(江苏专用)2019版高考物理大一轮复习第12单元原子物理课件学案练习(打包4套).zip
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第12单元 原子物理课时作业(三十)第30讲波粒二象性氢原子能级结构时间 / 40分钟基础巩固1.2017湖南岳阳二模 关于原子物理问题,下列说法中正确的是()A.一群处于n=3激发态的氢原子向较低能级跃迁,最多可放出两种不同频率的光子B.由于每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质C.实际上,原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是一定的D.粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的2.(多选)对光的认识,下列说法正确的是()A.个别光子的行为表现出粒子性B.大量光子的行为表现出粒子性C.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的D.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出粒子性时,就不再具有波动性了3.2017安徽黄山模拟 在“光电效应”实验中,用某一单色光照到某金属表面时,没有光电子从金属表面逸出,下列说法中正确的是()图K30-1A.增大照射光的频率,就一定发生光电效应B.增大照射光的强度,就一定发生光电效应C.延长照射光照射时间,就一定发生光电效应D.若照射光的频率大于该金属材料的极限频率,则能发生光电效应4.(多选)2017成都二诊 光伏发电是利用光电效应原理来工作的.目前,人类提高光伏发电效率的途径主要有两个方面:一是改变光源体发光谱带的频率,从而改变产生光电效应的光谱宽度;二是改变被照射金属材料的成分,从而改变其逸出功.下列提高光伏发电效率的途径正确的是()A.减小光源体发光谱带的频率B.增大光源体发光谱带的频率C.增大金属材料的逸出功D.减小金属材料的逸出功5.氢光谱在可见光的区域内有4条谱线,按照在真空中波长由长到短的顺序,这4条谱线分别是H、H、H和H,它们都是氢原子的电子从量子数大于2的可能轨道上跃迁到量子数为2的轨道时所发出的光.下列判断错误的是()A.电子处于激发态时,H所对应的轨道量子数大B.H的光子能量大于H的光子能量C.对于同一种玻璃,4种光的折射率以H为最小D.对同一种金属,若H能使它发生光电效应,则H、H、H都可以使它发生光电效应6.(多选)2017太原模拟 20世纪初,爱因斯坦提出光子理论,使得光电效应现象得以完美解释.玻尔的氢原子模型也是在光子概念的启发下提出的.关于光电效应和氢原子模型,下列说法正确的是()A.光电效应实验中,照射光足够强就可以有光电流B.若某金属的逸出功为W0,则该金属的截止频率为C.保持照射光强度不变,增大照射光频率,在单位时间内逸出的光电子数将减少D.氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量可以稍大于两能级间能量差技能提升7.(多选)2018河北衡水中学月考 如图K30-2所示为研究光电效应的实验装置示意图,闭合开关,滑片P处于滑动变阻器中央位置,当一束单色光照到此装置的金属表面K时,电流表有示数.下列说法正确的是()图K30-2A.若仅增大该单色光照射的强度,则光电子的最大初动能增大,电流表示数也增大B.无论增大照射光的频率还是增加照射光的强度,金属的逸出功都不变C.保持照射光频率不变,当强度减弱时,发射光电子的时间将明显增加D.若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,电流表示数增大8.2017长沙模拟 以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识,用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而形成多光子光电效应,这已被实验证实.光电效应实验装置示意图如图K30-3所示.用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应,换用同样频率为的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场.逐渐增大U,光电流会逐渐减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是(其中W为逸出功,h为普朗克常量,e为电子电荷量)()图K30-3A.U=C.U=2h-W D.U=9.2017湖北武昌调研 用如图K30-4所示的光电管研究光电效应,用某种频率的单色光a照射光电管阴极K,电流计G的指针发生偏转,而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时,电流计G的指针不发生偏转,那么()图K30-4A.a光的波长一定大于b光的波长B.增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转C.用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD.只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大10.(多选)2017太原模拟 图K30-5为氢原子的能级示意图.关于氢原子跃迁,下列说法中正确的是()图K30-5A.一个处于量子数n=5激发态的氢原子,它向低能级跃迁时,最多可产生10种不同频率的光子B.处于n=3激发态的氢原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离C.用12 eV的光子照射处于基态的氢原子,氢原子仍处于基态D.氢原子从高能级向低能级跃迁时,动能增大,电势能增大11.(多选)2017济南模拟 如图K30-6所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与照射光频率的关系图像.由图像可知()图K30-6A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于h0C.照射光的频率为20时,产生的光电子的最大初动能为ED.照射光的频率为时,产生的光电子的最大初动能为12.(多选)2017东北三校一联 如图K30-7所示为氢原子的能级示意图.氢原子可在下列各能级间发生跃迁,设从n=4能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为1,从n=4能级跃迁到n=2能级辐射的电磁波的波长为2,从n=2能级跃迁到n=1能级辐射的电磁波的波长为3,则下列关系式中正确的是()图K30-7A.13 B.32 D.13.(多选)图K30-8为氢原子的能级示意图,则下列对氢原子跃迁的理解正确的是()图K30-8A.由高能级向低能级跃迁时辐射出来的光子一定不能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应B.大量处于n=4能级的氢原子向n=1能级跃迁时,向外辐射6种不同频率的光子C.大量处于n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,用发出的光照射逸出功为3.34 eV的金属,从金属表面逸出的光电子的最大初动能为8.75 eVD.如果用光子能量为10.3 eV的光照射处于n=1能级的氢原子,则该能级的氢原子能够跃迁到较高能级14.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普朗克常量为h.下列说法中正确的是()A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波长为=C.加速电压U越大,电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子,衍射现象将更加明显挑战自我15.