江苏省扬州市2017届高三物理二轮复习讲义-选修3-5 专题复习

江苏省扬州市2017届高三物理二轮复习讲义-选修3-5 专题复习

选修3-5 动量 波粒二像性 原子结构与原子核 ‎ 扬大附中 高三备课组 一．考试内容范围及要求 共计13个考点加一个选修实验 ‎77．动量 动量守恒定律（Ⅰ）‎ ‎78．弹性碰撞和非弹性碰撞（只限于一维碰撞）（Ⅰ）‎ ‎79．原子核式结构模型（Ⅰ）‎ ‎80．氢原子光谱 原子的能级（Ⅰ）‎ ‎81．原子核的组成（Ⅰ）‎ ‎82．原子核的衰变 半衰期（Ⅰ）‎ ‎83．放射性同位素 放射性的应用于防护（Ⅰ）‎ ‎84．核力与结合能 质量亏损（Ⅰ）‎ ‎85．核反应方程（Ⅰ） ‎ ‎86．裂变反应 聚变反应 链式反应（Ⅰ）‎ ‎87．普朗克能量子假说 黑体和黑体辐射（Ⅰ）‎ ‎88．光电效应（Ⅰ）‎ ‎89．光的波粒二象性 物质波（Ⅰ）‎ 实验十三．验证动量守恒定律 二．近三年高考题回顾 ‎（一）2016年江苏高考 ‎(1)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用．下列属于放射性衰变的是＿＿＿＿．‎ ‎(A)‎ ‎(B)‎ ‎(C)‎ ‎(D)‎ ‎(2)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为ν的光子的动量为＿＿＿．用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为＿＿．‎ ‎(3)几种金属的逸出功W0见下表：‎ 金属 钨 钙 钠 钾 铷 W0(×10－19J)‎ ‎7.26‎ ‎5.12‎ ‎3.66‎ ‎3.60‎ ‎3.4l 用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应．已知该可见光的波长范围为4．0×10－7～7．6×10－7m，普朗克常数h＝6．63×10－34J·s.‎ 答案：(1)A ‎(2)　　2‎ ‎(3)光子的能量　　‎ 取λ＝4.0×10－7m，则E≈5．0×10－19J 根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应．‎ ‎（二）2015年江苏高考 ‎（1）波粒二象性时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 ‎（2）核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，是常用的核燃料。受一个中子轰击后裂变成和两部分，并产生_____个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要_________（选填“大于”或者“小于”）它的临界体积。‎ ‎（3）取质子的质量，中子的质量，粒子的质量，光速，请计算粒子的结合能，（计算结果保留两位有效数字）‎ 答案： (1)AB ‎ (2)3 大于 ‎（3）组成粒子的核子与粒子的质量差 ‎ 结合能 ‎ 代入数据得 ‎（三）2014年江苏高考 ‎ (1 ) 已知钙和钾的截止频率分别为 7.73 ×1014Hz 和 5.44 ×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的　 ▲　 .‎ ‎　　( A) 波长 ( B) 频率 ( C) 能量 ( D) 动量 ‎(2 ) 氡 222 是一种天然放射性气体，被吸入后会对人的呼吸系统造成辐射损伤. 它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一.其衰变方程是▲　　. 已知的半衰期约为 3 . 8 天,则约经过　 ▲　 天，16g 的 衰变后还剩 1g.‎ ‎(3 ) 牛顿的《 自然哲学的数学原理》 中记载, A、 B 两个玻璃球相碰,碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为 15 ： 16 . 分离速度是指碰撞后 B 对 A 的速度,接近速度是指碰撞前 A 对 B 的速度. 若上述过程是质量为 2 m 的玻璃球 A 以速度 v0 碰撞质量为 m 的静止玻璃球 B,且为对心碰撞,求碰撞后 A、B 的速度大小.