（江苏专用）2019版高考物理大一轮复习 第12单元 原子物理（课件+学案+练习）（打包4套）.zip

1第 12 单元 原子物理课时作业(三十) 第 30 讲 波粒二象性 氢原子能级结构时间 / 40 分钟基础巩固1.[2017·湖南岳阳二模] 关于原子物理问题,下列说法中正确的是 ( )A.一群处于 n=3 激发态的氢原子向较低能级跃迁,最多可放出两种不同频率的光子B.由于每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质C.实际上,原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是一定的D.α 粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的2.(多选)对光的认识,下列说法正确的是 ( )A.个别光子的行为表现出粒子性B.大量光子的行为表现出粒子性C.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的D.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了3.[2017·安徽黄山模拟] 在“光电效应”实验中,用某一单色光照到某金属表面时,没有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是 ( )图 K30-1A.增大照射光的频率,就一定发生光电效应B.增大照射光的强度,就一定发生光电效应C.延长照射光照射时间,就一定发生光电效应D.若照射光的频率大于该金属材料的极限频率,则能发生光电效应4.(多选)[2017·成都二诊] 光伏发电是利用光电效应原理来工作的 .目前,人类提高光伏发电效率的途径主要有两个方面:一是改变光源体发光谱带的频率,从而改变产生光电效应的光谱宽度;二是改变被照射金属材料的成分,从而改变其逸出功 .下列提高光伏发电效率的途径正确的是 ( )A.减小光源体发光谱带的频率B.增大光源体发光谱带的频率C.增大金属材料的逸出功D.减小金属材料的逸出功5.氢光谱在可见光的区域内有 4 条谱线,按照在真空中波长由长到短的顺序,这 4 条谱线分别是Hα 、H β 、H γ 和 Hδ ,它们都是氢原子的电子从量子数大于 2 的可能轨道上跃迁到量子数为 2 的轨道时所发出的光 .下列判断错误的是 ( )A.电子处于激发态时,H α 所对应的轨道量子数大B.Hγ 的光子能量大于 Hβ 的光子能量C.对于同一种玻璃,4 种光的折射率以 Hα 为最小D.对同一种金属,若 Hα 能使它发生光电效应,则 Hβ 、H γ 、H δ 都可以使它发生光电效应6.(多选)[2017·太原模拟] 20 世纪 初,爱因斯坦提出光子理论,使得光电效应现象得以完美解释 .玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的 .关于光电效应和氢原子模型,下列说法正确的是 ( )A.光电效应实验中,照射光足够强就可以有光电流B.若某金属的逸出功为 W0,则该金属的截止频率为C.保持照射光强度不变,增大照射光频率,在单 位时间内逸出的光电子数将减少D.氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差技能提升27.(多选)[2018·河北衡水中学月考] 如图 K30-2 所示为研究光电效应的实验装置示意图,闭合开关,滑片 P 处于滑动变阻器中央位置,当一束 单色光照到此装置的金属表面 K 时,电流表有示数 .下列说法正确的是 ( )图 K30-2A.若仅增大该单色光照射的强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大B.无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度,金属的逸出功都不变C.保持照射光频率不变,当强度减弱时,发射光电子的时间将明显增加D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数增大8.[2017·长沙模拟] 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从 金属表面逸出 .强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实 .光电效应实验装置示意图如图 K30-3 所示 .用频率为 ν 的普通光源照射阴极 K,没有发生光电效应,换用同样频率为 ν 的强激光照射阴极 K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压 U,即将阴极 K接电源正极,阳极 A 接电源负极,在 K、A 之间就形成了使光电子减速的电场 .逐渐增大 U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压 U 可能是(其中 W 为逸出功, h 为普朗克常量, e 为电子电荷量) ( )图 K30-3A.U=C.U=2hν-W D.U=9.[2017·湖北武昌调研] 用如图 K30-4 所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光 a 照射光电管阴极 K,电流计 G 的指针发生偏转,而用另一频率的单色光 b 照射光电管阴极 K 时,电流计 G 的指针不发生偏转,那么 ( )图 K30-4A.a 光的波长一定大于 b 光的波长B.增加 b 光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转C.用 a 光照射光电管阴极 K 时通过电流计 G 的电流是由 d 到 cD.只增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大10.(多选)[2017·太原模拟] 图 K30-5 为氢原子的能级示意图 .关于氢原子跃迁,下列说法中正确的是( )3图 K30-5A.一个处于量子数 n=5 激发态的氢原子,它向低能级跃迁时,最多可产生 10 种不同频率的光子B.处于 n=3 激发态的氢原子吸收具有 1.87 eV 能量的光子后被电离C.用 12 eV 的光子照射处于基态的氢原子,氢原子仍处于基态D.氢原子从高能级向低能级跃迁时,动能增大,电势能增大11.(多选)[2017·济南模拟] 如图 K30-6 所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek与照射光频率 ν 的关系图像 .由图像可知 ( )图 K30-6A.该金属的逸出功等于 EB.该金属的逸出功等于 hν 0C.照射光的频率为 2ν 0时,产生的光电子的最大初动能为 ED.照射光的频率为 时,产生的光电子的最大初动能为12.(多选)[2017·东北三校一联] 如图 K30-7 所示为氢原子的能级示意图 .氢原子可在下列各能级间发生跃迁,设从 n=4 能级跃迁到 n=1 能级辐射的电磁波的波长为 λ 1,从 n=4 能级跃迁到 n=2 能级辐射的电磁波的波长为 λ 2,从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射的电磁波的波长为 λ 3,则下列关系式中正确的是( )图 K30-7A.λ 1λ 2 D.13.(多选)图 K30-8 为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子跃迁的理解正确的是 ( )图 K30-8A.由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为 3.34 eV 的金属发生光电效应B.大量处于 n=4 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,向外辐射 6 种不同频率的光子4C.大量处于 n=3 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,用发出的光照射逸出功为 3.34 eV 的金属,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为 8.75 eVD.如果用光子能量为 10.3 eV 的光照射处于 n=1 能级的氢原子,则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级14.