→R→a,A錯(cuò)誤,B正確;逸出光子的最大動(dòng)能只與入射光的頻率有關(guān),故C、D錯(cuò)誤。
命題角度2 光電效應(yīng)的圖像問題(1)最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖像
(2)遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖像
(3)光電流與電壓的關(guān)系圖像
例2 (2024山東濟(jì)南一模)用不同波長的光照射光電管陰極探究光電效應(yīng)的規(guī)律時(shí),根據(jù)光電管的遏止電壓Uc與對(duì)應(yīng)入射光的波長λ作出的Uc- 圖像如圖所示。已知光電子的電荷量大小為e,光速為c,下列說法正確的是(　　)
波長越長,光子能量越小,光電子的最大初動(dòng)能不會(huì)隨λ的增大而增大,D錯(cuò)誤。
拓展衍生1.(多選)(2024黑吉遼卷)X射線光電子能譜儀是利用X光照射材料表面激發(fā)出光電子,并對(duì)光電子進(jìn)行分析的科研儀器。用某一頻率的X光照射某種金屬表面,逸出了光電子,若增加此X光的強(qiáng)度,則(　　)A.該金屬的逸出功增大B.X光的光子能量不變C.逸出的光電子最大初動(dòng)能增大D.單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多答案 BD
解析 考查光電效應(yīng)。金屬的逸出功僅與金屬自身有關(guān),增加此X光的強(qiáng)度,該金屬的逸出功不變,故A錯(cuò)誤;根據(jù)光子能量公式ε=hν可知增加此X光的強(qiáng)度,X光的光子能量不變,故B正確;根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程知Ekm=hν-W0,可知逸出的光電子最大初動(dòng)能不變,故C錯(cuò)誤;增加此X光的強(qiáng)度,單位時(shí)間照射到金屬表面的光子變多,則單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)增多,故D正確。
2.圖甲為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的電路圖,利用不同頻率的單色光a、b進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),測得光電管兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙所示。則這兩種光(　　)A.照射該光電管時(shí),a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能比b光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大B.從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí),a光的臨界角比b光的臨界角大C.通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉,b光的相鄰條紋間距比a光的相鄰條紋間距大D.在同一介質(zhì)中傳播時(shí),b光的速度比a光的速度大
考點(diǎn)二　原子結(jié)構(gòu)和能級(jí)躍遷
2.原子能級(jí)躍遷問題的解題技巧(1)原子躍遷時(shí),所吸收或輻射的光子能量只能等于兩能級(jí)之間的能量差,即ΔE=hν=|E初-E末|。(2)原子從某一能級(jí)電離時(shí),所吸收的能量大于或等于這一能級(jí)能量的絕對(duì)值。(3)一個(gè)處于第n能級(jí)的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n-1。(4)一群處于第n能級(jí)的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法:①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N= ;②利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加。(5)計(jì)算氫原子能級(jí)躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時(shí),要注意各能級(jí)的能量值均為負(fù)值,且單位為電子伏,計(jì)算時(shí)需換算單位,1 eV=1.6×10-19 J。
例3 圖甲為氫原子能級(jí)圖,圖乙為氫原子的光譜,Hα、Hβ、Hγ、Hδ是可見光區(qū)的四條譜線,其中Hβ譜線是氫原子從n=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射產(chǎn)生的,下列說法正確的是(　　)A.這四條譜線在同種介質(zhì)中Hδ譜線折射率最大B.根據(jù)玻爾氫原子模型,基態(tài)氫原子的電子動(dòng)能最小C.用能量為3.5 eV的光子照射處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子,氫原子不發(fā)生電離D.若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),那一定是Hα
基態(tài)氫原子的電子軌道半徑最小,動(dòng)能最大,B錯(cuò)誤;處于n=2能級(jí)的氫原子電離至少需要吸收3.4 eV的能量,故能量為3.5 eV的光子能使處于n=2激發(fā)態(tài)的氫原子電離,C錯(cuò)誤;頻率越大的光子越容易使金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),圖中Hδ譜線波長最小,頻率最大,Hδ光能量最大,若Hα、Hβ、Hγ、Hδ中只有一種光能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),那一定是Hδ,D錯(cuò)誤。
拓展衍生3.(2023遼寧卷)原子處于磁場中,某些能級(jí)會(huì)發(fā)生劈裂。某種原子能級(jí)劈裂前后的部分能級(jí)圖如圖所示,相應(yīng)能級(jí)躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng),且逸出光電子的最大初動(dòng)能為Ek,則(　　)A.①和③的能量相等B.②的頻率大于④的頻率C.用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D.用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能小于Ek答案 A
解析 ①和③光子躍遷能級(jí)差相等,故①和③的能量相等,選項(xiàng)A正確;②光子躍遷能級(jí)差小于④光子躍遷能級(jí)差,根據(jù)E=hν,可得②的頻率小于④的頻率,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;同理②光子的頻率小于①光子的頻率,用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;④光子的頻率大于①光子的頻率,用④照射該金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能大于Ek,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