‎ 答案：(1)A ‎ (2) 15.2‎ ‎(3) 设碰撞后两球的速度分别为v1和v2‎ 根据动量守恒定律有：2mv0＝2mv1＋mv2‎ 根据题意有：＝‎ 联立以上两式解得：v1＝，v2＝‎ 三．高频考点 衰变规律 光电效应 动量守恒 光子动量 光子能量 物质波 ‎3‎ ‎3‎ ‎3‎ ‎2‎ ‎2‎ ‎2‎ 半衰期 黑体辐射 原子核结构 核能 链式反应 ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎1‎ 四．知识点整理 考点77：动量 动量守恒定律 ‎1．动量与动量的变化量 ‎（1）动量：物体的质量和速度的乘积叫动量，计算公式p=mυ，单位是kg·m/s。动量是矢量，方向与速度的方向相同。‎ ‎（2）动量的变化量：Δp=Δp2-Δp1=mΔυ，也是矢量。‎ ‎【典型例题】‎ 例1．（2016上海卷，22A.）如图，粗糙水平面上，两物体A、B以轻绳相连，在恒力F作用下做匀速运动。某时刻轻绳断开，A在F牵引下继续前进，B最后静止。则在B静止前，A和B组成的系统动量_________（选填：“守恒”或“不守恒“）。在B静止后，A和B组成的系统动量 。（选填：“守恒”或“不守恒“）‎ ‎　　解答：守恒；不守恒 ‎【变式训练】‎ ‎1．对于质量不变的同一物体，下面叙述正确的是（ ）‎ A．动能相等时，动量必然相同 B．动量相同时，动能必然相同 ‎ C．动能发生变化时，动量必有变化 D．动量发生变化时，动能必有变化 解答：BC ‎2．一个质量是为0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动则碰撞前后钢球的动量各是多少？碰撞前后钢球的动量变化了多少？‎ ‎ 解答：0.6kg.m/s，-0.6kg.m/s，-1.2kg.m/s ‎2.动量守恒定律 ‎（1）内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。‎ ‎（2）动量守恒定律的适用条件 ‎① 系统不受外力或系统所受外力之和为零。‎ ‎ ② 系统所受的外力之和虽不为零，但比系统内力小得多。如碰撞问题中的摩擦力，爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多，可以忽略不计。‎ ‎③ 系统某一方向不受外力或所受外力的矢量和为零，或外力远小于内力，则系统该方向的动量守恒 ‎（3）牛顿运动定律只适用于宏观低速领域，而动量守恒定律是一个独立的实验定律，它适用于目前为止物理学研究的所有领域。‎ ‎【典型例题】‎ 例2．如图所示，一质量为M的平板车B放在光滑水平面上，在其右端放一质量为m的小木块A，M＝5m，A、B间存在摩擦，现给A和B以大小相等、方向相反的初速度v0，使A开始向左运动，B开始向右运动，最后A不会滑离B，求A、B最后的速度大小和方向．‎ 解答：由动量守恒可知：Mv0－mv0＝(M＋m)v，得：v＝v0‎ 将M＝5m代入上式可得：v＝v0，方向向右．‎ 答案　v0　方向向右,‎ 例3．如图所示，在水平光滑直导轨上，静止着三个质量均为m＝1 kg的小球A、B、C.现让A球以vA＝4 m/s的速度向右、B球以vB＝2 m/s的速度向左同时相向运动，A、B两球碰撞后粘合在一起继续向右运动，再跟C球碰撞，C球的最终速度为vC＝1 m/s.求：‎ ‎(1)A、B两球跟C球相碰前的共同速度；‎ ‎(2)A、B两球跟C球相碰后的速度．‎ 解析　(1)对A、B两球由动量守恒定律得mAvA－mBvB＝(mA＋mB)v，‎ v＝＝ m/s＝1 m/s.‎ ‎(2)对AB和C由动量守恒定律得 mABv＝mABv1＋mCvC v1＝＝ m/s＝0.5 m/s.‎ 答案　(1)1 m/s　(2)0.5 m/s ‎ ‎ 例4．质量为M的小车，上面站着一个质量为m的人，以υ0的速度在光滑的水平面上前进。现在人用相对于地面速度大小为u水平向后跳出，求：人跳出后车的速度？‎ ‎ 解答：，向右 ‎【变式训练】‎ ‎3．如图所示，A、B两物体质量之比mA:mB=3:2，原来静止在平板小车C上，A、B间有一根被压缩的弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，则（ ）‎ A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统的动量守恒 B．