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重难点17 近代物理
光电效应及其图像、原子结构与能级跃迁、衰变、核反应与核能的计算
考点分析
三年考情分析
2025 命题热点
光电效应及其图像
2024：黑吉辽卷
2023：浙江6 月选考卷
2022：河北卷
1、核反应方程与核能
2、光电效应、原子结构
与能级跃迁
原子结构与能级跃
迁
2024：江西卷、安徽卷
2023：湖北卷、辽宁卷、山东卷、新课标卷
2022：海南卷、湖南卷
衰变、核反应与核
能的计算
2024：广东卷、广西卷、江苏卷、甘肃卷、
湖北卷、河北卷、山东卷、全国甲卷
2023：海南卷、全国甲卷、全国乙卷、湖南
卷、浙江6 月选考卷
2022：海南卷、湖北卷、辽宁卷、山东卷
【课标要求】
1.知道光电效应现象，掌握光电效应的规律，理解逸出功、截止频率、最大初动能、遏止
电压等有关物理量。
2.理解玻尔理论及能级跃迁规律。
3.理解原子核的衰变、人工转变以及核能的计算。
【考查方向】
原子物理作为物理学的一大分支，考点分散，要求不高，基本以选择题为主，难度不
大。突出考查光电效应的理解,能级跃迁问题、核反应方程的书写、核能的计算、半衰期的理
解及其应用。
【备考建议】
复习本章时，重点应注意以下几点内容：
(1)原子的能级跃迁；
(2)原子核的衰变规律；
1
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(3)核反应方程的书写；
(4)质量亏损和核能的计算；
(5)三种射线的特点及应用；
(6)光电效应的规律及应用等。备考过程注意加强对基本概念和规律的理解和记忆。
【高分技巧】
一、光电效应四类图像
图像名称
图线形状
考点
大初动能Ek与入射光
频率ν 的关系图线
①截止频率：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
①遏止电压Uc：图线与横轴的交点
②饱和光电流Im：电流的最大值
③最大初动能：Ekm＝eUc
颜色不同时，光电流
与电压的关系
①遏止电压Uc1、Uc2
②饱和光电流
③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2
遏止电压Uc-ν 的关系
图线，表达式为：Uc＝
ν－
①截止频率νc：图线与横轴的交点
②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大
③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电
量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接
反向电压)
二、能级跃迁：
只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量时,原子才会吸收光子并跃迁到激发态，对于大于电离
能的光子可被吸收，可将原子电离。
跃迁产生的谱线条数：①一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类：
N=Cn
2=n(n−1)
2
或者在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况画出并相加；②一个原
子的核外电子向基态跃迁时发射最多光子的种类：N=n- 1。
2
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能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hυ=Em−En求得.若求波长可由公式
c=λυ求得。
能级之间发生跃迁时放出(吸收)的光子频率是不连续的。
三、三种放射线
四、两种衰变类型
衰变类型
α 衰变
β 衰变
衰变过程
Z
A X →Z−2
A−4Y +2
4 He
Z
A X →Z+1
A
Y +−1
0 e
衰变实质
2 个质子和2 个中子结合成一个整体
射出
1 个中子转化为1 个质子和1 个电
子
21
1 H +20
1 n→2
4 He
0
1 n→1
1 H +−1
0 e
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒
五、几种核反应类型
衰变、人工转变、裂变和聚变，如下表所示。
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α 衰
变
自发