(多选)利用金属晶格(大小约 10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样 .已知电子质量为 m,电荷量为 e,初速度为 0,加速电压为 U,普朗克常量为 h.下列说法中正确的是 ( )A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波长为 λ=C.加速电压 U 越大,电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显挑战自我15.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞) .一个具有 13.6 eV 动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰 .(1)能否使静止氢原子发生能级跃迁?(氢原子能级图如图 K30-9 所示)(2)若上述碰撞中可以使静止氢原子发生电离,则运动氢原子的初动能至少为多少?图 K30-95课时作业(三十一) 第 31 讲 核反应、核能时间 / 40 分钟基础巩固1.[2017·青岛模拟] 下列说法正确的是 ( )A.在核反应过程的前后,反应体系的质量数守恒,但电荷数不守恒B.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性 原子核的半衰期C.18 个放射性元素的原子核经一个半衰期一定有 9 个发生了衰变D.由两种元素的原子核结合成一种新元素的原子核时,一定吸收能量2.[2017·石家庄二中模拟] 下列说法正确的是 ( )A.12C 与 14C 是同位素,它们的化学性质并不相同B.核力是原子核内质子与质子之间的力,中子和中子之间并不存在核力C.在裂变反应 Kr 都大,但比结合能没有Kr 大D.α、β、γ 三种射线都是带电粒子流3.(多选)下列说法中正确的是 ( )A.放射性元素的半衰期与温度、压强无关B.玻尔理论认为,原子中的核外电子轨道是量子化的C.“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福 α 粒子散射实验判定的D.天然放射性元素 Th(钍)共经过 4 次 α 衰变和 6 次 β 衰变成为 Pb(铅)4.[2017·太原模拟] 我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射 .请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是 ( )A. nB. nC. eD. n65.(多选) [2018·黑龙江牡丹江一中月考] Pu 衰变时释放巨大能量,如图 K31-1 所示,其衰变反应方程为 He,并伴随 γ 光子辐射,则下列说法中正确的是 ( )图 K31-1A.核燃料总是利用比结合能小的核B.核反应中 γ 光子的能量就是 Pu 的结合能C. Pu 核更稳 定,说明 U 的结合能大D.由于 U 的比结合能小,所以衰变时释放巨大能量6.钚 239 Pu)可由铀 239 U)经过衰变而产生 .下列说法正确的是( )A. U 的核内具有相同的中子数B. U 的核内具有相同的质子数C. PuD. Pu技能提升7.[2017·广州二模] U 的衰变有多种途径,其中一种途径是先衰成为 Bi,然后可以经一次衰变成为 X(X 代表某种元素),也可以经一次衰变成为 Ti,最后都变成 Pb,衰变路径如图 K31-2 所示,下列说法中正确的是( )图 K31-2A.过程①是 β 衰变,过程③是 α 衰变;过程②是 β 衰变,过程④是 α 衰变B.过程①是 β 衰变,过程③是 α 衰变;过程②是 α 衰变,过程④是 β 衰变C.过程①是 α 衰变,过程③是 β 衰变;过程②是 β 衰变,过程④是 α 衰变D.过程①是 α 衰变,过程③是 β 衰变;过程②是 α 衰变,过程④是 β 衰变8.[2018·西安铁 一中月考] 在正、负电子对撞机中,一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子 .设正、负电子的质量在对撞前均为 m,对撞前的动能均为 E,光在真空中的传播速度为 c,普朗克常量为 h,则对撞后转化成光子的波长等于 ( )7A.C.9.(多选)[2017·湖南十校联考] 核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能Kr+aX 是反应堆中发生的许多核反应中的 一种,X 是某种粒子, a 是 X 粒子的个数,用 mU、 mBa、 mKr分别表示 Kr 核的质量, mX表示 X 粒子的质量, c 为真空中的光速,以下说法正确的是 ( )A.X 为中子, a=2B.X 为中子, a=3C.上述核反应中放出的核能 Δ E=(mU-mBa-mKr-2mX)c2D.上述核反应中放出的核能 Δ E=(mU-mBa-mKr-3mX)c210.(多选)[2018·山西大学附中月考] 科学家利用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:X+Y He+X+17.6 MeV.下列表述正确的是 ( )A.X 是中子B.Y 的质子数是 3,中子数是 6C.两个核反应都没有出现质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应11.(多选)一静止的原子核 A 发生 α 衰变后变成原子核 B,已知原子核 A、原子核 B 和 α 粒子的质量分别为 mA、 mB和 mα ,光速为 c,反应释放的核能全部转化为粒子的动能,则 ( )A.原子核 B 与 α 粒子的速度之比为 mB∶m αB.原子核 B 与 α 粒子的动能之比为 mB∶m αC.原子核 B 与 α 粒子的动能之和为( mA-mB-mα )c2D.原子核 A 比原子核 B 的中子数多 2,质子数多 212.(多选)[2018·武汉华师一附中月考] 现有两动能均为 E0=0.35 MeV 的 H 核在一条直线上相向运动,两个 H 核发生对撞后能发生核反应,得到 He 核和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为He 核的质量为 3.016 0 u,新粒子的质量为 1.008 7 u,核反应时质量亏损 1 u 释放的核能约为 931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数)( )A.核反应方程为 HB.核反应前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为 3 MeVD. He 核的动能约为 1 MeV挑战自我813.静止的铀 238 U)经历一次 α 衰变成为 Th 原子核,同时放出一个 γ 光子(频率为 ν ),已知 α 粒子的质量为 m.(普朗克常量为 h,光速为 c)(1)写出衰变方程 .(2)若衰变后,α 粒子的速度为 v,而 Th 原子核的运动方向恰好与 α 粒子的速度方向相反,不考虑 γ 光子的动量,那么 Th 原子核的速度为多大?(3)如果核反应放出的能量全部转化为粒子的动能和 γ 光子的能量,那么该衰变发生的质量亏损 Δ m 为多大?14.[2017·湖北黄石模拟] 用速度大小为 v 的中子轰击静止的锂核 Li),发生核反应后生成氚核和 α粒子 .生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与 α 粒子的速度之比为 7∶ 8,已知中子的质量为 m,质子的质量可近似看作 m,光速为 c.(1)写出核反应方程;(2)求氚核和 α 粒子的速度大小;(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为 α 粒子和氚核的动能,求质量亏损 .9教师详解(作业手册)课时作业(三十)1.B [解析] 一群处于 n=3 激发态的氢原子向较低能级跃迁,可能放出三种不同频率的光子,故选项 A错误;每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质,故选项 B 正确;原子中的电子没有确定的轨道 ,在空间各处出现的概率是不一定的,故选项 C 错误 .