通用高考物理大二轮复习与增分策略专题八波粒二象性原子和原子核中学教育高考_中学教育-高考.pdf
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1、专题八 波粒二象性 原子和原子核 专题定位 高考对本专题内容考查的重点和热点有:原子能级跃迁和原子核的衰变规律;核反应方程的书写、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.应考策略 由于本专题内容琐碎,考查点多,因此复习时应抓住主干知识,梳理出知识点,进行理解性记忆.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,可能辐射出的光谱线条数:NC2nnn12.2.原子核的衰变 衰变类型 衰变 衰变 衰变方程 AZXA4Z2Y42He AZXAZ1Y 01e 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
2、电子 211H 210n42He 10n11H 01e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒 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)质量亏损:组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差,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极限频率,入射光的频率必须大于这个频率,才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光的频率增大而增大.(3)入射光照射到
3、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,光电流的强度与入射光的强度成正比.5.光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量h和逸出功W0的关系为:12mv2hW0.(2)极限频率cW0h.解题方略 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
4、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负值.图 2 例 1 (多选)(2016全国乙卷35(1)改编)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生.下列说法正确的是()A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生 解析 在发生光电效应时,饱和光电流大小由光照强度来决定,与频率无关,光照强度越大饱和光电流越大,因此 A正确,B错误;根据EkhW0可知,对于同一光电管,逸出功W0不变,当频率变
5、高时,最大初动能Ek变大,因此 C正确;由光电效应规律可知,当频率低于截止频率时无论光照强度多大,都不会有光电流产生,因此 D错误.答案 AC 类复习精品资料欢迎下载形近字组词姓名俏峭普谱沾粘稻蹈尖尘佛拂装宾妆滨杆秆泛眨悦锐饲伺徒陡壁臂延州诞洲泡咆甚湛蓝篮黎犁悔诲盘盆则侧副幅响晌采悉驼驮棉绵哀衰慰蔚赛塞具俱博搏愤喷扛杠犯范享哼试拭型形匆葱绊拌罐梭捷睫氏纸登瞪段断宵霄精品资料欢迎下载形近字组词度渡愈偷晓饶稠绸尚淌淹掩既溉练炼冶治塌榻隆窿吨纯然燃缺缸在再竟竞曾增僧冰咏泳逢蓬篷常裳赏睛睛蜻庭挺蜓秀透绣掏淘陶犹忧优争挣睁掠凉谅晾缓暖援克刻该载栽裁戴抄欢迎下载一多音字组词姓名似杆载卷圈禁钻累曾应倒缝降教
6、间便重撒假传模奔调处难喷挨都大系漂没扁量划曲乐弹空角塞的得着和参尽差担盛闷精品资料欢迎下载二反义词一照样子写一写动静得吞祥攻进始呼是爱我还能写出两个我预测 1(多选)在光电效应实验中,用同一种单色光,先后照射锌和银的表面,都能产生光电效应.对于这两个过程,下列四个物理量中,一定不同的是()A.遏制电压 B.饱和光电流 C.光电子的最大初动能 D.逸出功 答案 ACD 解析 不同的金属具有不同的逸出功,遏制电压为UchW0e,光电子的最大初动能为EkhW0,饱和光电流由单位时间内入射光子数决定,综上可知 A、C、D正确.预测 2(多选)用如图 3 所示的装置研究光电效应现象.当用光子能量为 2.
7、75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应,电流表 G的示数不为零;移动变阻器的触头c,发现当电压表的示数大于或等于 1.7 V 时,电流表示数为 0,则下列说法正确的是()图 3 A.光电子的最大初动能始终为 1.05 eV B.光电管阴极的逸出功为 1.05 eV C.当滑动触头向a端滑动时,反向电压增大,电流增大 D.改用能量为 2.5 eV 的光子照射,移动变阻器的触头c,电流表 G中也可能有电流 答案 BD 解析 由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知,同种金属的逸出功相同,所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量,A错误.当电压表示数大于或等于 1.7 V 时,电流表无示数,说明遏
