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1、专题六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：空间传播的光是一份一份
2、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BEkm与入射光强度成正比C0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hW0Ekm来记忆和理解光电效应，是光电效应的窍门。拓展1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
3、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hEmEn。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rnn2
4、r1r10.531010 m能量量子化En（E113.6 eV，n1,2,3，）（定义无穷远处电势能为零）【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h1h2B辐射光子的能量为h1h2C吸收光子的能量为h2h1D辐射光子的能量为h2h1规律总结对于氢原子原子由定态n（n2）向低能级跃迁时可能辐射的光子频率的种类为。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
5、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 eV1.61019 J。拓展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：UThHe（核内2H2nHe）衰变：ThPae（核内nHe）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：NHeOH（卢瑟福发现质子的核反应）BeHeCn（查德威克发现中子的核反应）AlHePnPSie（居里夫妇发现人工制造放射性同位素）（3）重核的裂变：UnBaKr3
6、n在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。（4）轻核的聚变：HHHen（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）。【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（）AHHHen是核聚变反应BHHHen是衰变CUnBaKr3n是核裂变反应DUnXeSr2n是衰变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
7、杂时可列方程组求解。拓展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：xLi2y，yNxO，yBezC。x、y和z是3种不同的粒子，其中z是（）A粒子B质子C中子 D电子题型四、核能和质量亏损1Emc2与Emc2（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一种理论，其中的两个核反应方程为HCNQ1HNCXQ2方程中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核HHeHeCNN质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1下列判断正确的是（）A
8、X是He，Q2Q1BX是He，Q2Q1CX是He，Q2Q1DX是He，Q2Q1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 61027 kg,1 uc2931.5 MeV。拓展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：nHe。3混淆质量数和质量，误认为核反应方程的质量数守恒
9、，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
10、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（）AaBbCc 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HHHen中，n表示质子C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
11、D玻尔将量子观念引入原子领域，其理论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）UnSrXekn；（2）HHHedn；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，方程（2）中d1D方程（1）中k6，方程（2）中d16（双选）如图
12、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：hW0Ekm，逸出光电子的最大初动能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。【拓展1】B解析
13、：光子把电子从锌板中打出来，锌板带正电，与它连接的验电器也带正电，选项B正确。【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h2h1。【拓展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hEmEn（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的反应，衰变是一个核放出一个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）分裂成两个较轻核的反应，故A、B项
14、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3】C解析：将上述三个方程相加，整理后得LiNBeOCz，根据电荷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：HCN中的质量亏损为：m11.007 8 u12.000 0 u13.005 7 u0.002 1 u根据电荷数守恒、质量数守恒可知：HNCHe其质量亏损为：m21.007 8 u15.000 1 u12.000 0 u4.002 6 u0.005 3 u根据爱因斯坦质能方程得：Q1m1c2，Q2m2c2故Q1Q2。【拓展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
