高考物理大一轮复习第12单元原子物理学案.doc

1 / 17【2019【2019 最新最新】精选高考物理大一轮复习第精选高考物理大一轮复习第 1212 单元原子物理学案单元原子物理学案2014 年2015 年2016 年2017 年 高考热点统计要求高考基础要求 及 冷点统计光电效应35 (1)35 (1)35 (1)19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.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.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 6.63×10-34 J·s. (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=6.63×10-34 J·s) 2 / 17(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=0.53×10-10 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.3 / 171 (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 a>b,则一定有 Uab,则一定有 Eka>Ekb C.若 Uab,则一定有 ha-Eka>hb-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 30-3 A.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 / 17(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5 / 17(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 30-4 A.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 30-5 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,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=6.63×10-34 J·s,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+ . 6 / 17 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 1.5×10-15 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” .7 / 17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 变自发He衰 变 衰 变自发eH(卢瑟福发现质子)n(查德威克发现中子)n人工转变人工控制e约里奥居里夫妇发现 放射性同位素及正电子n重核裂变比较容易进行 人工控制 n轻核聚变除氢弹外无法 控制n 2.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8 / 171. 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.9 / 17(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=m×931.5 MeV 进行计算,E 的单位是 MeV,1 MeV=1.6×10-13 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 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.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 2×1030 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 3.8×1026 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.10 / 17(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=6.64×10-27 kg, 粒子质量m=9.1×10-31 kg,普朗克常量 h 取 6.6×10-34 J·s,下列说法正确的是( ) 图 31-3 A.新原子核 B 的核电荷数为 84 B.原子核 A 发生的是 衰变 C.衰变放出的粒子的速度大小为 2.4×107 m/s D.如果原子核 A 衰变时释放出一种频率为 1.2×1015 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)n2r111 / 17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 1 BC 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 a>b,则 Ua>Ub, 故 A 错误;若 a>b,根据 Ek=h-W0,可得 Eka>Ekb,故 B 正确;若 Uab,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 2 D 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 3 B 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 eV>6.34 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 1 AC 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12 / 17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 2 2.9×1015 0.66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=2.9×1015 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 nm B.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)×1.6×10-19 J,解得辐射光的波长 =122 nmR 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 3 B 解析 氘核聚变反应的质量亏损 m=2.013 6 u×2-3.015 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 5×931 MeV3.3 MeV, 选项 B 正确. 变式题 (1)24.78 MeV (2)4.2×109 kg (3)4.4×109 年解析 (1)太阳内部的核反应方程为 e15 / 17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 6×931.5 MeV24.78 MeV. (2)由 E=mc2 得,太阳每秒减少的质量m= kg4.2×109 kg. (3)太阳的质量为 2×1030 kg,太阳上的热核反应还能发生的时间t= s1.4×1017s=4.4×109 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 MeV 0.71 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=3116 / 17所以 vHevn=13 解得 EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV.变式题 2 ACD 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=2.4×107 m/s,所以 C 正确;根据E=h 可得,光子的能量为 E 光=7.92×10-19 J,钨的逸出功为 W 逸=4.54×1.6×10-19 J7.26×10-19 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( )17 / 17A.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=