對光電效應、核能認識不清-2025年高考物理易錯題專練（解析版）

易錯點16對光電效應、核能認識不清

目錄

01易錯陷阱

易錯陷阱1：不理解光電效應規(guī)律

易錯陷阱2:不能明確氫原子躍遷問題

易錯陷阱3：躍遷中兩個易混問題

易錯陷阱4:不理解半衰期，求半衰期出現(xiàn)錯誤

易錯陷阱5:衰變方程及核反應方程的理解

02易錯知識點

知識點一、對光電效應規(guī)律的解釋

知識點二、光電效應的圖像分析

知識點三、光的波粒二象性與物質波

知識點四、氫原子的能級躍遷

知識點五、a衰變、p衰變和丁輻射的實質

知識點六、結合能比結合能質能方程

03舉一反三—易錯題型

題型一：光電效應的電路分析圖像分析

題型二：氫原子與能級躍遷

題型三：結合能比結合能的分析

題型四：核反應的計算

04易錯題通關

QH易錯陷阱

易錯陷阱1：不理解光電效應規(guī)律

光電效應規(guī)律的''四點”理解

。放不放光電子，看入射光的頻率。

皺多少光電子，看光的強度。

電子的最大初動能大小，看入射光的頻率。

磅放光電子，瞬時放。.

易錯陷阱2：不能明確氫原子躍遷問題

①原子躍遷的頻率條件加=瓦一￡“只適用于原子在各定態(tài)之間躍遷的情況。

②當光子能量大于或等于13.6eV（或|瓦|）時，也可以被處于基態(tài)（或w能級）的氫原子吸收，使氫原子

電離；當處于基態(tài)（或"能級）的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV（或|瓦|）時，氫原子電離后，電子

具有一定的初動能。

③原子還可吸收外來實物粒子（例如自由電子）的能量而被激發(fā)。由于實物粒子的動能可全部或部分

被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級的能量差值（比虱一&），均可使原子發(fā)生

能級躍遷。

易錯陷阱3：躍遷中兩個易混問題

①一群原子和一個原子

氫原子核外只有一個電子，這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上，在某段時間內，

由某一軌道躍遷到另一個軌道時，可能的情況只有一種，但是如果有大量的氫原子，這些原子的核

外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)了。

②直接躍遷與間接躍遷

原子從一種能量狀態(tài)躍遷到另一種能量狀態(tài)時，有時可能是直接躍遷，有時可能是間接躍遷。

兩種情況下輻射（或吸收）光子的能量是不同的。直接躍遷時輻射（或吸收）光子的能量等于間接躍遷時

輻射（或吸收）的所有光子的能量和。

易錯陷阱4：不理解半衰期，求半衰期出現(xiàn)錯誤

半衰期由放射性元素的核內部本身的因素決定的。跟原子所處的物理（如壓強、溫度等）或化學（如

單質或化合物）狀態(tài)無關.（半衰期是一個統(tǒng)計規(guī)律，只對大量原子核適用，對于少數(shù)個別的原子核，

其衰變毫無規(guī)律，何時衰變，不可預知.衰變速度越快的元素，半衰期越短;不同的放射性元素，半

衰期不同，甚至差別十分懸殊.

