高考物理二轮复习考前三个月专题波粒二象性原子和原子核教案427.pdf

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1、第 1 页 专题 12 波粒二象性 原子与原子核 考题一 光电效应与光子说 EkhW0.2.用图象表示光电效应方程，如图 1 所示 图 1(1)极限频率：图线与轴交点横坐标0.(2)逸出功：图线与Ek交点纵坐标值W0.(3)普朗克常量：图线斜率kh.3.处理光电效应问题两条线索：光强与光频率(1)光强光子数目多发射光电子数多光电流大(2)光子频率高光子能量大产生光电子最大初动能大 Ekm与入射光频率关系如图 2 所示，其中0为极限频率.从图中可以确定是()图 2 有关 0时，会逸出光电子 C.Ekm与入射光强度成正比 解析 金属逸出功是由金属自身决定，与入射光频率无关，故 A 错误；当0时会有

2、光电子逸出，故 B 正确；由光电效应方程EkmhW0，知光电子最大初动能Ekm与入射光强度无关，故 C 错误；由光电效应方程EkmhW0，知h Ekm，故 D 正确.第 2 页 答案 BD 变式训练 金属铯制成，光电管阳极 A 与阴极 K 之间正向电压为U.用波长为h，电子电荷量为e，真空中光速为c.求：(1)金属铯逸出功W0；(2)光电子到达阳极最大动能Ek.答案(1)h(2)eUhch 解析(1)由题知，金属铯逸出功W0h(2)根据光电效应方程知，光电子最大初动能 EkmhcW0hch 根据动能定理得：eUEkEkm 联立得：光电子到达阳极最大动能EkeUhch 2.如图 3 所示电路可研

3、究光电效应规律.图中标有 A 与 K 为光电管，其中 K 为阴极，A 为阳极.理想电流计可检测通过光电管电流，理想电压表用来指示光电管两端电压.现接通电源，用光子能量为 10.5 eV光照射阴极 K，电流计中有示数；假设将滑动变阻器滑片P缓慢向右滑动，电流计读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计读数恰好为零，读出此时电压表示数为 6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料逸出功为_，假设增大入射光强度，电流计读数_(选填“为零或“不为零).第 3 页 图 3 答案 4.5 eV 为零 解析 由题知，当电流计电流为 0 时，UEkmhW0，得W0hEkm4.5 eV.光电子最大初动能与入射光

4、强度无关，与入射光频率有关，故增大入射光强度，电流计读数仍为零.3.用同一实验装置如图 4 甲研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极，得到光电管两端电压与相应光电流关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应遏止电压一样，均为Uc1，以下论述正确是()图 4 A.B光束光子能量最小 B.A、C两束光波长一样，且比B光波长长 B光束照射时单位时间内产生光电子数量最多 B光束照射时光电管发出光电子最大初动能最大 答案 BD 解析 当光电流为零时光电管两端电压为截止电压，对应光频率为截止频率，由eU截12mv 2mhW0知，入射光频率越高，对应截止电压U截越大，A光、C光截止电压相等，

5、故A光、C光频率相等，它们最大初动能也相等，而B光频率最大，能量最大，故最大初动能也最大，对应波长最小，故 A、C 错误，B、D 正确.第 4 页 考题二 氢原子光谱与能级(1)能级假设：氢原子EnE1n2(n为量子数).(2)跃迁假设：吸收或释放能量hEmEn(mn)(3)轨道假设：氢原子rnn2r1(n为量子数)(1)原子跃迁时，所吸收或释放光子能量只能等于两能级之间能量差.(2)原子电离时，所吸收能量可以大于或等于某一能级绝对值.(3)一群氢原子处于量子数为n激发态时，可能辐射光子种类NC 2nnn12.(4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级能量值均为负值

