对光电效应、核能认识不清-2025年高考物理易错题专练（解析版）

易错点16对光电效应、核能认识不清

目录

01易错陷阱

易错陷阱1：不理解光电效应规律

易错陷阱2:不能明确氢原子跃迁问题

易错陷阱3：跃迁中两个易混问题

易错陷阱4:不理解半衰期，求半衰期出现错误

易错陷阱5:衰变方程及核反应方程的理解

02易错知识点

知识点一、对光电效应规律的解释

知识点二、光电效应的图像分析

知识点三、光的波粒二象性与物质波

知识点四、氢原子的能级跃迁

知识点五、a衰变、p衰变和丁辐射的实质

知识点六、结合能比结合能质能方程

03举一反三—易错题型

题型一：光电效应的电路分析图像分析

题型二：氢原子与能级跃迁

题型三：结合能比结合能的分析

题型四：核反应的计算

04易错题通关

QH易错陷阱

易错陷阱1：不理解光电效应规律

光电效应规律的''四点”理解

。放不放光电子，看入射光的频率。

皱多少光电子，看光的强度。

电子的最大初动能大小，看入射光的频率。

磅放光电子，瞬时放。.

易错陷阱2：不能明确氢原子跃迁问题

①原子跃迁的频率条件加=瓦一£“只适用于原子在各定态之间跃迁的情况。

②当光子能量大于或等于13.6eV（或|瓦|）时，也可以被处于基态（或w能级）的氢原子吸收，使氢原子

电离；当处于基态（或"能级）的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV（或|瓦|）时，氢原子电离后，电子

具有一定的初动能。

③原子还可吸收外来实物粒子（例如自由电子）的能量而被激发。由于实物粒子的动能可全部或部分

被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值（比虱一&），均可使原子发生

能级跃迁。

易错陷阱3：跃迁中两个易混问题

①一群原子和一个原子

氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，

由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果有大量的氢原子，这些原子的核

外电子跃迁时就会有各种情况出现了。

②直接跃迁与间接跃迁

原子从一种能量状态跃迁到另一种能量状态时，有时可能是直接跃迁，有时可能是间接跃迁。

两种情况下辐射（或吸收）光子的能量是不同的。直接跃迁时辐射（或吸收）光子的能量等于间接跃迁时

辐射（或吸收）的所有光子的能量和。

易错陷阱4：不理解半衰期，求半衰期出现错误

半衰期由放射性元素的核内部本身的因素决定的。跟原子所处的物理（如压强、温度等）或化学（如

单质或化合物）状态无关.（半衰期是一个统计规律，只对大量原子核适用，对于少数个别的原子核，

其衰变毫无规律，何时衰变，不可预知.衰变速度越快的元素，半衰期越短;不同的放射性元素，半

衰期不同，甚至差别十分悬殊.

若半衰期一般用T表示，t表示衰变时间，心表示放射性元素的初始原子核个数，N为经历了n个半衰

期后所剩余放射性元素的原子核个数，/N表示已衰变的放射性元素原子核个数；小。表示放射性元素

的初始质量，小为经历了几个半衰斯所剩余放射性元素的质量，4m表示已衰变的放射性元素的质量。

则有如下4个公式：

N=No（y=No（｝另/N=No—N=N°（1—£）=N°（1—苏

mAmm0-m=m0（l—表）=m0（l-/

易错陷阱5:衰变方程及核反应方程的理解

(1)衰变及核反应过程一般都是不可逆的，所以衰变及核反应方程只能用单向箭头“一”连接并表示反

应方向，不能用等号连接。

(2)衰变及核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写衰

变及核反应方程。

(3)衰变及核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，衰变及核反应过程中总质量一般会发生变化。