若半衰期一般用T表示，t表示衰變時間，心表示放射性元素的初始原子核個數(shù)，N為經歷了n個半衰

期后所剩余放射性元素的原子核個數(shù)，/N表示已衰變的放射性元素原子核個數(shù)；小。表示放射性元素

的初始質量，小為經歷了幾個半衰斯所剩余放射性元素的質量，4m表示已衰變的放射性元素的質量。

則有如下4個公式：

N=No（y=No（｝另/N=No—N=N°（1—￡）=N°（1—蘇

mAmm0-m=m0（l—表）=m0（l-/

易錯陷阱5:衰變方程及核反應方程的理解

(1)衰變及核反應過程一般都是不可逆的，所以衰變及核反應方程只能用單向箭頭“一”連接并表示反

應方向，不能用等號連接。

(2)衰變及核反應的生成物一定要以實驗為基礎，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫衰

變及核反應方程。

(3)衰變及核反應遵循質量數(shù)守恒而不是質量守恒，衰變及核反應過程中總質量一般會發(fā)生變化。

(4)衰變及核反應遵循電荷數(shù)守恒。

0易錯知識點

知識點一、對光電效應規(guī)律的解釋

對應規(guī)律對規(guī)律的解釋

電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功Wo,則入射光子

的能量不能小于Wo，對應的頻率必須不小于Vc=半，即截止頻

存在截止頻率Vc

率

電子吸收光子能量后，一部分用來克服金屬的逸出功，剩余部

光電子的最大初動能隨著入射

分表現(xiàn)為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子

光頻率的增大而增大，與入射

才具有最大初動能。對于確定的金屬，Wo是一定的，故光電子

光的強度無關

的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大，和光強無關

光照射金屬時，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累

光電效應具有瞬時性

能量的時間

對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內照射到金屬表面的

光較強時飽和電流較大光子數(shù)較多，照射金屬時產生的回光電子較多，因而飽和電流

較大

1、三個關系式

愛因斯坦光電效應方程：&=八一用)。

最大初動能與遏止電壓的關系：Ek=eUc。

逸出功與極限頻率的關系：W0=hvCo

2、兩條對應關系

光強大(頻率一定時)一光子數(shù)目多一發(fā)射光電子多一飽和光電流大。

光子頻率高一光子能量大一光電子的最大初動能大。

知識點二、光電效應的圖像分析

由圖線可直接(或

圖像名稱圖線形狀

間接)得到的物理量

①極限頻率VC:圖線與V軸交點的橫坐

光電子的最大初動能Ek標

與入射光的頻率V的關②逸出功用)：圖線與Ek軸交點的縱坐

0

系圖線標的絕對值，Wo=|—￡|=E

-E

③普朗克常量圖線的斜率上=〃

①遏止電壓［7c：圖線與橫軸的交點的橫

1

顏色相同、強度不同的-------強光(黃)

-------弱光(黃)坐標的值

光，光電流與電壓的關

)②飽和光電流/m：電流的最大值

系圖線

Uc。U③最大初動能：Ekm=eUc

顏色不同、強度相同的1—黃光①遏止電壓Ucl.Uc2

---------藍光

光，光電流與電壓的關②飽和光電流

系圖線)~~u③最大初動能Eki=eUci，Ek2=eUc2

①截止頻率右：圖線與橫軸的交點的橫

坐標的值

②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而

遏止電壓a與入射光的

增大

頻率V的關系圖線

③普朗克常量〃：等于圖線的斜率與電

匕V

子電荷量的乘積，即(注：此時兩

極之間接反向電壓)

知識點三、光的波粒二象性與物質波

1、波粒二象性

(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性。

(2)光電效應和康普頓效應說明光具有粒子性。

(3)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

h

(4)光子的能量￡=%,光子的動量p=l。

2、物質波

(1)1924年，法國物理學家德布羅意提出：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一

個對應的波相聯(lián)系，這種波叫作物質波，也叫德布羅意波。所以實物粒子也具有波粒二象性。

(2)粒子的能量￡和動量0跟它所對應的波的頻率V和波長力之間，遵從的關系為：尸親4張

知識點四、氫原子的能級躍遷

(1)玻爾理論

①軌道量子化與定態(tài)：電子的軌道是量子化的。電子在這些軌道上繞核的運動是穩(wěn)定的，不產

生電磁輻射。因此，原子的能量也只能取一系列特定的值，這些量子化的能量值叫作能級。原子中

這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能量最低的狀態(tài)叫作基態(tài)，其他的狀態(tài)叫作激發(fā)態(tài)。

②頻率條件：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能

量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即〃v=E“一品(7"＜小是普朗克常量，/?=6.63X10-34J.S)。

(2)氫原子的能級圖

(3)電子動能變化規(guī)律

①從公式上判斷，電子繞氫原子核運動時靜電力提供向心力，即后=4,所以凡.=||,隨廠

增大而減小。

②從庫侖力做功上判斷，當軌道半徑增大時，庫侖引力做負功，故電子的動能減小。反之，當

軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，電子的動能增大。

(4)原子的電勢能的變化規(guī)律

①通過庫侖力做功判斷，當軌道半徑增大時，庫侖引力做負功，原子的電勢能增大。反之，當

軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。

②利用原子能量公式及=&,,+穌〃判斷，當軌道半徑增大時，原子能量增大，電子動能減小，

原子的電勢能增大。反之，當軌道半徑減小時，原子能量減小，電子動能增大，原子的電勢能減小。

知識點五、ex衰變、B衰變和丫輻射的實質

(l)a衰變：原子核中的兩個中子和兩個質子結合起來形成a粒子，并被釋放出來。

(2)0衰變：核內的一個中子轉化為一個質子和一個電子，電子發(fā)射到核外。

(3)丫輻射：原子核的能量不能連續(xù)變化，存在著能級。放射性的原子核在發(fā)生a衰變、［3衰變時

產生的新核處于高能級，這時它要向低能級躍遷，并放出y光子。因此，丫射線經常是伴隨a射線和

P射線產生的。

(4)原子核衰變過程中，a粒子、p粒子和新原子核在磁場中的軌跡

靜止的原子核在勻強磁場中自發(fā)衰變，其軌跡為兩相切圓，a衰變時兩圓外切，B衰變時兩圓內

切，根據(jù)動量守恒定律如也=電也和『第知，半徑小的為新核，半徑大的為a粒子或0粒子，其

特點對比如下表：

衰變類型衰變方程勻強磁場中軌跡特點

a衰變宏一刎Y+lHeX)

