易錯點16 對光電效應、核能認識不清 （5陷阱點4考點4題型）（教師版）-2025版高考物理易錯點透析講義

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、α衰變、β衰變和γ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=1\*GB3①放不放光電子，看入射光的頻率。=2\*GB3②放多少光電子，看光的強度。=3\*GB3③光電子的最大初動能大小，看入射光的頻率。=4\*GB3④要放光電子，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hν＝En－Em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|En|)時，也可以被處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收，使氫原子電離；當處于基態(tài)(或n能級)的氫原子吸收的光子能量大于13.6eV(或|En|)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(E≥En－Em)，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，N0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)，ΔN表示已衰變的放射性元素原子核個數(shù)；m0表示放射性元素的初始質量，m為經歷了n個半衰斯所剩余放射性元素的質量，N=N0(m=m0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“→”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。知識點一、對光電效應規(guī)律的解釋對應規(guī)律對規(guī)律的解釋存在截止頻率νc電子從金屬表面逸出，必須克服金屬的逸出功W0，則入射光子的能量不能小于W0，對應的頻率必須不小于νc＝eq\f(W0,h)，即截止頻率光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光的強度無關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才具有最大初動能。對于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大，和光強無關光電效應具有瞬時性光照射金屬時，電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時間光較強時飽和電流較大對于同種頻率的光，光較強時，單位時間內照射到金屬表面的光子數(shù)較多，照射金屬時產生的eq\x(\s\up1(10))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：Ek＝hν－W0。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＝hνc。2、兩條對應關系光強大(頻率一定時)→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→飽和光電流大。光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。知識點二、光電效應的圖像分析圖像名稱圖線形狀由圖線可直接(或間接)得到的物理量光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率ν的關系圖線①極限頻率νc：圖線與ν軸交點的橫坐標②逸出功W0：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值，W0＝|－E|＝E③普朗克常量h：圖線的斜率k＝h顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系圖線①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點的橫坐標的值②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ekm＝eUc顏色不同、強度相同的光，光電流與電壓的關系圖線①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關系圖線①截止頻率νc：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增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke(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。