专题19近代物理初步

专题19近代物理初步TOC\o"13"\h\u01专题网络·思维脑图 102考情分析·解密高考 203高频考点·以考定法 2一、光电效应 2二、氢原子光谱原子结构 3三、原子核的衰变、核反应与核能 3考向1：波尔原子模型 7考向2：核反应方程的书写和配平 9考向3：核能和半衰期的计算 10考向4：光电效应的综合应用 1004核心素养·难点突破 1205创新好题·轻松练 21考点内容要求学习目标光电效应II理解并掌握光电效应方程及四类图像问题；掌握波尔原子理论三条假说和能级跃迁问题；掌握核反应方程的书写和半衰期的计算方法氢原子光谱原子结构II原子的衰变、核反应与核能II一、光电效应1．光电效应的两条对应关系（1）光越强（一定频率）→光子数目越多→发射光电子越多→饱和光电流越大。（2）光子频率越高→光子能量越大→光电子的最大初动能越大。注：单色光的强度I＝nhν，其中n是单位时间射到单位面积上的单色光光子数。2．光电效应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＝hνc。3．光电效应的四类图像分析图像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图线（1）遏止电压Uc：图线与横轴交点的横坐标；（2）饱和光电流Im1、Im2：光电流的最大值；（3）最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系图线（1）遏止电压Uc1>Uc2，则ν1>ν2；（2）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（注：此时两极之间接反向电压）（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，Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)；（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二、氢原子光谱原子结构1．玻尔理论的三条假设轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态，En＝eq\f(1,n2)E1（n＝1，2，3，…）频率条件原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，hν＝En－Em（m＜n）2.能级跃迁问题的四点注意（1）氢原子在两定态间跃迁时，所吸收或辐射的光子的能量只能等于两定态的能量差。（2）一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可辐射出N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)种不同频率的光。一个氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可辐射出（n－1）种不同频率的光。（3）如果氢原子的跃迁是吸收实物粒子的动能发生的，则其动能大于或等于两能级间的能量差。（4）氢原子能量为电势能与动能的总和，能量越大，轨道半径越大，势能越大，动能越小。三、原子核的衰变、核反应与核能1．三种射线（1）α射线：穿透能力最弱，电离作用最强。（2）β射线：穿透能力较强，电离作用较弱。（3）γ射线：穿透能力更强，电离作用更弱。2．关于原子核衰变需要明确的三个易错点（1）衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子核无意义。（2）γ射线是伴随着α衰变和β衰变由新核跃迁而产生的能量形式。（3）β射线不是核外电子组成的，而是核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子，电子射出形成β射线。3．