2018年高考物理大二轮复习 专题八 波粒二象性 原子与原子核

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1、专题八波粒二象性原子与原子核 知识回扣 高考题型2 原子结构和能级跃 迁 高考题型3 核反应和核能的计算 高考题型1 光电效应与光的粒子性 高考题精选精练 知识回扣 知识回扣 1.氢原子能级图 (1)能级图如图1所示. 图1 (2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条 数：N . 答案 2.原子核的衰变 衰变类型衰变衰变 衰变方程 衰变实质 2个质子和2个中子结合成一 整体射出 中子转化为质子和电子 衰变规律电荷数守恒、 守恒 质量数 3.核能 (1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收 的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量

2、. (2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象.注意 质量数与质量是两个不同的概念. (3)质能方程：Emc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总 能量与它的质量成正比. 4.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个 ，入射光的频率低于这个频率时不 发生光电效应. (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的 增大 而增大. (3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会 超过109 s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强 度成 比. 答案 极限频率 频率 正 5.光电效应方程 (1)光电子的最大初动能

3、跟入射光子的能量h和逸出功W0的关系为：Ek hW0. (2)极限频率c . 光电效应与光的粒子性 高考题型1 例1 (多选)(2017全国卷19)在光电效应实验中，分别用频率为a、 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ab，则一定有UaUb B.若ab，则一定有EkaEkb C.若UaUb，则一定有EkaEkb D.若ab，则一定有haEkahbEkb 答案解析 解析 由爱因斯坦光电效应方程得EkmhW0，由动能定理得Ekm eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相

4、同.当ab时，一 定有EkaEkb，UaUb，故选项A错误，B正确； 若UaUb，则一定有EkaEkb，故选项C正确； 因逸出功相同，有W0 ha Eka hb Ekb，故选项D错误. 技巧点拨拨 1.处理光电效应问题的两条线索 一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是： (1)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大. (2)光强光子数目多发射光电子数多光电流大. 2.爱因斯坦光电效应方程EkhW0的研究对象是金属 表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大 而增大(如图2所示)，直线的斜率为h，直线与轴的交 点的物理意义是极限频率c，直线与Ek轴交点的物理意 义是逸出功的

5、负值. 图2 1.(2017广东广州市模拟)入射光照射到某金属表面上发生光电效应， 若入射光强度减弱，而频率不变，则 A.有可能不发生光电效应 B.逸出的光电子的最大初动能将减小 C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 D.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 对点拓展练 答案 21 解析 解析 入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应.故A错误. 根据光电效应方程EkhW0知，入射光的频率不变，则最大初动能 不变.故B错误. 光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，入射光强度减弱， 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小.故C正确. 发射出光电子的时间非常短

6、，可认为是瞬时的，故D错误. 21 A.A图中无光电子射出 B.B图中光电子到达金属网时的动能大小为1.5 eV C.C图中的光电子能到达金属网 D.D图中光电子到达金属网时的最大动能为3.5 eV 2.(多选)(2017山东临沂市模拟)如图3所示，N 为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两 极相连，各电池的电动势和极性如图所示，己 知金属板的逸出功为4.8 eV.现分别用不同频率 的光照射金属板(各光子的能量已在图上标出) ，则下列说法正确的是 图3 21 答案解析 解析 因入射光的能量3.8 eV小于金属板的逸出功4.8 eV，依据光电效 应发生条件，不能发生光电效应，故A正确； 因入射

7、光的能量为4.8 eV(等于金属板的逸出功4.8 eV)，因此光电子逸 出时的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属网的动能为 1.5 eV，故B正确； 入射光的能量为5.8 eV，大于金属板的逸出功4.8 eV，依据光电效应方 程EkhW0，逸出来的光电子最大初动能为1.0 eV，根据动能定理 ，知光电子不能到达金属网，故C错误； 逸出的光电子最大初动能为：EkmE光W06.8 eV4.8 eV2.0 eV ，到达金属网时最大动能为2.0 eV1.5 eV0.5 eV，故D错误. 21 原子结构和能级跃迁 高考题型2 例2 (2017辽宁大连市3月模拟)如图4为氢原子的 能级示意图，一