α 粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,认为电子绕核旋转,故选项 D 错误 .2.AC [解析] 光是一种概率波,少量光子的行为易显示出粒子性,而大量光子的行为往往显示出波动性,A正确,B 错误;光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的,而是光的一种属性,C 正确;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,D 错误 .3.D [解析] 增大照射光的频率,若其不大于金属材料的极限频率,还是不会发生光电效应,选项 A 错误;光电效应是否产生与照射光频率有关,而与照射光强度无关,选项 B 错误;光电效应是否产生与照射光照射时间无关,选项 C 错误;只要照射光的频率大于该金属材料的极限频率,就能发生光电效应,选项 D 正确 .4.BD [解析] 根据爱因斯坦的光电效应方程, hν=W+ mv2,最大初动能随照射光频率的增大而增大,随照射光频率的减小而减小,选项 A 错误,B 正确;减小金属的逸出功,也能增大最大初动能,选项 C 错误,D正确 .5.A [解析] 由 E=h 可知,波长大,光子能量小,故 Hα 光子能量最小,H δ 光子能量最大,再由 h =En-E2可知,H α 对应的轨道量子数最小,A 错误 .6.BC [解析] 发生光电效应的条件是照射光频率大于截止频率,并不是光足够强就能发生光电效应,故 A 错误;金属的逸出功 W0=hν ,得 ν= ,故 B 正确;一定强度的照射光照射某金属发生光电效应时,照射光的频率越高,单个光子的能量值越大,光子的个数越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故 C正确;氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量等于两能级间能量差,故 D 错误 .7.BD [解析] 若仅增大该单色光照射的强度,由于每个光子的能量不变,因此光电子的最大初动能不变,但单位时间内射出的光电子数增多,因此光电流增大,故选项 A 错误;逸出功由金属材料自身决定,与是否有光照无关,故 B 正确;发生光电效应不需要 时间积累,只要照射光的频率大于极限频率即可,故选项 C10错误;若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,因为电压是反向电压,所以电压减小时,光电子更容易到达 A 极形成电流,电流表示数增大,故选项 D 正确 .8.B [解析] 以从阴极 K 逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得 -Ue=0- ,由光电效应方程得 nhν= +W(n=2,3,4,…),联立解得 U= (n=2,3,4,…),故选项 B 正确 .9.D [解析] 用一定频率的 a 单色光照射光电管时,电流计指针会发生偏转,知 ν aν c,a 光的波长小于 b 光的波长,A 错误;发生光电效应的条件是 νν c,增加 b 光的强度不能使电流计 G 的指针发生偏转,B错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计 G 的电流方向是由 c 到 d,C 错误;增加 a 光的强度可使通过电流计 G 的电流增大,D 正确 .10.BC [解析] 一个处于量子数 n=5 激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生 4 种不同频率的光子,选项 A 错误;当 n=3 时,氢原子的能量 E3=-1.51 eV,所以处于 n=3 激发态的氢原子的电离能是 1.51 eV,当该氢原子吸收具有 1.87 eV 能量的光子后被电离,选项 B 正确;根据玻尔理论,处于基态的氢原子不可能吸收该光子,所以氢原子仍处于基态,选项 C 正确;电子从高能级到低能级跃迁时,动能增大,电势能减小,选项 D 错误 .11.ABC [解析] 由爱因斯坦光电效应方程 Ek=hν-W 0知,当 ν= 0 时, -W0=Ek,故 W0=E,A 正确;而 Ek=0 时,hν=W 0,即 W0=hν 0,B 正确;照射光的频率为 2ν 0时产生的光电子的最大初动能 Ekm=2hν 0-hν 0=hν 0=E,C 正确;照射光的频率为 时,不会发生光电效应,D 错误 .12.AB [解析] 已知从 n=4 到 n=1 能级辐射的电磁波的波长为 λ 1,从 n=4 到 n=2 能级辐射的电磁波的波长为 λ 2,从 n=2 到 n=1 能级辐射的电磁波的波长为 λ 3,则 λ 1、 λ 2、 λ 3的关系为 h ,即 ,λ 1λ 3, ,λ 3λ 2,又 h ,即 ,则 ,选项 A、B 正确 .13.BC [解析] 氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前、后两个能级的能量之差,当氢原子从高能级直接跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为 -3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,大于3.34 eV,所以一定能使逸出功为 3.34 eV 的金属发生光电效应,A 错误;大量处于 n=4 能级的氢原子向基态跃迁时,辐射光子的种数为 =6,B 正确;大量处于 n=3 能级的氢原子向 n=1 能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为 -1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,用此光子照射逸出功为 3.34 eV 的金属,由爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为 12.09 eV-3.34 eV=8.75 eV,C 正确;当氢原子由低能级向高能级跃迁时,氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差,而由氢原子的能级图可知n=1 能级与任何能级间的能量差都不等于 10.3 eV,因此不能使 n=1 能级的氢原子跃迁到较高的能级,D错误 .14.AB [解析] 能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A 正确;由德布罗意波长公式 λ=,可得 λ= ,B 正确;由 λ= 可知,加速电压越大,电子的波长越小,衍射现象就越不明显,C 错误;用相同动能的质子替代电子,质子的波长变小,衍射现象与电子相比更不明显,故 D 错误 .15.(1)不能 (2)27.2 eV[解析] (1)设运动氢原子的速度为 v0,发生完全非弹性碰撞后两者的速度为 v,损失的动能 Δ E 被静止氢原子吸收 .若 Δ E=10.2 eV,则静止氢原子可由 n=1 能级跃迁到 n=2 能级 .由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0=2mvmv2+Δ E11=Ek=13.6 eV联立解得 Δ E= =6.8 eV因为 Δ E=6.8 eV10.2 eV,所以不能使静止氢原子发生跃迁 .(2)若要使静止氢原子电离,则 Δ E≥13 .6 eV联立解得 Ek≥27 .2 eV.课时作业(三十一)1.B [解析] 核反应前后质量数守恒,电荷数也守恒,A 错误;半衰期是宏观统计概念,C 错误;核聚变释放能量,D 错误 .2. C [解析] 同位素的核外电子数量相同,所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质,A 错误;原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力,B 错误;核子数越多其结合能也越大,所以Kr 都大,但 Kr 都小,C 正确;α 射线、β 射线都是带电粒子流,而 γ 射线是电磁波,不带电,故 D 错误 .3.AB [解析] 放射性元素的半衰期只与原子核自身有关,与温度、压强无关,故 A 正确;玻尔理论认为原子只能处在能量不连续的一系列状态,故 B 正确;通过卢瑟福 α 粒子散射实验判定的是原子具有核式结构,并未判定原子由电子和带正电的物质组成,故 C 错误 Pb 时,质量数减小 24,而质子数减小 8,因 β 衰变时质量数不变,质子数增加 1,而 α 衰变时质量数减小 4,质子数减小 2,所以要经过6 次 α 衰变和 4 次 β 衰变,故 D 错误 .4.C [解析] A 是聚变反应,反应剧烈,至今可控聚变反应还处于实验研究阶段;B 是裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化;C 是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式;D 是人工核反应,需要高能 α 粒子 .5.AD [解析] 根据比结合能越大,越稳定 ,则核燃料总是利用比结合能小的核,故 A 正确 .