(4)衰变及核反应遵循电荷数守恒。

0易错知识点

知识点一、对光电效应规律的解释

对应规律对规律的解释

电子从金属表面逸出，必须克服金属的逸出功Wo,则入射光子

的能量不能小于Wo，对应的频率必须不小于Vc=半，即截止频

存在截止频率Vc

率

电子吸收光子能量后，一部分用来克服金属的逸出功，剩余部

光电子的最大初动能随着入射

分表现为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子

光频率的增大而增大，与入射

才具有最大初动能。对于确定的金属，Wo是一定的，故光电子

光的强度无关

的最大初动能只随入射光频率的增大而增大，和光强无关

光照射金属时，电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累

光电效应具有瞬时性

能量的时间

对于同种频率的光，光较强时，单位时间内照射到金属表面的

光较强时饱和电流较大光子数较多，照射金属时产生的回光电子较多，因而饱和电流

较大

1、三个关系式

爱因斯坦光电效应方程：&=八一用)。

最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc。

逸出功与极限频率的关系：W0=hvCo

2、两条对应关系

光强大(频率一定时)一光子数目多一发射光电子多一饱和光电流大。

光子频率高一光子能量大一光电子的最大初动能大。

知识点二、光电效应的图像分析

由图线可直接(或

图像名称图线形状

间接)得到的物理量

①极限频率VC:图线与V轴交点的横坐

光电子的最大初动能Ek标

与入射光的频率V的关②逸出功用)：图线与Ek轴交点的纵坐

0

系图线标的绝对值，Wo=|—£|=E

-E

③普朗克常量图线的斜率上=〃

①遏止电压［7c：图线与横轴的交点的横

1

颜色相同、强度不同的-------强光(黄)

-------弱光(黄)坐标的值

光，光电流与电压的关

)②饱和光电流/m：电流的最大值

系图线

Uc。U③最大初动能：Ekm=eUc

颜色不同、强度相同的1—黄光①遏止电压Ucl.Uc2

---------蓝光

光，光电流与电压的关②饱和光电流

系图线)~~u③最大初动能Eki=eUci，Ek2=eUc2

①截止频率右：图线与横轴的交点的横

坐标的值

②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而

遏止电压a与入射光的

增大

频率V的关系图线

③普朗克常量〃：等于图线的斜率与电

匕V

子电荷量的乘积，即(注：此时两

极之间接反向电压)

知识点三、光的波粒二象性与物质波

1、波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。

(2)光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。

(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

h

(4)光子的能量£=%,光子的动量p=l。

2、物质波

(1)1924年，法国物理学家德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一

个对应的波相联系，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。所以实物粒子也具有波粒二象性。

(2)粒子的能量£和动量0跟它所对应的波的频率V和波长力之间，遵从的关系为：尸亲4张

知识点四、氢原子的能级跃迁

(1)玻尔理论

①轨道量子化与定态：电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的运动是稳定的，不产

生电磁辐射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，这些量子化的能量值叫作能级。原子中

这些具有确定能量的稳定状态，称为定态。能量最低的状态叫作基态，其他的状态叫作激发态。

②频率条件：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能

量由这两个定态的能量差决定，即〃v=E“一品(7"＜小是普朗克常量，/?=6.63X10-34J.S)。

(2)氢原子的能级图

(3)电子动能变化规律

①从公式上判断，电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即后=4,所以凡.=||,随厂

增大而减小。

②从库仑力做功上判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，故电子的动能减小。反之，当

轨道半径减小时，库仑引力做正功，电子的动能增大。

(4)原子的电势能的变化规律

①通过库仑力做功判断，当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当

轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。

②利用原子能量公式及=&,,+稣〃判断，当轨道半径增大时，原子能量增大，电子动能减小，

原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，原子能量减小，电子动能增大，原子的电势能减小。

知识点五、ex衰变、B衰变和丫辐射的实质

(l)a衰变：原子核中的两个中子和两个质子结合起来形成a粒子，并被释放出来。

(2)0衰变：核内的一个中子转化为一个质子和一个电子，电子发射到核外。

(3)丫辐射：原子核的能量不能连续变化，存在着能级。放射性的原子核在发生a衰变、［3衰变时

产生的新核处于高能级，这时它要向低能级跃迁，并放出y光子。因此，丫射线经常是伴随a射线和

P射线产生的。

(4)原子核衰变过程中，a粒子、p粒子和新原子核在磁场中的轨迹

静止的原子核在匀强磁场中自发衰变，其轨迹为两相切圆，a衰变时两圆外切，B衰变时两圆内

切，根据动量守恒定律如也=电也和『第知，半径小的为新核，半径大的为a粒子或0粒子，其

特点对比如下表：

衰变类型衰变方程匀强磁场中轨迹特点

a衰变宏一刎Y+lHeX)