(4)光子的能量ε＝hν，光子的動量p＝eq\f(h,λ)。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ε和動量p跟它所對應的波的頻率ν和波長λ之間，遵從的關系為：ν＝eq\f(ε,h)；λ＝eq\f(h,p)。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hν＝En－Em(m＜n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·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keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)，所以Ekn＝eq\f(ke2,2rn)，隨r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En＝Ekn＋Epn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、α衰變、β衰變和γ輻射的實質(1)α衰變：原子核中的兩個中子和兩個質子結合起來形成α粒子，并被釋放出來。(2)β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)γ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α衰變、β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γ光子。因此，γ射線經常是伴隨α射線和β射線產生的。(4)原子核衰變過程中，α粒子、β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，α衰變時兩圓外切，β衰變時兩圓內切，根據(jù)動量守恒定律m1v1＝m2v2和r＝eq\f(mv,qB)知，半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β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α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He兩圓外切，α粒子軌跡半徑大β衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e兩圓內切，β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E＝mc2。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eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr＋eq\o\al(144,56)Ba＋3eq\o\al(1,0)n。(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(1)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。(2)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。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（）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|≤0.97V【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C4B．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)hν﹣W0＝eU可知頻率越大，遏止電壓越大，故a光的頻率最大，根據(jù)λ=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|=E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（）A． B． C． D．【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：A。【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﹣ν圖像，當頻率為ν1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W0D．