核反应中 γ光子的能量就是质量亏损对应的能量,故 B 错误 Pu 更稳定,说明 U 的比结合能大,所以Pu 衰变时,会释放巨大 能量,故 C 错误,D 正确 .6.C [解析] 钚 239 Pu)和铀 239 U)质量数相同,质子数和中子数均不同,选项 A、B 错误Pu 多两个中子,少两个质子 Pu,选项 C 正确 .7.B [解析] X,质量数没有发生变化,故①为 β 衰变 Pb,质量数减少 4,故③为 α 衰变 Ti,电荷数减少 2,故②为 α 衰变,过程④的电荷数增加 1,为β 衰变,故 A、C、D 错误,B 正确 .8.C [解析] 该反应方程为 e→2γ,由于光子的静止质量为零,所以质量亏损为 Δ m=2m,由质能方程,对应的能量为 Δ E=2mc2,根据能量守恒定律可知 2hν= 2E+Δ E,即有 =2E+2mc2,所以光子在真空中的波长 λ= ,C 正确 .9.BC [解析] 核反应中质量数守恒、电荷数守恒,则知 n,a=3,故A 错误,B 正确 .由 Δ E=Δ mc2可得,Δ E=(mU+mX-mBa-mKr-3mX)c2=(mU-mBa-mKr-2mX)c2,故 C 正确,D 错误 .1210.AD [解析] 根据核反应方程 He+X,X 的质量数 m1=2+3-4=1,核电荷数 z1=1+1-2=0,所以 X是中子,故 A 正确;根据核反应方程 X+Y H,X 是中子,所以 Y 的质量数 m2=4+3-1=6,核电荷数z2=2+1-0=3,所以 Y 的质子数是 3,中子数是 3,故 B 错误;根据两个核反应方程可知,都有大量的能量释放出来,所以一定都有质量亏损,故 C 错误;氘和氚的核反应过程中是质量较小的核生成质量较大的新核,所以是核聚变反应,故 D 正确 .11.CD [解析] 原子核 A 发生 α 衰变,设原子核 B 和 α 粒子的速度分别为 vB和 vα ,由动量守恒定律有 0=mBvB-mα vα ,则 , ,A、B 错误 .由质能方程知原子核 B 和 α 粒子的动能之和为Δ E=Δ mc2=(mA-mB-mα )c2,C 正确 .由质量数守恒和电荷数守恒知,A 比 B 质子数多 2,中子数多 2,D 正确 .12.CD [解析] 由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知 n,则新粒子为中子 n,A错误;核反应过程中有质量亏损,释放能量,仍然满足能量守恒定律,B 错误;由题意可知 Δ E=(2.014 1 u×2-3.016 0 u-1.008 7 u)×931 MeV/u=3.3 MeV,根据核反应中系统的能量守恒有 EkHe+Ekn=2E0+Δ E,根据核反应中系统的动量守恒有 pHe-pn=0,由 Ek= ,可知 ,解得 EkHe= ·(2E0+Δ E)≈1 MeV, Ekn= (2E0+Δ E)≈3 MeV,C、D 正确 .13.(1 He (2) v (3)[解析] (1)由电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程为 He.(2)设 Th 核的反冲速度为 v0,由动量守恒定律得0= mv0-mv解得 v0= v.(3)由能量守恒定律有+hν= Δ mc2解得 Δ m= .14.(1 He (2) (3)[解析] (1 He(2)由动量守恒定律得 mnv=-mHv1+mHev213由题意得 v1∶ v2=7∶8解得 v1= ,v2=(3)氚核和 α 粒子的动能之和为Ek= mv2释放的核能为Δ E=Ek-Ekn= mv2由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为Δ m=1第 12 单元 原子物理2014 年 2015 年 2016 年 2017 年高考热点统计 要求 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ高考基础要求及冷点统计光电效应 Ⅰ 35(1) 35(1) 35(1) 19爱因斯坦光电效应方程 Ⅰ35(1)35(1)35(1) 19原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期Ⅰ 35(1) 35(1) 35(1) 35(1) 15核力、核反应方程 Ⅰ35(1)35(1)结合能、质量亏损 Ⅰ35(1) 17 15裂 变反应和聚变反应、裂变反应堆Ⅰ 35(1) 35(1) 17考情分析1.从近几年高考试题来看,高考对本章内容的考查涉及的考点较多,具有不确定性 .考题可能根据 某一考点命题,也可以同时涉及多个考点,题型为选择题的几率很高,很少出现计算题 .2.从整体命题趋势上看,高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路,仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点,在 2019 届高考复习中应多加关注 .氢原子光谱(Ⅰ)氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ)放射性同位素(Ⅰ)射线的危害与防护(Ⅰ)氢原子光谱、放射性同位素、射线的危害与防护属于了解类知识,一般不会单独出题;氢原子的能级结构和能级公式属于难点、冷点 .第 30 讲 波粒二象性 氢原子能级结构一、光电效应1.光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫作光电效应,发射出来的电子叫作 . 2.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说:空间传播的光的能量是不连续的,是一份一份的,每一份叫作一个光子 .光子的能量为 ε= ,其中 h 是普朗克常量,其值为 6.63×10-34 J·s. (2)光电效应方程: .其中 hν 为入射光的能量, Ek为光电子的最大初动能, W0是金属的逸出功 . 二、光的波粒二象性1.光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性 . 2.光电效应和康普顿效应说明光具有 性 . 3.光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的 性 . 三、玻尔理论与氢原子的能级1.玻尔理论(1)定态:原子只能处于一系列 的能量状态中,在这些能量状态中原子是 的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量 . (2)跃迁: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 hν= .(h 是普朗克常量, h=6.63×10-34 J·s) 2(3)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆 轨道绕核运动相对应 .原子的定态是 的,因此电子的可能轨道也是 的 . 2.氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式: En= E1(n=1,2,3,…),其中 E1为基态能量,其数值为 E1= eV. (2)氢原子的半径公式: rn= (n=1,2,3,…),其中 r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为 r1=0.53×10-10 m. (3)氢原子的能级图:能级图如图 30-1 所示 .图 30-1【思维辨析】(1)电子枪发射电子的现象就是光电效应 . ( )(2)不同的金属对应着相同的极限频率 .( )(3)核外电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量 . ( )(4)核外电子可以吸收或放出任意频率的光子 . ( )【思维拓展】玻尔的氢原子能级理论成功解释了氢原子光谱不连续的特点,解释了当时出现的“紫外灾难” .该理论也可解释其他原子光谱现象吗?考点一 对光电效应的理解1.光电效应的实质光子照射到金属表面,某个电子吸收光子的能量后动能变大,当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时,便飞出金属表面成为光电子 .光电效应现象中,每个电子只能吸收一个光子的能量 .2.