《高中物理选修 12. 原子 原子核 光电效应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修 12. 原子 原子核 光电效应（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、内 容 要求说说明原子结结构氢氢原子光谱谱 氢氢原子的能级结级结 构、能级级公式 原子核原子核的组组成、放射性、原子核的衰变变、半衰期 放射性同位素 核力、核反应应方程 结结合能、质质量亏损损 裂变变反应应和聚变变反应应、裂变变反应应堆 射线线的危害和防护护 波粒二象性光电电效应应 爱爱因斯坦光电电效应应方程 本章知识在考纲中都属于级要求,且该部分内容在 高考中仅占8%，一般以选择题的形式出现，两个单项选 择或者两个双项选择且有一题与其它内容相联系，难度 较低。本章重点是：氢光谱规律、能级公式、核反应方 程、光电效应规律及核能的简单计算。本章内容属于现代物理学的基础，要采取系统理解、 重点记忆
2、方法、紧扣教材，了解规律及特点，掌握其应用 。要澄清一些易混淆的概念，如“光子”“光电子”“光子的能量”“入射光的强度”“光电子 的动能”与“光电子的最大初动能”等，这对理解光电效应的规律具有重要意义。1.“光子”与“光电子”光子是指光在空间传播时的每一份能量(即能量是不连续的)，光子不带电，是微观领 域中的一种粒子；而光电子是金属表面受到光照时发射出来的电子，因此其本质就是电子 。2.“光子的能量”与“入射光的强度”光子的能量是一份一份的，每一份的能量为=h，其大小由光的频率决定；而入射光 的强度是指单位时间内入射光中包含光子数的多少，入射光的强度可表示为I=nh，其中n 为单位时间内的光子
3、数。3.“光电子的最大初动能”与“光电子的动能”光照射到金属表面时，电子吸收光子的能量，只需克服原子核的引力做功就能从金属 表面逸出，那么这些光电子具有最大初动能，其值为Ek=h-W0(式中W0为金属的逸出功)。 而不从金属表面发射的光电子，在逸出的过程中损失的能量会更多，所以此时光电子的动 能Ekn)，均可使原子发生能级跃迁。5.跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能Ep减小，电子动能增大，原子能 量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。要点四 氢原子能级跃迁特别提醒：原子在各能级间跃迁时，所吸收的光子的能量只
4、能等于两能级间的能级差。 原子电离时所吸收的光子的能量可以大于或等于某一能级的能量绝对值，即 EE-En。2.衰变：衰变是伴随着衰变或衰变同时发生的，衰变不改变原子 核的电荷数和质量数。其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变过程中 ，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子。要点五 核反应类型1.衰变和衰变的比较衰变类变类 型衰变变衰变变衰变变方程衰变实质变实质2个质质子和2个中子 结结合成一个整体射出中子转转化为为 质质子和电电子衰变规变规 律电电荷数守恒、质质量数守恒特别提醒：(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。
5、(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)核反应方程遵循 质量数守恒而不是质量 守恒；遵循电荷数守恒 。3.核反应四种类型比较4.半衰期用N0、m0分别表示衰变前的原子核数目和质量，N、m分别表示衰变后剩 余的原子核的数目和质量，为半衰期，t表示衰变过程所经历的时间，则2.核能的产生(1)重核裂变：某些重核分裂成中等质量的核的反应过程，同时释放大量的核能。要 使铀235发生链式反应以持续地输出能量，铀块的体积应大于它的临界体积。重核的裂变：如应用：原子弹、核反应堆(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大
6、量的核能， 要想使氘核和氚核结合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反 应。轻核的聚变：如 。应用：氢弹、可控热核反应。要点六 核能的产生和计算特别提醒：(1)质量数与质量是两个不同的概念。核反应中质量数、电荷数都守恒，但核反应中依然 有质量亏损。(2)爱因斯坦的质能方程反映了原子核质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并 不表示质量和能量之间的转变关系(即：核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质 量转化为能量)。质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的个数是不变的。(3)质量亏损并不否定质量守恒定律。1.核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即E
7、=mc2 (m的单位:kg)。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则E=m931.5 MeV(m的单 位:u,1u=1.660610-27 kg)。【例1】1911年卢瑟福依据粒子散射实验中少数粒子发生了_(选填“大”或“小”)角度散射现象，提出了原子的核式结构模型。若用动能为1 MeV的粒子轰击金箔，其速度约为_m/s。(质子和中子的质量均为1.6710-27 kg，1MeV=1106 eV)热点一 原子结构、粒子散射实验【解析】卢瑟福在粒子散射实验中发现了大多数粒子没有大的偏转，少数发生了较大的偏转，卢瑟福抓住了这个现象进 行分析，提出了原子的核式结构模型；1 Me