原子可以从原子间的碰撞中获得能量,从而发生能级跃迁(在碰撞中,动能损失最大的是完全非弹性碰撞).一个具有13.6 eV动能、处于基态的氢原子与另一个静止的、也处于基态的氢原子发生对心正碰.(1)能否使静止氢原子发生能级跃迁?(氢原子能级图如图K30-9所示)(2)若上述碰撞中可以使静止氢原子发生电离,则运动氢原子的初动能至少为多少?图K30-9课时作业(三十一)第31讲核反应、核能时间 / 40分钟基础巩固1.2017青岛模拟 下列说法正确的是()A.在核反应过程的前后,反应体系的质量数守恒,但电荷数不守恒B.用加温、加压或改变其化学状态的方法都不能改变放射性原子核的半衰期C.18个放射性元素的原子核经一个半衰期一定有9个发生了衰变D.由两种元素的原子核结合成一种新元素的原子核时,一定吸收能量2.2017石家庄二中模拟 下列说法正确的是()A.12C与14C是同位素,它们的化学性质并不相同B.核力是原子核内质子与质子之间的力,中子和中子之间并不存在核力C.在裂变反应Kr都大,但比结合能没有Kr大D.、三种射线都是带电粒子流3.(多选)下列说法中正确的是()A.放射性元素的半衰期与温度、压强无关B.玻尔理论认为,原子中的核外电子轨道是量子化的C.“原子由电子和带正电的物质组成”是通过卢瑟福粒子散射实验判定的D.天然放射性元素Th(钍)共经过4次衰变和6次衰变成为Pb(铅)4.2017太原模拟 我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑夜工作的需要,研制了一种小型核能电池,将核反应释放的核能转变为电能,需要的功率并不大,但要便于防护其产生的核辐射.请据此猜测“玉兔号”所用核能电池有可能采纳的核反应方程是()A. nB. nC. eD. n5.(多选) 2018黑龙江牡丹江一中月考 Pu衰变时释放巨大能量,如图K31-1所示,其衰变反应方程为He,并伴随光子辐射,则下列说法中正确的是()图K31-1A.核燃料总是利用比结合能小的核B.核反应中光子的能量就是Pu的结合能C. Pu核更稳定,说明U的结合能大D.由于U的比结合能小,所以衰变时释放巨大能量6.钚239Pu)可由铀239U)经过衰变而产生.下列说法正确的是()A. U的核内具有相同的中子数B. U的核内具有相同的质子数C. PuD. Pu技能提升7.2017广州二模 U的衰变有多种途径,其中一种途径是先衰成为Bi,然后可以经一次衰变成为X(X代表某种元素),也可以经一次衰变成为Ti,最后都变成Pb,衰变路径如图K31-2所示,下列说法中正确的是()图K31-2A.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变B.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变C.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变D.过程是衰变,过程是衰变;过程是衰变,过程是衰变8.2018西安铁一中月考 在正、负电子对撞机中,一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子.设正、负电子的质量在对撞前均为m,对撞前的动能均为E,光在真空中的传播速度为c,普朗克常量为h,则对撞后转化成光子的波长等于()A.C.9.(多选)2017湖南十校联考 核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应,释放出大量核能Kr+aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种,X是某种粒子,a是X粒子的个数,用mU、mBa、mKr分别表示Kr核的质量,mX表示X粒子的质量,c为真空中的光速,以下说法正确的是()A.X为中子,a=2B.X为中子,a=3C.上述核反应中放出的核能E=(mU-mBa-mKr-2mX)c2D.上述核反应中放出的核能E=(mU-mBa-mKr-3mX)c210.(多选)2018山西大学附中月考 科学家利用核反应获取氚,再利用氘和氚的核反应获得能量,核反应方程分别为:X+YHe+X+17.6 MeV.下列表述正确的是()A.X是中子B.Y的质子数是3,中子数是6C.两个核反应都没有出现质量亏损D.氘和氚的核反应是核聚变反应11.(多选)一静止的原子核A发生衰变后变成原子核B,已知原子核A、原子核B和粒子的质量分别为mA、mB和m,光速为c,反应释放的核能全部转化为粒子的动能,则()A.原子核B与粒子的速度之比为mBmB.原子核B与粒子的动能之比为mBmC.原子核B与粒子的动能之和为(mA-mB-m)c2D.原子核A比原子核B的中子数多2,质子数多212.(多选)2018武汉华师一附中月考 现有两动能均为E0=0.35 MeV的H核在一条直线上相向运动,两个H核发生对撞后能发生核反应,得到He核和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为He核的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数)()A.核反应方程为HB.核反应前后不满足能量守恒定律C.新粒子的动能约为3 MeVD. He核的动能约为1 MeV挑战自我13.静止的铀238U)经历一次衰变成为Th原子核,同时放出一个光子(频率为),已知粒子的质量为m.(普朗克常量为h,光速为c)(1)写出衰变方程.(2)若衰变后,粒子的速度为v,而Th原子核的运动方向恰好与粒子的速度方向相反,不考虑光子的动量,那么Th原子核的速度为多大?(3)如果核反应放出的能量全部转化为粒子的动能和光子的能量,那么该衰变发生的质量亏损m为多大?14.2017湖北黄石模拟 用速度大小为v的中子轰击静止的锂核Li),发生核反应后生成氚核和粒子.生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与粒子的速度之比为78,已知中子的质量为m,质子的质量可近似看作m,光速为c.(1)写出核反应方程;(2)求氚核和粒子的速度大小;(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为粒子和氚核的动能,求质量亏损.教师详解(作业手册)课时作业(三十)1.B解析 一群处于n=3激发态的氢原子向较低能级跃迁,可能放出三种不同频率的光子,故选项A错误;每种原子都有自己的特征谱线,故可以根据原子光谱来鉴别物质,故选项B正确;原子中的电子没有确定的轨道,在空间各处出现的概率是不一定的,故选项C错误.粒子散射实验揭示了原子的核式结构模型,认为电子绕核旋转,故选项D错误.2.AC解析 光是一种概率波,少量光子的行为易显示出粒子性,而大量光子的行为往往显示出波动性,A正确,B错误;光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的,而是光的一种属性,C正确;粒子性和波动性是光同时具备的两种属性,D错误.3.D解析 增大照射光的频率,若其不大于金属材料的极限频率,还是不会发生光电效应,选项A错误;光电效应是否产生与照射光频率有关,而与照射光强度无关,选项B错误;光电效应是否产生与照射光照射时间无关,选项C错误;只要照射光的频率大于该金属材料的极限频率,就能发生光电效应,选项D正确.4.BD解析 根据爱因斯坦的光电效应方程,h=W+mv2,最大初动能随照射光频率的增大而增大,随照射光频率的减小而减小,选项A错误,B正确;减小金属的逸出功,也能增大最大初动能,选项C错误,D正确.5.A解析 由E=h可知,波长大,光子能量小,故H光子能量最小,H光子能量最大,再由h=En-E2可知,H对应的轨道量子数最小,A错误.6.BC解析 发生光电效应的条件是照射光频率大于截止频率,并不是光足够强就能发生光电效应,故A错误;金属的逸出功W0=h,得=,故B正确;一定强度的照射光照射某金属发生光电效应时,照射光的频率越高,单个光子的能量值越大,光子的个数越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故C正确;氢原子由低能级向高能级跃迁时,吸收光子的能量等于两能级间能量差,故D错误.7.BD解析 