2025届高三物理三轮复习微专题讲义：光电效应 原子核 核能计算

安庆九一六学校微专题（高三年级物理） 使用时间：2025 年 4 月 3 日 主编：马正邦 审核：霍姣 编号：GSQHWZT—1 微专题 一 光电效应 原子核 核能计算 班级 小组 姓名___________ 【学习目标】 1.通过思、展、评典例，会利用光电效应方程解决问题． 2.会处理玻尔原子轨道理论和光电效应综合性问题． 3.会计算结合能、比结合能、半衰期． 【重难点】 重点：光电效应方程 难点：玻尔原子轨道理论和光电效应综合性问题 【导学流程】 光电效应的实验及观察到的现象是什么?结论是什么呢? 1. 光电效应(赫兹发现的)实验现象，带上负电的锌板接上验电器，用紫外线照射锌板，验电器指针夹角变小，说明锌板带的负电荷变少了. 实验步骤： ①用不同频率的黄光与紫光去照射金属板； ②用相同频率、不同光照强度的黄光照射金属板； ③调节金属板两端电压，读取灵敏电流计示数. ④一定颜色的光(频率一定)，入射光越强(光强I)，单位时间的光电子数 . 2.观察到的现象 (1)接正向电压，为什么存在饱和电流? ①电子逸出方向是任意的，有部分电子射向外侧，无法到达另一块金属板，增加电压，当单位时间内逸出的电子全部到达另一块金属板时，电流达到 . ②已发生光电效应，入射光越强(光强I)，单位时间的光电子数 ， 越大. (2)接反向电压，为什么存在遏止电压? 如果增大反向电压，反向电压使电子减速，达到另外一块金属板的电子数减少，光电流逐渐减小，使光电流为0的反向电压称为 . (3)改变光的频率，为什么有截止频率? ①入射光的频率大于 ，才能发生光电效应，低于这个频率无论多长时间光强多大都不能发生光电效应； ②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的 增大而增大； ③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过 秒. 3.光电效应方程： ①逸出功W₀：使电子脱离金属所做功的 ，也就是使金属表面电子脱离所做的功. ②最大初动能Eₖ：与入射光的 有关，与 无关. ③截止频率： ⑤ 即 什么是康普顿效应? 1.康普顿效应：在石墨对X射线散射时，除了有与原来波长 ，相同的成分，还有波长 λ₀的成分. 2.光子除了具有能量之外还有动量，由 得 3.光电效应和康普顿效应证实了光的粒子性. 4.光既具有 性，又具有 性，叫波粒二象性. 康普顿的解释：如图所示，X射线的光子与物质中的电子发生碰撞，由于光子的速度是光速，而物质中的电子速度相对很小，电子可以看做静止，碰撞前后动量和能量都守恒，碰撞后电子动量和能量增加，光子的动量和能量减小，因此散射后光子的频率要减小，波长要变长. 原子核由什么组成? 1.质子的发现：1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮原子核发现了质子，核反应方程： . 2.中子的发现：卢瑟福猜想原子核内存在着一种质量与质子相同，但不带电的粒子，称为中子.查德威克利用云室进行实验，验证了中子的存在.核反应方程： . 如何理解结合能?你了解核能吗? 1.质能方程： 或 ①质能方程仅仅表示质量与能量的数学关系，不能说质量转换成能量； ②物体的质量包括静止质量与运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转变成与辐射能量有关的运动质量. 2.结合能：使原子核分解成单个核子，克服核力束缚所消耗的能量或使若干个核子结合成原子核时释放的能量.注意：结合能不是核子结合成原子核而具有的能量，而是把核子分开所需要的能量或核子结合成原子核时释放的能量. 3.比结合能(平均结合能)：比结合能是指结合能与核子数的比.注意：核子数越多，结合能越大，比结合能不一定大. 4.结合能的计算 ①解法一：原子核的结合能=比结合能×核子数. ②解法二：若干个核子结合成原子核，核子质量出现亏损，可以根据亏损的总质量来计算结合能，即原子核的结合能 ③一个原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘931.5MeV,即ΔE=Δm·931.5MeV,其中Δm单位是u,ΔE的单位是MeV. 5. 