新高考2021届高考物理小题必练28光电效应原子结构与原子核

_________小题必练28：光电效应原子结构与原子核

考区说明

（1）光电效应现象与光电效应方程的应用；（2）原子核式结构；（3）氢原子光谱规律、能级跃

迁；（4）核衰变与核反应方程；（5）核能与爱因斯坦质能方程。

考自透瓠

例1.（2019•全国I卷T4）氢原子能级示意图如图所示，光子能量在1.63eV〜3.10eV的

光为可见光。要使处于基态（n=l）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原

子提供的能量为（）

8‘’0

5-----------------------054eV

4-----------------------------0.85eV

3----------------------------1.51eV

2----------------------------3.4eV

1-13.6eV

A.12.09eVB.10.20eV

C.1.89eVD.1.51eV

【解析】因为可见光光子的能量范围是1.63〜3.10eV,所以氢原子至少要被激发到"=3

能级，要给氢原子提供的能量最少为《=（-1.51+13.60）eV=12.09eV,即选项A正确。

【答案】A

【点睛】本题考查原子的能级跃迁问题，体现了模型建构的核心素养。

例2.（2020•山东卷2）瓶核汨发生B衰变成为氢核;He。假设含瓶材料中油发生B衰变产生

的电子可以全部定向移动，在3.2X10's时间内形成的平均电流为5.0X10'A。己知电子

电荷量为L6X10T9C,在这段时间内发生B衰变的晁核汨的个数为（）

A.5X10"B.1.0X1016C.2.0X10'6D.1.0X1018

【答案】B

【解析】根据/=幺=竺可得产生的电子数为等四=36个，因在p

tte1.6x10-2

衰变中，一个瓶核产生一个电子，可知第核的个数为1.0X10'7、。

【点睛】本题考查衰变方程及电流定义式的综合应用，体现了新高考学科核心素养的能力立意。

TF,

考垣里诚

1.下列几种说法中有一种是错误的，它是（）

A.大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波

B.光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒

C.光子与光电子是同一种粒子，它们对应的波也都是概率波

D.核力是一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略

【答案】C

【解析】大如太阳、地球等这些宏观的运动物体也具有波动性，这种波是物质波，故A正确：

光子与物质微粒发生相互作用时，不仅遵循能量守恒，还遵循动量守恒，故B正确：光子是

光的组成部分，而光电子是电子，故二者不相同，故C错误；根据核力的特点可知，核力是

一种强相互作用力，热核反应中库仑力做功与核力做功相比能忽略，故D正确。本题选错误

的，故选C。

2.用图示装置研究光电效应现象，光电管阴极K与滑动变阻器的中心抽头c相连，当滑动

头。从a移到c,的过程中，光电流始终为零。为了产生光电流，可采取的措施是（）

I——1.|,——I

A.增大入射光的强度

B.增大入射光的频率

C.把尸向a移动

D.把尸从c向。移动

【答案】B

【解析】能否产生光电效应与入射光的强度无关，增大入射光的强度，仍不能产生光电流，

故A错误。增大入射光的频率，当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，金

属有光电子发出，电路中能产生光电流，故B正确。把尸向a移动，尸点电势大于c点的电

势，光电管加上正向电压，但不能产生光电效应，没有光电流形成，故C错误。把尸从c

向6移动，光电管加反向电压，不能产生光电效应，没有光电流形成，故D错误。

3.一个德布罗意波长为人的中子和另一个德布罗意波长为九的笊核同向正碰后结合成一

2

个疑核，该晁核的德布罗意波长为（）

-1入2一I二2-1+-I-42

A・九十小氏儿一元心—2-D・一2~

【答案】A

【解析】中子的动量n=f,笊核的动量~=等，同向正碰后形成的僦核的动量R=Q+

P、，所以晁核的德布罗意波长3、=-W，A正确。

A4I十

4.（多选）用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如

图所示。已知普朗克常量为人被照射金属的逸出功为既，遏止电压为〃，电子的电荷量为

e,则下列说法正确的是（）

，一甲

Ucou

A.甲光的强度大于乙光的强度

B.甲光的频率大于乙光的频率

C.甲光照射时产生的光电子初动能均为eU,

D.乙光的频率为良华

【答案】AD

【解析】根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的饱和电流越大，即可判定甲光的强

度较大，选项A正确；由光电效应方程笈=力丫一%,笈=e以，由图可知，甲、乙的遏止电

压相同，故甲、乙的频率相同，选项B错误：甲光照射时产生的光电子的最大初动能为e",

选项C错误；根据区=方/—〃6=e”,可得》=更＞，选项D正确。

h

5.氢原子处于基态时的能量为其，激发态与基态之间的能量关系为£,=刍（〃=1,2,3…），

n

处于基态的大量氢原子由于吸收某种单色光后，最多能产生3种不同频率的光，己知普朗克

常量为力，则产生的3种不同频率的光中，最小的频率为（）

遁也竺竺

36/?36/?9A9h

【答案】B

【解析】处于基态的氢原子能量为区,〃=2能级的原子能量为名,〃=3能级的原子能量为今

从〃=3能级跃迁到〃=2能级，能量变化最小，则对应的频率最小，因此从〃=3能级跃迁

3

到〃=2能级有号一与=人V,解得v=一+7,故选B。

6.2渝'h经过一系列a衰变和B衰变后变成缓Pb,则嘴Pb比畿111少（）

A.16个中子，8个质子B.8个中子，16个质子

C.24个中子，8个质子D.8个中子，24个质子

【答案】A

【解析】赞Pb比微Th质子数少（90—82）=8个,核子数少（232—208）=24个，所以中子数

