【物理】2020届二轮复习专题六　选修第15讲波粒二象性原子与原子核学案

【物理】2020届二轮复习专题六　选修第15讲波粒二象性原子与原子核学案

第15讲　波粒二象性　原子与原子核 ‎[相关知识链接]‎ ‎1．光电效应方程 ‎(1)光子： 频率为ν的光子的能量为hν.‎ ‎(2)方程表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0.‎ ‎2．光的波粒二象性 ‎(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性．‎ ‎(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强．‎ ‎[规律方法提炼]‎ ‎1．三个关系式 ‎(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：Ek＝eUc ‎(3)逸出功与极限频率：W0＝hνc ‎2．两个图象 ‎(1)光电流与电压的关系，如图所示．‎ ‎①Im为饱和电流，由光照强度决定．‎ ‎②Uc为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定．‎ ‎(2)用图象表示光电效应方程，如图所示．‎ ‎①极限频率：图线与ν轴的交点的横坐标νc；‎ ‎②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0；‎ ‎③普朗克常量：图线的斜率k＝h.‎ ‎3．两条线索 ‎ ‎(1)光强大→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．‎ 例1　(多选)(2019·嘉、丽3月联考)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示．测得该金属的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.则(　　)‎ A．图甲中电极A为光电管的阳极 B．探究遏止电压Uc与入射光频率ν关系时，电源的左侧是正极 C．该金属的截止频率νc为5.15×1014 Hz D．该金属的逸出功为3.41×10－19 eV 答案　AC 解析　电子从金属板上射出后被电场加速，由此可知A板为正极即为阳极，故A正确；探究遏止电压Uc与入射光频率ν关系时，电源的左侧是阴极，故B错误；由Ek＝hν－W0和eUc＝Ek得：eUc＝hν－W0，因此当遏止电压为零时，hνc＝W0，由此，结合图中数据可知该金属的截止频率νc为5.15×1014 Hz，故C正确；根据图象可知截止频率νc为5.15×1014 Hz，则该金属的逸出功：W0＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014 J≈3.41×10－19 J≈2.13 eV，故D错误．‎ 例2　(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 答案　BC 解析　由爱因斯坦光电效应方程得Ek＝hν－W0，由动能定理得Ek＝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．‎ 拓展训练1　(2019·四川省综合能力提升卷)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 答案　C 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；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．‎ 拓展训练2　(2019·山东泰安市3月第一轮模拟)如图，用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．则饱和光电流(　　)‎ A．与照射时间成正比 B．与入射光的强度无关 C．与入射光的强度成正比 D．与两极间的电压成正比 答案　C 解析　当某种频率的光入射到金属上能发生光电效应时，饱和光电流的大小只与入射光的强度有关，且与入射光的强度成正比，与光照时间以及光电管两极间的电压无关，故选C.‎ 拓展训练3　(多选)如图所示，在光电效应实验中，某实验小组用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)．甲光、乙光、丙光对应的具有最大初动能的光电子德布罗意波波长分别记为λ甲、λ乙、λ丙．则(　　)‎ A．乙光的波长小于丙光的波长 B．甲、乙为同一频率的光，但甲光的强度比乙光大 C．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光对应的光电子最大初动能 D．λ甲>λ丙 答案　BD 解析　根据eUc＝Ek＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大．甲光、乙光的遏止电压相等，所以甲光、乙光的频率相等，甲光的光电流比乙光大，则甲光的光照强度比乙光大；丙光的遏止电压大于乙光的遏止电压，所以丙光的频率大于乙光的频率，则乙光的波长大于丙光的波长；同一种金属，截止频率是相同的；丙光的遏止电压大于甲光的遏止电压，根据Ek＝eUc知甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能．‎ ‎1．玻尔理论的基本内容 ‎(1)能级假设：氢原子En＝(n为量子数)．‎ ‎(2)跃迁假设：吸收或释放的能量hν＝Em－En(m>n)．‎ ‎(3)轨道假设：氢原子rn＝n2r1(n为量子数)．‎ ‎2．两类能级跃迁 ‎(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．‎ 光子的频率ν＝＝.‎ ‎(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．‎ ‎①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差ΔE.‎ ‎②碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE.‎ ‎③大于电离能的光子被吸收，原子被电离．‎ ‎3．