对光电效应规律的解释(1)光照射金属时,电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后,动能立即增大,不需要积累能量的过程 .(2)电子从金属表面逸出,首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功 W).要使入射光子的能量不小于 W,对应频率 ν c= 为极限频率 .(3)光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大 .(4)入射光越强,单位时间内入射到金属表面的光子数越多,产生 的光电子数越多,射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大 .3.概念辨析4.用图像表示光电效应方程3(1)最大初动能 Ek与入射光频率 ν 的关系图线如图 30-2 所示 .图 30-2(2)由图线可以得到的物理量:①极限频率:图线与 ν 轴交点的横坐标 ν c.②逸出功:图线与 Ek轴交点的纵坐标的绝对值 W0=|-E|=E.③普朗克常量:图线的斜率 k=h.1 (多选)[2017·全国卷Ⅲ] 在光电效应实验中,分别用频率为 ν a、 ν b的单色光 a、 b 照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为 Ua和 Ub、光电子的最大初动能分别为 Eka和 Ekb.h 为普朗克常量 .下列说法正确的是 ( )A.若 ν aν b,则一定有 Uaν b,则一定有 EkaEkbC.若 Uaν b,则一定有 hν a-Ekahν b-Ekb式题 (多选)[2017·湖北八校一联] 如图 30-3 甲所示,在“光电效应”实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应 .图乙为其中一个光电管的遏止电压 Uc随照射光频率 ν 变化的函数关系图像 .对于这两个光电管,下列判断正确的是 ( )图 30-3A.因为不同材料的逸出功不同,所以遏止电压 Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的 Uc-ν 图像的斜率可能不同■ 要点总结分析光电效应问题抓住两条对应关系和三个关系式(1)两条对应关系①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大 .②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大 .(2)三个关系式①爱因斯坦光电效应方程: Ek=hν-W 0.②最大初动能与遏止电压的关系: Ek=eUc.③逸出功与极限频率的关系: W0=hν 0.考点二 光的波粒二象性1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:(1)从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性 .(2)从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和明显的衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象,贯穿本领越强 .(3)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现出粒子性 .(4)波动性与粒子性的统一:由光子的能量 E=hν ,光子的动量 p= 表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率 ν 和波长 λ.4(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成微观概念中的粒子 .2.概率波与物质波(1)概率波:光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此光波是一种概率波 .(2)物质波:任何一个运动着的物体,小到微观粒子,大到宏观物体,都有一种波与它对应,其波长 λ= ,p 为运动物体的动量, h 为普朗克常量 .2 能够证明光具有波粒二象性的现象是 ( )A.光电效应和康普顿效应B.光的衍射和光的色散C.光的折射和透镜成像D.光的干涉和康普顿效应式题 (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有 ( )A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等考点三 能级的分析与计算1.氢原子跃迁条件氢原子跃迁条件 hν=E m-En只适用于光子和氢原子作用而使氢原子在各定态之间跃迁的情况 .对于光子和氢原子作用而使氢原子电离时,只要入射光的能量 E≥13 .6 eV,氢原子就能吸收光子的能量,对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时,实物粒子的能量大于或等于能级差即可 .2.氢原子跃迁时能量的变化(1)氢原子能量: En=Ekn+Epn= ,随 n 增大而增大,其中 E1=-13.6 eV.(2)电子动能:电子绕氢原子核运动时库仑力提供向心力,即 k ,所以 Ek= 随 r 增大而减小 .(3)电势能:通过库仑力做功判断电势能的增减 .当轨道半径减小时,库仑力做正功,电势能减小;反之,轨道半径增大时,电势能增加 .3.光谱线条数(1)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数为 N= .(2)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为( n-1).3 如图 30-4 所示为氢原子的能级图,以下判断正确的是 ( )图 30-4A.处于 n=3 能级的氢原子可以吸收任意频率的光子B.欲使处于基态的氢原子被激发,可用能量为 12.09 eV 的光子照射C.当氢原子从 n=5 能级跃迁到 n=3 能级时,要吸收光子D.用氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为 6.34 eV)时不能发生光电效应5式题 1 (多选)[2017·山西太原模拟] 氢原子的能级图如图 30-5 所示,已知可见光的光子能量范围约为1.62~3.11 eV.下列说法正确的是 ( )图 30-5A.处于 n=3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离B.大量氢原子从高能级向 n=3 能级跃迁时,可能发出可见光C.大量处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出 6 种不同频率的光D.一个处于 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时,最多能发出 3 种不同频率的光式题 2 氢原子的能级图如图 30-6 所示 .氢原子从 n=3 能级直接向 n=1 能级跃迁所放出的光子,恰能使某种金属产生光电效应,则该金属的截止频率为 Hz;用一群处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属,产生的光电子最大初动能为 eV.(普朗克常量 h=6.63×10-34 J·s,结果均保留 2 位有效数字) 图 30-6第 31 讲 核反应、核能一、原子核与衰变1.原子核的组成:原子核是由 和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的 . 2.天然放射现象(1)天然放射现象元素 地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现 .天然放射现象的发现,说明 具有复杂的结构 . (2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫 .具有放射性的元素叫放射性元素 . (3)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是 、β 射线、γ 射线 . (4)放射性同位素:有 放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同 . 