1、专题 量子论初步与原子物理体系构建考向分析近代物理包括光电效应、原子和原子核，这一部分的复习要点：光电效应及其规律；原子的能级跃迁；原子核的衰变规律；核反应方程的配平与书写；质量亏损和核能的计算；原子物理部分的物理学史和 、 三种射线的特点及应用等。本专题在广东高考中占 8%，以识记性的选择题形式考查，如 2012 广东理综 18 题。热点例析题型一、光电效应的规律与应用1光电效应的规律：（1）每种金属都有一个极限频率。（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。（3）光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的。（4）光电流的强度与入射光的强度成正比。2光子说：空间
2、传播的光是一份一份的，每一份叫一个光子，一个光子的能量与频率成正比，Eh。光电效应说明光具有粒子性。光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。【例 1】（2011福建理综，29（1）爱因斯坦提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能 Ekm 与入射光频率 的关系如图所示，其中 0为极限频率。从图中可以确定的是（ ）A逸出功与 有关 BE km 与入射光强度成正比C 0 时，会逸出光电子 D图中直线的斜率与普朗克常量有关规律总结通过光电效应方程 hW 0E km 来记忆和理解光电效应，是复 习光电效应的窍门。拓展练习 1
3、在演示光电效应的实验中，原来不 带电的一块锌 板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射 锌板时， 验电器指针张开一个角度，如图所示，这时（ ）A锌板带正电，指针带负电 B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电 D锌板带负电，指 针带负电题型二、玻尔模型 能级概念1定态假设：原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。2跃迁假设：原子从一定态跃迁到另一种定态，它要辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差值决定，即 hE mE n。3量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原
4、子的定态是不连续的，因此电子所处的可能轨道的分布也是不连续的。4对氢原子：轨道量子化 rnn 2r1 r 10.5310 10 m能量量子化 E n （E 1 13.6 eV，n1,2,3，） （定义无穷远处电势能为零）E1n2【例 2】（2011四川理综，18）氢原子从能级 m 跃迁到能级 n 时辐射红光的频率为 1，从能级 n 跃迁到能级 k 时吸收紫光的频率为 2，已知普朗克常量为 h，若氢原子从能级 k 跃迁到能级 m，则（ ）A吸收光子的能量为 h1 h2 B辐射光子的能量为 h1h 2C吸收光子的能量为 h2 h1 D辐射光子的能量为 h2h 1规律总结对于氢原子原子由定态 n（n
5、2）向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为 。(n 1)n2原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能 级 之间的能量差。原子电离时，所吸收的能量必 须大于或等于某一能级能量的 绝对值。计算时应注意：因一般取远处为零电势参考面，故各能级的能量值均为负值；能量单位 1 eV1.610 19 J。拓展练习 2（2012北京理综，13）一个氢原子从 n3 能级跃迁到 n2 能级，该氢原子（ ）A放出光子，能量增加 B放出光子，能量减少C吸收光子，能量增加 D吸收光子，能量减少题型三、衰变、裂变、聚变以及人工转变（1）衰变： 衰变： U Th He（核内 2 H2 n He）23892 2349
6、0 42 1 10 42衰变： Th Pa e（核内 n H e）23490 23491 0 1 10 1 0 1衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。（2）人工转变： N He O H（卢瑟福发现质子的核反应）147 42 178 1Be He C n（查德威克发现中子的核反应）94 42 126 10Al He P n P Si e（居里夫妇发现人工制造放射性同位素）2713 42 3015 10 3015 3014 0 1（3）重核的裂变： U n Ba Kr3 n 在一定条件下（超过临界体积） ，裂变反应会连23592 10 14156 9236 10续不断地进行下去，这就