比结合能的意义： ①比结合能越大，原子核越稳定；比结合能越小，原子核越不稳 定. ②使原子核分解成单个核子消耗的能量越多，表示原子核结合的越紧密，原子核越稳定，即比结合能越大，原子核越稳定. ③较重的核分裂成中等大小的原子核，较小的核合并成中等大小的原子核，核子的比结合能会 ，核子发生 ，释放新的结合能. 6.裂变: 也叫 ______反应. 7.临界体积：裂变物质能够发生链式反应的最小体积.相应的质量叫临界质量. 8.核电站中，石墨、重水作用是 ， 可以吸收中子，调节反应速度. 9.聚变: 也叫 _________反应. 限时练：光电效应1.（2024·浙江·高考真题）如图所示，金属极板M受到紫外线照射会逸出光电子，最大速率为。正对M放置一金属网N，在M、N之间加恒定电压U。已知M、N间距为d（远小于板长），电子的质量为m，电荷量为e，则（　　） A．M、N间距离增大时电子到达N的动能也增大 B．只有沿x方向逸出的电子到达N时才有最大动能 C．电子从M到N过程中y方向位移大小最大为 D．M、N间加反向电压时电流表示数恰好为零 2.（2021·江苏·高考真题）如图所示，分别用1、2两种材料作K极进行光电效应探究，其截止频率，保持入射光不变，则光电子到达A极时动能的最大值随电压U变化关系的图像是（　　） A．B．C．D 3.（2025·浙江·高考真题）如图1所示，三束由氢原子发出的可见光P、Q、R分别由真空玻璃管的窗口射向阴极K。调节滑动变阻器，记录电流表与电压表示数，两者关系如图2所示。下列说法正确的是（　　） A．分别射入同一单缝衍射装置时，Q的中央亮纹比R宽 B．P、Q产生的光电子在K处最小德布罗意波长，P大于Q C．氢原子向第一激发态跃迁发光时，三束光中Q对应的能级最高 D．对应于图2中的M点，单位时间到达阳极A的光电子数目，P多于Q 4.（2023·浙江·高考真题）氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光I，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是（　　） A．图1中的对应的是Ⅰ B．图2中的干涉条纹对应的是Ⅱ C．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量 D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大 5.（2024·浙江·高考真题）玻尔氢原子电子轨道示意图如图所示，处于n =3能级的原子向低能级跃迁，会产生三种频率为、、 的光，下标数字表示相应的能级。已知普朗克常量为h，光速为c。正确的是（　　） A．频率为的光，其动量为 B．频率为和的两种光分别射入同一光电效应装量，均产生光电子，其最大初动能之差为 C．频率为和的两种光分别射入双缝间距为d，双缝到屏的距离为L的干涉装置，产生的干涉条纹间距之差为。 D．若原子n=3 跃迁至 n=4 能级，入射光的频率 原子核 核能计算6.（2024·浙江·高考真题）发现中子的核反应方程为，“玉兔二号”巡视器的核电池中钚 238的衰变方程为型，下列正确的是（　　） A．核反应方程中的X为 B．衰变方程中的Y为 C．中子的质量数为零 D．钚238的衰变吸收能量 7.（2024·广东·高考真题）我国正在建设的大科学装置——“强流重离子加速器”。其科学目标之一是探寻神秘的“119号”元素，科学家尝试使用核反应产生该元素。关于原子核Y和质量数A，下列选项正确的是（　　） A．Y为 B．Y为 C．Y为 D．Y为 8.（2024·广西·高考真题）近期，我国科研人员首次合成了新核素锇（）和钨（）。若锇经过1次衰变，钨经过1次衰变（放出一个正电子），则上述两新核素衰变后的新核有相同的（　　） A．电荷数 B．中子数 C．质量数 D．质子数 9.（2024·山东·高考真题）2024年是中国航天大年，神舟十八号、嫦娥六号等已陆续飞天，部分航天器装载了具有抗干扰性强的核电池。已知衰变为的半衰期约为29年；衰变为的半衰期约87年。现用相同数目的和各做一块核电池，下列说法正确的是（　　） A．衰变为时产生α粒子 B．衰变为时产生β粒子 C．50年后，剩余的数目大于的数目 D．87年后，剩余的数目小于的数目 10.