3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出 α 粒子或 β 粒子,变成另一种 的变化称为原子核的衰变. (2)分类α 衰变 X Y+ . β 衰变 X Y+ . (3)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 .半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的 、 状态无关 . 6二、核力与核能1.核力核子间的作用力 .核力是 力,作用范围在 1.5×10-15 m 之内,只在相邻的核子间发生作用 . 2.核能(1)结合能:核子结合为原子核时 的能量或原子核分解为核子时 的能量,叫作原子核的结合能,亦称核能 . (2)比结合能:①定义:原子核的结合能与 之比,称作比结合能,也叫平均结合能 . 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,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核 . 3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程 E= ,原子核的质量比组成它的核子的质量和小 Δ m,这就是质量亏损 .由质量亏损可求出释放的核能 Δ E= . 三、裂变与聚变1.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)链式反应条件:裂变物质的体积 临界体积 . (3)典型的裂变方程 n.(4)裂变的应用:原子弹、核反应堆 .2.轻核聚变(1)定义:两个轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程 .(2)条件:使核发生聚变需要几百万度以上的高温,因此聚变又叫 . (3)典型的聚变方程 n.(4)聚变的应用:氢弹 .【思维辨析】(1)天然放射现象说明原子是可分的 . ( )(2)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的 . ( )(3)如果某放射性元素的原子核有 100 个,经过一个半衰期后还剩 50 个 . ( )(4)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量 . ( )【思维拓展】核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题,都有哪些方法可以求核反应中的能量呢?【物理学史】1896 年,法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射现象 .1897 年,英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在 .1898 年,居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性,并由此发现了“镭” .1911 年,卢瑟福公开 α 粒子散射实验结论,建立原子核式结构模型 .1919 年,卢瑟福首次实现人工核反应,用 α 粒子轰击氮核,结果打出了“质子” .1932 年,英国物理学家查德威克从 α 粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子” .考点一 核反应方程1.核反应的四种类型类型 可控性 核反应方程典例7α 衰变 自发 He衰变 β 衰变 自发 eH(卢瑟福发现质子)n(查德威克发现中子)n人工转变 人工控制e约里奥—居里夫妇发现放射性同位素及正电子n重核裂变 比较容易进行人工控制 n轻核聚变 除氢弹外无法 控制 n2.关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接 .(2)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核反应方程 .(3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒),核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化 .1 [2017·天津卷] 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献 .下列核反应方程中属于聚变反应的是 ( )图 31-1A. nB. HC. nD. n式题 下列有关原子结构和原子核的认识,正确的是 ( )A.γ 射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D. Bi 的半衰期是 5 天,100 克 Bi 经过 10 天后还剩下 50 克考点二 对天然放射现象的理解1.α 衰变、β 衰变的比较衰变类型 α 衰变 β 衰变衰变方程 He e衰变实质2 个质子和 2 个中子结合成氦核n He1 个中子转化为 1 个质子和 1个电子e8匀强磁场中轨迹形状衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.三种射线的比较射线名称比较项目 α 射线 β 射线 γ 射线组成 高速氦核 流 高速电子 流 光子流(高频电磁波)带电荷量 2e -e 0质量 4mp 静止质量为零符号 He e γ速度 0.1c 0.99c c垂直进入电场或磁场的偏转情况偏转 偏转 不偏转贯穿本领 最弱 较强 最强对空气的电离作用 很强 较弱 很弱[说明] γ 射线是伴随着 α 衰变或 β 衰变产生的,γ 射线不改变原子核的电荷数和质量数,其实质是放射性原子核在发生 α 衰变或 β 衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子.2 [2017·全国卷Ⅱ] 一静止的铀核放出一个 α 粒子衰变成钍核,衰变方程为 He.下列说法正确的是 ( )A.衰变后钍核的动能等于 α 粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个 α 粒子所经历的时间D.衰变后 α 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量式题 实验观察到,静止在匀强磁场中 A 点的原子核发生 β 衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图 31-2 所示,则轨迹 1 为 的轨迹,轨迹 2 是 的轨迹,磁场方向 .图 31-2考点三 核能的计算1.对质能方程的理解(1)质能方程 E=mc2给出了物体的能量和质量之间的关系,质量为 m 的物体具有的总能量为 mc2,质量和能量不能互相转化 .(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”,即物体的质量(这里指动质量)越大,能量越多,反之物体的质量越小,能量也越少;当物体放出能量时,满足 Δ E=Δ mc2.2.求核能的三种方法:(1)根据 Δ E=Δ mc2计算 .若 Δ m 的单位是 kg,计算时, c 的单位是 m/s,Δ E 的单位是 J;若 Δ m 的单位是原子质量单位 u, 利用 1 u 相当于 931.5 MeV,用 Δ E=Δ m×931.5 MeV 进行计算,Δ E 的单位是 MeV,1 MeV=1.6×10-13 J.(2)根据比结合能计算 .原子核的结合能 =比结合能 ×核子数 .9(3)结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算,此时要注意动量与动能关系式 p2=2mEk的应用 .[温馨提示] 利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算 .3 [2017·全国卷Ⅰ] 大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电 .氘核聚变反应方程是 H 的质量为 2.013 6 u, n 的质量为 1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为 ( )A.3.7 MeV B.3.3 MeVC.2.7 MeV D.0.93 MeV式题 太阳内部持续不断地发生着 4 个质子聚变为一个氦核的热核反应,这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源 .