能级跃迁分析 ‎(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的绝对值．‎ ‎(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射光子的种类N＝C＝.‎ ‎(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值．‎ 例3　(2019·山东日照市3月模拟)氢原子能级如图所示，一群氢原子处于n＝4能级上．当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是(　　)‎ A．氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线 B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量 C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1 884 nm D．用从能级n＝2跃迁到n＝1辐射的光照射W逸＝6.34 eV的铂，能发生光电效应 答案　D 解析　根据C＝6知，一群处于n＝4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；从高能级向低能级跃迁时，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级时的能级差大于n＝4能级跃迁到n＝3能级时的能级差，则从n＝3能级跃迁到n＝2能级比从n＝4能级跃迁到n＝3能级辐射出电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1 884 nm，故C错误；从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量为：E＝E2－E1＝－3.4 eV－(－13.6) eV＝10.2 eV＞6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电效应，故D正确．‎ 拓展训练4　(多选)以下说法中，属于玻尔所提出的原子模型理论的是(　　)‎ A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做圆周运动，但不向外辐射能量 B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的 C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子 D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率 答案　ABC 解析　原子处于称为定态的能量状态时，虽然电子做圆周运动，但并不向外辐射能量，故A正确；原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故B正确；电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子，故C正确；电子跃迁时辐射的光子的频率等于能级差值，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D错误．‎ 拓展训练5　(2019·四川宜宾市第二次诊断)玻尔首先提出能级跃迁．如图所示为氢原子的能级图，现有大量处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁．下列说法正确的是(　　)‎ A．这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光 B．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级产生的光频率最大 C．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级产生的光波长最长 D．这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 eV 答案　A 拓展训练6　(2019·山东临沂市2月质检)氢原子的能级图如图所示，不同色光的光子能量如下表所示．‎ 色光 红 橙 黄 绿 蓝－靛 紫 光子能量范围(eV)‎ ‎1.61～2.00‎ ‎2.00～2.07‎ ‎2.07～2.14‎ ‎2.14～2.53‎ ‎2.53～2.76‎ ‎2.76～3.10‎ 一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，其颜色为(　　)‎ A．红色 ‎ B．黄色 ‎ C．绿色 ‎ D．蓝－靛 答案　A 解析　如果激发态的氢原子处于第二能级，能够发出10.2 eV的光子，不属于可见光；如果激发态的氢原子处于第三能级，能够发出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三种光子，只有1.89 eV属于红色可见光；如果激发态的氢原子处于第四能级，能够发出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六种光子，1.89 eV和2.55 eV属于可见光，1.89 eV的光子为红光，2.55 eV的光子为蓝－靛．则由题意，由于一群处于某激发态的氢原子，发射的光的谱线在可见光范围内只有1条，则一定对应着从第三能级到低能级的跃迁，其可见光的颜色为红光，故选A.‎ 拓展训练7　(多选)(2019·新高考研究联盟联考)氢原子能级图如图甲所示，一束光子能量为12.75 eV的单色光照射处于基态的一群氢原子上，这群氢原子吸收光子后处于激发态，并能发出一系列的光子，发出的光子束照到逸出功为3.7 eV的金属镁表面，部分入射光使镁发生了光电效应，若能使镁发生光电效应的其中一种频率的光为a光，不能使镁发生光电效应的其中一种频率的光为b光，则下列有关说法中正确的有(　　)‎ A．氢原子吸收光子后所发出的光子频率有6种 B．有三种不同频率的光子可使镁发生光电效应 C．a光和b光同时入射到同一平行玻璃砖中，如乙图所示，a光有可能在B界面处发生全反射，b光不可能 D．