6、.例 2 如图 5 所示是氢原子能级图，大量处于n4 激发态氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出 6 种不同频率光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n2 能级跃迁时释放光子，那么()图 5 n4 激发态跃迁到基态时产生 n4 能级氢原子电离至少要 0.85 eV 能量 D.在 6 种光子中，n4 能级跃迁到n1 能级释放光子康普顿效应最明显 解析 巴耳末系是指氢原子由高能级向n2 能级跃迁时释放光子，大量处于n4 激发态氢原子向低能级跃迁时，可以从n4 跃迁到n第 5 页 2，可以从n3 跃迁到n2，可知产生 6 种光子中有 2 种属于巴尔末系，故 A 正确；从n4 跃迁到基态时，辐射光子能

7、量最大，波长最短，故 B 错误；n4 能级，氢原子具有能量为0.85 eV，可知使n4 能级氢原子电离至少要 0.85 eV 能量，故 C 正确；在 6 种光子中，n4 跃迁到n1 能级，光子能量最大，康普顿效应最明显，故 D 正确.应选 A、C、D.答案 ACD 变式训练 4.如图 6 所示为氢原子四个能级，其中E1为基态，假设一群氢原子A处于激发态E2，一群氢原子B处于激发态E3，B从E3跃迁到E2所发出光波长为1，A从E2跃迁到E1所发出光波长为2.普朗克常量为h，真空中光速为c，其中两个能量差E3E2_，假设B从E3直接跃迁到E1所发出光波长为_.图 6 答案 hc1 1212 解析

8、由玻尔理论可知，E3E2hc1 因hc1hc2hc3可得：31212.5.在探究光电效应实验中，用光照射某种金属，测得该金属外表有光电子逸出最大入射光波长为0.假设用氢原子发出光照射该金属，氢原第 6 页 子从能级 3 跃迁到能级 2 时发出光可使该金属发生光电效应，但从能级 4 跃迁到能级 3 发出光不能使该金属发生光电效应.氢原子能级如图 7 所示，真空中光速为c.那么以下说法正确是()图 7 c0 B.该金属逸出功大于 0.66 eV C.当用氢原子从能级 5 跃迁到能级 3 发出光照射该金属时，该金属一定会发生光电效应 D.当用氢原子从其他能级跃迁到能级 1 发出光照射该金属时，该金属

9、一定会发生光电效应 答案 ABD 解析 由题知该金属极限频率为c0，故 A 正确；由题知该金属逸出功大于从能级 4 跃迁到能级 3 发出光子能量，故该金属逸出功大于 0.66 eV，故 B 正确；由题知从能级 3 跃迁到能级 2 时发出光可使该金属发生光电效应，故该金属逸出功小于 1.89 eV，当用氢原子从能级 5跃迁到能级 3 发出光照射该金属时，该金属不一定会发生光电效应，故C错误；当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出光照射该金属时，发出光子能量大于等于 10.20 eV，那么该金属一定会发生光电效应，故 D 正确.应选 A、B、D.6.如图 8 所示为氢原子光谱中三条谱线，对这三条谱线

10、描述中正确是()第 7 页 图 8 D.每条谱线对应核外电子绕核旋转一条轨道，任一谱线频率等于电子做圆周运动频率 答案 C 解析 根据Ehhc，故甲谱线光子能量最大，故 A 错误；谱线是电子由激发态向基态跃迁发出，而电子由基态向激发态跃迁需要吸收光子，故 B 错误；丙谱线可以是电子在两个激发态间跃迁发出，故C 正确；电子跃迁时辐射光子频率等于能级差值，与电子绕核做圆周运动频率无关，故 D 错误.应选 C.考题三 核反响与核能(1)核反响过程一般不可逆，所以核反响方程中用“表示方向而不能用等号代替.(2)核反响方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反响前后总质量会发生质量亏损且释放能量.(3)核反响生