两圆外切二，a粒子轨,迹半径大

P衰变2XrzAY+$e

两圆内切，P粒子轨迹半径大

知识点六、结合能比结合能质能方程

1.结合能

原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合

能。

2.比结合能

(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。

(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，

原子核越稳定。

3.质能方程、质量亏损

爱因斯坦质能方程£=机〃。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这就是质量亏损。质

量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。

4.重核裂变

(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。

(2)特点

①核裂变过程中能够放出巨大的能量。

②核裂变的同时能够放出2或3个中子。

③核裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变，有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四

分裂概率非常小。

(3)典型的核裂变反应方程

92U+而一然Kr+56*Ba+3ono

(4)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。

(5)临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的

质量叫作临界质量。

(6)核裂变的应用：原子弹、核反应堆。

(7)反应堆构造：核燃料、慢化剂(如重水、石墨)、镉棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于调

节中子数目以控制反应速度)、防护层。

5.轻核聚变

⑴定义

两个轻核结合成质量较大的核的核反应。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。

⑵特点

①核聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比核裂变反应中平均每个核子放出

的能量大3~4倍。

②核聚变反应比核裂变反应更剧烈。

③核聚变反应比核裂变反应更安全、清洁。

④自然界中核聚变反应原料丰富。

(3)典型的核聚变反应方程

汨+汨THe+Rn+17.6MeV»

堡闻举一反三

题型一：光电效应的电路分析图像分析

【例1】(2024•如皋市模拟)氢原子能级如图甲所示，一群处于高能级的氢原子，向低能级跃迁时发

出多种可见光，分别用这些可见光照射图乙电路的阴极K,其中3条光电流I随电压U变化的图

线如图丙所示，已知可见光波长范围约为400nm到760nm之间，a光的光子能量为2.86eV。则

n

8E/eV

5-0

4--0.54

--0.85

3

--1.51

2

--3.40

1

-----------13.6

图甲图丙

A.氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出6种频率的可见光

B.当滑片P向a端移动时，光电流I将增大

C.a光照射得到的光电流最弱，所以a光光子动量最小

D.图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有|Ub-Uc|W0.97V

【解答】解：A.根据玻尔理论结合排列组合可知，氢原子从n=4能级向低能级跃迁时能辐射出

盘=6种频率的光，根据氢光谱的特点可知其中只有2条可见光，故A错误；

B.由图可知，当滑片P向a端移动时，施加反向电压，光电流I将减小，故B错误；

C.根据hv-Wo=eU

可知频率越大，遏止电压越大，故a光的频率最大，根据2=1

可知频率越大，波长越短，故a光的波长最短，根据p=，

可知a光光子动量最大，故C错误；

D.可见光波长范围约为400nm到760nm之间，根据氢原子能级图可知氢光谱可见光只有4条,

而a光的能量最大，根据玻尔理论En=E2+Ea=-3.4eV+2.86eV=-0.54eV,故a光是氢原子从n

=5能级向n=2能级跃迁发出的光，b光是氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁发出的光，能量