少（24—8）=16个，故A正确；B、C、D错误。

7.（多选）核电站核泄漏的污染物中含有碘131和钠137。碘131的半衰期约为8天，会释

放13射线；铭137是钠133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射Y射线，下

列说法正确的是（）

A.碘131释放的B射线由氢核组成，6衰变的方程是"U-%Xe+3e

B.碘131释放的B射线是电子流，B衰变的方程是'I-%Xe+3e

C.与钠137相比，碘131衰变更慢，且钠133和铀137含有相同的质子数

D.葩137衰变时辐射出的y光子能量大于可见光光子能量

【答案】BD

【解析】P射线实际是电子流，故A错误，B正确；半衰期是放射性元素的原子核有半数发

生衰变时所需的时间，碘131的半衰期约为8天，钠137的半衰期约为30年，碘131衰变

更快；同位素是具有相同的质子数和不同的中子数的元素，故葩133和鼬137含有相同的质

子数，故C错误；丫射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光的光子能量，故D正确。

8.放射性同位素牡，Th经一系列a、B衰变后生成氨2黑而，以下说法正确的是（）

A.每经过一次a衰变原子核的质量数会减少2个

B.每经过一次B衰变原子核的质子数会增加1个

C.放射性元素牡，Th的原子核比氮2嗑Rn原子核的中子数少4个

D.牡23部Th衰变成氨，而一共经过2次a衰变和3次B衰变

【答案】B

【解析】每经过一次a衰变，电荷数减少2,质量数减少4,故A错误.每经过一次B衰

变，电荷数增加1,质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故B正确.元素

社/Th的原子核的质量数为232,质子数为90,则中子数为142,氢黑Rn原子核的质量数

为220,质子数为86,则中子数为134,可知放射性元素铉-Th的原子核比氧，而原子核

4

的中子数多8个，故C错误.钮2%Th衰变成氨22或口，可知质量数减少12,电荷数减少4,

因为经过一次a衰变，电荷数减少2,质量数减少4,经过一次B衰变，电荷数增加1,

质量数不变，可知经过了3次a衰变，2次3衰变，故D错误。

9.（多选）研究光电效应规律的实验装置如图所示，以频率为卜的光照射光电管阴极K时，

有光电子产生。由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A做

减速运动。光电流/由图中电流计G测出，反向电压〃由电压表V测出。当电流计的示数恰

好为零时，电压表的示数称为反向遏止电压以，在下图所表示光电效应实验规律的图象中，

正确的是（）

光强/和频率v•定时,光强/和频率v•定时,

反向电压U和频率y-定时,光电流i与反向电光电流i与产生光电子

光电流i与光强/的关系的关系的时间t的关系

AD

【答案】ACD

【解析】当反向电压〃与入射光频率-一定时，光电流，与光强成正比，所以A图正确；

频率为〃的入射光照射阴极所发射出的光电子的最大初动能为r—跖，而截止电

压”与最大初动能的关系为所以截止电压以与入射光频率-的关系是e〃=力丫

一儡其函数图象不过原点，所以B图错误；当光强与入射光频率一定时，单位时间内单位

面积上逸出的光电子数及其最大初动能是一定的，所形成的光电流强度会随反向电压的增大

而减少，所以C图正确；根据光电效应的瞬时性规律，可知D图正确。

10.不同色光的光子能量如下表所示：

色光红橙黄绿蓝一靛紫

光子能量范围1.61〜2.00〜2.07〜2.14〜2.53〜2.76〜

(eV)2.002.072.142.532.763.10

氢原子部分能级的示意图如图所示。大量处于〃=4能级的氢原子，发射出的光的谱线在可

见光范围内，其颜色分别为（）

5

nE/eV

8--------------------0

4----------------------0.85

3----------------------1.51

2----------------------3.40

1-13.6

A.红、蓝一靛B.红、紫

C.橙、绿D.蓝一靛、紫

【答案】A

【解析】计算出各种光子能量然后和表格中数据进行对比，便可解决本题。氢原子处于第四

能级，能够发出12.75eV、12.09eV、10.2eV、2.55eV、1.89eV、0.66eV的六种光子,

1.89eV和2.55eV属于可见光，1.89eV的光子为红光，2.55eV的光子为蓝一靛光。

11.根据玻尔理论，氢原子的能级公式为瓦=4（〃为能级，1为基态能量），一个氢原子中

n

的电子从〃=4的能级直接跃迁到基态，在此过程中（）

1

A.氢原子辐射一个能量为登的光子

16

1弓力

B.氢原子辐射一个能量为一嘿的光子

16

15力

C.氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为嘿

16

15力

D.氢原子辐射一系列频率的光子，其中频率最大的光子能量为一富

16

【答案】B

【解析】根据玻尔理论，一个氢原子中的电子从〃=4的能级直接跃迁到基态，辐射一个光

AA1耳力

子的能量为△£=£,一£=不一”=一弁，选项B正确，A、C、D错误。

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12.如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长4=0.50um的绿光照射阴极K,

实验测得流过@表的电流/与A、K之间的电势差如满足如图乙所示规律，取力=6.63X10

*J•s。结合图象，求：（结果保留两位有效数字）

（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能：

（2）该阴极材料的极限波长。

【解析】（1）光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A,阴极每秒钟发射的光

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