a、b光用同一装置进行双缝干涉实验，b光的明暗相间的条纹间距更小 答案　AB 解析　用能量为12.75 eV的光子去照射大量处于基态的氢原子，氢原子能从基态跃迁到n＝4的激发态上去，向低能级跃迁时，共发射C＝6种波长不同的光，故A正确；从n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量为0.66 eV，n＝3跃迁到n＝2辐射的光子能量为1.89 eV，n＝4跃迁到n＝2辐射的光子能量为2.55 eV，均小于3.7 eV，不能使金属钾发生光电效应，其他三种光子能量都大于3.7 eV，故B正确；根据光的可逆性可知，在B界面处入射角不可能大于或等于临界角，故不满足光的全反射条件，a光不可能在B界面处发生全反射，b光也不可能，故C错误；根据光的干涉条纹间距公式Δx＝λ，b光的明暗相间的条纹间距更大，故D错误．‎ ‎[相关知识链接]‎ ‎1．核反应的四种类型 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 ‎ (卢瑟福发现质子)‎ 人工控制 N＋He→O＋H ‎(卢瑟福发现质子)‎ He＋Be→C＋n ‎(查德威克发现中子)‎ Al＋He→P＋n 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 现阶段很难控制 H＋H→He＋n ‎2.原子核的衰变 ‎(1)衰变的实质：α衰变为2H＋2n→He，即放出α射线；β衰变为n→H＋e，即放出β射线，在α 衰变或β衰变过程中放出γ射线．‎ ‎(2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义．‎ ‎[规律方法提炼]‎ ‎1．核反应方程解答技巧 ‎(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础．如质子(H)、中子(n)、α粒子(He)、 β粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等．‎ ‎(2)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断核反应方程是否正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒．‎ ‎(3)明白核反应过程是不可逆的，核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．‎ ‎2．核能的计算方法 ‎(1)根据ΔE＝Δmc2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计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．‎ ‎(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．‎ 例4　(多选)(2019·绍兴市3月选考)一座核电站反应堆产生的热功率为3 400 MW，发电功率为1 100 MW.已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200 MeV，下列说法正确的是(　　)‎ A．核裂变的反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋2n B．核反应后总质量增加了 C．核电站的发电效率约为32%‎ D．每秒钟约有1.1×1020个铀235核发生裂变 答案　CD 解析　根据质量数守恒和电荷数守恒，核裂变方程应为U＋n→Ba＋Kr＋3n；由于释放核能，据ΔE＝Δmc2，总质量一定减少；发电效率为η＝×100%≈32%；由Pt＝nE，每秒发生的裂变的铀核为n＝≈1.1×1020个．‎ 例5　(2017·全国卷Ⅱ·15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为，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 答案　B 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；根据Ek＝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．‎ 拓展训练8　(多选)(2019·诸暨市期末)下列关于原子和原子核的说法正确的是(　　)‎ A．太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变 B．核裂变可能的方程为U→Ba＋Kr＋2n C．β衰变所释放的电子是来自原子的内层电子 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 答案　AD 拓展训练9　(多选)(2019·台州市3月一模)居室装修中常用的大理石等天然石材，若含有铀、钍等元素就会释放出放射性气体氡，氡会通过人类呼吸进入人体并停留在体内发生衰变，放射出α、β、γ射线．这些射线会导致细胞发生变异，引起疾病．下列相关说法正确的是(　　)‎ A．放射性元素发生衰变时放出的α射线具有波粒二象性 B．铀U衰变为氡Rn要经过4次α衰变和2次β衰变 C．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的 D．处于激发态的氡原子发出的某一单色光照射到某金属表面能发生光电效应，若这束光通过玻璃砖折射后，再射到此金属表面将不会再产生光电效应 ‎ 答案　AB 解析　放射性元素发生衰变时放出的α射线，属于实物粒子，也具有波粒二象性，故A正确；铀U衰变为氡Rn，质量数减小16，而质子数减小6，经过1次α衰变，质量数减小4，质子数减小2，而1次β衰变质量数不变，则质子数增大1，因此要经过4次α衰变和2次β衰变，故B正确；β衰变时所释放的电子是原子核内的中子衰变为质子时产生的，故C错误；发出的某一单色光照射到某金属表面能发生光电效应，若这束光通过玻璃砖折射后，虽光速变化了，但其频率不变，再射到此金属表面，仍将会再产生光电效应，故D错误．‎ 拓展训练10　(2019·福建泉州市第一次质量检查)重核裂变的一个核反应方程为U＋n→‎ Xe＋Sr＋xn，已知U、Xe、Sr的平均结合能分别为7.6 MeV、8.4 MeV、8.7 MeV，则(　　)‎ A．该核反应方程中x＝10‎ B.U的中子数为92‎ C．