兩圓外切二，a粒子軌,跡半徑大

P衰變2XrzAY+$e

兩圓內切，P粒子軌跡半徑大

知識點六、結合能比結合能質能方程

1.結合能

原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合

能。

2.比結合能

(1)定義：原子核的結合能與核子數(shù)之比，叫作比結合能，也叫作平均結合能。

(2)特點：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，

原子核越穩(wěn)定。

3.質能方程、質量虧損

愛因斯坦質能方程￡=機〃。原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這就是質量虧損。質

量虧損表明，的確存在著原子核的結合能。

4.重核裂變

(1)定義：質量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數(shù)較小的原子核的過程。

(2)特點

①核裂變過程中能夠放出巨大的能量。

②核裂變的同時能夠放出2或3個中子。

③核裂變的產物不是唯一的。對于鈾核裂變，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)典型的核裂變反應方程

92U+而一然Kr+56*Ba+3ono

(4)鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程。

(5)臨界體積和臨界質量：核裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積叫作它的臨界體積，相應的

質量叫作臨界質量。

(6)核裂變的應用：原子彈、核反應堆。

(7)反應堆構造：核燃料、慢化劑(如重水、石墨)、鎘棒(也叫控制棒，它可以吸收中子，用于調

節(jié)中子數(shù)目以控制反應速度)、防護層。

5.輕核聚變

⑴定義

兩個輕核結合成質量較大的核的核反應。輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應。

⑵特點

①核聚變過程放出大量的能量，平均每個核子放出的能量，比核裂變反應中平均每個核子放出

的能量大3~4倍。

②核聚變反應比核裂變反應更劇烈。

③核聚變反應比核裂變反應更安全、清潔。

④自然界中核聚變反應原料豐富。

(3)典型的核聚變反應方程

汨+汨THe+Rn+17.6MeV?

堡聞舉一反三

題型一：光電效應的電路分析圖像分析

【例1】(2024?如皋市模擬)氫原子能級如圖甲所示，一群處于高能級的氫原子，向低能級躍遷時發(fā)

出多種可見光，分別用這些可見光照射圖乙電路的陰極K,其中3條光電流I隨電壓U變化的圖

線如圖丙所示，已知可見光波長范圍約為400nm到760nm之間，a光的光子能量為2.86eV。則

n

8E/eV

5-0

4--0.54

--0.85

3

--1.51

2

--3.40

1

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

圖甲圖丙

A.氫原子從n=4能級向低能級躍遷時能輻射出6種頻率的可見光

B.當滑片P向a端移動時，光電流I將增大

C.a光照射得到的光電流最弱，所以a光光子動量最小

D.圖丙中3條圖線對應的遏止電壓，一定有|Ub-Uc|W0.97V

【解答】解：A.根據(jù)玻爾理論結合排列組合可知，氫原子從n=4能級向低能級躍遷時能輻射出

盤=6種頻率的光，根據(jù)氫光譜的特點可知其中只有2條可見光，故A錯誤；

B.由圖可知，當滑片P向a端移動時，施加反向電壓，光電流I將減小，故B錯誤；

C.根據(jù)hv-Wo=eU

可知頻率越大，遏止電壓越大，故a光的頻率最大，根據(jù)2=1

可知頻率越大，波長越短，故a光的波長最短，根據(jù)p=，

可知a光光子動量最大，故C錯誤；

D.可見光波長范圍約為400nm到760nm之間，根據(jù)氫原子能級圖可知氫光譜可見光只有4條,

而a光的能量最大，根據(jù)玻爾理論En=E2+Ea=-3.4eV+2.86eV=-0.54eV,故a光是氫原子從n

=5能級向n=2能級躍遷發(fā)出的光，b光是氫原子從n=4能級向n=2能級躍遷發(fā)出的光，能量

為Eb=E4-E2=-0.85eV+3.4eV=2.55eV,c光是氫原子從n=3能級向n=2能級躍遷發(fā)出的光，

能量為EC=E3-E2=-1.51eV+3.4eV=1.89eV,故圖丙中3條圖線對應的遏止電壓，一定有|Ub-

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

故選：D。

【變式1-1］（2024?江寧區(qū)校級模擬）如圖所示是研究光電效應的實驗原理圖，某實驗小組用光強相

同（即單位時間照射到單位面積的光的能量相等）的紅光和紫光分別照射陰極K,移動滑片P分

別得到紅光和紫光照射時，光電管的光電流I與電勢差UKA的關系圖像可能正確的是（）

【解答】解：當UKA>0時，電場力使電子減速，光電流為0時的電壓即為遏制電壓，紫光頻率

高于紅光，紫光遏制電壓較大，所以在U軸的正半軸的交點大于紅光。單位時間內紅光的光子數(shù)