4.(2022廣東卷)目前科學(xué)家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級(jí)的能量為En= ,其中E1=-13.6 eV。下圖是按能量排列的電磁波譜,要使n=20的氫原子吸收一個(gè)光子后,恰好失去一個(gè)電子變成氫離子,被吸收的光子是(　　)A.紅外線波段的光子B.可見光波段的光子C.紫外線波段的光子D.X射線波段的光子
解析 要使處于n=20的氫原子吸收一個(gè)光子后恰好失去一個(gè)電子變成氫離子,則需要吸收光子的能量為E=0- =0.034 eV,則被吸收的光子是紅外線波段的光子,選項(xiàng)A正確。
命題角度1 原子核及其衰變
溫馨提示 衰變次數(shù)確定的兩種方法(1)先由質(zhì)量數(shù)守恒確定α衰變的次數(shù),然后再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù);(2)設(shè)α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解。
例4 (2024湖南邵陽模擬)自然界中一些放射性重元素往往會(huì)發(fā)生一系列連續(xù)的遞次衰變,又稱為放射系或衰變鏈。每個(gè)放射性衰變系都有一個(gè)半衰期很長的始祖核素,經(jīng)過若干次連續(xù)衰變,直至生成一個(gè)穩(wěn)定核素。已知 的衰變鏈如圖所示。下列判斷正確的是(　　)A.圖中的橫坐標(biāo)表示核電荷數(shù),縱坐標(biāo)表示核子數(shù)
命題角度2 核反應(yīng)方程與核能的計(jì)算1.書寫核反應(yīng)方程的三點(diǎn)注意(1)分清四種類型:衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變和輕核聚變。(2)掌握兩個(gè)規(guī)律:質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。(3)寫對(duì)連接符號(hào):核反應(yīng)方程只能用箭頭連接并表示反應(yīng)方向,不能用等號(hào)連接。
2.核能計(jì)算的三種方法體現(xiàn)能量和質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,不是二者可以相互轉(zhuǎn)化(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算時(shí),Δm的單位是“kg”,c的單位是“ m/s”,ΔE的單位是“J”。(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5 MeV計(jì)算時(shí),Δm的單位是“u”,ΔE的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能:原子核的結(jié)合能=核子比結(jié)合能×核子數(shù)。
解析 本題考查核反應(yīng)方程。根據(jù)電荷數(shù)守恒和題目給定的選項(xiàng)可知Y為 ,再根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒得,A=243+54-2=295,選項(xiàng)C正確。
下列說法正確的是(　　)A.由于釋放核能,所以衰變過程質(zhì)量數(shù)不守恒
6.(2023湖南卷)2023年4月13日,中國“人造太陽”反應(yīng)堆中科院環(huán)流器裝置(EAST)創(chuàng)下新紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運(yùn)行,為可控核聚變的最終實(shí)現(xiàn)又向前邁出了重要的一步。下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是(　　)A.相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多
C.核聚變的核反應(yīng)燃料主要是鈾235D.核聚變反應(yīng)過程中沒有質(zhì)量虧損答案 A
解析 核聚變是輕核的聚變,相同質(zhì)量的核燃料,輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多,A正確,C錯(cuò)誤;氘氚核聚變反應(yīng)遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒, B錯(cuò)誤;核聚變反應(yīng)有質(zhì)量虧損,D錯(cuò)誤。
新教材、新高考、新情境:近代物理在科技中的應(yīng)用涉及近代物理的STSE情境主要有關(guān)于光電效應(yīng)、玻爾能級(jí)躍遷理論、原子核衰變、核反應(yīng)等考點(diǎn),如非接觸式體溫測量儀、霓虹燈發(fā)光原理、我國自主研發(fā)的氫原子鐘、 “人造太陽”等。
本部分主要考查光電效應(yīng)方程及圖像、氫原子能級(jí)躍遷規(guī)律、原子核的衰變、核反應(yīng)和核能的計(jì)算等考點(diǎn)。
典例 地鐵靠站時(shí)列車車體和屏蔽門之間安裝有光電傳感器。如圖甲所示,若光線被乘客阻擋,電流發(fā)生變化,工作電路立即報(bào)警。如圖乙所示,光線發(fā)射器內(nèi)大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí),輻射出的光中只有a、b兩種可以使該光電管陰極逸出光電子。圖丙為a、b光單獨(dú)照射光電管時(shí)產(chǎn)生的光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系圖線。
已知光電管陰極材料的逸出功為2.55 eV,可見光光子的能量范圍是1.62~3.11 eV,下列說法正確的是(　　)A.光線發(fā)射器中發(fā)出的光有兩種為可見光B.題述條件下,光電管中光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能為9.54 eVC.題述a光為氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)發(fā)出的光D.若部分光線被遮擋,光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能變小,光電流減小答案 B
解析 光線發(fā)射器中發(fā)出的光子的能量分別為E1=-1.51 eV-(-13.6 eV)= 12.09 eV,E2=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,E3=-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV,可見光光子的能量范圍是1.62~3.11 eV,故光線發(fā)射器中發(fā)出的光有一種為可見光,A錯(cuò)誤;根據(jù)Ek=E1-W0,光電管中光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能為Ek=9.54 eV,B正確;由圖丙可知,a光遏止電壓小于b光遏止電壓,由E=W0+Ek,eUc=Ek得a光能量小于b光能量,則題述a光為氫原子從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)時(shí)發(fā)出的光,C錯(cuò)誤;部分光線被遮擋,不改變光子能量,則光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能不變,因?yàn)楣庾訑?shù)量減少,則光電子數(shù)量減少,光電流減小,D錯(cuò)誤。
若核反應(yīng)產(chǎn)生的能量全部以光子的形式釋放,則(　　)A.γ光子有很強(qiáng)的電離能力

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