普朗克常量?=【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＝hν﹣W0根據(jù)動能定理hν1﹣W0＝eUc1＝Ek1；hν2﹣W0＝eUc2＝Ek2整理得U圖像的斜率為k=解得普朗克常量?=陰極K的逸出功W故C正確，D錯誤。故選：C?！咀兪?-3】（2024?包河區(qū)校級模擬）以下說法正確的是（）A．由甲圖中的α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10﹣10m 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νa＝νc＜νb D．由圖丁可知3689Kr【解答】解：A、α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10﹣15m，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＞Uc1由1可得1由愛因斯坦光電方程12m可得ν2＞ν1則有νa＝νc＜νb故C正確；D、由圖丁可知3689Kr核的比結合能略大于92235U核的比結合能，而36故選：C。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Hα、Hβ、Hγ和Hδ）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）（）A． B． C． D．【解答】解：光譜圖中譜線位置表示相應光子的波長。氫原子從n＝3、4、5、6能級分別向n＝2能級躍遷時，發(fā)射的光子能量增大，所以光子頻率增大，根據(jù)λ=cv可知光子波長減小，在標尺上Hα、Hβ、Hγ和H故選：D。【變式2-1】（2024?濰坊三模）如圖所示為氫原子能級圖，用頻率為ν的單色光照射大量處于基態(tài)的氫原子，氫原子輻射出頻率分別為的ν1、ν2、ν3三種光子，且ν1＜ν2＜ν3。用該單色光照射到某新型材料上，逸出光電子的最大初動能與頻率為ν2光子的能量相等。下列說法正確的是（）A．ν3＞ν1+ν2 B．ν＝ν1+ν2+ν3 C．該單色光光子的能量為12.75ev D．該新型材料的逸出功為1.89ev【解答】解：AB、用頻率為ν的單色光照射大量處于基態(tài)的氫原子，氫原子輻射出三種光子，根據(jù)C32=3可知氫原子吸收光子后躍遷到n＝3的能級，由于輻射出的光子的頻率大小關系為ν1＜ν2＜ν3，從n＝3躍遷到n＝2輻射出的能量最小，從n＝3躍遷到n＝2輻射出的能量最大，結合玻爾理論可知ν＝ν3＝ν1C、該單色光光子的能量等于氫原子由n＝3躍遷到n＝1產生的光的能量，為E＝E31＝E3﹣E1＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6）eV＝12.09eV，故C錯誤；D、由以上的方向可知，頻率為ν2光子為氫原子由n＝2向n＝1能級躍遷時輻射的光子能量，為E21＝13.6eV﹣3.4eV＝10.2eV，由題意，根據(jù)光電效應方程Ekm＝hv3﹣W0其中Ekm＝hν2聯(lián)立可得W0＝1.89eV，故D正確。故選：D?！咀兪?-2】（2024?湖北三模）如圖甲所示為氫原子的能級圖，大量處于n＝4能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，放出頻率不同的光子。其中頻率最高的光照射圖乙電路中光電管陰極K時，電路中電流隨電壓變化的圖像如圖丙所示。已知可見光光子的能量范圍為1.62～3.11eV，電子的電荷量大小為e，質量為m，則下列說法正確的是（）A．這群氫原子躍遷時最多可放出6種可見光 B．用圖乙實驗電路研究光電效應，要測遏止電壓，滑片P應向a端滑動 C．若頻率最高的光子能量為E0，可求出光電管陰極K的逸出功為（E0﹣eU2） D．1.62eV的光子比3.11eV的光子照射同一雙縫干涉實驗裝置形成的干涉條紋間距窄【解答】解：A、一群處于n＝4能級的氫原子，向低能級躍遷過程中可發(fā)出C4E41＝E4﹣E1＝﹣0.85eV﹣（﹣13.6eV）＝12.75eV；E42＝E4﹣E2＝﹣0.85eV﹣（﹣3.4eV）＝2.55eV；E43＝E4﹣E3＝﹣0.85eV﹣（﹣1.51eV）＝0.66eV；E31＝E3﹣E1＝﹣1.51eV﹣（﹣13.6eV）＝12.09eV；E32＝E3﹣E2＝﹣1.51eV﹣（﹣3.4eV）＝1.89eV，E21＝E2﹣E1＝﹣3.4eV﹣（﹣13.6eV）＝10.2eV其中只有1.89eV和2.55eV在1.62～3.11eV范圍內，所以該過程最多可發(fā)出2種可見光，故A錯誤；B、用圖乙實驗電路研究光電效應，要測遏止電壓，要陰極K的電勢比陽極A電勢高，因此滑片P應向a端滑動，故B正確；C、一群處于n＝4能級的氫原子，頻率最高的光子能量為E0＝E41，根據(jù)光電效應方程Ek＝E0﹣W而Ek＝eU1所以光電管陰極K的逸出功W＝E0﹣eU1故C錯誤；D、根據(jù)E=?