7、是链式反应。（4）轻核的聚变： H H He n（需要几百万度高温，所以又叫热核反应） 。21 31 42 10【例 3】（2012广东理综，18）能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一。下列释放核能的反应方程，表述正确的有（ ）A H H He n 是核聚变反应 B H H He n 是 衰变31 21 42 10 31 21 42 10C U n Ba Kr3 n 是核裂变反应 D U n Xe Sr2 n 是 衰变23592 10 14456 8936 10 23592 10 1405 9438 10规律总结原子核自发地放出某种粒子成为新的原子核，叫做衰变；原子序数较大的
8、重核分裂成原子序数较小的原子核，叫做重核裂 变；原子序数很小的原子核聚合成原子序数 较大的原子核，叫做 轻核聚变。所有核反应都遵循质量数和电荷数守恒的规律，情况复杂时可列方程组求解。拓展练习 3（2012重庆理综，19）以下是物理学史上 3 个著名的核反应方程：x Li 2y，y Nx O，y Bez C。x、y 和 z 是 3 种不同的粒子，其中 z 是（ ）73 147 178 94 126A 粒子 B质子 C中子 D电子题型四、核能和质量亏损1Emc 2 与 Emc 2（各个物理量都必须采用国际单位。 ）2释放能量的两种方式：轻核聚变与重核裂变。【例 4】某科学家提出年轻热星体中核聚变的
9、一种理论，其中的两个核反应方程为H C NQ 1 H N CXQ 21 126 137 1 157 126方程中 Q1、Q 2 表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核 H1 He32 He42 C126 N137 N157质量/u 1.007 8 3.016 0 4.002 6 12.000 0 13.005 7 15.000 1下列判断正确的是（ ）AX 是 He，Q 2Q 1 BX 是 He，Q 2Q 132 42CX 是 He，Q 2Q 1 DX 是 He，Q 2Q 132 42规律总结要注意 u 为质量单位，并不是能量 单位，其中 1 u1.660 610 27 kg,1 uc
10、2931.5 MeV。拓展练习 4 现已建成的核电站发电的能量来自于（ ）A天然放射性元素放出的能量 B人工放射性同位素放出的能量C重核裂变放出的能量 D轻核聚变放出的能量误区档案1误认为光子能量与光的强度有关光电效应中能否发生、光电子的最大初动能取决于光的频率，与光的强度无关。2误认为 衰变中的电子来源于原子核外电子衰变的实质是中子衰变成质子，放出电子。来源于原子核内部，核反应方程为： n H e。10 1 0 13混淆质量数和质量，误认为核反应方程的质量数守恒，方程两边的质量也相等核反应方程的质量数守恒是指核反应过程中总的核子数不变，但方程两边的质量并不相等，核反应一般要释放能量，反应后的
11、核子的总质量小于反应前核子的总质量，称为质量亏损。4放射性元素的半衰期是大量原子核的统计规律，对有限个数的原子核衰变的精确时间无法预测。【易错题例】如某放射性元素的半衰期是 5 天，那么 100 个该元素的原子核经过 10 天还剩下（ ）A25 个 B50 个 C75 个 D以上都不对答案：D易错分析：易错选 A，对有限个数的原子核衰变无法预测，100 个放射性原子核太少，不能用半衰期公式分析判断，应选 D。5误认为核电站利用的是聚变释放的能量现在的核电站利用的是裂变释放的能量，不是聚变释放的能量，利用聚变释放的能量是现在努力的方向，虽有突破，但还不能大规模应用。1下列说法正确的是（ ）A当氢
12、原子从 n2 的状态跃迁到 n6 的状态时，发射出光子B放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变需要的时间C同一元素的两种同位素具有相同的中子数D中子与质子结合成氘核时吸收能量2 （2012广州二模，14）如图，a、b、c 、d 分别表示氢原子在不同能级间的四种跃迁，辐射光子频率最大的是（ ）Aa BbCc Dd3 （2012福建理综，29（1）关于近代物理，下列说法正确的是（ ）A 射线是高速运动的氦原子B核聚变反应方程 H H He n 中， n 表示质子21 31 42 10 10C从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D玻尔将量子观念引入原子领域，其理论