若仅增大该单色光照射的强度,由于每个光子的能量不变,因此光电子的最大初动能不变,但单位时间内射出的光电子数增多,因此光电流增大,故选项A错误;逸出功由金属材料自身决定,与是否有光照无关,故B正确;发生光电效应不需要时间积累,只要照射光的频率大于极限频率即可,故选项C错误;若滑动变阻器滑片左移,则电压表示数减小,因为电压是反向电压,所以电压减小时,光电子更容易到达A极形成电流,电流表示数增大,故选项D正确.8.B解析 以从阴极K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得-Ue=0-,由光电效应方程得nh=+W(n=2,3,4,),联立解得U=(n=2,3,4,),故选项B正确.9.D解析 用一定频率的a单色光照射光电管时,电流计指针会发生偏转,知ac,a光的波长小于b光的波长,A错误;发生光电效应的条件是c,增加b光的强度不能使电流计G的指针发生偏转,B错误;发生光电效应时,电子从光电管左端运动到右端,而电流的方向与电子定向移动的方向相反,所以流过电流计G的电流方向是由c到d,C错误;增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大,D正确.10.BC解析 一个处于量子数n=5激发态的氢原子向低能级跃迁时,最多可产生4种不同频率的光子,选项A错误;当n=3时,氢原子的能量E3=-1.51 eV,所以处于n=3激发态的氢原子的电离能是1.51 eV,当该氢原子吸收具有1.87 eV能量的光子后被电离,选项B正确;根据玻尔理论,处于基态的氢原子不可能吸收该光子,所以氢原子仍处于基态,选项C正确;电子从高能级到低能级跃迁时,动能增大,电势能减小,选项D错误.11.ABC解析 由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0知,当=0时,-W0=Ek,故W0=E,A正确;而Ek=0时,h=W0,即W0=h0,B正确;照射光的频率为20时产生的光电子的最大初动能Ekm=2h0-h0=h0=E,C正确;照射光的频率为时,不会发生光电效应,D错误.12.AB解析 已知从n=4到n=1能级辐射的电磁波的波长为1,从n=4到n=2能级辐射的电磁波的波长为2,从n=2到n=1能级辐射的电磁波的波长为3,则1、2、3的关系为h,即,13,32,又h,即,则,选项A、B正确.13.BC解析 氢原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前、后两个能级的能量之差,当氢原子从高能级直接跃迁到基态时放出的光子的能量最小值为-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,大于3.34 eV,所以一定能使逸出功为3.34 eV的金属发生光电效应,A错误;大量处于n=4能级的氢原子向基态跃迁时,辐射光子的种数为=6,B正确;大量处于n=3能级的氢原子向n=1能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,用此光子照射逸出功为3.34 eV的金属,由爱因斯坦光电效应方程可得光电子的最大初动能为12.09 eV-3.34 eV=8.75 eV,C正确;当氢原子由低能级向高能级跃迁时,氢原子吸收的光子能量一定等于两能级之间的能量差,而由氢原子的能级图可知n=1能级与任何能级间的能量差都不等于10.3 eV,因此不能使n=1能级的氢原子跃迁到较高的能级,D错误.14.AB解析 能得到电子的衍射图样,说明电子具有波动性,A正确;由德布罗意波长公式=,可得=,B正确;由=可知,加速电压越大,电子的波长越小,衍射现象就越不明显,C错误;用相同动能的质子替代电子,质子的波长变小,衍射现象与电子相比更不明显,故D错误.15.(1)不能(2)27.2 eV解析 (1)设运动氢原子的速度为v0,发生完全非弹性碰撞后两者的速度为v,损失的动能E被静止氢原子吸收.若E=10.2 eV,则静止氢原子可由n=1能级跃迁到n=2能级.由动量守恒定律和能量守恒定律有mv0=2mvmv2+E=Ek=13.6 eV联立解得E=6.8 eV因为E=6.8 eV10.2 eV,所以不能使静止氢原子发生跃迁.(2)若要使静止氢原子电离,则E13.6 eV联立解得Ek27.2 eV.课时作业(三十一)1.B解析 核反应前后质量数守恒,电荷数也守恒,A错误;半衰期是宏观统计概念,C错误;核聚变释放能量,D错误.2. C解析 同位素的核外电子数量相同,所以一种元素的各种同位素都具有相同的化学性质,A错误;原子核内相邻的质子和中子之间均存在核力,B错误;核子数越多其结合能也越大,所以Kr都大,但Kr都小,C正确;射线、射线都是带电粒子流,而射线是电磁波,不带电,故D错误.3.AB解析 放射性元素的半衰期只与原子核自身有关,与温度、压强无关,故A正确;玻尔理论认为原子只能处在能量不连续的一系列状态,故B正确;通过卢瑟福粒子散射实验判定的是原子具有核式结构,并未判定原子由电子和带正电的物质组成,故C错误Pb时,质量数减小24,而质子数减小8,因衰变时质量数不变,质子数增加1,而衰变时质量数减小4,质子数减小2,所以要经过6次衰变和4次衰变,故D错误.4.C解析 A是聚变反应,反应剧烈,至今可控聚变反应还处于实验研究阶段;B是裂变反应,虽然实现了人工控制,但因反应剧烈,防护要求高,还不能小型化;C是人工放射性同位素的衰变反应,是小型核能电池主要采用的反应方式;D是人工核反应,需要高能粒子.5.AD解析 根据比结合能越大,越稳定,则核燃料总是利用比结合能小的核,故A正确.核反应中光子的能量就是质量亏损对应的能量,故B错误Pu更稳定,说明U的比结合能大,所以Pu衰变时,会释放巨大能量,故C错误,D正确.6.C解析 钚239Pu)和铀239U)质量数相同,质子数和中子数均不同,选项A、B错误Pu多两个中子,少两个质子Pu,选项C正确.7.B解析X,质量数没有发生变化,故为衰变Pb,质量数减少4,故为衰变Ti,电荷数减少2,故为衰变,过程的电荷数增加1,为衰变,故A、C、D错误,B正确.8.C解析 该反应方程为e2,由于光子的静止质量为零,所以质量亏损为m=2m,由质能方程,对应的能量为E=2mc2,根据能量守恒定律可知2h=2E+E,即有=2E+2mc2,所以光子在真空中的波长=,C正确.9.BC解析 核反应中质量数守恒、电荷数守恒,则知n,a=3,故A错误,B正确.由E=mc2可得,E=(mU+mX-mBa-mKr-3mX)c2=(mU-mBa-mKr-2mX)c2,故C正确,D错误.10.AD解析 根据核反应方程He+X,X的质量数m1=2+3-4=1,核电荷数z1=1+1-2=0,所以X是中子,故A正确;根据核反应方程X+YH,X是中子,所以Y的质量数m2=4+3-1=6,核电荷数z2=2+1-0=3,所以Y的质子数是3,中子数是3,故B错误;根据两个核反应方程可知,都有大量的能量释放出来,所以一定都有质量亏损,故C错误;氘和氚的核反应过程中是质量较小的核生成质量较大的新核,所以是核聚变反应,故D正确.11.CD解析 原子核A发生衰变,设原子核B和粒子的速度分别为vB和v,由动量守恒定律有0=mBvB-mv,则,A、B错误.由质能方程知原子核B和粒子的动能之和为E=mc2=(mA-mB-m)c2,C正确.由质量数守恒和电荷数守恒知,A比B质子数多2,中子数多2,D正确.12.CD解析 由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知n,则新粒子为中子n,A错误;核反应过程中有质量亏损,释放能量,仍然满足能量守恒定律,B错误;由题意可知E=(2.014 1 u2-3.016 0 u-1.008 7 u)931 MeV/u=3.3 MeV,根据核反应中系统的能量守恒有EkHe+Ekn=2E0+E,根据核反应中系统的动量守恒有pHe-pn=0,由Ek=,可知,解得EkHe=(2E0+E)1 MeV,Ekn=(2E0+E)3 MeV,C、D正确.13.