ν=?c故選：B?！咀兪?-3】（2024?岳麓區(qū)校級模擬）一群處于基態(tài)的氫原子，在大量電子的碰撞下躍遷至n＝4的能級，然后從n＝4能級向低能級躍遷。如圖甲，氫原子從能級n＝4躍遷到能級n＝2產生可見光Ⅰ，從能級n＝3躍遷到能級n＝2產生可見光Ⅱ。圖乙是光Ⅰ、光Ⅱ對同種材料照射時產生的光電流與電壓圖線。已知普朗克常量h，電子質量為me、電荷量為e，光在真空中的速度為c，下列說法正確的是（）A．使處于基態(tài)的氫原子躍遷至n＝4能級的電子動能Ek＝E4﹣E1 B．圖乙的圖線a對應光Ⅰ C．圖乙中的U1、U2滿足關系e（U2﹣U1）＝E4﹣E3 D．使處于基態(tài)的氫原子躍遷至n＝4能級的電子德布羅意波長λ＜【解答】解：A、原子能級發(fā)生受激躍遷，即由低能級躍遷到高能級，需要吸收能量。若通過光照，吸收光子能量實現(xiàn)受激躍遷，光子的能量必須恰等于能級差，即hν＝ΔE1；若通過粒子的碰撞方式實現(xiàn)受激躍遷，假設碰撞是一維正碰，當入射粒子動能大于或等于能級差，即E動≥ΔE＝E4﹣E1，故A錯誤；B、根據(jù)eUc＝Ek＝hν﹣W0結合由圖乙可知：圖線a對應的遏止電壓小于圖線b對應的遏止電壓，則圖線a對應的光電子最大初動能小于圖線b對應的電子最大初動能，所以圖線b對應光Ⅰ，故B錯誤；C、根據(jù)光電效應方程有eU2＝hν1﹣W0；eU1＝hν1﹣W0得e（U2﹣U1）＝hν1﹣hνⅡ＝E4﹣E3，故C正確；D、電子德布羅意波的波長λ=?故選：C。題型三：結合能比結合能的分析【例3】（2024?遼寧三模）中國的新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”已經實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要一步。發(fā)生核聚變的一種核反應方程為12H+1A．X為電子 B．該核反應可以在常溫下進行 C．該核反應過程中沒有質量虧損 D．24He的比結合能大于【解答】解：A、根據(jù)核反應過程質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，X的質量數(shù)為1，電荷數(shù)為0，因此X為中子，故A錯誤；B、核聚變反應為熱核反應，必須在高溫下進行，常溫下不發(fā)生反應，故B錯誤；C、核反應中減小的質量轉化為能量釋放出來，該核反應釋放能量，所以有質量虧損，故C錯誤；D、該核反應的生成物的原子核更穩(wěn)定，根據(jù)比結合能與核子關系的圖像，24He故選：D?！咀兪?-1】（2024?徐州三模）原子核的比結合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，判斷下列說法正確的是（）A．816O比B．92235U的比結合能比C．兩個12H結合成D．3【解答】解：A、根據(jù)圖像可知816O比24He比結合能更大，所以B、由圖像可知，92235U的比結合能比C、兩個12H結合成D、36Li的比結合能約為5MeV，結合能＝比結合能×質量數(shù)，所以故選：A?！咀兪?-2】（2024?浙江模擬）釷基熔鹽核反應堆不僅發(fā)電效率高，而且核廢料污染小，具有廣闊的應用前景。90232T?本身不能直接使用，需經過一系列核反應后先生成91233Pa，91233Pa再衰變生成A．92233UB．3689Ke的結合能大于C．大量的91233D．91233Pa【解答】解：A、根據(jù)重核裂變的特點可知，92B、根據(jù)比結合能與核子個數(shù)的關系知92233U的比結合能比3689Ke的比結合能略小，但92C、已知91233Pa的半衰期為27天，則結合54天，即經過了2個半衰期，剩余的D、根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒可知，91233Pa衰變生成92233故選：D。【變式3-3】（2024?長安區(qū)一模）本地時間2023年8月24日下午1點，日本政府正式開始向太平洋排放處理過的福島第一核電站“核污水”?！昂宋鬯敝泻写罅康碾耙约颁^141、氪92、鍶90等幾十種放射性元素，其中3890SrA．衰變方程中釋放出電子，說明3890B．100個3890Sr原子核經過56年，還將剩余25個C．隨著海水溫度的變化，3890D．3890Sr【解答】解：A．β衰變的本質是原子核內的一個中子轉變成一個質子與一個電子，電子從原子核中釋放出來，不能說明原子核內有電子，故A錯誤；B．半衰期是大量放射性原子衰變的統(tǒng)計結果，對個別放射性原子沒有意義，故B錯誤；C．