衰变及核反应类型对比类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工控制（一般以、、为炮弹）eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H（卢瑟福发现质子）eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n（查德威克发现中子）eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e重核裂变比较容易进行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变很难控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV注：原子核衰变时，质量数守恒、电荷数守恒；与衰变过程一样，在核反应中，质量数守恒、电荷数守恒。但核衰变或核反应后总质量一般会发生变化，即有质量亏损。4．核衰变问题（1）核衰变规律：，（2）α衰变和β衰变次数的确定方法①方法一：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数守恒确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。②方法二：设α衰变次数为x，β衰变次数为y，根据质量数守恒和电荷数守恒列方程组求解。5．核能的计算方法（1）根据爱因斯坦质能方程，用核反应亏损的质量乘真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2。（2）根据1u（原子质量单位）相当于931.5MeV的能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV。（3）如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现的，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。（4）根据平均结合能计算核能，原子核的结合能＝平均结合能×核子数。【典例1】（2023·重庆·统考高考真题）原子核可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核，在该过程中，可能发生的β衰变是（）A． B．C． D．【答案】A【详解】原子核衰变成为稳定的原子核质量数减小了28，则经过了7次α衰变，中间生成的新核的质量数可能为231，227，223，219，215，211，则发生β衰变的原子核的质量数为上述各数，则BCD都不可能，根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，选项A反应正确。故选A。【典例2】（2023·江苏·统考高考真题）“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：（1）每个光子的动量p和能量E；（2）太阳辐射硬X射线的总功率P。【答案】（1），；（2）【详解】（1）由题意可知每个光子的动量为每个光子的能量为（2）太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则可得所以t秒辐射光子的总能量太阳辐射硬X射线的总功率【典例3】（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。己知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【答案】C【详解】AB．根据动能定理，从金属板M上逸出的光电子到到达N板时，则到达N板时的动能为，与两极板间距无关，与电子从金属板中逸出的方向无关，选项AB错误；C．平行极板M射出的电子到达N板时在y方向的位移最大，则电子从M到N过程中y方向最大位移为，，解得，，选项C正确；D．M、N间加反向电压电流表示数恰好为零时，则，解得，选项D错误。故选C。【典例4】（2024·浙江·高考真题）氢原子光谱按频率展开的谱线如图所示，此四条谱线满足巴耳末公式，n=3、4、5、6用和光进行如下实验研究，则（）A．照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽B．以相同的入射角斜射入同一平行玻璃砖，光的侧移量小C．以相同功率发射的细光束，真空中单位长度上光的平均光子数多D．相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的饱和光电流小【答案】C【详解】A．根据巴耳末公式可知，光的波长较长。