11、成物一定要以实验为根底，不能只依据两个守恒规律而凭空杜撰出生成物.(1)衰变实质：衰变为 211H210n42He，即 射线；衰变为10n11H 01e，即 射线，在 衰变或 衰变过程中放出 射线.(2)衰变快慢由原子核内部因素决定，与原子所处物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义.例 3 静止原子核 X，自发发生反响 XYZ，分裂成运动新核 Y 与第 8 页 Z，同时产生一对彼此向相反方向运动光子，光子能量均为E.X、Y、Z 质量分别为m1、m2、m3，真空中光速为c，求：(1)反响放出核能 E；(2)新核 Y 动能EkY.解析(1)由题知，质量亏损 mm1m2m3 由

12、爱因斯坦质能方程：Emc2，得：释放核能 E(m1m2m3)c2(2)由动量守恒定律知，初状态总动量为零 那么末状态两个新核动量大小相等，方向相反，有：m2v2m3v3 又由Ek12mv2p22m知，EkYEkZm3m2 由能量守恒得：新核 Y 动能 EkYm3m2m3(m1m2m3)c22E.答案(1)(m1m2m3)c2 (2)m3m2m3(m1m2m3)c22E 变式训练 238 92U 核经 衰变成为234 90234 90Th 核动能为多少 MeV(保存 1 位有效数字)答案 0.07 MeV 解析 由题意知，衰变衰变方程为：238 92U234 90Th42He 第 9 页 根据动

13、量守恒定律得：mvmThvTh 式中，m 与mTh 分别为 粒子与 Th 核质量，v 与vTh 分别为 粒子与 Th 核速度大小，由题设条件知 12mv 212mThvTh2Ek mmTh4234 式中Ek4.27 MeV 是 粒子与 Th 核总动能 由式得：12mThvTh2mmmThEk 代入数据得，衰变后234 90Th 核动能：12mThv 2Th0.07 MeV.8.核裂变与核聚变过程中能够放出巨大核能.核裂变中经常使用 235 92U 具有天然放射性，假设235 92U 经过 7 次 衰变与m次 衰变，变成207 82Pb，那么m_.核聚变中，最常见反响就是一个氘核与一个氚核结合成

14、一个氦核.氘核比结合能是 1.09 MeV；氚核比结合能是 2.78 MeV；氦核比结合能是 7.03 MeV，那么氢核聚变方程是_；一次氢核聚变释放出能量是_MeV.答案 4 21H31H42He10 解析 根据质量数与电荷数守恒，由235 92U207 82Pb742Hem 01e 得m4；同理，得核聚变方程为：21H31H42He10n；根据 Emc2，得一次氢核聚变释放出能量：E 7.034(2.7831.092)第 10 页 17.6 MeV.14 6C 被考古学家称为“碳钟，它可以用来判定古生物体年代.宇宙射线中高能量中子碰撞空气中氮原子后，就会形成不稳定14 6C，它容易发生 衰

15、变，变成一个新核，其半衰期为 5 730 年.该衰变核反响方程式为_.14 6C 生成与衰变通常是平衡，即生物机体中14 614 6C 含量只有活体中 25%，那么这具遗骸距今约有_年.答案 14 6C14 7N 01e 11 460 解析 根据电荷数与质量数守恒得：14 6C14 7N 01e，由，且T5 730年，得：t25 73011 460 年.专题标准练 1.卢瑟福利用 粒子轰击金箔实验研究原子构造，正确反映实验结果示意图是()答案 D 解析 实验结果是：离金原子核远 粒子偏转角度小，离金原子核近 粒子偏转角度大，正对金原子核 粒子被返回，故 A、B、C 错误，D 正确.2.(多项选

16、择)有关原子构造，以下说法正确是()C.玻尔提出原子模型，否认了卢瑟福原子核式构造学说 D.卢瑟福 粒子散射实验否认了汤姆孙关于原子构造“枣糕模型 答案 AD 解析 玻尔原子理论：(1)电子在一些特定可能轨道上绕核做圆周运第 11 页 动，离核越远能量越高；(2)可能轨道不连续；(3)当电子在这些可能轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收辐射是单频，辐射频率与能量之间关系为Eh.玻尔理论成功地说明了原子稳定性与氢原子光谱规律.故 A 正确；卢瑟福 粒子散射实验说明：(1)原子中绝大局部是空；(2)粒子受到较大库仑力作用；(