(mp=1.007 3 u,mα =4.001 5 u,me=0.000 55 u,太阳的质量为 2×1030 kg)(1)这一核反应能释放出多少能量?(2)已知太阳每秒释放能量为 3.8×1026 J,则太阳每秒减小的质量为多少?(3)若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行,则太阳上的热核反应还能发生多少年?考点四 核反应中的动量守恒问题(1)核反应过程遵循能量守恒定律:在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能;有光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量 .一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能 .(2)核反应过程遵循动量守恒定律:即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量 .(3)解决核反应与动量及能量综合的问题时,首先应用质能方程求出核反应释放出的核能,其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程,最后联立求解 .4 [2017·北京卷] 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,一个静 止的放射性原子核发生了一次 α 衰变 .放射出的α 粒子 He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为 R.用 m、 q 分别表示 α 粒子的质量和电荷量 .(1)放射性原子核用 X 表示,新核的元素符号用 Y 表示,写出该 α 衰变的核反应方程 .(2)α 粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小 .(3)设该衰变过程释放的核能都转为 α 粒子和新核的动能,新核的质量为 M,求衰变过程的质量亏损 Δ m.10式题 1 海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源 .两个氘核的核反应方程为 n,其中氘核的质量为 2.013 0 u,氦核的质量为 3.015 0 u,中子的质量为 1.008 7 u.(1 u 相当于 931.5 MeV)(1)求核反应中释放的核能 .(2)在两个氘核以相等的动能 0.35 MeV 进行对心碰撞并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能 .11式题 2 (多选)[2018·武汉一中月考] 云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性 .放射性元素的原子核 A 静止放在磁感应强度 B=2.5 T 的匀强磁场中,该原子核发生衰变,放射出粒子并变成新原子核 B,放射出的粒子与新核运动轨迹如图 31-3 所示,测得两圆的半径之比 R1∶ R2=42∶1,且 R1=0.2 m.已知 α 粒子质量 mα =6.64×10-27 kg,β 粒子质量 mβ =9.1×10-31 kg,普朗克常量 h 取 6.6×10-34 J·s,下列说法正确的是 ( )图 31-3A.新原子核 B 的核电荷数为 84B.原子核 A 发生的是 β 衰变C.衰变 放出的粒子的速度大小为 2.4×107 m/sD.如果原子核 A 衰变时释放出一种频率为 1.2×1015 Hz 的光子,那么这种光子能使 逸出功为 4.54 eV 的金属钨发生光电效应教师详解(听课手册)第十二单元 原子物理第 30 讲 波粒二象性 氢原子能级结构【教材知识梳理】核心填空一、1 .光电子 2.(1)hν (2)Ek=hν-W 0二、1 .波动 2.粒子 3.波粒二象12三、1 .(1)不连续 稳定 (2)Em-En (3)不连续 不连续2.(1)-13.6 (2)n2r1思维辨析(1)(×) (2)(×) (3)(√) (4)(×)思维拓展玻尔的氢原子能级理论本身是以经典理论为基础,其理论又与经典理论相抵触 .它只能解释氢原子的光谱,在解决其他原子的光谱上就遇到了困难,如把理论用于非氢原子时,理论结果与实验不符,且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度 .这些缺陷主要是由于把微观粒子(电子、原子等 )看作是经典力学中的质点,从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨 道概念)而导致的 .【考点互动探究】考点一例 1 BC [解析] 由光电效应方程可知 Ek=hν-W 0,该动能又会在遏止电压下恰好减为零,则 eU=hν-W 0,其中 W0为逸出功,同种金属的 W0相 同 .若 ν aν b,则 UaUb,故 A 错误;若 ν aν b,根据 Ek=hν-W 0,可得 EkaEkb,故 B 正确;若Uaν b,根据 Ek=hν-W 0可知 hν-E k=W0,由于是照射到同种金属上,逸出功 W0相同,故 D 错误 .变式题 ABC [解析] 不同的材料有不同的逸出功,所以遏止电压 Uc不同,选项 A 正确;由爱因斯坦光电效应方程得 hν=W 0+Ek,故选项 B 正确;在照射光的频率大于极限频率的情况下,发射出的光电子数与照射光的强度成正比,光强不确定,所以单位时间逸出的光电 子数可能相同,饱和光电流也可能相同,选项 C 正确;由 Ek=hν-hν 0=eUc,可得 Uc= (ν-ν 0),故图线的斜率为相同的常数,选项 D 错误 .考点二例 2 D [解析] 光的干涉、光的衍射和光的折射现象证明了光的波动性,光电效应和康普顿效应证明了光的粒子性 .变式题 AB [解析] 黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释,普朗克用能量子理论分析,结果与事实完全相符,选项 C 错误;由于 Ek= mv2,p=mv,因此 p= ,质子和电子动能相等,但质量不等,故动量 p 也不等,根据德布罗意波长 λ= 可知,二者的德布罗意波长不同,选项 D 错误 .考点三例 3 B [解析] 氢原子跃迁时,辐射或吸收一定频率的光子,选项 A 错误;用能量为 12.09 eV 的光子照射时,n=1 能级与 n=3 能级能量之差为 -1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,所以能发生跃迁,选项 B 正确;氢原子从高能级跃迁到低能级时放出光子,选项 C 错误;氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级辐射出的光子的能量 E=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV6.34 eV,而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功,故可以发生光电效应,选项 D 错误 .变式题 1 AC [解析] 由于 E3=-1.51 eV,紫外线的能 量大于可见光的光子的能量,即 E 紫 E∞ -E3=1.51 eV,故可以使处于 n=3 能级的氢原子电离,A 正确;大量氢原子从高能级向 n=3 能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为 1.51 eV,小于可见光的光子的能量,B 错误;大量处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时发出 =6 种不同频率的光,C正确;一个处于 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时最多能发出(3 -1)=2 种不同频率的光,D 错误 .变式题 2 2.9×1015 0.66[解析] 氢原子在能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能量差,氢原子从 n=3 能级直接向 n=1 能级跃迁辐射出的光子的能量为 E=E3-E1=12.09 eV,因所放出的光子恰能使某种金属产生光电效应,则有 hν 0=12.09 eV,解得 ν 0=2.9×1015 Hz.当光子能量等于金属的逸出功时,恰好发生光电效应,所以该金属的逸出功 W0=12.09 eV,氢原子从 n=4 能级向低能级跃迁所放出的光子能量最大为 hν m=13.60 eV-0.85 eV=12.75 eV,根据光电效应方程得光电子的最大初动能 Ekm=hν m-W0=12.75 eV-12.09 eV=0.66 eV.131.