波长越长，越容易发生明显的衍射现象，故照射同一单缝衍射装置，光的中央明条纹宽度宽，故A错误；B．光的波长较长，根据，可知光的频率较小，则光的折射率较小，在平行玻璃砖的偏折较小，光的侧移量小，故B错误；C．光的频率较小，光的光子能量较小，以相同功率发射的细光束，光的光子数较多，真空中单位长度上光的平均光子数多，故C正确；D．若、光均能发生光电效应，相同光强的光分别照射同一光电效应装置，光的频率较小，光的光子能量较小，光的光子数较多，则光的饱和光电流大，光的饱和光电流小，故D错误。故选C。考向1：波尔原子模型1．（2024·广西贵港·统考模拟预测）城市夜景因绽放的霓虹灯变得多姿多彩。霓虹灯发光原理是不同气体原子从高能级向低能级跃迁时发出能量各异的光子而呈现五颜六色，如图为氢原子的能级示意图，已知可见光光子能量范围为，若一群氢原子处于能级，则下列说法正确的是（）A．这群氢原子自发跃迁时能辐射出4种不同频率的光B．这群氢原子从高能级向低能级跃迁时可能辐射出射线C．氢原子从能级向能级跃迁过程中发出的光为可见光D．这群氢原子自发跃迁时能辐射出3种不同频率的可见光【答案】D【详解】A．这群氢原子自发跃迁时能发出光子频率的种类为种不同频率的光。A错误；B．射线为重核衰变或裂变时才会放出，氢原子跃迁无法辐射射线，B错误；C．这群氢原子中从能级跃迁能级时辐射出的能量为13.06eV，不在可见光光子能量范围之内，C错误；D．这群氢原子从能级跃迁能级辐射出的能量是2.86eV，从能级跃迁能级时辐射出的能量为2.55eV，从能级跃迁能级辐射出的能量是1.89eV，这三个属于可见光，其他的不属于。D正确。故选D。2．（2023·贵州·校联考模拟预测）如图是氢原子的能级图，现有大量处于激发态的氢原子，下列说法正确的是（

）A．每个氢原子向低能级跃迁时，共发出3种频率的光B．这些氢原子向低能级跃迁时，共发出3种频率的光C．这些氢原子向低能级跃迁时需要吸收1.51eV的能量D．这些氢原子只有吸收13.6eV的光子时才能电离【答案】B【详解】A．每个氢原子向低能级跃迁时，最多发出2种频率的光，故A错误；B．这些氢原子向低能级跃迁时，光的频率种类有，故B正确；C．这些氢原子向低能级跃迁时不需要吸收能量，辐射光子，故C错误；D．这些氢原子至少吸收1.51eV的光子时才能电离，故D错误。故选B。考向2：核反应方程的书写和配平3．（2024·全国·模拟预测）钚（）为易裂变的放射性元素，能用作核燃料。钚（）可以通过铀（）吸收中子后再发生衰变而产生。下列关于其产生过程的描述正确的是（）A．铀（）吸收1个中子后再发生1次衰变产生钚（）B．铀（）吸收2个中子后再发生1次衰变产生钚（）C．铀（）吸收1个中子后再发生2次衰变产生钚（）D．铀（）吸收2个中子后再发生2次衰变产生钚（）【答案】C【详解】设吸收m个中子，发生n次衰变，反应方程式为由质量数守恒和电荷数守恒可得，，，解得，故选C。4．（2024·安徽·统考一模）核能是蕴藏在原子核内部的能量，合理利用核能，可以有效缓解常规能源短缺问题。在铀核裂变实验中，核反应方程是，核的结合能为，核的结合能为，核的结合能为．则（）A．该核反应过程动量不守恒 B．该核反应方程中的X为C．该核反应中释放的核能为 D．该核反应中电荷数守恒，质量数不守恒【答案】B【详解】A．在铀核裂变的过程中，动量守恒，故A错误；BD．设X为，由核电荷数守恒可知，，可得由质量数守恒得，，解得，所以该核反应方程中的X为，故B正确，D错误；C．由能量守恒定律可知，该核反应中释放的核能为，故C错误。故选B。考向3：核能和半衰期的计算5．（2024·陕西西安·统考一模）PET—CT的全称为正电子发射计算机断层扫描仪，被誉为是临床医学“高科技之冠”。它是将放射性同位素氟—18（）注入人体参与人体代谢过程，氟—18在人体内衰变放出正电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的影像。已知正、负电子的静止质量，普朗克常数，光速，不计湮灭前正、负电子的动能，求探测器探测到光子的频率（）A． B． C． D．【答案】C【详解】正、负电子湮灭前后能量守恒，，代入数据解得，故选C。6．（2023·全国·校联考模拟预测）太阳内部高温高压使三个氦核发生短暂的核反应，被称为氦内。该核反应的方程式为，已知核的比结合能为核的比结合能为，真空中的光速为。下列说法正确的是（）A．该核反应又称热核反应 B．X原子核中有8个中子C．