半衰期與元素的物理性質和化學性質無關，即若使放射性物質的溫度升高，其半衰期將不變，故C錯誤；D．β衰變是自然發(fā)生的，衰變的過程中釋放核能，則3990Y的結合能更大，它們的核子數(shù)相等，所以故選：D。題型四：核反應的計算【例4】（2025?邯鄲一模）核電站鈾核裂變的產物是多樣的。有一種典型的鈾核裂變是生成鋇和氪，核反應方程是92235U+01n→56A．核反應方程中的x＝2 B．該核反應釋放的核能是(mC．92235U的比結合能大于56D．目前部分高科技核電站已經實現(xiàn)可控核聚變發(fā)電【解答】解：A、根據(jù)核反應過程質量數(shù)守恒可得：235+1＝144+89+x×1，可得x＝3，故A錯誤；B、該核反應過程的質量虧損為：Δm＝m1+m4﹣m2﹣m3﹣3m4＝m1﹣m2﹣m3﹣2m4根據(jù)愛因斯坦質能方程可得該核反應釋放的核能為：ΔE=ΔmcC、比結合能越大，原子核越穩(wěn)定，此核反應過程釋放能量，核反應后產物56144Ba（或3689Kr）比反應前的92D、核裂變反應較容易控制，所以現(xiàn)在的核電站仍采用核裂變反應發(fā)電，還沒有實現(xiàn)可控核聚變發(fā)電，故D錯誤。故選：B?！咀兪?-1】（2024?金東區(qū)校級模擬）2023年4月13日，中國“人造太陽”反應堆中科院環(huán)流器裝置（EAST）創(chuàng)下新紀錄，實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，為可控核聚變的最終實現(xiàn)又向前邁出了重要的一步，下列關于核反應的說法正確的是（）A．核聚變的核反應燃料主要是鈾235 B．核聚變反應過程中沒有質量虧損 C．氘氚核聚變的核反應方程為1D．相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能少【解答】解：A、鈾235是核裂變的反應燃料，核聚變的核反應燃料主要是氘核和氚核，故A錯誤；B、核聚變反應過程中放出大量能量，有質量虧損，故B錯誤；C、根據(jù)質量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒可知，氘氚核聚變的核反應方程為1D、相同質量的核燃料，輕核聚變比重核裂變釋放的核能更多，故D錯誤；故選：C。【變式4-2】（2024?成都模擬）歷史上第一次利用加速器實現(xiàn)的核反應，是利用加速后動能為Ek1的質子11H轟擊靜止的37Li核，生成兩個動能均為EA．Ek2c2 C．Ek2?【解答】解：根據(jù)質能方程可得質量虧損而釋放的能量ΔE＝2Ek2﹣Ek1＝Δmc2解得質量虧損Δm=2故選：D。【變式4-3】（2024?涪陵區(qū)校級模擬）如圖所示，將裝有92238U的鉛制容器放在水平向左的勻強電場中的P點，電場強度為E，在距P點L處的位置放置熒光屏，屏的下沿與P點等高，鈾發(fā)生衰變后從鉛制容器中豎直向上釋放出兩束射線，射線M打在屏上，在屏上距下沿L處形成L2寬的光帶，N射線豎直向上。已知釷核（Th）質量為M，（1）射線M和射線N的成分及衰變核反應方程式；（2）M射線的速度范圍；（3）若認為衰變后的原子核不穩(wěn)定，將動能一次性全部轉為光子釋放，求光子的最大頻率?！窘獯稹拷猓海?）根據(jù)核反應質量數(shù)守恒和電荷守恒，可得α衰變方程為：92238U=24（2）根據(jù)題干M射線在光屏上形成的光帶寬度為L2，M射線在水平方向的距離為L，豎直方向的距離范圍為L～3根據(jù)粒子在電場中做類平拋運動可得：水平方向有：L＝v0t豎直方向有：最近L=1最遠3根據(jù)牛頓第二定律有：qE＝ma代入數(shù)據(jù)解得：最大速度為：vmax=所以M射線的速度范圍為：qEL2m～qEL（3）根據(jù)動量守恒可得：Mv＝mv0，當M射線的速度最大時，釷核的速度也最大，代入最大速度可得：v=再根據(jù)能量守恒，釷核的動能全部轉化為光能則有：12M（2024?龍崗區(qū)校級模擬）下列四幅圖涉及不同的物理知識，其中說法正確的是（）A．圖甲中P射線粒子流帶負電 B．圖乙中實驗說明了原子核具有復雜結構 C．圖丙中的玻爾能級理論可以解釋β衰變現(xiàn)象 D．圖丁中用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，方程式為92238U→90【解答】解：A、圖甲中P射線粒子流受到向右的洛倫茲力才會向右偏轉，則根據(jù)左手定則，P射線粒子流帶負電，故A正確；B、圖乙中盧瑟福通過分析α粒子散射實驗結果，提出了原子結構為核式結構模型，故B錯誤；C、圖丙中的玻爾能級理論講的是原子核外電子的躍遷，而β衰變現(xiàn)象是原子核發(fā)射出β粒子的現(xiàn)象，無法解釋，故C錯誤；D、圖丁中用中子轟擊鈾核使其發(fā)生裂變，典型方程式為92故選：A。