高三物理二轮高频考点突破专题22 光电效应、玻尔原子模型、原子核物理

高考物理二轮高频考点专题突破专题22光电效应、玻尔原子模型、原子核物理专练目标专练内容目标1光电效应（1T—5T）目标2玻尔原子模型（6T—10T）目标3原子核物理（11T—15T）【典例专练】一、光电效应1．研究光电效应的实验电路图如图（a）所示，实验中得到的光电流I与光电管两端电压U的关系图像如图（b）所示。下列说法正确的是（）A．若把滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流一定增大B．甲与乙是同一种光，且甲的光强大于乙C．由图（b）可知，乙光的频率小于丙光的频率D．若将甲光换成丙光来照射K极，则K极所用材料的逸出功将减小【答案】BC【详解】A．滑动变阻器的滑片向右滑动，光电流可能增大，也可能已达到饱和电流而不变，A错误；B．由图（b）可知，甲、乙两光的遏止电压相同，说明它们使光电管上逸出的光电子的最大初动能相同，即它们的频率相同，但甲、乙两光的饱和电流不同，说明它们的光强不同，因甲光的饱和电流大于乙光的饱和电流，故甲的光强大于乙，B正确；C．入射光频率越大，逸出光电子的最大初动能越大，遏止电压越大，结合图（b）分析可知，C正确；D．逸出功只由金属本身决定，与入射光无关，D错误。故选BC。2．用如图甲所示的装置研究光电效应现象，闭合开关，用频率为的光照射光电管时发生了光电效应，图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能与入射光频率的关系图像，图线与横轴交点的坐标为，与纵轴交点的坐标为，下列说法正确的是（）A．普朗克常量为B．断开开关后，电流表的示数不为零C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表的示数保持不变【答案】AB【详解】A．根据可知图线的斜率为普朗克常量，则故A正确；B．断开开关S后，初动能大的光电子能到达阳极，所以电流表的示数不为零，故B正确；C．只有增大入射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，故C错误；D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，逸出的光电子数也减少，电流表的示数要减小，故D错误。故选AB。3．如图甲所示，为研究某金属材料的遏止电压与入射光频率的关系的电路图，用不同频率的光分别照射甲图中同一光电管的阴极K，调节滑片P测出遏止电压，并描绘关系图如图乙所示。已知三种光的频率分别设为以、、，光子的能量分别为1.8、2.4、3.0，测得遏止电压分别为、、（图乙中未知）。则下列说法正确的是（）A．普朗克常量可表达为B．该阴极K金属材料的逸出功为1.0C．图乙中频率为的光对应的遏止电压D．用频率为的光照射阴极K，电压表示数为2.0V时，电流表示数不为零【答案】BC【详解】A．由光电效应方程得解得选项A错误；B．由得选项B正确；C．由得选项C正确；D．对该金属材料，频率为的光对应的遏止电压为1.4V，则电压表示数为2.0V时，电流表示数已为零，选项D错误。故选BC。4．如图所示，绝缘固定擦得很亮的金属板A水平放置，其下方水平放置接地的铜板B。两板间距为d，两板面积均为S。正对面积为且，当用黄光灯照射金属板A上表面一段时间后移走黄光灯源，此时A，B间一带电液滴恰好处于静止状态。在忽略电容器漏电的情况下，以下说法正确的是（）A．带电液滴带负电B．增大正对面积S'或增大两板间距d，带电液滴仍然处于静止状态C．再用紫色光源照射金属板A上表面一段时间后，液滴将一定向上运动D．再用红色光源照射金属板A上表面一段时间后，液滴将一定向上运动【答案】AC【详解】A．用黄光灯照射金属板A上表面，A板发生光电效应，电子逸出，A板剩余正电荷，A、B板间形成方向向下的匀强电场，由液滴处于静止状态可知故带电油滴带负电，故A正确;B．增大正对面积，根据平行板电容器决定式可知，电容C变大，根据可极板间电压U变小，根据可知电场强度减小，带电液滴受到的电场力减小，带电液滴向下运动，由以上各式可得仅增大两极板间距d，极板间的电场强度不变，带电液滴电场力不变，故带电液滴仍然静止，故B错误;C．再用紫色光源照射金属板A上表面，由于紫光的频率大于黄光的频率，所以能发生光电效应，从金属板A逸出更多的光电子，则金属板A所带电荷量增大，由知电场强度变大，电场力变大，所以液滴将一定向上运动，故C正确;D．再用红色光源照射金属板A上，由于红光的频率比黄光的频率低，所以不一定能使金属板A发生光电效应，金属板A所带电荷量不一定改变，所以液滴不一定向上运动，故D错误。故选AC。5．在磁感应强度为B的均匀磁场内放置一极薄的金属片，其极限波长为λ0（波长为2λ0的入射光恰能产生光电效应），今用频率为v的弱单色光照射，发现没有电子放出。实验证明∶在采用相同频率v的强激光照射下，电子能吸收多个光子，也能产生光电效应，释放出的电子（质量为m，电荷量的绝对值为e）能在垂直于磁场的平面内做圆周运动，最大半径为R，则（）A．