（2024·湖北·高考真题）硼中子俘获疗法是目前治疗癌症最先进的手段之一、是该疗法中一种核反应的方程，其中X、Y代表两种不同的原子核，则（　　） A．a=7，b=1 B．a=7，b=2 C．a=6，b=1 D．a=6，b=2 11.（2023·广东·高考真题）理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应的影响。下列说法正确的是（    ） A．Y是粒子，射线穿透能力比射线强 B．Y是粒子，射线电离能力比射线强 C．Y是粒子，射线穿透能力比射线强 D．Y是粒子，射线电离能力比射线强 12.（2023·湖南·高考真题）2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是（    ） A．相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多 B．氘氚核聚变的核反应方程为 C．核聚变的核反应燃料主要是铀235 D．核聚变反应过程中没有质量亏损 13．（2023·全国乙卷·高考真题）2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为（光速为） A． B． C． D． 14.（2022·天津·高考真题）从夸父逐日到羲和探日，中华民族对太阳的求知探索从未停歇。2021年10月，我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”顺利升空。太阳的能量由核反应提供，其中一种反应序列包含核反应：，下列说法正确的是（    ） A．X是中子 B．该反应有质量亏损 C．比的质子数多 D．该反应是裂变反应 15．（2022·北京·高考真题）2021年5月，中国科学院全超导托卡马克核聚变实验装置（）取得新突破，成功实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，创造托卡马克实验装置运行新的世界纪录，向核聚变能源应用迈出重要一步。等离子体状态不同于固体、液体和气体的状态，被认为是物质的第四态。当物质处于气态时，如果温度进一步升高，几乎全部分子或原子由于激烈的相互碰撞而离解为电子和正离子，此时物质称为等离子体。在自然界里，火焰、闪电、极光中都会形成等离子体，太阳和所有恒星都是等离子体。下列说法不正确的是（　　） A．核聚变释放的能量源于等离子体中离子的动能 B．可以用磁场来约束等离子体 C．尽管等离子体整体是电中性的，但它是电的良导体 D．提高托卡马克实验装置运行温度有利于克服等离子体中正离子间的库仑斥力 16．（2022·北京·高考真题）正电子是电子的反粒子，与电子质量相同、带等量正电荷。在云室中有垂直于纸面的匀强磁场，从P点发出两个电子和一个正电子，三个粒子运动轨迹如图中1、2、3所示。下列说法正确的是（　　） A．磁场方向垂直于纸面向里 B．轨迹1对应的粒子运动速度越来越大 C．轨迹2对应的粒子初速度比轨迹3的大 D．轨迹3对应的粒子是正电子 17．（2022·江苏·高考真题）上海光源通过电子-光子散射使光子能量增加，光子能量增加后（　　） A．频率减小 B．波长减小 C．动量减小 D．速度减小 18．（2022·辽宁·高考真题）2022年1月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，已知、、的质量分别为，真空中的光速为c，该反应中释放的核能为E。下列说法正确的是（   ） A．X为氘核 B．X为氚核 C． D． 19．（2022·湖北·高考真题）上世纪四十年代初，我国科学家王淦昌先生首先提出证明中微子存在的实验方案：如果静止原子核俘获核外K层电子e，可生成一个新原子核X，并放出中微子νe，即 。根据核反应后原子核X的动能和动量，可以间接测量中微子的能量和动量，进而确定中微子的存在。下列说法正确的是（　　） A．原子核X是 B．核反应前后的总质子数不变 C．核反应前后总质量数不同 D．中微子的电荷量与电子的相同 20．（2022·上海·高考真题）某元素可表示为，则下列可能为该元素同位素的是（　　） A． B． C． D． 21.（2021·重庆·高考真题）放射性元素会衰变为稳定的，半衰期约为，可以用于检测人体的甲状腺对碘的吸收。若某时刻与的原子数量之比为，则通过后与的质量之比（　　） A． B． C． D． 