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时,有光电流产生 .下列说法正确的是 ( )A.保持照射光的频率不变,照射光的强度变大,饱和光电流变大B.照射光的频率变高,饱和光电流变大C.照射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持照射光的光强不变,不断减小照射光的频率,始终有光电流产生[解析] AC 根据光电效应实验得出的结论,保持照射光的频率不变,照射光的强度变大,饱和光电流变大;照射光的频率变高,饱和光电流不变,故 A 正确,B 错误 .根据爱因斯坦光电效应方程得,照射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,故 C 正确 .不断减小照射光的频率,若其低于截止频率,则没有光电流产生,故 D 错误 .2.(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性,下列事实中突出体现波动性的是 ( )A.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B.β 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构[解析] ACD 干涉、衍射是波的特有现象,选项 A、C 正确;β 射线在云室中穿过会留 下清晰的径迹不能反映波动性,选项 B 错误;电子显微镜利用了电子束波长短的特性,选项 D 正确 .3.(多选)氢原子能级图如图所示,当氢原子从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级时,辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是 ( )A.氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级时,辐射光的波长小于 656 nmB.用波长为 325 nm 的光照射,可使氢原子从 n=1 能级跃迁到 n=2 能级C.一群处于 n=3 能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线D.用波长为 633 nm 的光照射,不能使氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=3 能级[解析] ACD 根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级时,释放的能量为 =[-3.4-(-13.6)]×1.6×10-19 J,解得辐射光的波长 λ= 122 nmR 新 ,所以轨迹 1 为电子的轨迹,轨迹 2 是新核的轨迹 .由左手定则可以判断,磁场方向垂直于纸面向里 .考点三例 3 B [解析] 氘核聚变反应的质量亏损 Δ m=2.013 6 u×2-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由爱因斯坦质能方程可得释放的核能 E=0.003 5×931 MeV≈3.3 MeV,选项 B 正确 .变式题 (1)24.78 MeV (2)4.2×109 kg(3)4.4×109年[解析] (1)太阳内部的核反应方程为 e这一核反应的质量亏损 Δ m=4mp-mα -2me=0.026 6 u释放的能量 Δ E=Δ mc2=0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV.(2)由 E=mc2得,太阳每秒减少的质量m= kg≈4 .2×109 kg.(3)太阳的质量为 2×1030 kg,太阳上的热核反应还能发生的时间t= s≈1 .4×1017s=4.4×109年 .考点四例 4 (1 He(2) (3)[解析] (2)设 α 粒子的速度大小为 v,由 qvB=m ,T= ,得 α 粒子在磁场中运动周期 T=环形电流大小 I=16(3)由 qvB=m ,得 v=设衰变后新核 Y 的速度大小为 v',系统动量守恒,得Mv'-mv=0则 v'=由 Δ mc2= mv2得 Δ m=说明:若利用 M= m 解答,亦可 .变式题 1 (1)2.14 MeV (2)2.13 MeV 0.71 MeV[解析] (1)核反应中的质量亏损为 Δ m=2mH-mHe-mn由 Δ E=Δ mc2可知释放的核能Δ E=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV.(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应后系统的总动量为零,即 mHevHe+mnvn=0反应前后系统的总能量守恒,即 =Δ E+2EkH又因为 mHe∶ mn=3∶1所以 vHe∶ vn=1∶3解得 EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV.变式题 2 ACD [解析] 轨迹呈现外切,所以放射出的粒子带正电,即发生 α 衰变,B 错误;因为两圆的半径之比R1∶ R2=42∶1, R= ,又衰变过程动量守恒,可得新原子核 B 的核电荷数为 84,所以 A 正确;由 R1= ,得 vα ==2.4×107 m/s,所以 C 正确;根据 E=hν 可得,光子的能量为 E 光 =7.92×10-19 J,钨的逸出功为 W 逸=4.54×1.6×10-19 J≈7 .26×10-19 J,光子能量大于钨的逸出功,故钨能发生光电效应,所以 D 正确 .1.下列核反应方程中,属于衰变的是 ( )A. HB. HeC. nD. n[解析] B 选项 B 属于衰变,选项 A 属于人工转变,选项 C 属于轻核聚变,选项 D 属于重核裂变,所以选项 B 正确 .2.(多选)[2017·江苏卷] 原子核的比结合能曲线如图所示 .根据该曲线,下列判断正确的有 ( )17A. He 核的结合能约为 14 MeVB. Li 核更稳定C.两个 He 核时释放能量D. Kr 核中的大[解析] BC 结合能等于比结合能乘以核子数,故 He 核的结合能约为 28 MeV,A 错误;由图像可知Li 核的比结合能,故 B 正确;两个 He 核,结合能增加,故一定存在质量亏损,故要释放能量,C 正确 Kr 核中的,故 D 错误 .3.[2017·湖北武汉五月模拟] 下列说法正确的是 ( )A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说B.康普顿在研究石墨中的电子对 X 射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大C.由 H 可知,在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气,几天后将有氧气生成D.由 H H+2.2 MeV 可知,用能量等于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时,氘核将分解为一个 质子和一个中子[解析] B 普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,选项 A 错误;核反应不同于化学反应,选项 C 错误;核反应方程不可逆,选项 D 错误 .4.图中曲线 a、 b、 c、 d 为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里,则可判断径迹为 a、 b 的粒子带 电,径迹为 c、 d 的粒子带 电,所以径迹为 a、 b 的是 粒子,径迹为 c、 d 的是 粒子 . [答案] 正 负 α β [解析] 磁感应强度方向垂直于纸面向里,根据左手定则推知,径迹为 a、 b 的粒子带正电,径迹为 c、 d 的粒子带负电,而 α 粒子带正电,β 粒子带负电 .5.[2015·海南卷] 运动的原子核 X 放出 α 粒子后变成静止的原子核 Y.已知 X、Y 和 α 粒子的质量分别是M、 m1和 m2,真空中的光速为 c,α 粒子的速度远小于光速 .求反应后与反应前的总动能之差以及 α 粒子的动能 .18[答案] ( M-m1-m2)c2 [解析] 设运动的原子核 Χ 的速度为 v1,放出的 α 粒子速度为 v2,由质量亏损可得=(M-m1-m2)c2由动量守恒定律得Mv1=m2v2联立解得 Ek=