遏止电压为B．此照射光光子的能量可能为C．放出电子的最大动量为D．单色光光子的动量可能为【答案】ABD【详解】A．设光电子的最大速度为v，光电子在磁场中做圆周运动得所以遏止电压为故A正确；B．根据题设情景可知，n为大于2的自然数，当n=2时，此照射光光子的能量为，故B正确；C．由于电子最大动能最大动量故C错误；玻尔原子模型6．如图所示是氢原子四个能级的示意图，当氢原子从高能级向低能级跃迁时会辐射一定频率的光子，以下说法正确的是（）A．一个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出三种不同频率的光子B．根据玻尔理论可知，氢原子辐射出一个光子后，氢原子的电势能减小，核外电子动能增大C．n=4能级的氢原子自发跃迁时，辐射光子的能量最大为12.75eVD．用能量为11.0eV的电子轰击基态氢原子能使其跃迁到更高能级【答案】BCD【详解】A．一个处于n=3能级的氢原子，自发跃迁时最多能辐射出二种不同频率的光子（3→2、2→1），故A错误；B．氢原子辐射出一个光子后，从高能级向低能级跃迁，轨道半径减小，根据知，电子速率增大，动能增大，又由于氢原子能量减小，则氢原子电势能减小（或根据库仑力做正功判断也可），故B正确；C．n=4能级的氢原子自发跃迁时，辐射光子的能量最大为故C正确；D．用能量为11.0eV的电子轰击基态氢原子，因为11.0eV>10.2eV，所以能使其跃迁到更高能级，故D正确。故选BCD。7．如图所示是氢原子的能级图，一群处于激发态的氢原子发生跃迁，释放出不同频率的光子，利用这些光子照射逸出功为2.25eV的金属钾，则下列说法正确的是（）A．要使处于某一激发态的一群氢原子能够辐射出10种频率的光子，只需要频率为13.06eV的光子照射处于基态的氢原子就可以实现B．氢原子从高能级n=5向低能级n=3跃迁时，向外辐射光电子的能量为0.97eV，电子绕原子核运动的动能减小C．当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，释放最大频率的光子照射金属钾，能够发生光电效应，光电子的最大初动能为10.5eVD．当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，从n=4跃迁到n=3的光子比从n=4跃迁到n=1的光子波动性明显【答案】ACD【详解】A．用频率为13.06eV的光子照射处于基态的氢原子，若处于基态的氢原子吸收了这种光子，则能量为E1=（-13.6+13.06）eV=-0.54eV氢原子将跃迁到n=5能级，这些大量氢原子从n=5能级再往低能级跃迁，将辐射出种光子，故A正确；B．氢原子从高能级n=5向低能级n=3跃迁时，向外辐射光电子的能量为E2=[-0.54-（-1.51）]eV=0.97eV能级越低，电子离原子核的距离越近，受到的库仑力越大，根据则电子做圆周运动的动能越大，故B错误；C．当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，直接跃迁到基态的氢原子将释放最大频率的光子，该光子的能量为E3=[-0.85-（-13.6）]eV=12.75eV该光子照射逸出功为2.25eV的金属钾，出射光电子的最大初动能为Ek=（12.75-2.25）eV=10.5eV故C正确；D．根据能级跃迁公式由能级图可知当一群从n=4的能级的氢原子发生跃迁，从n=4跃迁到n=3的释放光子的能量比从n=4跃迁到n=1释放光子的能量小，所以从n=4跃迁到n=3的释放光子的波长比从n=4跃迁到n=1释放光子的波长长，所以波动性明显，故D正确。故选ACD。8．原子钟是利用“原子跃迁”的频率来计时的，这个频率很高并极其稳定，所以它的计时精度也非常高，如图甲所示为我国自主研制的北斗导航系统中采用的星载氢原子钟，其计时精度将比星载铷原子钟高一个数量级，图乙为氢原子的能级图，下列说法正确的是（）A．欲使处于基态的氢原子被激发，可用的光子照射该氢原子B．用能量为的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使氢原子发生能级跃迁C．处于基态的氢原子可以吸收能量为的光子而被激发D．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线【答案】AD【详解】A．用的光子照射处于基态的氢原子，因为该氢原子吸收光子后，被激发，处于n=3能级，故A正确；B．用能量为的电子轰击处于基态的氢原子，氢原子可以部分吸收电子能量，从而跃迁到n=3或者n=2能级，故B错误；C．光子的能量不可以被部分吸收，而该能量不属于氢原子的任一能级，故处于基态的氢原子不可以吸收能量为的光子而被激发，故C错误；D．一群处于能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生种谱线，故D正确。故选AD。9．