该核反应释放的能量为 D．该核反应核子的质量亏损为【答案】A【详解】A．根据质量数和核电荷数守恒，可知核反应方程为，该核反应属于轻核聚变，需要超高温才能反应，又称热核反应，故A正确；B．中子数等于质量数减去质子数，则核中有6个中子，故B错误；C．该核反应放出的能量等于反应前、后结合能的增加值，释放的能量，故C错误；D．根据爱因斯坦质能方程知，该核反应核子的质量亏损，，故D错误。故选A。考向4：光电效应的综合应用7．（多选）（2024·云南·模拟预测）某同学用如图甲所示的装置进行光电效应实验。用波长为的光照射阴极K，保持滑动变阻器的下滑片不动，调节滑动变阻器的上滑片P，测得流过灵敏电流计的电流I与AK之间的电势差满足如图乙所示的规律，已知电子的电荷量大小为e，阴极材料的逸出功为，下列说法正确的是（）A．将滑动变阻器的滑片P由最左端向右移动的过程中电流I逐渐增大B．若用波长为的光照射阴极K，则遏止电压将变为C．只改变阴极K的材料，b点位置不变D．只增加入射光的光照强度，电流I的最大值会变大【答案】BD【详解】A．滑动变阻器的滑片P在最左端时，将滑动变阻器的滑片P由左端向右移动，逐渐减小，电流I逐渐减小，A项错误；B．由爱因斯坦光电效应方程可得，，，解得，，B项正确；C．只改变阴极K的材料，产生光电子的数量发生变化，b点位置会变，C项错误；D．只增加入射光的光照强度，则单位时间内产生的光电子数量增多，电流I的最大值会变大，D项正确。故选BD。8．（2023·河北·校联考模拟预测）如图所示，图甲为包含两种不同频率光的一细束光从空气射向平行玻璃砖的上表面，光束经两次折射和一次反射后的情形，图乙为研究某种金属光电效应的电路图。分别用a、b两种光照射如图乙所示的实验装置，都能发生光电效应。下列说法正确的是（

）A．图乙中滑动变阻器的滑片向右移动时电流表的示数一定增大B．图甲中a光的频率小于b光的频率C．用a光照射图乙的装置时逸出光电子的最大初动能较大D．用同一装置研究双缝干涉现象，光a的条纹间距更大【答案】C【详解】A．图乙中滑动变阻器的滑片向右移动，AK两极板的电压增大，如果已经达到饱和灌电流，则电流表示数不再增大，故A错误；B．作出光路图如图所示，可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，故B错误；C．根据光电效应方程，a光的频率较大，所以用a光照射图乙的装置时逸出光电子的最大初动能较大,故C正确；D．根据，a光的频率较大，则a光的波长小，条纹间距更小，故D错误。故选C。一、单选题1．（2024·广东东莞·校联考模拟预测）太阳内部有多种热核反应，其中一个反应方程是，以下说法正确的是（

）A．X是质子 B．该核反应属于α衰变C．该核反应属于核聚变 D．该反应是现在核电站中的主要核反应【答案】C【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可得核反应方程为可知X是中子，故A错误；BC．该核反应为热核反应，属于核聚变，故B错误，C正确；D．现在核电站中的主要核反应是核裂变，故D错误。故选C。2．（2024·山东·模拟预测）2021年1月30日，中国“华龙一号”全球首堆投入商业运行，标志着我国自主三代核电技术跻身世界前列。“华龙一号”用到的核燃料主要是铀，铀核（）是获得核能的主要原料之一，其中一种核反应方程为并释放核能。以下说法正确的是（）A．该核反应是轻核聚变，其中K为10个中子B．该核反应产物的结合能之和大于铀核（）的结合能C．该核反应产物的放射性可以通过人工手段去消除D．核反应时释放能量，根据，核反应后的总质量数减少【答案】B【详解】A．该核反应是重核的裂变，根据质量数守恒和电荷数守恒可知其中K为10个中子，A错误；B．由于该反应为放能反应，释放核能后结合能增大，因此该核反应产物的结合能之和大于铀核的结合能，B正确；C．放射性物质的半衰期非常稳定，不会随着外界环境改变而改变，因此不可以通过人工手段消除，C错误；D．核反应时释放能量，总质量减小，而总质量数保持不变，D错误。故选B。3．（2024·湖南长沙·统考模拟预测）某国政府不顾国际社会的反对，公然决定将大量核废水排放到太平洋，引起了国际舆论的强烈谴责。核废水主要包含63种放射性物质，其中以铯137、锶90、氚、碳14等为主，下列说法正确的是（）A．铯137的半衰期是30年，60年后核废水中的铯137全部衰减殆尽B．锶90发生衰变的衰变方程为的比结合能比的大C．