该核反应中质量增加 D.U的平均结合能比Xe小，U比Xe更稳定 答案　A ‎‎ 专题强化练 基础题组 ‎1．(2019·湖北天门、仙桃等八市第二次联考)下列现象中，原子核结构发生了改变的是(　　)‎ A．氢气放电管发出可见光 B．β衰变放出β粒子 C．α粒子散射现象 D．光电效应现象 答案　B 解析　氢气放电管发出可见光是原子从较高能级跃迁至较低能级的结果，是由于原子内部电子运动产生的，与原子核内部变化无关，故A错误；β衰变放出β粒子是原子核内一个中子转变为一个质子和一个电子，所以导致原子核结构发生了改变，故B正确；α粒子散射实验表明原子具有核式结构，故C错误；光电效应是原子核外电子吸收光子能量逃逸出来的现象，跟原子核内部变化无关，故D错误．‎ ‎2．(多选)(2019·金丽衢十二校联考)以下说法正确的是(　　)‎ A．电子的发现使人们认识到了原子核有结构 B．光电效应显示了光的粒子性 C．随着温度的升高，黑体辐射的强度的极大值向波长较短的方向移动，而各种波长的辐射强度却减小 D．比结合能增加的核反应会释放出核能 答案　BD ‎3．(多选)(2019·超级全能生2月联考)下列说法中正确的是(　　)‎ A．根据甲图氢原子的电子云示意图可知，电子在玻尔理论中的某一轨道上稳定运动，应该是一个概率问题 B．根据乙图中原子核的比结合能示意图可知，Li原子核中的平均核子质量比O的要小 C．丙图中的链式反应要能持续，裂变物质必须要具有一定的体积或质量 D．根据丁图中氡的衰变可知，1 g氡经过38天后还剩0.1 g 答案　AC 解析　玻尔理论有一定的局限性，要适当修正，A正确；比结合能大，平均核子质量就小，越稳定，B错误；裂变反应进行要有临界体积，C正确；氡的半衰期是3.8天，1 g氡经过38天后还剩()g，D错误．‎ ‎4．(多选)(2019·嘉兴一中高三期末)如图所示，是某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图象．则由图象可知(　　)‎ A．遏止电压与入射光的频率无关 B．该金属的逸出功等于hνc C．图象的斜率表示普朗克常量h D．入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc 答案　BD 解析　根据光电效应方程Ek＝hν－W0，对照图象可知，该金属的逸出功W0＝hνc，由于eUc＝Ek，所以遏止电压Uc＝－，当入射光的频率大于极限频率νc时，遏止电压与入射光的频率成线性关系，故A错误，B正确；因为Uc＝－，知图线的斜率等于，故C错误；从图上知，逸出功W0＝hνc，根据光电效应方程，Ek＝hν－hνc可知，入射光的频率为3νc时，产生的光电子的最大初动能为2hνc，故D正确．‎ ‎5．(2019·四川省综合能力提升卷)氢原子的能级图如图所示，一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正确的是(　　)‎ A．氢原子可能发出3种不同频率的光 B．已知钾的逸出功为2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子可以从金属钾的表面打出光电子 C．氢原子从n＝2能级跃迁到n＝1能级释放的光子能量最小 D．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝1能级时，产生的光的频率最高，波长最短 答案　D 解析　一个处于n＝3能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即3→2,2→1，选项A错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子能量为E32 ＝‎ ‎－1.51 eV－(－3.40)eV＝1.89 eV<2.22 eV，则氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放的光子不能从金属钾的表面打出光电子，选项B错误；氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，能级差最小，释放的光子能量最小，选项C错误；从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级时，能级差最大，辐射出的光的频率最高，波长最短，故D正确．‎ ‎6.(多选)如图是氢原子的能级图，a是E4跃迁到E2时产生的光，b是E5跃迁到E3时产生的光．钠的极限频率νc＝5.53×1014 Hz，普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，电子电荷量e＝－1.6×10－19 C，则(　　)‎ A．a光的频率大于b光的频率 B．在水中传播时，a光的速度大于b光的速度 C．a光照射钠时能产生光电子，b光则不能 D．a光与b光的动量之比为97∶255‎ 答案　AC 解析　根据Em－En＝hν可知，氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级的能量差大于从n＝5能级跃迁到n＝3能级的能量差，那么a光的能量大于b光的能量，则a光的频率大于b光的频率，故A正确；因b光的频率小，所以折射率也小，根据v＝，在水中传播时，则a光的速度小于b光的速度，故B错误；根据Em－En＝ΔE，那么ΔEa＝2.55 eV，而ΔEb＝0.97 eV，‎ 金属钠的逸出功W0＝hνc≈2.281 eV，ΔEa＞W0，ΔEb＜W0，故a光照射钠时能产生光电子，b光则不能，故C正确；由p＝，解得：pa∶pb＝∶，故D错误．‎ ‎7．(2019·湖北省稳派教育上学期第二次联考)如图所示为氢原子的能级图，用某种频率的光照射大量处于基态的氢原子，结果受到激发后的氢原子能辐射出三种不同频率的光子，让辐射出的光子照射某种金属，结果有两种频率的光子能使该金属发生光电效应，其中一种光子恰好能使该金属发生光电效应，则打出的光电子的最大初动能为(　　)‎ A．12.09 eV B．10.2 eV C．1.89 eV D．