(1He(2)v(3)解析 (1)由电荷数守恒和质量数守恒可得衰变方程为He.(2)设Th核的反冲速度为v0,由动量守恒定律得0=mv0-mv解得v0=v.(3)由能量守恒定律有+h=mc2解得m=.14.(1He(2)(3)解析 (1He(2)由动量守恒定律得mnv=-mHv1+mHev2由题意得v1v2=78解得v1=,v2=(3)氚核和粒子的动能之和为Ek=mv2释放的核能为E=Ek-Ekn=mv2由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为m=13第12单元 原子物理高考热点统计要求2014年2015年2016年2017年高考基础要求及冷点统计光电效应35(1)35(1)35(1)19氢原子光谱()氢原子的能级结构、能级公式()放射性同位素()射线的危害与防护()氢原子光谱、放射性同位素、射线的危害与防护属于了解类知识,一般不会单独出题;氢原子的能级结构和能级公式属于难点、冷点.爱因斯坦光电效应方程35(1)35(1)35(1)19原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期35(1)35(1)35(1)35(1)15核力、核反应方程35(1)35(1)结合能、质量亏损35(1)1715裂变反应和聚变反应、裂变反应堆35(1)35(1)17考情分析1.从近几年高考试题来看,高考对本章内容的考查涉及的考点较多,具有不确定性.考题可能根据某一考点命题,也可以同时涉及多个考点,题型为选择题的几率很高,很少出现计算题.2.从整体命题趋势上看,高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路,仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点,在2019届高考复习中应多加关注.第30讲波粒二象性氢原子能级结构一、光电效应1.光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫作光电效应,发射出来的电子叫作.2.爱因斯坦光电效应方程(1)光子说:空间传播的光的能量是不连续的,是一份一份的,每一份叫作一个光子.光子的能量为=,其中h是普朗克常量,其值为6.6310-34 Js.(2)光电效应方程:.其中h为入射光的能量,Ek为光电子的最大初动能,W0是金属的逸出功.二、光的波粒二象性1.光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有性.2.光电效应和康普顿效应说明光具有性.3.光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的性.三、玻尔理论与氢原子的能级1.玻尔理论 (1)定态:原子只能处于一系列的能量状态中,在这些能量状态中原子是的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.(2)跃迁:原子从一种定态跃迁到另一种定态时,它辐射或吸收一定频率的光子,光子的能量由这两个定态的能量差决定,即h=.(h是普朗克常量,h=6.6310-34 Js)(3)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道绕核运动相对应.原子的定态是的,因此电子的可能轨道也是的.2.氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1=eV.(2)氢原子的半径公式:rn=(n=1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.5310-10 m.(3)氢原子的能级图:能级图如图30-1所示.图30-1【思维辨析】(1)电子枪发射电子的现象就是光电效应.()(2)不同的金属对应着相同的极限频率.()(3)核外电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.()(4)核外电子可以吸收或放出任意频率的光子.()【思维拓展】玻尔的氢原子能级理论成功解释了氢原子光谱不连续的特点,解释了当时出现的“紫外灾难”.该理论也可解释其他原子光谱现象吗?考点一对光电效应的理解1.光电效应的实质光子照射到金属表面,某个电子吸收光子的能量后动能变大,当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时,便飞出金属表面成为光电子.光电效应现象中,每个电子只能吸收一个光子的能量.2.对光电效应规律的解释(1)光照射金属时,电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后,动能立即增大,不需要积累能量的过程.(2)电子从金属表面逸出,首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功W).要使入射光子的能量不小于W,对应频率c=为极限频率.(3)光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大.(4)入射光越强,单位时间内入射到金属表面的光子数越多,产生的光电子数越多,射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大.3.概念辨析4.用图像表示光电效应方程(1)最大初动能Ek与入射光频率的关系图线如图30-2所示.图30-2(2)由图线可以得到的物理量:极限频率:图线与轴交点的横坐标c.逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E.普朗克常量:图线的斜率k=h.1 (多选)2017全国卷 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Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb式题 (多选)2017湖北八校一联 如图30-3甲所示,在“光电效应”实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随照射光频率变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是()图30-3A.因为不同材料的逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的Uc-图像的斜率可能不同 要点总结分析光电效应问题抓住两条对应关系和三个关系式(1)两条对应关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大.光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大.(2)三个关系式爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0.最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc.逸出功与极限频率的关系:W0=h0.考点二光的波粒二象性1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:(1)从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2)从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和明显的衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象,贯穿本领越强.(3)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现出粒子性.