8、V=11061.610-19 J =(1/2)mv2，解得v=6.9106 m/s。大6.91061(单项选择)卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出 ( ) A.原子的核式结构模型 B.原子核内有中子存在 C.电子是原子的组成部分 D.原子核是由质子和中子组成的A【例2】2009年高考全国理综卷(双项选择)氢原子的部分能级如图12-1-2所示。已知可见光的光子能量在 1.62 eV到3.11 eV之间。由此可推知, 氢原子( )A.从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短 B.从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C.从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D
9、.从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光热点二 氢原子光谱 能级跃迁图12-1-2A D【解析】本题考查了氢原子的能级图及氢原子在不同能级间的跃迁，注 重考查学生的推理能力，属于中等难度的题目。从高能级向n=1能级跃迁的 过程中辐射出的最小光子能量为10.20 eV3.11 eV，由=hc/E可判断，从高 能级向n=1能级跃迁时最大波长比可见光的最小波长还小，故A正确。已知可 见光子能量在1.62 eV到3.11 eV之间，从高能级向n=2能级跃迁时发出的光的 能量3.40 eV，B错。从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率只有能量大 于3.11 eV的光的频率才比可见光高,C错。从
10、n=3到n=2的过程中释放的光的能 量等于1.89 eV，介于1.62 eV到3.11 eV之间,所以是可见光，D对。2(单项选择)氢原子的能级如图12-1-3所示， 已知可见光的光子能量范围约为1.62 eV 3.11 eV。下列说法错误的是( ) A.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，发出的光具有显著的热效应 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.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的光图12-1-3D【例3】(单项选择)一个氡核 Rn衰变成钋核 Po并放出一
11、个粒子，其半衰期为3.8天。1g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及 Rn衰变成 Po的过程放出的粒子是 ( )A0.25 g,粒子 B0.75 g,粒子C0.25 g,粒子 D0.75 g,粒子热点三 半衰期B【解析】经过了两个半衰期，1 g的氡剩下了0.25 g，衰 变了0.75 g，根据核反应方程的规律，反应前后的质量数和 电荷数不变可得出是粒子，所以B正确。3放射性元素的原子核在衰变或衰变生成新原子 核时，往往会同时伴随_辐射。已知A、B 两种放射性元素的半衰期分别为T1和T2，经过t T1T2时间后测得这两种放射性元素的质量相 等，那么它们原来的质量之比mA:mB=_。【例4】2009
12、年高考天津理综卷(双项选择)下列说法正确的是 ( )A. 是衰变方程B. 是核聚变反应方程C. 是核裂变反应方程D. 是原子核的人工转变方程热点四 核反应方程B D【解析】本题考查了几种核反应类型，衰变、聚变 、裂变、人工转变的特点要分清，考查学生的理解能力 。A为人工核反应，B为核聚变反应，C为衰变方程，D 为人工转变方程，故B、D正确。4(单项选择)在下列4个核反应方程中，X表示质子的 是( ) A.B.C.D.C【例5】(单项选择)原来静止的原子核 X衰变放出的粒子动能为E0，假设衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来，则在此衰变过程中总的质量亏损是( )A. B.C. D. 热点五 核
13、能D【解析】设衰变过程产生的新核为Y，则有 X He+ Y，Y和粒子组成的系统动量守恒且总动量为零，Y和粒子的动量等大反向，则有： ，EkY= ，系统获得的总动能为E0+EkY= ，由于衰变时产生的能量全部以动能的形式释放出来，根据爱因斯坦质能方程，mc2= ,m= 。5太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1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。 (1)写出这个核反应方程。 (2)这一核反应能释放多少能量？ (3)已知太阳每秒释放的能量为3.81026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？ (4)太阳的质量为21030 kg，若太阳质量减少万分之三，热核反应就不能继续
14、进行，计算太阳还能存在多少年？ (mp=1.0073u，m=4.0015u，me=0.00055u，1u质量相当于931.5 MeV)【答案】 (1) (2)410-12 J(3)4.2109 kg (4)4.53109年【例6】2009年高考宁夏理综卷(单项选择)关于光电效应，下列说法正确的是_ (填入选项前的字母，有填错的不得分)。A.极限频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多热点六 光电效应A【解析】逸出功W=h0，W0极限频率，A正确；只有照射光的频 率大于等于金属极限频率0，才能产生光电效应现象，B错；由光电效应方 程Ekm=h-W知，因不确定时，无法确定Ekm与W的关系，C错；光强E=nh， 越大，E一定，则光子数n越小，单位时间内逸出的光电子数就越少，