为Eb=E4-E2=-0.85eV+3.4eV=2.55eV,c光是氢原子从n=3能级向n=2能级跃迁发出的光，

能量为EC=E3-E2=-1.51eV+3.4eV=1.89eV,故图丙中3条图线对应的遏止电压，一定有|Ub-

Uc|=Ekb/kc=（Eb-"o）：（Ec—"o）=E^-EC=255V-1.89V=0.66eV^0.97V,故D正确。

故选：D。

【变式1-1］（2024•江宁区校级模拟）如图所示是研究光电效应的实验原理图，某实验小组用光强相

同（即单位时间照射到单位面积的光的能量相等）的红光和紫光分别照射阴极K,移动滑片P分

别得到红光和紫光照射时，光电管的光电流I与电势差UKA的关系图像可能正确的是（）

【解答】解：当UKA>0时，电场力使电子减速，光电流为0时的电压即为遏制电压，紫光频率

高于红光，紫光遏制电压较大，所以在U轴的正半轴的交点大于红光。单位时间内红光的光子数

多，所以红光的饱和光电流大。

故A正确，BCD错误。

故选：Ao

【变式1-2］（2024•广东一模）图甲为研究光电效应的实验装置，用不同频率的单色光照射阴极K,

正确操作下，记录相应电表示数并绘制如图乙所示的Uc-v图像，当频率为vi时绘制了如图丙

所示的I-U图像，图中所标数据均为已知量，则下列说法正确的是（）

A.饱和电流与K、A之间的电压有关

B.测量遏止电压Uc时，滑片P应向b移动

C.阴极K的逸出功叫=evi"c2一心2七1

v2-vl

D.普朗克常量=孕=3

【解答】解：A.饱和电流只与入射光的光强有关，与外加电压无关，故A错误;

B.测量遏止电压Uc时，光电管应接反向电压，此时滑片P应向a移动，故B错误;

CD.根据光电效应方程Ek=hv-Wo

根据动能定理hv1-Wo=eUci=Eki;

hv2-Wo=eUc2=Ek2

整理得Uc=粤

图像的斜率为k=。=孕半

eV2-V1

解得普朗克常量=经”驶

V2fl

阴极K的逸出功叫='匕Q--2%

v2~vl

故C正确，D错误。

故选：Co

【变式1-3］（2024•包河区校级模拟）以下说法正确的是（）

A.由甲图中的a粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10i°m

B.由乙图的氢原子能级图可知，一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁可能发出3种不同

频率的光

C.a、b、c三束单色光照射同一光电管得到光电流I与光电管两极间的电压U的关系曲线如丙

图，则a、b、c光的频率关系为Va=vc<vb

D.由图丁可知器Kr核的结合能比的5u核的大

【解答】解：A、a粒子散射类似于碰撞，根据动量守恒定律和库仑定律等规律可以用来确定原子

核电荷量和估算原子核半径的数量级是10I5m,故A错误；

B、一个处于n=3能级激发态的氢原子，自发跃迁时跃迁时，最多能发出2种不同频率的光，故

B错误；

C、由图象可看出Uc2>Ucl

,12

由一mu.=eU

2m

可得5mv^>~mv[

由爱因斯坦光电方程5nll=hv-Wo

可得v2>vi

则有va=vc<vb

故C正确；

D、由图丁可知瑞Kr核的比结合能略大于铠5（/核的比结合能，而瑞Kr核的核子数不到多叨核

的一半，所以可知瑞Kr核的结合能一定比能50核的结合能小，故D错误。

故选：Co

题型二：氢原子与能级跃迁

[例2]（2024•荔湾区校级三模）1885年，瑞士科学家巴尔末对当时已知的氢原子在可见光区的4

条谱线（记作H”Hp、HY和HS）作了分析，发现这些谱线的波长满足一个简单的公式，称为巴

尔末公式。这4条特征谱线是玻尔理论的实验基础。如图所示，这4条特征谱线分别对应氢原子

从n=3、4、5、6能级向n=2能级的跃迁，下面4幅光谱图中，合理的是（选项图中标尺的刻度

均匀分布，刻度们从左至右增大）（）

一

A/nm

D.

A/nm

C.

2

向n=

分别

能级

、5、6

3、4

从n=

原子

长。氢

的波

光子

相应

表示

位置

谱线

图中

光谱

解：

答】

【解

尺上

，在标

减小

波长

光子

可知

2

，根据

增大

频率

光子

所以

大，

量增

子能

的光

发射

时，

跃迁

能级

能级跃

n=2

别向

级分

6能

、5、

3、4

从n=

原子

于氢

。由

排列

向左

从右

线应

Hfi谱

HY和

Ha、

，D正

错误

ABC

。故

紧密

来越

列越