17、3)粒子在原子中碰到了比它质量大得多物体，否认了汤姆孙关于原子构造“枣糕模型，但不能说明原子内部存在带负电电子，也不能解释原子稳定性，故 B 错误，D 正确；玻尔提出原子模型，并没有否认卢瑟福原子核式构造学说，故 C 错误.3.(多项选择)氢原子能级图如图 1 所示，当氢原子从n3 能级跃迁到n2 能级时，辐射出光波长为 656 nm.以下判断正确是()图 1 n2 能级跃迁到n1 能级时，辐射出光波长大于 656 nm B.用波长为 325 nm 光照射，可使氢原子从n1 能级跃迁到n2能级 n3 能级上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 光照射，不能使氢原

18、子从n2 能级跃迁到n3 能级 答案 CD 解析 能级间跃迁辐射光子能量等于两能级间能级差，能级差越大，辐射光子频率越大，波长越小，A 错误；由EmEnh可知，B 错第 12 页 误，D 正确；根据 C233 可知，一群处于n3 能级上氢原子向低能级跃迁时，辐射光子频率最多有 3 种，C 正确；正确选项是 C、D.4.(多项选择)如图 2 是氢原子能级图，一群氢原子处于n3 能级，以下说法中正确是()图 2 B.这群氢原子发出光子中，能量最大为 10.2 eV n3 能级跃迁到n2 能级时发出光波长最长 答案 AC 解析 根据 C23n3 能级跃迁到n1 能级，辐射光子能量最大，En3 能级跃

19、迁到nn3 氢原子发生跃迁，吸收能量必须等于两能级能级差，故 D 错误.5.以下说法正确是()B.238 92U234 90Th42He 是核裂变反响方程 n3 能级跃迁到n2 能级，该氢原子放出光子，能量增加 D.将放射性元素温度降低，它半衰期会发生改变 答案 A 解析 太阳辐射能量主要来自太阳内部聚变反响，故A正确；238 92U234 90Th42n3 能级跃迁到n2 能级，该氢原子放出光子，能量减小少.故 C 错误.元素半衰期由原子核内部因素决定，与所处化学状态以及物理环境无关.故 D 错误.6.(多项选择)关于核衰变与核反响类型，以下表述正确有()A.238 92U234 90Th4

20、2He 是 衰变 第 13 页 B.14 7N42H17 8O11H 是 衰变 C.21H31H42He10n 是轻核聚变 D.8234Se8236Kr2 01e 是重核裂变 答案 AC 解析 A 中由于有 粒子放出，故为 衰变，选项 A 正确；B 是原子核人工转变方程，选项 B 错误；C 是轻核聚变方程，选项 C 正确；D中放射出电子，是 衰变方程，选项 D 错误.7.(多项选择)以下说法正确是()n3 能级跃迁到n1 能级时，要吸收光子 B.蓝光照射到某金属板外表时能够产生光电效应，那么换用强度较低紫光照射也可发生 D.核反响：235 92U10n141 56Ba9236KraX 中 X

21、为中子，a3 答案 BCD 解析 氢原子从n3 能级跃迁到n1 能级时，要放出光子，A 错；紫光频率比蓝光大，因此蓝光照射到某金属板外表时能够产生光电效应，紫光也可以，B 对；原子序数大于 83 原子核都具有放射性，C对，根据核电荷数与质量数守恒可知 D 正确，所以此题选择 B、C、D.8.以下说法正确是()答案 B 解析 元素半衰期是由元素本身决定与外部环境无关，故 A 错误；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，故 B 正确；第 14 页 卫星遥感工作原理与红外线夜视仪工作原理是一样.从高空对地面进展遥感摄影是利用红外线良好穿透能力，故 C 错误；由于核子结合为原子核时存在质