氚具有放射性，是原子核外电子从高能级向低能级跃迁造成的D．碳14的半衰期为5730年，如果一块古木中的碳14含量是现代植物的0.25倍，则古木的历史约11460年【答案】D【详解】A．铯137的半衰期是30年，经历两个半周期，60年后核废水中的铯137仍剩下原先的，故A错误；B．锶90发生衰变的衰变方程为，更稳定，的比结合能比的小，故B错误；C．氚具有放射性，是原子核发生衰变造成的，故C错误；D．碳14的半衰期为5730年，如果一块古木中的碳14含量是现代植物的0.25倍，经历两次半周期，则古木的历史约故D正确。故选D。4．（2024·全国·模拟预测）来自太阳的高能带电粒子与大气中的氧原子发生作用，使基态氧原子跃迁到某一高能级激发态。大量处于该高能级激发态的氧原子会自发的向低能级跃迁，当跃迁到第一激发态时，会辐射出波长为的光；从第一激发态再跃迁到基态，会辐射出波长为的光。若处于该高能级激发态的氧原子直接跃迁到基态，将辐射出的光的波长为（）A． B．C． D．【答案】D【详解】设该高能级激发态的能量为E，第一激发态的能量为，基态的能量为，氧原子由该高能级激发态跃迁到基态发出的光的波长为，由于能级间的能量差值等于发出的光的能量，则有，，解得故选D。5．（2024·浙江嘉兴·统考一模）如图所示为研究光电效应和霍尔效应的装置示意图。光电管和霍尔片串联，霍尔片的长、宽、高分别为、、，该霍尔片放在磁感应强度大小为、方向平行于边的匀强磁场中。闭合电键，入射光照到阴极时，电流表A显示的示数为，该电流在霍尔片中形成沿电流方向的恒定电场为，电子在霍尔片中的平均速度，其中电子迁移率为已知常数。电子电量为，电子的质量为。霍尔片单位体积内的电子数为，则（）A．霍尔片前后侧面的电压为B．霍尔片内的电场强度为C．通过调节滑动变阻器，可以使电流表的示数减为零D．当滑动变阻器滑片右移后，单位时间到达光电管阳极的光电子数一定大于【答案】B【详解】A．设霍尔片前后侧面的电压为，根据洛伦兹力与电场力平衡可得其中，联立解得故A错误；B．霍尔片内沿前后侧面的电场强度大小为沿电流方向的恒定电场为则霍尔片内的电场强度为故B正确；C．由于光电管所加的电压为正向电压，则通过调节滑动变阻器，不可以使电流表的示数减为零，故C错误；D．若已经为光电效应达到的饱和电流，则当滑动变阻器滑片右移后，电流保持不变，则单位时间到达光电管阳极的光电子数等于，故D错误。故选B。6．（2024·浙江·校联考一模）某实验小组用如图甲所示的实验装置探究不同金属发生光电效应时的实验规律，当用频率为v的入射光照射金属时电流表示数不为零，向右调节滑动变阻器的滑片P，直到电流表的示数刚好为零，此时电压表的示数为，该电压称为遏止电压，该实验小组得到与v的关系如图乙中的①所示，则下列有关说法中正确的是（）A．实验时电源的左端为正极B．分别用从氢原子能级2到1和能级3到1辐射的光照射金属得到遏止电压和，则C．换用不同的光照射逸出功更大的金属时，得到的关系可能如图乙中的②所示D．当滑片P向左滑动的过程中电流表的示数先增加后不变【答案】D【详解】A．因滑片向右调节滑动变阻器的滑片P，可使电流表的示数为零，此时光电管加反向电压，则光电管右端电势高，则电源右端为正极，故A错误；C．根据eUc=hνW逸出功可得换用不同的光照射逸出功更大的金属K2时，所得到的关系图像与横轴的截距较大，但是直线斜率相同，故C错误；B．氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子能量小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子能量，根据E=hν可知，氢原子从能级2跃迁到能级1辐射出的光子频率小于从能级3跃迁到能级1辐射出的光子频率，而根据爱因斯坦的光电效应方程eUc=Ek=hνW逸出功可知Uc1＜Uc2故B错误；D．滑片P初始位置应该是在中间，此时加在光电管上的电压为零，P左滑的过程中，光电管所加的正向电压变大，形成的光电流逐渐增大，当达到饱和电流后电流不再变，因此可知电流表的示数先增加后不变，故D正确。故选D。二、多选题7．（2024·浙江嘉兴·统考一模）如图所示是氢原子的能级图。已知可见光的波长范围为，普朗克常量，真空中的光速，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是（）A．氢原子处在能级，会辐射可见光B．