(4)波动性与粒子性的统一:由光子的能量E=h,光子的动量p=表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成微观概念中的粒子.2.概率波与物质波(1)概率波:光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此光波是一种概率波.(2)物质波:任何一个运动着的物体,小到微观粒子,大到宏观物体,都有一种波与它对应,其波长=,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.2 能够证明光具有波粒二象性的现象是()A.光电效应和康普顿效应B.光的衍射和光的色散C.光的折射和透镜成像D.光的干涉和康普顿效应式题 (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有()A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等考点三能级的分析与计算1.氢原子跃迁条件氢原子跃迁条件h=Em-En只适用于光子和氢原子作用而使氢原子在各定态之间跃迁的情况.对于光子和氢原子作用而使氢原子电离时,只要入射光的能量E13.6 eV,氢原子就能吸收光子的能量,对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时,实物粒子的能量大于或等于能级差即可.2.氢原子跃迁时能量的变化(1)氢原子能量:En=Ekn+Epn=,随n增大而增大,其中E1=-13.6 eV.(2)电子动能:电子绕氢原子核运动时库仑力提供向心力,即k,所以Ek=随r增大而减小.(3)电势能:通过库仑力做功判断电势能的增减.当轨道半径减小时,库仑力做正功,电势能减小;反之,轨道半径增大时,电势能增加.3.光谱线条数(1)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数为N=.(2)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n-1).3 如图30-4所示为氢原子的能级图,以下判断正确的是()图30-4A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子B.欲使处于基态的氢原子被激发,可用能量为12.09 eV的光子照射C.当氢原子从n=5能级跃迁到n=3能级时,要吸收光子D.用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为6.34 eV)时不能发生光电效应式题1 (多选)2017山西太原模拟 氢原子的能级图如图30-5所示,已知可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV.下列说法正确的是()图30-5A.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,可能发出可见光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.一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多能发出3种不同频率的光式题2 氢原子的能级图如图30-6所示.氢原子从n=3能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子,恰能使某种金属产生光电效应,则该金属的截止频率为Hz;用一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属,产生的光电子最大初动能为eV.(普朗克常量h=6.6310-34 Js,结果均保留2位有效数字)图30-6第31讲核反应、核能一、原子核与衰变1.原子核的组成:原子核是由和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的.2.天然放射现象(1)天然放射现象元素地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现,说明具有复杂的结构. (2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫.具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是、射线、射线.(4)放射性同位素:有放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出粒子或粒子,变成另一种的变化称为原子核的衰变.(2)分类衰变XY+.衰变XY+.(3)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的、状态无关.二、核力与核能1.核力核子间的作用力.核力是力,作用范围在1.510-15 m之内,只在相邻的核子间发生作用.2.核能(1)结合能:核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时的能量,叫作原子核的结合能,亦称核能.(2)比结合能:定义:原子核的结合能与之比,称作比结合能,也叫平均结合能.特点:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=,原子核的质量比组成它的核子的质量和小m,这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能E=.三、裂变与聚变1.重核裂变(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.(2)链式反应条件:裂变物质的体积临界体积.(3)典型的裂变方程n.(4)裂变的应用:原子弹、核反应堆.2.轻核聚变(1)定义:两个轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程.(2)条件:使核发生聚变需要几百万度以上的高温,因此聚变又叫.(3)典型的聚变方程n.(4)聚变的应用:氢弹.【思维辨析】(1)天然放射现象说明原子是可分的.()(2)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.()(3)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个.()(4)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.()【思维拓展】核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题,都有哪些方法可以求核反应中的能量呢?【物理学史】1896年,法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射现象.1897年,英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在.1898年,居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性,并由此发现了“镭”.1911年,卢瑟福公开粒子散射实验结论,建立原子核式结构模型.1919年,卢瑟福首次实现人工核反应,用粒子轰击氮核,结果打出了“质子”.1932年,英国物理学家查德威克从粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”.考点一核反应方程1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发He衰变自发e人工转变人工控制H(卢瑟福发现质子)n(查德威克发现中子)n约里奥居里夫妇发现放射性同位素及正电子e重核裂变比较容易进行人工控制nn轻核聚变除氢弹外无法控制n2.关于核反应的三点说明(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.