22.（2021·海南·高考真题）1932年，考克饶夫和瓦尔顿用质子加速器进行人工核蜕变实验，验证了质能关系的正确性。在实验中，锂原子核俘获一个质子后成为不稳定的铍原子核，随后又蜕变为两个原子核，核反应方程为。已知、、X的质量分别为、、，光在真空中的传播速度为c，则在该核反应中（　　） A．质量亏损 B．释放的核能 C．铍原子核内的中子数是5 D．X表示的是氚原子核 23．（2021·湖北·高考真题）20世纪60年代，我国以国防为主的尖端科技取得了突破性的发展。1964年，我国第一颗原子弹试爆成功；1967年，我国第一颗氢弹试爆成功。关于原子弹和氢弹，下列说法正确的是（　　） A．原子弹和氢弹都是根据核裂变原理研制的 B．原子弹和氢弹都是根据核聚变原理研制的 C．原子弹是根据核裂变原理研制的，氢弹是根据核聚变原理研制的 D．原子弹是根据核聚变原理研制的，氢弹是根据核裂变原理研制的 24.（2021·北京·高考真题）硼（B）中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一、治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂（Li）离子。这个核反应的方程是（   ） A． B． C． D． 25．（2021·山东·高考真题）在测定年代较近的湖泊沉积物形成年份时，常利用沉积物中半衰期较短的，其衰变方程为。以下说法正确的是（　　） A．衰变方程中的X是电子 B．升高温度可以加快的衰变 C．与的质量差等于衰变的质量亏损 D．方程中的X来自于内质子向中子的转化 26．（2021·广东·高考真题）科学家发现银河系中存在大量的放射性同位素铝26，铝26的半衰期为72万年，其衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．Y是氦核 B．Y是质子 C．再经过72万年，现有的铝26衰变一半 D．再经过144万年，现有的铝26全部衰变 27．（2021·全国乙卷·高考真题）医学治疗中常用放射性核素产生射线，而是由半衰期相对较长的衰变产生的。对于质量为的，经过时间t后剩余的质量为m，其图线如图所示。从图中可以得到的半衰期为（　　） A． B． C． D． 28．（2021·河北·高考真题）普朗克常量，光速为c，电子质量为，则在国际单位制下的单位是（　　） A． B．m C． D． 29．（2021·河北·高考真题）银河系中存在大量的铝同位素，核衰变的衰变方程为，测得核的半衰期为72万年，下列说法正确的是（　　） A．核的质量等于核的质量 B．核的中子数大于核的中子数 C．将铝同位素放置在低温低压的环境中，其半衰期不变 D．银河系中现有的铝同位素将在144万年后全部衰变为 30．（2021·湖南·高考真题）核废料具有很强的放射性，需要妥善处理。下列说法正确的是（　　） A．放射性元素经过两个完整的半衰期后，将完全衰变殆尽 B．原子核衰变时电荷数守恒，质量数不守恒 C．改变压力、温度或浓度，将改变放射性元素的半衰期 D．过量放射性辐射对人体组织有破坏作用，但辐射强度在安全剂量内则没有伤害 31.（2022·浙江·高考真题）2021年12月15日秦山核电站迎来了安全发电30周年，核电站累计发电约6.9×1011kW·h，相当于减排二氧化碳六亿多吨。为了提高能源利用率，核电站还将利用冷却水给周围居民供热。下列说法正确的是（　　） A．秦山核电站利用的是核聚变释放的能量 B．秦山核电站发电使原子核亏损的质量约为27.6kg C．核电站反应堆中需要用镉棒控制链式反应的速度 D．反应堆中存在的核反应 32.（2024·重庆·高考真题）我国太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在国际上首次成功实现空间太阳Hα波段光谱扫描成像。Hα和Hβ分别为氢原子由n = 3和n = 4能级向n = 2能级跃迁产生的谱线（如图），则（   ） A．Hα的波长比Hβ的小 B．Hα的频率比Hβ的小 C．Hβ对应的光子能量为3.4eV D．Hβ对应的光子不能使氢原子从基态跃迁到激发态 ( 第 1 页 共 2 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$