8、止电压为 1.7 V,由eU12mv2,可求得光电管的逸出功为 1.05 eV,B正确.若光的频率不变,反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流,C错误.当入射光频率超过截止频率,且反向电压小于遏止电压,电路中就会有电流,D正确.预测 3(多选)用某单色光照射金属钛表面,发生光电效应.从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图 4 所示.则下列说法正确的是()类复习精品资料欢迎下载形近字组词姓名俏峭普谱沾粘稻蹈尖尘佛拂装宾妆滨杆秆泛眨悦锐饲伺徒陡壁臂延州诞洲泡咆甚湛蓝篮黎犁悔诲盘盆则侧副幅响晌采悉驼驮棉绵哀衰慰蔚赛塞具俱博搏愤喷扛杠犯范享哼试拭型形匆葱绊拌罐梭捷睫氏纸登瞪段断宵霄
9、精品资料欢迎下载形近字组词度渡愈偷晓饶稠绸尚淌淹掩既溉练炼冶治塌榻隆窿吨纯然燃缺缸在再竟竞曾增僧冰咏泳逢蓬篷常裳赏睛睛蜻庭挺蜓秀透绣掏淘陶犹忧优争挣睁掠凉谅晾缓暖援克刻该载栽裁戴抄欢迎下载一多音字组词姓名似杆载卷圈禁钻累曾应倒缝降教间便重撒假传模奔调处难喷挨都大系漂没扁量划曲乐弹空角塞的得着和参尽差担盛闷精品资料欢迎下载二反义词一照样子写一写动静得吞祥攻进始呼是爱我还能写出两个我图 4 A.钛的逸出功为 6.631019 J B.钛的极限频率为 1.01015 Hz C.光电子的最大初动能为 1.01018 J D.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 答案 AB 解析 当最大初动能为零时,
10、入射光的频率等于金属的极限频率,则c1.01015 Hz,可知逸出功W0hc6.631019 J,故 A、B正确.入射光的频率越大,光电子的最大初动能越大,根据该图无法得出光电子的最大初动能,故 C错误.由图可知,光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不是正比关系,故 D错误.解题方略 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
11、.2.原子的核式结构模型(1)在原子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 EnE1n2(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).例 2 (多选)如图 5 所示为氢原子的能级图.用光子能量为 13.06
12、eV的光照射一群处于基态的氢原子,下列说法正确的是()类复习精品资料欢迎下载形近字组词姓名俏峭普谱沾粘稻蹈尖尘佛拂装宾妆滨杆秆泛眨悦锐饲伺徒陡壁臂延州诞洲泡咆甚湛蓝篮黎犁悔诲盘盆则侧副幅响晌采悉驼驮棉绵哀衰慰蔚赛塞具俱博搏愤喷扛杠犯范享哼试拭型形匆葱绊拌罐梭捷睫氏纸登瞪段断宵霄精品资料欢迎下载形近字组词度渡愈偷晓饶稠绸尚淌淹掩既溉练炼冶治塌榻隆窿吨纯然燃缺缸在再竟竞曾增僧冰咏泳逢蓬篷常裳赏睛睛蜻庭挺蜓秀透绣掏淘陶犹忧优争挣睁掠凉谅晾缓暖援克刻该载栽裁戴抄欢迎下载一多音字组词姓名似杆载卷圈禁钻累曾应倒缝降教间便重撒假传模奔调处难喷挨都大系漂没扁量划曲乐弹空角塞的得着和参尽差担盛闷精品资料欢迎下载
13、二反义词一照样子写一写动静得吞祥攻进始呼是爱我还能写出两个我 图 5 A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光 B.氢原子可能辐射出 10 种不同波长的光 C.氢原子从n4 的能级向n3 的能级跃迁时辐射光的波长最短 D.辐射光中,光子能量为 0.31 eV 的光波长最长 解析 氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光.故 A 错误;因为(13.6 13.06)eV 0.54 eV,知氢原子能够跃迁到第 5 能级,根据 C2510 知可能观测到氢原子辐射的不同波长的光有 10 种.故 B正确;从n5 能级跃迁到n1 能级辐射的光子能量最大,波长最短.故 C错误;从n5 能级跃迁到n4 能级辐射的光子
14、能量最小,波长最长.光子能量为E5E4 0.54(0.85)eV0.31 eV.故 D正确.答案 BD 预测4(多选)1913年丹麦物理学家玻尔把微观世界中的物理量取分立值的观念应用到原子系统,提出了新的原子结构,下列有关玻尔的原子结构的说法正确的是()A.原子核外电子的运行轨道半径只能是一些特定的值 B.电子在定态轨道上运动时会向外辐射电磁波 C.玻尔的原子模型能解释氢原子光谱,但不能解释氦原子光谱 D.玻尔的原子模型否定了卢瑟福的原子模型 答案 AC 预测 5(多选)下列的若干叙述中,正确的是()A.黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关 B.对于同种金属产生光电效应时,逸出光电子的最大初
15、动能与照射光的频率成线性关系 C.一块纯净的放射性元素的矿石,经过一个半衰期以后,它的总质量仅剩下一半 D.按照玻尔理论,氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,电子的动能减小,原子的能量也减小了 答案 AB 解析 由黑体辐射规律可知,辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关,故 A正确;根据光电效应方程EkhW0可知,逸出光电子的最大初动能Ek与照射光的频率成线类复习精品资料欢迎下载形近字组词姓名俏峭普谱沾粘稻蹈尖尘佛拂装宾妆滨杆秆泛眨悦锐饲伺徒陡壁臂延州诞洲泡咆甚湛蓝篮黎犁悔诲盘盆则侧副幅响晌采悉驼驮棉绵哀衰慰蔚赛塞具俱博搏愤喷扛杠犯范享哼试拭型形匆葱绊拌罐梭捷睫氏纸登