(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)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒),核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化.1 2017天津卷 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是()图31-1A.nB.HC.nD.n式题 下列有关原子结构和原子核的认识,正确的是()A.射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.Bi的半衰期是5天,100克Bi经过10天后还剩下50克考点二对天然放射现象的理解1.衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程Hee衰变实质2个质子和2个中子结合成氦核nHe1个中子转化为1个质子和1个电子e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.三种射线的比较射线名称比较项目射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e-e0质量4mp静止质量为零符号Hee速度0.1c0.99cc垂直进入电场或磁场的偏转情况偏转偏转不偏转贯穿本领最弱较强最强对空气的电离作用很强较弱很弱说明 射线是伴随着衰变或衰变产生的,射线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时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子.2 2017全国卷 一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为He.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式题 实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图31-2所示,则轨迹1为的轨迹,轨迹2是的轨迹,磁场方向.图31-2考点三核能的计算1.对质能方程的理解(1)质能方程E=mc2给出了物体的能量和质量之间的关系,质量为m的物体具有的总能量为mc2,质量和能量不能互相转化.(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”,即物体的质量(这里指动质量)越大,能量越多,反之物体的质量越小,能量也越少;当物体放出能量时,满足E=mc2.2.求核能的三种方法:(1)根据E=mc2计算.若m的单位是 kg,计算时,c的单位是 m/s,E的单位是J;若m的单位是原子质量单位u, 利用1 u相当于931.5 MeV,用E=m931.5 MeV进行计算,E的单位是MeV,1 MeV=1.610-13 J.(2)根据比结合能计算.原子核的结合能=比结合能核子数.(3)结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算,此时要注意动量与动能关系式p2=2mEk的应用.温馨提示 利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算.3 2017全国卷 大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是H的质量为2.013 6 u,n的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7 MeVB.3.3 MeVC.2.7 MeVD.0.93 MeV式题 太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为一个氦核的热核反应,这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.(mp=1.007 3 u,m=4.001 5 u,me=0.000 55 u,太阳的质量为21030 kg)(1)这一核反应能释放出多少能量?(2)已知太阳每秒释放能量为3.81026 J,则太阳每秒减小的质量为多少?(3)若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行,则太阳上的热核反应还能发生多少年?考点四核反应中的动量守恒问题(1)核反应过程遵循能量守恒定律:在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能;有光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量.一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能.(2)核反应过程遵循动量守恒定律:即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量.(3)解决核反应与动量及能量综合的问题时,首先应用质能方程求出核反应释放出的核能,其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程,最后联立求解.4 2017北京卷 在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次衰变.放射出的粒子He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R.用m、q分别表示粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核反应方程.(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小.(3)设该衰变过程释放的核能都转为粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损m.式题1 海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源.两个氘核的核反应方程为n,其中氘核的质量为2.013 0 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u.(1 u相当于931.5 MeV)(1)求核反应中释放的核能.(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.式题2 (多选)2018武汉一中月考 云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性.放射性元素的原子核A静止放在磁感应强度B=2.5 T的匀强磁场中,该原子核发生衰变,放射出粒子并变成新原子核B,放射出的粒子与新核运动轨迹如图31-3所示,测得两圆的半径之比R1R2=421,且R1=0.2 m.已知粒子质量m=6.6410-27 kg,粒子质量m=9.110-31 kg,普朗克常量h取6.610-34 Js,下列说法正确的是()图31-3A.新原子核B的核电荷数为84B.原子核A发生的是衰变C.衰变放出的粒子的速度大小为2.4107 m/sD.如果原子核A衰变时释放出一种频率为1.21015 Hz的光子,那么这种光子能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应教师详解(听课手册)第十二单元原子物理第30讲波粒二象性氢原子能级结构【教材知识梳理】核心填空一、1.光电子2.(1)h(2)Ek=h-W0二、1.波动2.粒子3.波粒二象三、1.(1)不连续稳定(2)Em-En(3)不连续不连续2.