【物理】2019届一轮复习人教版 波粒二象性原子与原子核 学案

【物理】2019届一轮复习人教版 波粒二象性原子与原子核 学案

‎（一）三年考试命题分析 ‎（二）必备知识与关键能力与方法 ‎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，最多可能辐射出的光谱线条数：N＝C＝.‎ ‎2．原子核的衰变 衰变类型 α衰变 β衰变 衰变方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰变实质 ‎2个质子和2个中子结合成一整体射出 中子转化为质子和电子 ‎2H＋2n→He n→H＋e 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：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．注意质量数与质量是两个不同的概念．‎ ‎(3)质能方程：E＝mc2，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，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应．‎ ‎(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)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s.‎ ‎(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小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hν和逸出功W0的关系为：E ＝hν－W0.‎ ‎(2)极限频率νc＝.‎ ‎（三）命题类型剖析 命题类型一：光电效应与光的粒子性 例1.入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光强度减弱，而频率不变，则(　　)‎ A．有可能不发生光电效应 B．逸出的光电子的最大初动能将减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 D．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 ‎【答案】C 深入剖析 ‎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E ＝hν－W0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1所示)，直线的斜率为h，直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc，直线与E 轴交点的物理意义是逸出功的负值．‎ 图1‎ ‎2．如图所示，N为金属板，M为金属 ，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，己知金属板的逸出功为4.8 eV.现分别用不同频率的光照射金属板(各光子的能量已在图上标出)，则下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．A图中无光电子射出 B．B图中光电子到达金属 时的动能大小为1.5 eV C．C图中的光电子能到达金属 ‎ D．D图中光电子到达金属 时的最大动能为3.5 eV ‎【答案】AB ‎【解析】因入射光的能量3.8 eV小于金属板的逸出功4.8 eV，依据光电效应发生条件，不能发生光电效应，故A正确；因入射光的能量为4.8 eV(等于金属板的逸出功4.8 eV)，因此光电子逸出时的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属 的动能为1.5 eV，故B正确；入射光的能量为5.8 eV，大于金属板的逸出功4.8 eV，依据光电效应方程E ＝hν－W0，逸出来的光电子最大初动能为1.0 eV，根据动能定理，知光电子不能到达金属 ，故C错误；逸出的光电子最大初动能为：E m＝E光－W0＝6.8 eV－4.8 eV＝2.0 eV，到达金属 时最大动能为2.0 eV－1.5 eV＝0.5 eV，故D错误． ‎ 命题类型二：原子结构和能级跃迁 例2.如图3为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.25 eV的金属钾，下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短 B．这群氢原子能发出2种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最小 C．金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为9.84 eV D．金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为12.86 eV ‎【答案】C 深入剖析 ‎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α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α粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用α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．‎ ‎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 rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)‎ ‎(2)能量量子化 原子只能处于一系列不连续的能量状态 En＝(n＝1,2,3，…)‎ ‎(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hν＝Em－En(m>n)．‎ ‎3．关于原子结构，下列说法错误的是(　　)‎ A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流 B．卢瑟福α粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动 C．各种原子的发射光谱都是连续谱 D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型 ‎【答案】C ‎【解析】各种原子的发射光谱都是明线光谱．‎ ‎4．关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是(　　)‎ A．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力 B．电子绕核运动的轨道半径是任意的 C．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些特定值 D．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等于电子绕核运动的频率 ‎【答案】A ‎5．原子从A能级跃迁到B能级时吸收波长为λ1的光子；原子从B能级跃迁到C能级时发射波长为λ2的光子．已知λ1>λ2，那么原子从A能级跃迁到C能级时将要(　　)‎ A．发出波长为λ1－λ2的光子 B．发出波长为的光子 C．吸收波长为λ1－λ2的光子 D．吸收波长为的光子 ‎【答案】B ‎【解析】由λ1>λ2知ν1<ν2，A到B吸收光子的能量小于B到C辐射光子的能量，故A跃迁到C放出能量，AC间能级差EA－EC＝h－h＝h，得λ3＝.‎ 命题类型三：核反应和核能的计算 例3．有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是(　　)‎ A．居里夫人最先发现天然放射现象 B．伦琴射线的发现揭示了原子具有核式结构 C．在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关 D．在衰变方程Pu→X＋He＋γ中，X原子核的质量数是234‎ ‎【答案】C 深入剖析 ‎1．α射线、β射线、γ射线之间的区别 名称 α射线 β射线 γ射线 实质 氦核流 电子流 光子 速度 约为光速的 约为光速的 光速 ‎99 ‎ 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 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E＝mc2或ΔE＝Δmc2.‎ ‎(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的核，释放出核能的反应，称为聚变．‎ ‎(4)核能的计算：①ΔE＝Δmc2，其中Δm为核反应方程中的质量亏损；②ΔE＝Δm×931.5 MeV，其中质量亏损Δm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：‎ N＋He→O＋H 查德威克发现中子的核反应方程为：‎ Be＋He→C＋n 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：‎ Al＋He→P＋n，P→Si＋e ‎7．核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线，下列说法正确的是(　　)‎ A．碘131释放的β射线由氦核组成，β衰变的方程是I→Xe＋e B．碘131释放的β射线是电子流，β衰变的方程是I→Xe＋e C．与铯137相比，碘131衰变更慢，且铯133和铯137含有相同的质子数 D．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量 ‎【答案】BD ‎8．核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少，我国在完善核电安全基础上将加大核电站建设．核泄漏中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌的风险．已知钚的一种同位素Pu的半衰期为24 100年，其衰变方程为Pu→X＋He＋γ，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．衰变发出的γ射线是波长很短的光子，穿透能力很强 B．X原子核中含有92个中子 C．8个Pu经过24 100年后一定还剩余4个 D．由于衰变时释放巨大能量，根据E＝mc2，衰变过程总质量不变 ‎【答案】A ‎【解析】衰变发出的γ射线是频率很大的电磁波，具有很强的穿透能力，不带电．故A正确；根据电荷数守恒和质量数守恒得，X的电荷数为92，质量数为235，则中子数为235－92＝143.故B错误；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用．故C错误；在衰变的过程中，根据质能方程知，有能量放出，则有质量亏损，不过质量数不变，故D错误． ‎ ‎9．以下有关近代物理内容的若干叙述正确的是(　　)‎ A．比结合能越小，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 B．光电效应和康普顿效应深入揭示了光的粒子性，前者表明光子具有能量，后者表明光子既具有能量，也具有动量 C．某原子核经过一次α衰变和两次β衰变后，核内中子数减少6个 D.Bi的半衰期是5天，12 g Bi经过15天后衰变了1.5 g Bi ‎【答案】B