16、瞪段断宵霄精品资料欢迎下载形近字组词度渡愈偷晓饶稠绸尚淌淹掩既溉练炼冶治塌榻隆窿吨纯然燃缺缸在再竟竞曾增僧冰咏泳逢蓬篷常裳赏睛睛蜻庭挺蜓秀透绣掏淘陶犹忧优争挣睁掠凉谅晾缓暖援克刻该载栽裁戴抄欢迎下载一多音字组词姓名似杆载卷圈禁钻累曾应倒缝降教间便重撒假传模奔调处难喷挨都大系漂没扁量划曲乐弹空角塞的得着和参尽差担盛闷精品资料欢迎下载二反义词一照样子写一写动静得吞祥攻进始呼是爱我还能写出两个我性关系,故 B正确;经过一个半衰期以后,有一半的质量发生衰变,但产生新核,故 C错误;氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时,库仑力对电子做负功,所以动能变小,电势能变大(动能转为电势能),而因
17、为吸收了光子,总能量变大.故 D错误.预测 6(多选)氢原子能级如图 6 所示,当氢原子从n3 能级跃迁到n2 能级时,辐射光的波长为 656 nm.以下判断正确的是()图 6 A.氢原子从n2 能级跃迁到n1 能级时,辐射光的波长大于 656 nm B.用波长为 325 nm 的光照射,可使氢原子从n1 能级跃迁到n2 能级 C.一群处于n3 能级上的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 的光照射,不能使氢原子从n2 能级跃迁到n3 能级 答案 CD 解析 能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差,能级差越大,辐射的光子频率越大,波长越小,A 错误;由Em
18、Enh可知,B 错误,D 正确;根据 C233 可知,C 正确.解题方略 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110 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.类复习精品资料欢迎下载形近字组词姓名俏峭普谱沾粘稻蹈尖尘佛拂装宾妆滨杆秆泛眨悦锐饲伺徒
19、陡壁臂延州诞洲泡咆甚湛蓝篮黎犁悔诲盘盆则侧副幅响晌采悉驼驮棉绵哀衰慰蔚赛塞具俱博搏愤喷扛杠犯范享哼试拭型形匆葱绊拌罐梭捷睫氏纸登瞪段断宵霄精品资料欢迎下载形近字组词度渡愈偷晓饶稠绸尚淌淹掩既溉练炼冶治塌榻隆窿吨纯然燃缺缸在再竟竞曾增僧冰咏泳逢蓬篷常裳赏睛睛蜻庭挺蜓秀透绣掏淘陶犹忧优争挣睁掠凉谅晾缓暖援克刻该载栽裁戴抄欢迎下载一多音字组词姓名似杆载卷圈禁钻累曾应倒缝降教间便重撒假传模奔调处难喷挨都大系漂没扁量划曲乐弹空角塞的得着和参尽差担盛闷精品资料欢迎下载二反义词一照样子写一写动静得吞祥攻进始呼是爱我还能写出两个我(3)把重核分裂成质量较小的核,释放出核能的反应,称为裂变;把轻核结合成质量较大
20、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:14 7N42He17 8O11H 查德威克发现中子的核反应方程为:94Be42He126C10n 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:2713Al42He3015P10n,3015P3014Si01e 例 3 (2016全国甲卷35(1)在下列描述核过程的方程中,属于 衰变的是_,属于 衰变的是_,属于裂变的是_,属于聚变的是_.(填正确答案标号)A.14 6
21、C14 7N 01e B.3215P3216S 01e C.238 92U234 90Th42He D.14 7N42He17 8O11H E.235 92U10n140 54Xe9438Sr210n F.31H 21H42He10n 解析 衰变的反应物只有一个,生成物有42He 或 01e;重核裂变的反应物是重核和中子,生成中等质量的核并再次放出多个中子;轻核聚变是轻核合成为中等质量的核,故属于 衰变的是 C;属于 衰变的是 A、B;属于裂变的是 E;属于聚变的是 F.答案 C AB E F 预测 7(多选)下列说法中正确的是()A.质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量 B.226 88
22、Ra(镭)衰变为222 86Rn(氡)要经过 1 次 衰变 C.射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流 D.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所需要的时间 答案 BD 解析 质子与中子结合成氘核有质量亏损,释放能量,故 A错误;核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒,故 B 正确;射线是原子核中的中子转化为质子时产生的,故 C错误;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所需要的时间,故 D正确.类复习精品资料欢迎下载形近字组词姓名俏峭普谱沾粘稻蹈尖尘佛拂装宾妆滨杆秆泛眨悦锐饲伺徒陡壁臂延州诞洲泡咆甚湛蓝篮黎犁悔诲盘盆则侧副幅响晌采悉驼驮棉绵哀衰
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