(1)-13.6(2)n2r1思维辨析(1)()(2)()(3)()(4)()思维拓展玻尔的氢原子能级理论本身是以经典理论为基础,其理论又与经典理论相抵触.它只能解释氢原子的光谱,在解决其他原子的光谱上就遇到了困难,如把理论用于非氢原子时,理论结果与实验不符,且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度.这些缺陷主要是由于把微观粒子(电子、原子等)看作是经典力学中的质点,从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨道概念)而导致的.【考点互动探究】考点一例1BC解析 由光电效应方程可知Ek=h-W0,该动能又会在遏止电压下恰好减为零,则eU=h-W0,其中W0为逸出功,同种金属的W0相同.若ab,则UaUb,故A错误;若ab,根据Ek=h-W0,可得EkaEkb,故B正确;若UaUb,根据Ek=eU,可得Ekab,根据Ek=h-W0可知h-Ek=W0,由于是照射到同种金属上,逸出功W0相同,故D错误.变式题ABC解析 不同的材料有不同的逸出功,所以遏止电压Uc不同,选项A正确;由爱因斯坦光电效应方程得h=W0+Ek,故选项B正确;在照射光的频率大于极限频率的情况下,发射出的光电子数与照射光的强度成正比,光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同,选项C正确;由Ek=h-h0=eUc,可得Uc=(-0),故图线的斜率为相同的常数,选项D错误.考点二例2D解析 光的干涉、光的衍射和光的折射现象证明了光的波动性,光电效应和康普顿效应证明了光的粒子性.变式题AB解析 黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释,普朗克用能量子理论分析,结果与事实完全相符,选项C错误;由于Ek=mv2,p=mv,因此p=,质子和电子动能相等,但质量不等,故动量p也不等,根据德布罗意波长=可知,二者的德布罗意波长不同,选项D错误.考点三例3B解析 氢原子跃迁时,辐射或吸收一定频率的光子,选项A错误;用能量为12.09 eV的光子照射时,n=1能级与n=3能级能量之差为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,所以能发生跃迁,选项B正确;氢原子从高能级跃迁到低能级时放出光子,选项C错误;氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量E=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV6.34 eV,而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功,故可以发生光电效应,选项D错误.变式题1AC解析 由于E3=-1.51 eV,紫外线的能量大于可见光的光子的能量,即E紫E-E3=1.51 eV,故可以使处于n=3能级的氢原子电离,A正确;大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为1.51 eV,小于可见光的光子的能量,B错误;大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出=6种不同频率的光,C正确;一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能发出(3-1)=2种不同频率的光,D错误.变式题22.910150.66 解析 氢原子在能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能量差,氢原子从n=3能级直接向n=1能级跃迁辐射出的光子的能量为E=E3-E1=12.09 eV,因所放出的光子恰能使某种金属产生光电效应,则有h0=12.09 eV,解得0=2.91015 Hz.当光子能量等于金属的逸出功时,恰好发生光电效应,所以该金属的逸出功W0=12.09 eV,氢原子从n=4能级向低能级跃迁所放出的光子能量最大为hm=13.60 eV-0.85 eV=12.75 eV,根据光电效应方程得光电子的最大初动能Ekm=hm-W0=12.75 eV-12.09 eV=0.66 eV.1.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时,有光电流产生.下列说法正确的是()A.保持照射光的频率不变,照射光的强度变大,饱和光电流变大B.照射光的频率变高,饱和光电流变大C.照射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持照射光的光强不变,不断减小照射光的频率,始终有光电流产生解析 AC根据光电效应实验得出的结论,保持照射光的频率不变,照射光的强度变大,饱和光电流变大;照射光的频率变高,饱和光电流不变,故A正确,B错误.根据爱因斯坦光电效应方程得,照射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,故C正确.不断减小照射光的频率,若其低于截止频率,则没有光电流产生,故D错误.2.(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性,下列事实中突出体现波动性的是()A.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析 ACD干涉、衍射是波的特有现象,选项A、C正确;射线在云室中穿过会留下清晰的径迹不能反映波动性,选项B错误;电子显微镜利用了电子束波长短的特性,选项D正确.3.(多选)氢原子能级图如图所示,当氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()A.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时,辐射光的波长小于656 nmB.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级C.一群处于n=3能级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n=2能级跃迁到n=3能级解析 ACD根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时,释放的能量为=-3.4-(-13.6)1.610-19 J,解得辐射光的波长=122 nm656 nm,因此选项A正确;根据发生跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子,可知选项B错误,选项D正确;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种不同频率的光子,所以选项C正确.4.如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零.调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零.把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,逸出功及电子到达阳极时的最大动能分别为()A.1.5 eV,0.6 eVB.1.7 eV,1.9 eVC.1.9 eV,2.6 eVD.3.1 eV,4.5 eV解析 C对图甲,用光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则说明能发生光电效应,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零,则说明电子不能到达阳极,由动能定理知,最大初动能Ek=eU=0.6 eV,由光电效应方程h=Ek+W0,知W0=1.9 eV;对图乙,当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能Ek=Ek+eU=0.6 eV+2 eV=2.6 eV,故C正确.5.1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图,下列说法错误的是 ()A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性解析 C亮条纹是电子到达概率大的地方,该实验说明物质波理论是正确的,说明实物粒子具有波动性,但该实验不能说明光子具有波动性,选项C错误,A、B、D正确.6.