氢原子从高能级向能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应C．氢原子从能级向能级和能级跃迁时辐射的两种光，在同一介质中传播时前者速度小于后者D．氢原子从能级向低能级跃迁，辐射的光子的最大动量是【答案】AB【详解】A．可见光的波长范围为，根据可得可见光的光子能量范围约为氢原子从能级向能级跃迁，辐射的光子能量为属于可见光，故A正确；B．氢原子从高能级向能级跃迁时，辐射的光子能量小于，属于红外线，具有显著的热效应，故B正确；C．氢原子从能级向能级和能级跃迁时辐射的两种光，前者频率低，在同一介质中传播时前者速度大于后者，故C错误；D．氢原子从能级向低能级跃迁，得辐射的光子的最大动量故D错误。故选AB。8．（2024·浙江金华·校联考模拟预测）光电倍增管是检测微弱光信号的光电转换元件，具有极高的灵敏度和超快的时间响应。管内除光电阴极和阳极外，两极间还放置多个倍增电极。使用时相邻两倍增电极间均加有电压，以此来加速电子。如图所示，光电阴极受光照后释放出光电子，在电场作用下射向第一倍增电极，引起电子的二次发射，激发出更多的电子，然后在电场作用下飞向下一个倍增电极，又激发出更多的电子，如此电子数不断倍增，使得光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多，可用来检测微弱光信号。下列说法正确的是（

）A．光电倍增管正常工作时，每个极板都发生了光电效应B．光电倍增管中增值的能量来源于相邻两个倍增电极间的加速电场C．图中四块极板的电势为D．每个光电倍增管都适用于检测各种频率的光【答案】BC【详解】A．光电效应是当光子的频率大于极限频率时，物质内部的电子能够吸收光子的能量后逸出的现象，而光电倍增管正常工作时，每个倍增电极上被加速后的电子，撞击激发出更多的电子，这一点不符合光电效应现象的特点，故不属于光电效应，故A错误；B．电子在光电倍增管运动的过程中只有电场力做功，光电倍增管中增值的能量来源于相邻两倍增电极间的加速电场，故B正确；C．电子带负电，加速电场的电场方向与电子运动方向相反，所以图中四块极板的电势为，故C正确；D．只有满足一定频率的光照射时才能发生光电效应，从而逸出光电子，可知光电倍增管并不是适用于各种频率的光，故D错误。故选BC。9．（2023·浙江绍兴·统考模拟预测）如图所示，某种材料制成太阳能电池的主体部分由P型半导体和N型半导体结合而成。当太阳光照射到该材料上时，材料吸收光子发生内光电效应，自由电子向N型一侧移动，从而在两端形成电势差。已知该材料至少需要吸收能量为E的光子才能发生内光电效应，普朗克常量为h，光束为c，则（）A．通过负载的电流方向从上至下B．该材料发生光电效应的极限波长为C．太阳光的强度越强，则通过负载的电流越大D．改用紫外线照射该材料，则不能发生内光电效应【答案】BC【详解】A．自由电子向N型一侧移动，N型一侧电势更低，故电流从P型一侧流出，回到N型一侧，故电流应该从下至上通过负载，故A错误；B．发生光电效应的极限波长满足解得故B正确；C．太阳光强度越大，内光电效应释放的电子越多，向N型一侧移动的自由电子越多，两端电势差越大，电路中的电流越大，故增大太阳光的强度，通过负载的电流会变大，故C正确；D．太阳光中紫外线的频率最高，太阳光能让该材料发生内光电效应，则该材料的极限频率应小于等于紫外线的频率，故改用紫外线照射该材料，能发生内光电效应，故D错误。故选BC。三、解答题10．（2024·江苏南通·统考一模）美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量。已知电子的电荷量。（1）开关断开时，用单色光照射光电管的极，电流表的读数。求单位时间内打到极的电子数；（2）开关闭合时，用频率和的单色光分别照射光电管的极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为和时，电流表的示数刚好减小到零。求普朗克常数。【答案】（1）；（2）【详解】（1）由且代入数据解得（2）设用频率为的光照射极时，逸出的光电子的最大初动能为，对应的遏制电压为，逸出功为。根据光电效应方程有根据动能定理有代入数据解得新情境1：前沿科技类1．（2024·福建泉州·统考二模）2023年8月25日，“中国环流三号”托卡马克装置首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，是我国核能开发进程中的重要里程碑。