μ子与氢原子核（质子）构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用。图为μ氢原子的能级示意图。假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于能级的氢原子，氢原子吸收光子后，发出频率为、、、、和的光，且频率依次增大，则E等于（）A． B． C． D．【答案】AC【详解】由题中向低能级跃迁可产生6种光子可知，光子开始时是从第二能级跃迁到第四能级，因此对应4向3跃迁，对应3向2跃迁﹐对应4向2跃迁，则氢原子吸收光子的能量故选AC。10．红外测温具有响应时间快、非接触、安全准确的优点，在新冠疫情防控中发挥了重要作用。红外测温仪捕捉被测物体电磁辐射中的红外线部分，将其转变成电信号。图甲为红外线光谱的三个区域，图乙为氢原子能级示意图，已知普朗克常量，光在真空中的速度，，下列说法正确的是（）A．红外线光子能量的最大值约为B．氢原子从能级向能级跃迁时释放出的光子能被红外测温仪捕捉C．大量氢原子从能级向低能级跃迁时，红外测温仪可捕捉到2种频率的光子D．大量处于激发态的氢原子吸收能量为的光子后，辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉【答案】AD【详解】A．红外线最短波长和最长波长分别为；根据光子能量代入数据可得光子最大和最小能量分别为，，A正确；B．氢原子从能级向能级跃迁时释放出的光子能量因此不会被红外测温仪捕捉到，B错误；C．大量氢原子从能级向低能级跃迁时，放出的能量为；由此可得，只有从向能级跃迁时放出的光子能量在红外区，因此红外测温仪可捕捉到1种频率的光子，C错误；D．大量处于激发态的氢原子吸收能量为的光子后跃迁到的能级，再从该能级向回跃迁时，放出的能量有；；由此可得辐射出的光子可能被红外测温仪捕捉，D正确。故选AD。原子核物理11．太阳内部不断发生着核聚变反应并释放出大量的能量，若聚变核反应为，同时，核反应中放出波长为的光子，该光子射到逸出功为的金属板上，打出的光电子最大初动能为，已知光速为c，普朗克常量为h，则（）A．波长为的光子能量为B．的比结合能小于的比结合能C．核反应产生的中子具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤D．波长为的光子的频率为【答案】AB【详解】A．根据，而，则入射光子的能量为，故A正确；B．反应过程放出能量，说明产物的能量低，更稳定，而比结合能越大，越稳定，说明的核子比结合能小于的比结合能，故B正确；C．射线具有很强的穿透能力，可以用来工业探伤，而不是中子，所以C错误；D．根据光电效应方程可知，光电子的最大初动能为：。所以光子的频率故D错误。故选AB。12．2020年12月4日，我国新一代“人造太阳装置——中国环流器二号M装置在成都建成并成功发电，如图所示。“人造太阳”装置中的核反应主要是一个氚核与一个氘核反应生成一个新核，同时放出一个中子释放核能。已知真空中光速为c，下列说法正确的是（）A．“人造太阳”装置中的核反应是热核反应B．一个核与一个核反应生成的新核中子数为3C．一个核与一个核反应过程中的质量亏损为D．核的比结合能为【答案】AC【详解】A．“人造太阳”装置中的核反应是热核反应，选项A正确；B．一个核与一个核反应生成的新核为，则中子数为2，选项B错误；C．一个核与一个核反应过程中释放核能，则可得质量亏损为选项C正确；D．依据结合能的概念，∆E不是核的结合能，那么核的比结合能也不等于，故D错误。故选AC。13．2020年12月17日凌晨1时59分，嫦娥五号返回舱携带月壤样品成功着陆，标志着我国首次地外天体采样返回任务圆满完成。月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3”（）的化学元素，是核反应的重要原料之一、科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术研发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3”与氘核的核反应方程为，下列说法正确的是（）A．X是质子B．的结合能大于的结合能C．该核反应的发生对温度无任何要求D．与X的质量之和小于与的质量之和【答案】AD【详解】A．根据核反应方程遵循质量数及电荷数守恒，可知该核反应方程为所以X是质子，故A正确；B．的结合能小于的结合能，故B错误；C．该反应为核聚变反应，需要很高的温度才能发生，故C错误；D．因核反应过程中放出能量，有质量亏损，所以与X的质量之和小于与的质量之和，故D正确。故选AD。14．2021年4月，中国科学院近代物理研究所研究团队首次合成新核素铀，并在重核区首次发现强的质子—中子相互作用导致粒子形成概率显著增强的现象。如图所示为核中质子中子n相互作用导致粒子形成几率增强示意图。以下说法正确的是（）A．若铀核发生衰变，则其核反应方程可能为B．若静止的轴核发生衰变，产生的新核速度方向与粒子速度方向可能相同C．衰变中产生的粒子若经过云室，易使空气电