8、群氢原子处于n3的激发态，在向 较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照 射逸出功为2.25 eV的金属钾，下列说法正确的是 A.这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n3跃迁到n2所发出 的光波长最短 B.这群氢原子能发出2种频率不同的光，其中从n3跃迁到n1所发出 的光频率最小 C.金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为9.84 eV D.金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为12.86 eV 答案 解析 图4 解析 这群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论hEm En(mn)得知，从n3跃迁到n2所发出的光能量最小，由Ehh 得知，频率最低，波长最长，故A、B错误； 从n3跃

9、迁到n1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光 电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.60 eV1.51 eV12.09 eV ，根据光电效应方程得，EkmhW012.09 eV2.25 eV9.84 eV， 故C正确，D错误. 规规律总结总结 1.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据粒子 散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释 了氢原子光谱的规律.卢瑟福用粒子轰击氮核实验发现了质子，查德 威克用粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象，揭 示了原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素. 2.原子的核式结构模型 (1)在原子

10、的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电 子在核外绕核运动； (2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的 电子在核外空间绕核旋转. 3.能级和能级跃迁： (1)轨道量子化 核外电子只能在一些分立的轨道上运动 rnn2r1(n1,2,3，) (2)能量量子化 原子只能处于一系列不连续的能量状态 En (n1,2,3，) (3)吸收或辐射能量量子化 原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子 的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn(mn). 3.(2017湖北武汉市2月调考)关于原子结构，下列说法错误的是 A.汤姆孙根据气体放电管实验断定

11、阴极射线是带负电的粒子流 B.卢瑟福粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎 占有全部质量，电子在正电体的外面运动 C.各种原子的发射光谱都是连续谱 D.玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出 了玻尔的原子模型 对点拓展练 答案解析 解析 各种原子的发射光谱都是明线光谱. 453 4.关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是 A.原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力 B.电子绕核运动的轨道半径是任意的 C.原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只 能取某些特定值 D.电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率

12、等 于电子绕核运动的频率 答案 解析 453 解析 根据玻尔理论的基本假设知，原子中的电子绕原子核做圆周运 动，库仑力提供向心力，A项正确； 电子绕核运动的轨道半径是一些特定的值，B项错误； 原子的能量包括电子的动能和势能，由于轨道是量子化的，则电子动 能也是一些特定的值，C项错误； 电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子能量等于 两能级间的能量差，D项错误. 453 5.(2017山东青岛市模拟)原子从A能级跃迁到B能级时吸收波长为1的 光子；原子从B能级跃迁到C能级时发射波长为2的光子.已知12，那 么原子从A能级跃迁到C能级时将要 A.发出波长为12的光子B.发出波长为

13、 的光子 C.吸收波长为12的光子D.吸收波长为 的光子 答案 解析 453 核反应和核能的计算 高考题型3 答案 例3 (2017全国卷15)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰 变方程为 ，下列说法正确的是 A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析 解析 静止的铀核在衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守 恒定律得pThp0，即钍核的动量和粒子的动量大小相等，方向相 反，选项B正确； 根据Ek 可知，选项A错误； 半衰期的定义是统计规律，选项

14、C错误； 铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的 质量亏损，故衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量， 选项D错误. 技巧点拨拨 1.射线、射线、射线之间的区别 名称射线射线射线 实质氦核流电子流光子 速度 约为光速的约为光速的99%光速 电离作用很强较弱很弱 贯穿能力很弱较强最强 2.核反应、核能、裂变、轻核的聚变 (1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称 为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律. (2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的 质量成正比，即Emc2或Emc2. (3)把重核分裂成质量较小

15、的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻 核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变. (4)核能的计算：Emc2，其中m为核反应方程中的质量亏损； Em931.5 MeV，其中质量亏损m以原子质量单位u为单位. (5)原子核的人工转变 卢瑟福发现质子的核反应方程为： 查德威克发现中子的核反应方程为： 约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为： 6.(2017四川宜宾市二诊)有关原子结构和原子核的认识，下列说法正 确的是 A.居里夫人最先发现天然放射现象 B.伦琴射线的发现揭示了原子具有核式结构 C.在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关 D.在衰变方程 X 中，X原子核的质量数是234 对点拓展练 答案 解析 786 解析 贝可勒尔最先发现天然放射现象.故A错误； 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构.故B错误； 根据光电效应方程EkhW0可知，在光电效应中，光电子的最大初 动能与入射光的频率有关.故C正确； 根据质量数守恒可得，X的质量数：A2394235.故D错误. 786 答案