其中的核反应方程之一为，则该核反应属于（选填“聚绕”或“裂变”）反应，X是（选填“质子”或“中子”）。已知核的质量为，核的质量为，核的质量为，X的质量为，真空中光速为c，则该核反应释放的核能大小为。【答案】聚变质子【详解】[1]核反应方程 为核聚变反应；[2]根据质量数守恒和电荷数守恒可知，反应式中的X为质子（）；[3]根据爱因斯坦的质能方程可知，该核反应释放的核能大小为2．（2024·山西晋城·统考一模）“夜光表”上的夜光材料一般有两种：一种是将镭和硫化锌混合，由于镭的辐射，硫化锌就会发光；一种是储光材料，白天吸收光能，晚上将光能释放出来。有一块手表，夜光材料是镭和硫化锌混合物，镭的衰变方程为。下列说法正确的是（）A．键的衰变为β衰变 B．镭在高温时衰变比在低温时衰变更快C．X的质量数比其核电荷数大2 D．X能穿透1cm厚的纸板【答案】C【详解】AC．镭的衰变方程为是α衰变，X的质量数比其核电荷数大故A错误，C正确；B．镭的半衰期与温度无关，所以在高温时衰变与在低温时衰变一样快，故B错误；D．X为α粒子，穿透能力较弱，不能穿透1cm厚的纸板，故D错误。故选C。3．（2024·河北·统考一模）统计显示，一座百万千瓦电功率的核电厂和燃煤电厂相比，每年可以减少二氧化碳排放600多万吨，可见核能是减排效应较大的能源之一。下列对于铀235相关的核反应的描述中，说法正确的是（）A．铀块的体积越小，越容易发生链式反应B．发生链式反应的核反应方程为C．在核反应堆中，中子的速度越快，铀核越容易发生核裂变D．核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，主要是为了调节中子数量，控制反应速度【答案】D【详解】A．要使链式反应发生，铀块必须达到临界体积，故A错误；B．只有中子轰击铀核，才能发生裂变反应，其方程为故B错误；C．在核反应堆中，中子的速度越快，会与铀235“擦肩而过”，铀核越不容易发生核裂变，故C错误；D．核反应堆中，在铀棒之间插入一些镉棒，可以吸收中子，主要是为了调节中子数量，控制反应速度，故D正确。故选D。4．（2024·江苏连云港·统考一模）2023年6月，正式试运行的甘肃武威的钍基熔盐反应堆是我国自主研发的第四代先进核能系统，也是全球首个商业试运行的第四代核反应堆。反应堆中利用钍铀循环产能，（钍核）吸收一个中子后转化为钍233，经过两次衰变后生成易裂变的铀233。下列选项不正确的是（）A． B．C．钍233与钍232是同位素 D．钍233与铀233是同位素【答案】D【详解】AB．根据核反应的电荷数和质量数守恒可知，（钍核）吸收一个中子后转化为钍233方程式为经过两次β衰变后生成易裂变的铀233，方程式为故AB正确；C.钍233与钍232电荷数一样，中子数不相同是同位素，故C正确；D.钍233与铀233是两种不同的元素，不是同位素，故D错误。本题选不正确的，故选D。5．（2024·全国·模拟预测）实验发现用频率低于截止频率的强激光照射金属时也能发生光电效应，这说明在强激光照射下，一个电子在极短时间内能吸收多个光子而从金属表面逸出。若某金属的截止频率为，普朗克常量为h，则用频率为的强激光照射该金属时，光电子的最大初动能可能为（）A． B． C． D．【答案】B【详解】电子的逸出功频率为的强激光的光子的能量设电子吸收n个光子后逸出，则有当时当时当时……故选B。新情境2：日本核废水问题类6．（2024·湖北武汉·校联考模拟预测）不顾国际社会的强烈反对，日本政府于2023年8月24日正式开启核污水排海，现已有超过2.3万吨核污染水流入太平洋，第四批核污染水排海预计在2024年初开始。福岛核电站核污水中含有氚、碘131、铯137等放射性元素。已知碘131的半衰期为8天。下列说法正确的是（）A．福岛核电站利用的是可控热核反应的原理发电B．速度与热运动速度相当的中子最易引发核裂变C．排海稀释后废水中放射性元素半衰期可能变短D．排海污水中的碘131经16天就会全部发生衰变【答案】B【详解】A．福岛核电站利用的是核裂变的原理发电，故A错误；B．速度与热运动速度相当的中子最易引发核裂变，故B正确；C．放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，排海稀释后废水中放射性元素半衰期不变，故C错误；D．排海污水中的碘131经16天，即两