13、能够解释氢原子光谱的特征4 （2012天津理综，1）下列说法正确的是（ ）A采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期B由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子C从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力D原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量5 （双选）（2011广州一模）我国科学家研制“两弹”所涉及的基本核反应有：（1） U n Sr Xek n；23592 10 9038 13654 10（2） H H Hed n；21 31 42 10关于这两个方程，下列说法正确的是（ ）A方程（1）属于 衰变 B方程（ 2）属于轻核聚变C方程（1）中 k10，方
14、程（ 2）中 d1 D方程（ 1）中 k6，方程（2）中 d16 （双选）如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 的关系图象。由图象可知（ ）A该金属的逸出功等于 EB该金属的逸出功等于 h0C入射光的频率为 20 时，产生的光电子的最大初动能为 2ED入射光的频率为 时，产生的光电子的最大初动能为02 E2参考答案精要例析聚焦热点热点例析【例 1】D 解析：入射光的 频率必须大于金属产生光电效应的极限频率，才会逸出光电子，C 错误；而金属产生光电效应的逸出功是由金属自身的性质决定，与入射光频率 无关，A 错误；由光电效应方程：hW 0E km，逸出光 电子的最大
15、初 动能 Ekm 决定于入射光的频率 ，与入射光的强度无关，B 错误；图中直线的斜率 h，斜率与普朗克常量 h 有关， D 正确。Ekm【拓展练习 1】B 【例 2】D 解析：由题意可知，能 级 k 处于较高激发态，能 级 m 处于较低激发态，而能级 n 处于低能量状态。所以从能 级 k 跃迁到能级 m 时辐 射出光子，能量为 h2h 1。【拓展练习 2】B 解析：原子从高能 级跃迁到低能级时，会 释放出光子，其能量为hE mE n（mn ），原子本身的能量减少；若原子从低能级跃迁到高能级，则吸收光子，能量增加。所以本题正确选项为 B 项。 【例 3】AC 解析： 衰变是一个核放出一个 He
16、的反应， 衰变是一个核放出一42个 e 的反应 ，而聚变是两个 较轻的核聚合为一个较重核的反应，裂变是较重的核（俘获一个中子后）分裂0 1成两个较轻核的反应，故 A、B 项中的核反应均为聚变，而 C、D 项中的核反应均为裂变，故 A、C 正确。【拓展练习 3】C 解析：将上述三个方程相加，整理后得 Li N Be O Cz，根据电荷73 147 94 178 126数守恒和质量数守恒，z 的质 量数为 1，电荷数为 0，为中子，C 正确。【例 4】B 解析：核反应方程： H C N 中的质量亏损为：1 126 137m11.007 8 u12.000 0 u 13.005 7 u 0.002
17、1 u根据电荷数守恒、质量数守恒可知： H N C He1 157 126 42其质量亏损为：m 21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u 4.002 6 u0.005 3 u根据爱因斯坦质能方程得：Q 1 m1c2，Q2 m2c2 故 Q1Q 2。【拓展练习 4】C创新模拟预测演练1B 解析：当氢原子从能级较 低的 n2 状态跃迁到能 级较高的 n6 状态时，需要能量， 选项 A 错误；据半衰期定义知选项 B 正确；同位素具有相同的 质子数，选项 C 错误；中子与质子结合成氘核时属于聚变反应，要放出能量，选项 D 错误。2B 3D 解析： 射线 是指高速运动的氦原子核，A
18、 错； n 表示中子，B 错；根据光电效应方程可10知光电子的最大初动能随照射光的频率增大而增大，但不成正比，C 错。4B 解析： 放射性元素的半衰期是由原子核内部自身的因素决定的，跟原子核所处的化学状态和外部环境没有关系，选项 A 错误；从高空对地面进行遥感摄影是红外遥感技术的应用，选项 C 错误；原子核的质量小于原子核所含核子单独存在时的总质量， 选项 D 错误。5BC 解析：方程（1）属于重核裂 变，方程（ 2）属于轻核聚 变，选项 A 错而 B 对；由质量数和电荷数守恒得，k10，d1，选项 C 对而 D 错。6AB 解析：由题图并结合 EkhW 0 得，E khE，故逸出功 W0E ，故选项 A 对；当 Ek0 时， 0，故 Eh 0，故选项 B 对；2 0时，可得出 EkE，故选项 C 错；当入射光的频率为 时，不 发生光02电效应，故选项 D 错。