（2024?溫州一模）“核鉆石”電池是一種依靠核反應發(fā)電的新型電池，該電池中的614CA．614CB．614C．升高溫度會使614D．β衰變放出的電子來自碳原子的核外電子【解答】解：A．β衰變過程中生成負電子，根據(jù)電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒，可得核反應方程為6B．衰變反應時釋放能量，新核714NC．外界條件不會引起半衰期發(fā)生變化，C錯誤；D．β衰變輻射出的粒子，來自于碳原子核內的中子轉變成的質子時放出的電子，不是原子核外的電子，D錯誤。故選：A。（2024?浙江二模）氫原子光譜按波長展開的譜線如圖甲所示，此譜線滿足巴耳末公式1λ=RA．垂直入射到同一單縫衍射裝置，Hβ光的衍射中央亮條紋寬度小于Hγ B．氫原子從n＝3躍遷到n＝2能級時會輻射出γ射線 C．氫原子從n＝5躍遷到n＝2與n＝4躍遷到n＝2產生光子的動量之比為286：255 D．在同一光電效應裝置中，Hγ光照射產生的光電子初動能都大于Hα光照射產生的光電子【解答】解：A、由圖甲可知，Hβ的波長大于Hγ，垂直入射到同一單縫衍射裝置，根據(jù)單縫衍射的相鄰條紋間距規(guī)律可知，Hβ光的衍射中央亮條紋寬度大于Hγ，故A錯誤；B、由波爾躍遷原理，氫原子從n＝3躍遷到n＝2能級輻射出光的波長由：hν＝E3﹣E2又因為：ν=求得：λ＝434.17nm氫原子從n＝3躍遷到n＝2能級時會輻射出Hγ光，不會輻射出γ射線，故B錯誤；C、根據(jù)德布羅意波長公式變形式p=?λ及λ=因此動量之比為：p1D在同一光電效應裝置中，Hγ光的能量大于Hα光，照射產生的光電子最大初動能大于Hα光照射產生的光電子的最大初動能，而不是Hγ光照射產生的光電子初動能都大于Hα光照射產生的光電子，故D錯誤。故選：C。（2024?江漢區(qū)模擬）1977年發(fā)射的旅行者探測器到現(xiàn)在還可以與地球保持聯(lián)絡，該探測器使用了Pu元素制造的核動力電池。據(jù)悉，94238PuA．宇宙寒冷的溫度會使94238B．94238Pu發(fā)生的是α衰變，C．2g的94238D．92234U【解答】解：A．半衰期由原子核內部自身的因素決定，與環(huán)境溫度沒有關系，故A錯誤；B．根據(jù)核反應中電荷數(shù)與質量數(shù)守恒，可知X的質量數(shù)為A＝238﹣234＝4，電荷數(shù)為Z＝94﹣92＝2，X為α粒子。所以94238Pu發(fā)生的是αC．2g的94238PuD．核反應中生成物的比結合能大于反應物的比結合能，所以92234U故選：D。（2024?遼寧三模）氫原子的能級圖如圖所示，一群處于n＝3能級的氫原子向低能級躍遷時會輻射出多種不同頻率的光。已知鎢的逸出功為4.54eV，下列說法正確的是（）A．這群氫原子向低能級躍遷時可輻射出2種不同頻率的光 B．用氫原子從n＝3能級直接躍遷到n＝1能級輻射出的光照射鎢板時能發(fā)生光電效應 C．這群氫原子從n＝3能級直接躍遷到n＝1能級輻射出的光最容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象 D．氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光和從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光分別通過同一雙縫干涉裝置，后者干涉條紋間距較大【解答】解：A、一群氫原子從3能級向下躍遷，最多能可輻射出3種不同頻率的光，故A錯誤；B、原子從n＝3能級直接向n＝1能級躍遷發(fā)出的光子的能量：Ek＝hνm＝E3﹣E1，代入數(shù)據(jù)解得：Ek＝12.09eV，大于鎢的逸出功，因此可以發(fā)生光電效應，故B正確；C、光的波長越長，也越容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，由于從n＝3能級直接躍遷到n＝1能級輻射出的光子波長最短，故最不容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，故C錯誤；D、氫原子從n＝3能級躍遷到n＝2能級輻射出的光的波長大于從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光的波長，由Δx=l故選：B。（2024?廣東模擬）如圖甲所示的離子式火災自動報警器因穩(wěn)定性好、安全性高的特點而被廣泛應用，其內部裝有一個放射源和兩個電極，如圖乙所示，放射源衰變釋放的射線使兩個電極間的空氣電離而導電，當火災發(fā)生時，由于空氣中煙霧的阻擋，導致工作電路的電流減小，當通過檢流器的電流小于某值時，檢流器便控制外電路的蜂鳴器報警并灑水滅火，下列