多，所以紅光的飽和光電流大。

故A正確，BCD錯誤。

故選：Ao

【變式1-2］（2024?廣東一模）圖甲為研究光電效應的實驗裝置，用不同頻率的單色光照射陰極K,

正確操作下，記錄相應電表示數(shù)并繪制如圖乙所示的Uc-v圖像，當頻率為vi時繪制了如圖丙

所示的I-U圖像，圖中所標數(shù)據(jù)均為已知量，則下列說法正確的是（）

A.飽和電流與K、A之間的電壓有關

B.測量遏止電壓Uc時，滑片P應向b移動

C.陰極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.飽和電流只與入射光的光強有關，與外加電壓無關，故A錯誤;

B.測量遏止電壓Uc時，光電管應接反向電壓，此時滑片P應向a移動，故B錯誤;

CD.根據(jù)光電效應方程Ek=hv-Wo

根據(jù)動能定理hv1-Wo=eUci=Eki;

hv2-Wo=eUc2=Ek2

整理得Uc=粵

圖像的斜率為k=。=孕半

eV2-V1

解得普朗克常量=經”駛

V2fl

陰極K的逸出功叫='匕Q--2%

v2~vl

故C正確，D錯誤。

故選：Co

【變式1-3］（2024?包河區(qū)校級模擬）以下說法正確的是（）

A.由甲圖中的a粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以估計出原子核半徑的數(shù)量級是10i°m

B.由乙圖的氫原子能級圖可知，一個處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷可能發(fā)出3種不同

頻率的光

C.a、b、c三束單色光照射同一光電管得到光電流I與光電管兩極間的電壓U的關系曲線如丙

圖，則a、b、c光的頻率關系為Va=vc<vb

D.由圖丁可知器Kr核的結合能比的5u核的大

【解答】解：A、a粒子散射類似于碰撞，根據(jù)動量守恒定律和庫侖定律等規(guī)律可以用來確定原子

核電荷量和估算原子核半徑的數(shù)量級是10I5m,故A錯誤；

B、一個處于n=3能級激發(fā)態(tài)的氫原子，自發(fā)躍遷時躍遷時，最多能發(fā)出2種不同頻率的光，故

B錯誤；

C、由圖象可看出Uc2>Ucl

,12

由一mu.=eU

2m

可得5mv^>~mv[

由愛因斯坦光電方程5nll=hv-Wo

可得v2>vi

則有va=vc<vb

故C正確；

D、由圖丁可知瑞Kr核的比結合能略大于鎧5（/核的比結合能，而瑞Kr核的核子數(shù)不到多叨核

的一半，所以可知瑞Kr核的結合能一定比能50核的結合能小，故D錯誤。

故選：Co

題型二：氫原子與能級躍遷

[例2]（2024?荔灣區(qū)校級三模）1885年，瑞士科學家巴爾末對當時已知的氫原子在可見光區(qū)的4

條譜線（記作H”Hp、HY和HS）作了分析，發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長滿足一個簡單的公式，稱為巴

爾末公式。這4條特征譜線是玻爾理論的實驗基礎。如圖所示，這4條特征譜線分別對應氫原子

從n=3、4、5、6能級向n=2能級的躍遷，下面4幅光譜圖中，合理的是（選項圖中標尺的刻度

均勻分布，刻度們從左至右增大）（）

一

A/nm

D.

A/nm

C.

2

向n=

分別

能級

、5、6

3、4

從n=

原子

長。氫

的波

光子

相應

表示

位置

譜線

圖中

光譜

解：

答】

【解

尺上

，在標

減小

波長

光子

可知

2

，根據(jù)

增大

頻率

光子

所以

大，

量增

子能

的光

發(fā)射

時，

躍遷

能級

能級躍

n=2

別向

級分

6能

、5、

3、4

從n=

原子

于氫

。由

排列

向左

從右

線應

Hfi譜

HY和

Ha、

，D正

錯誤

ABC

。故

緊密

來越

列越