22、量亏损，故 D 错误；应选 B.9.质子、中子与氘核质量分别为m1、m2与m3.当一个质子与一个中子结合成氘核时，释放能量是(c表示真空中光速)()A.(m1m2m3)c B.(m1m2m3)c C.(m1m2m3)c2 D.(m1m2m3)c2 答案 C 解析 由质能方程 Emc2，其中 mm1m2m3，可得 E(m1m2m3)c2，选项 C 正确.10.(多项选择)光电效应实验结论是：对于某种金属()A.无论光强多强，只要光频率小于极限频率就不能产生光电效应 B.无论光频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C.超过极限频率入射光强度越弱，所产生光电子最大初动能就越小 D.超过极限频

23、率入射光频率越高，所产生光电子最大初动能就越大 答案 AD 解析 每种金属都有它极限频率c，只有入射光子频率大于等于极限频率c时，才会发生光电效应，且入射光强度越大那么产生光子数越多，光电流越强；由光电效应方程EkhW0hhc，可知入射光子频率越大，产生光电子最大初动能也越大，与入射光强度无关，所以 A、D 正确.11.(多项选择)在光电效应实验中，用频率为光照射光电管阴极，发第 15 页 生了光电效应，以下说法正确是()A.增大入射光强度，光电流增大 B.减小入射光强度，光电效应现象消失 光照射，一定不发生光电效应 光照射，光电子最大初动能变大 答案 AD 光照射光电管阴极，发生光电效应，用

24、频率较小光照射时，假设光频率仍大于或等于极限频率，那么仍会发生光电效应，选项 C 错误；根据hW012mv2可知，增加照射光频率，光电子最大初动能也增大，应选项 D 正确.EkhW0，下面理解正确是()A.用一样频率光照射同一金属，逸出所有光电子都具有一样初动能Ek UceW0 W0与极限频率c之间满足关系式W0 hc 答案 C 解析 用一样频率光照射同一金属，逸出光电子最大初动能Ekm都一样，选项 A 错误；Uce12mv 2m，选项 B 错误；逸出功W0与极限频率c之间满足关系式W0 hc，选项 C 正确；光电子最大初动能与入射光频率满足12mv 2mhW0，故光电子最大初动能与入射光频率

25、不是正比关系，选项 D 错误.第 16 页 13.如图 3 所示，用光子能量为 2.82 eV 紫光照射光电管中金属涂层时，毫安表指针发生了偏转，假设将电路中滑动变阻器滑片P向右移动到某一位置时，毫安表读数恰好减小到零，电压表读数为 1 V，那么该金属涂层逸出功约为()图 3 A.2.91019 J B.6.11019 J C.1.61019 J D.4.51019 J 答案 A 解析 假设将电路中滑动变阻器滑片PUe12mv2，根据光电效应方程可得W0E12mv2，U1 V，e1.61019 C，联立可得：W02.91019 J，A 正确.14.(多项选择)以下说法中正确是()B.光电效应与

26、康普顿效应深入提醒了光粒子性，前者说明光子具有能量，后者说明光子除了具有能量外还具有动量 C.放射性元素衰变快慢不受外界温度、压强影响，但如果以单质形式存在，其衰变要比以化合物形式存在快 答案 AB 解析 粒子散射实验否认了汤姆孙枣糕模型，从而以此为依据使卢瑟福建立了原子核式构造模型，选项 A 对.光电效应说明光粒子性证明光子具有能量，康普顿效应就是用光子碰撞过程动量守恒与能量守恒来解释光现象，选项 B 对.放射性元素衰变快慢不受外界温度、压强第 17 页 影响，不管以单质形式还是化合物形式衰变快慢都一样，选项 C 错.一对正负电子对湮灭后生成光子伴随着质量亏损，但是并不能否认质量守恒定律，因为损失质量以能量形式存在于光子中，选项 D 错.