用频率为的光照射光电管阴极时,产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图所示,Uc为遏止电压.已知电子电荷量为-e,普朗克常量为h,求:(1)光电子的最大初动能Ekm;(2)该光电管发生光电效应的极限频率c.答案 (1)eUc(2)-解析 (1)光电子在光电管内减速,由动能定理有-eUc=-Ekm光电子的最大初动能Ekm=eUc.(2)由光电效应方程得Ekm=h-W其中逸出功W=hc解得c=-.第31讲核反应、核能【教材知识梳理】核心填空一、1.质子质子数2.(1)自发原子核(2)放射性(3)射线(4)天然3.(1)原子核(2e(3)物理化学二、1.短程2.(1)释放吸收(2)核子数越稳定3.mc2mc2三、1.(2)大于或等于(3)102.(2)热核反应(3He思维辨析(1)()(2)()(3)()(4)()思维拓展1.根据质能方程E=mc2,注意:这里质量单位要用 kg,能量单位用J.2.利用原子质量单位u和电子伏特计算,1 u=1.66010-27 kg,1 eV=1.610-19 J,1 u相当于931.5 MeV.3.根据能量守恒定律和动量守恒定律计算核能.【考点互动探究】考点一例1A解析n是核聚变反应方程,A正确H是原子核的人工转变反应方程,B错误n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程,C错误;n是铀核裂变的反应方程,D错误.变式题B解析 射线是光子流,选项A错误;太阳辐射能量主要来源于核聚变,选项C错误;100 g g=25 g,选项D错误.考点二例2B解析 衰变过程动量守恒,生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向,根据Ek=,可知衰变后钍核的动能小于粒子的动能,所以B正确,A错误;半衰期是一半数量的铀核衰变需要的时间,C错误;衰变过程放出能量,质量发生亏损,D错误.变式题电子新核垂直于纸面向里解析 带电粒子在磁场中只受洛伦兹力,洛伦兹力充当向心力,即qvB=m,则半径R=.衰变过程动量守恒,而qR新,所以轨迹1为电子的轨迹,轨迹2是新核的轨迹.由左手定则可以判断,磁场方向垂直于纸面向里.考点三例3B解析 氘核聚变反应的质量亏损m=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由爱因斯坦质能方程可得释放的核能E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,选项B正确.变式题(1)24.78 MeV(2)4.2109 kg(3)4.4109年解析 (1)太阳内部的核反应方程为e这一核反应的质量亏损m=4mp-m-2me=0.026 6 u释放的能量E=mc2=0.026 6931.5 MeV24.78 MeV.(2)由E=mc2得,太阳每秒减少的质量m= kg4.2109 kg.(3)太阳的质量为21030 kg,太阳上的热核反应还能发生的时间t= s1.41017s=4.4109年.考点四例4(1He(2)(3)解析 (2)设粒子的速度大小为v,由qvB=m,T=,得粒子在磁场中运动周期T=环形电流大小I=(3)由qvB=m,得v=设衰变后新核Y的速度大小为v,系统动量守恒,得Mv-mv=0则v=由mc2=mv2得m=说明:若利用M=m解答,亦可.变式题1(1)2.14 MeV(2)2.13 MeV0.71 MeV解析 (1)核反应中的质量亏损为m=2mH-mHe-mn由E=mc2可知释放的核能E=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV.(2)把两个氘核作为一个系统,碰撞过程系统的动量守恒,由于碰撞前两氘核的动能相等,其动量等大反向,因此反应后系统的总动量为零,即mHevHe+mnvn=0反应前后系统的总能量守恒,即=E+2EkH又因为mHemn=31所以vHevn=13解得EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV.变式题2ACD解析 轨迹呈现外切,所以放射出的粒子带正电,即发生衰变,B错误;因为两圆的半径之比R1R2=421,R=,又衰变过程动量守恒,可得新原子核B的核电荷数为84,所以A正确;由R1=,得v=2.4107 m/s,所以C正确;根据E=h可得,光子的能量为E光=7.9210-19 J,钨的逸出功为W逸=4.541.610-19 J7.2610-19 J,光子能量大于钨的逸出功,故钨能发生光电效应,所以D正确.1.下列核反应方程中,属于衰变的是()A. HB. HeC. nD. n解析 B选项B属于衰变,选项A属于人工转变,选项C属于轻核聚变,选项D属于重核裂变,所以选项B正确.2.(多选)2017江苏卷 原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线,下列判断正确的有()A.He核的结合能约为14 MeVB.Li核更稳定C.两个He核时释放能量D.Kr核中的大解析 BC结合能等于比结合能乘以核子数,故He核的结合能约为28 MeV,A错误;由图像可知Li核的比结合能,故B正确;两个He核,结合能增加,故一定存在质量亏损,故要释放能量,C正确Kr核中的,故D错误.3.2017湖北武汉五月模拟 下列说法正确的是()A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了光子说B.康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时发现,有些散射波的波长比入射波的波长略大C.由H可知,在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气,几天后将有氧气生成D.由HH+2.2 MeV可知,用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时,氘核将分解为一个质子和一个中子解析 B普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说,选项A错误;核反应不同于化学反应,选项C错误;核反应方程不可逆,选项D错误.4.图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹,气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里,则可判断径迹为a、b的粒子带电,径迹为c、d的粒子带电,所以径迹为a、b的是粒子,径迹为c、d的是粒子.答案 正负 解析 磁感应强度方向垂直于纸面向里,根据左手定则推知,径迹为a、b的粒子带正电,径迹为c、d的粒子带负电,而粒子带正电,粒子带负电.5.2015海南卷 运动的原子核X放出粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和粒子的质量分别是M、m1和m2,真空中的光速为c,粒子的速度远小于光速.求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能.答案 (M-m1-m2)c2解析 设运动的原子核的速度为v1,放出的 粒子速度为v2,由质量亏损可得=(M-m1-m2)c2由动量守恒定律得Mv1=m2v2联立解得 Ek=18
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