0‎ 答案　C 解析　因大量处于基态的氢原子受到激发后能辐射出三种不同频率的光子，故氢原子是从n＝3的能级向下能级跃迁，即可释放三种不同频率的光子；只有两种频率的光子能使金属发生光电效应，而其中一种光子恰好能使该金属发生光电效应，则说明该入射光的能量与金属的逸出功相等，由此分析可知这种光子是从n＝2跃迁到n＝1辐射的光子，则金属的逸出功为W0＝－13.6 eV－(－3.4) eV＝10.2 eV，而另一频率的光子是从n＝3跃迁到n＝1辐射的光子，此时辐射的能量为ΔE＝－13.6 eV－(－1.51) eV＝12.09 eV；故用此种光子照射该金属，则打出的光电子的最大初动能为Ek＝12.09 eV－10.2 eV＝1.89 eV，故选C.‎ ‎8．(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 答案　B 解析　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.‎ ‎9．(多选)(2019·浙南名校联盟高三期末)如图是“慢中子”核反应堆的示意图，铀棒是核燃料，一种典型的铀裂变方程：U＋n→Ba＋Kr＋3n，用重水做慢化剂可使快中子减速，假设中子与重水中的氘核(H)每次碰撞都是弹性正碰，而且认为碰撞前氘核是静止的，氘核的质量是中子的两倍，则下列说法正确的是(　　)‎ A．钡核的比结合能比铀核的大 B．若碰撞前中子的动能为E0，经过一次弹性碰撞中子动能变成E0‎ C．镉棒插入深一些可增大链式反应的速度 D．水泥防护层可用来屏蔽裂变产物放出的射线 答案　ABD ‎10．(多选)(2019·超级全能生2月联考)一定强度的激光(含有两种频率的复色光)沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心O点，如图甲所示．现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别照射相同的光电管的阴极(如图乙所示)，其中C光照射恰好有光电流产生，则(　　)‎ A．B光照射光电管的阴极，一定有光电子打出 B．A光和C光分别照射光电管的阴极时，A光打出的光电子的最大初动能较大 C．入射光的入射角从0开始增大，C光比B光先消失 D．若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光，则C光对应的能级较高 答案　CD 解析　根据几何光学知识可知，A光是含有两种频率的复色光，B光和C光是单色光，且C光折射率大，频率高，C光照射光电管恰好有光电流产生，用B光照射同一光电管，不能发生光电效应，A错误；若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光，则C光对应的能级较高，D正确；由sin C＝可知，若入射光的入射角从0开始增大，C光比B光先消失，C正确；A光和C光分别照射光电管的阴极时，打出光电子的最大初动能是相等的，都由C光的频率决定，B错误．‎ 能力题组 ‎11．(2018·全国卷Ⅱ·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1.28×10－19 J．已知普朗克常量为6.63×10－34 J·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．1×1014 Hz B．8×1014 Hz C．2×1015 Hz D．8×1015 Hz 答案　B 解析　设单色光的最低频率为ν0，由Ek＝hν－W0知 Ek＝hν1－W0,0＝hνc－W0，又知ν1＝，整理得νc＝－，解得νc≈8×1014 Hz.‎ ‎12．(2019·宁波市“十校联考”)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出．强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实．光电效应实验装置示意图如图．用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应．换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电场．逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)(　　)‎ A．U＝－ B．U＝－ C．U＝2hν－W0 D．U＝－ 答案　B 解析　由题意知，一个电子吸收一个光子不能发生光电效应，换用同样频率为ν的强激光照射阴极K，则发生了光电效应，即吸收的光子能量为nhν(n＝2,3,4…)‎ 由光电效应方程可知：nhν＝W0＋mv2(n＝2,3,4…)①‎ 在减速电场中由动能定理得－eU＝0－mv2②‎ 联立①②得：U＝－(n＝2,3,4…)，选项B正确．‎ ‎13．(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 0 u，n的质量为1.008 7 u,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 答案　B 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．‎ ‎14．(2019·福建厦门市第一次质量检查)钴－60(Co)放射性的应用非常广泛，几乎遍及各行各业．在农业上，常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等；在医学上，常用于癌和肿瘤的放射治疗．一个钴－60原子核(Co)放出一个β粒子(e)后衰变成一个镍核(Ni)，并伴随产生了γ射线．已知钴－60(Co)的半衰期为5.27年，该反应中钴核Co、β粒子(e)、镍核(Ni)的质量分别为m1、m2、m3.下列说法正确的是(　　)‎ A．核反应中释放的能量为(m2＋m3－m1)c2(J)‎ B．核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强 C．若有16个钴－60原子核，经过5.27年后只剩下8个钴－60原子核 D．β粒子是钴原子核外的电子电离形成的 答案　B 解析　该反应的质量亏损为(m1－m2－m3)，则根据质能方程可知，反应放出的能量为(m1－m2－m3)c2，选项A错误；核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强，选项B正确；半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少数原子核不适应，选项C错误；β粒子是钴原子核内的中子转变为质子时放出的负电子，选项D错误．‎