U→Th＋He
β 衰
变
自发
Th→Pa＋e
种类
α 射线
β 射线
γ 射线
本质
高速氦核流
高速电子流
光子流(高频电磁波)
电荷量
2e
-e
0
质量
4mp,
mp=1.67×10-27
kg
mp
1 836
静止质量为零
速度
0.1c
0.99c
c
在电场磁场中
偏转
与α 射线偏转方向相反
不偏转
贯穿本领
最弱,用纸能挡
住
较强,能穿透几毫米的铝
板
最强,能穿透几厘米的铅
板
对空气的
电离作用
很强
较弱
很弱
3
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人工转变
人工控制
N＋He→O＋H
(卢瑟福发现质子)
He＋Be→C＋n
(查德威克发现中子)
Al＋He→P＋n
约里奥－居里夫妇发现放射
性同位素，同时发现正电子
P→Si＋e
重核裂变
容易控制
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Xe＋Sr＋10n
轻核聚变
现阶段很难控制
H＋H→He＋n
一、单选题
1．（2024·河北·模拟预测）2024 年6 月我国探月工程嫦娥六号搭载的氡气测量仪主要探测月
壤中氡222 和氡220 同位素及其衰变产物。已知静止的氡原子核
自发衰变为钋原子核
同时放出一个粒子X，且氡的半衰期为3.8 天，下列说法正确的是（ ）
A．若该核反应在月球上进行，经过3.8 天后剩余个数一定多于原来的一半
B．该核反应属于
衰变
C．反应过程中释放
射线和另一种射线，
射线穿透能力最强，另一种射线电离能力最强
D．反应前、后的质量守恒，电荷数也守恒
2．（2024·全国·模拟预测）2024 年6 月中国航天科技集团的科研人员通过分析我国首颗探日
卫星“羲和号”对太阳光谱的观测数据，精确绘制出国际首个太阳大气自转的三维图像。太
阳光谱中有一条谱线所对应光的频率与氢原子从较高能级向
能级跃迁时发出的光中光子
能量最小的那种光的频率相同。则该谱线所对应光子的能量为（ ）
4
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A．
B．
C．
D．
3．（2024·北京大兴·三模）针对下面几个图说法正确的是（ ）
A．甲图中锌板和验电器总是带异种电荷
B．乙图是太阳内部的核反应
C．丙图中的实验揭示了原子核内部有复杂结构
D．丁图中处于第2 能级的氢原子可以吸收一个能量为3.5eV 的光子并电离
4．（2024·安徽·一模）光电管是根据光电效应制成的，是一种可以把光信号转化为电信号的
仪器，在太阳能电池研究、光纤通信以及自动控制等方面有广泛的应用。小明同学用图示电
路研究光电管的性能，其中光电管的阴极和阳极由不同的金属材料制成，实验时保持开关闭
合，用某种波长的光照射阴极，未发生光电效应，则以下说法正确的是（ ）
A．若把滑动变阻器的滑动片c 向b 端移动，则可以产生光电流
5
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B．若只增大入射光的强度，一定可以产生光电流
C．若减小入射光的波长，则电流表中可能有电流通过
D．若只延长照射时间，一定可以产生光电流
5．（2024·全国·模拟预测）同位素热源是利用放射性同位素的衰变热制成的热源，具有抗干
扰性强、工作准确可靠和可长期使用的优点，可为电子设备保温，是未来宇宙深空探索不可
或缺的能源装置。当前的同位素热源主要采用锶
与钚
等半衰期长的同位素，衰变方
程分别为
、
。已知锶
与钚
的半衰期分别约为29 年、87 年，
若大量的锶
与钚
衰变前的数目相等，经历174 年，衰变释放出的
、
的总电荷量分
别约为
、
，则（ ）
A．
B．
C．
D．
6．（2024·四川遂宁·模拟预测）
与元素X 作用后变成元素Y 与
，此反应放出的核能为
；
与元素X 作用后变成
。已知
、Y，
、
的比结合能分别为
，
下列说法正确的是（ ）
A．元素X 是
粒子
B．Y 与
不是同位素
C．X 比结合能为
D．
与X 作用释放核能为
7．（2024·黑龙江哈尔滨·模拟预测）19 世纪末至20 世纪初是近代物理学发展的黄金时代。
杰出物理学家们的研究成果直接推动了“近代物理学”的建立和发展。以下关于物理知识的
6
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描述哪一个是正确的（ ）
A．贝克勒尔发现了天然放射现象，图1 为产生的三种射线在电场中偏转情况，其中③线
代表的射线穿透能力最强
B．一群处于
能级的氢原子向低能级跃迁，最多可以放出3 种不同频率的光子
C．图3 为康普顿效应的示意图，入射光子与静止的电子发生碰撞，碰后散射光的波长变
短
D．图4 展示了
粒子散射实验的现象，据此现象，卢瑟福发现了质子和中子
8．（2024·安徽合肥·三模）以下说法正确的是（ ）
A．由甲图中的α 粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10-10m
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
D．由图丁可知
核的结合能比
核的大
9．（2024·山东·模拟预测）用如图（a）所示的装置进行光电效应实验，所得
图像如图
（b）所示，当极板间电压
时，从K 极发出的初动能最大的光电子，到达A 极时的
德布罗意波长是从K 极发出时的（ ）
7
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A．
倍
B．
倍
C．1 倍
D．2 倍
10．（2024·浙江·一模）如图甲所示是弗兰克―赫兹实验，该实验为能量量子化假设提供了
直接证据。实验前，装置内仅充满汞原子，实验中，灯丝发射出初速度可忽略的电子，先经
过阴极K 与栅极G 之间的电场加速，再经过栅极G 与集电极A 之间的反向电场减速。电子在
整个运动过程中会和汞原子碰撞，实验中记录了栅极G 到阴极K 的电压大小
，以及通过
集电极A 的电流I，电流越大说明单位时间到达集电极A 的电子越多。实验结果如图乙所示，
电流I 的极大值呈周期性出现，峰值的水平间距为4.9V 从中得出汞原子能量具有量子化的结
论。由于电子质量远远小于汞原子质量，通过弹性碰撞转移给汞原子的动能可以忽略不计。
结合以上内容判断下列说法错误的是（ ）
A．
时，电子与汞原子碰撞不会使处于基态的汞原子激发
B．峰值的水平间距为4.9V，说明汞原子第一激发态与基态的能量差为4.9
C．只有当电子的动能等于4.9
或其整数倍才能使汞原子从基态跃迁到第一激发态
D．
时，有大量电子两次与汞原子碰撞，使汞原子从基态跃迁到第一激发态
8
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二、多选题
11．（2025·广东·模拟预测）太阳能量的来源主要通过质子一质子链反应（简称PP 链），太
阳产生的能量约99%来自该链反应。科学研究发现，该链反应主要通过如下方程发生：
①；
②，其中
为正电子，
为太阳中微子，下列说法正确的是（
）
A．方程式中X 为
，Y 为
B．方程式中X 为
，Y 为
C．反应①属于核聚变反应
D．Y 的比结合能大于X 的比结合能
12．（2025·浙江·模拟预测）下列说法正确的有（ ）
A．图1 可以看出随着温度的升高黑体辐射的强度的极大值向波长较长的方向移动
B．图2 电子的干涉图像说明物质波是一种概率波
C．图3 链式反应的示意图，铀块的体积足够大反应才能一代一代继续下去
D．图4 核电反应堆示意图，控制棒插入深一些，让它吸收更多中子，反应速率会慢一些
13．（2024·北京朝阳·模拟预测）在如图所示的匀强磁场中，有一个氡原子核
静止在A
点，某时刻氡原子核发生
衰变，若
粒子的径迹是纸面内的一个半径为
的圆，衰变产生
的新核的径迹是纸面内的一个半径为
的圆。下列判断正确的有（ ）
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A．两圆一定内切
B．两圆一定都沿逆时针方向转动
C．
D．在
粒子转动42 圈之内，二者都不会相撞
14．（2024·湖南长沙·模拟预测）如图，间距为d 的A、K 极板足够大，将一束频率恰等于阴
极K 截止频率的光射向阴极K，移动滑动变阻器的滑片，当电压表示数为
时，保持滑片位
置不变，此时电流表有一定示数，已知电子的质量为m，电荷量大小为e。现在A、K 间加一
垂直纸面向里、平行于极板平面的可变磁场，调节磁场的磁感应强度大小的取值，下列磁场
的磁感应强度大小的值可以使电流表示数变为零的是（ ）
A．
B．
C．
D．
15．（2024·浙江·模拟预测）用a、b、c 三束光照射图甲中的实验装置，移动滑片P，电流表
示数随电压表示数变化的关系如乙图所示。则（ ）
10
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A．若P 在O 点的左侧，三种光照射时电流表均有示数
B．若P 在O 点的右侧同一位置，a 光照射时电流表示数一定最大
C．用同一装置做双缝干涉实验，b 光产生的条纹间距最小
D．a、b 两束光的光子动量之比为
11