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统的动量守恒 C．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成的系统的动量守恒 D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统的动量守恒 解答：BCD ‎4．将两条完全相同的磁铁(磁性极强)分别固定在质量相等的小车上，水平面光滑，开始时甲车速度大小为3m/s，乙车速度大小为2m/s，方向相反并在同一直线上，当乙车的速度为零时，甲车速度多大？方向如何？ ‎ 解答：1m/s，向右 ‎5．从地面竖直向上发射一枚礼花弹，当上升速度为30m/s时，距离地面高度为150m。恰好此时礼花弹炸开，分裂成在竖直方向运动的质量相等的两部分，其中一部分经5s落回发射点，求另一部分炸开时的速度。‎ ‎ 解答：65m/s ‎3．验证动量守恒定律实验 ‎（1）实验目的 ‎① 验证一维碰撞中的动量守恒．‎ ‎② 探究一维弹性碰撞的特点．‎ ‎（2）实验原理 在一维碰撞中，测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v′，找出碰撞前的动量p=m1v1＋m2v2，及碰撞后的动量p′=m1v1′＋m2v2′，看碰撞前后动量是否守恒．‎ ‎【典型例题】‎ 例5．气垫导轨(如图甲)工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为m的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为f．气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图乙所示为某次实验打出的、点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3．若题中各物理量的单位均为国际单位，那么碰撞前两滑块的动量大小分别为________、________，两滑块的总动量大小为________；碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次，若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．‎ 解答：0.2mfs1，0.2mfs3，0.2mf(s1－s3)，0.4mfs2‎ ‎【变式训练】‎ ‎6．某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动。他设计的装置如图（a）所示，在小车A后连着纸带，电磁打点计时器所用电源频率为50 Hz，长木板下垫着小木片以平衡摩擦力。‎ ‎⑴若已测得打点纸带如图（b）所示，并测得各计数点间距（已标在图示上），A为运动的起点，则应选 段来计算A碰前的速度，应选 段来计算A和B碰后的共同速度（以上两空选填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）。‎ ‎⑵已测得小车A的质量m1=0.4kg，小车B的质量为m2=0.2kg，则碰前两小车的总动量为 kg·m/s，碰后两小车的总动量为 kg·m/s。‎ 解答：⑴BC，DE ⑵0.420、0.417‎ ‎7．某同学把两块大小不同的木块用细线连接，中间夹一被压缩了的弹簧，如图所示。将这一系统置于光滑的水平桌面上，烧断细线，观察木块的运动情况，进行必要的测量，验证木块间相互作用时动量守恒．‎ ‎（1）该同学还必须有的器材是________________. ‎ ‎（2）需要直接测量的数据是________________．‎ ‎（3）用所得数据验证动量守恒的关系式是________________________________．‎ 解答：（1）刻度尺、天平 ‎（2）两木块的质量m1、m2和两木块落地点分别到桌子两侧边的水平距离x1、x2‎ ‎（3）m1x1＝m2x2‎ ‎8． (单选)在做“验证动量守恒定律”实验时，入射球a的质量为m1，被碰球b的质量为m2，小球的半径为r，各小球的落地点如图所示，下列关于这个实验的说法正确的是(　　)．‎ A．入射球与被碰球最好采用大小相同、质量相等的小球 B．让入射球与被碰球连续10次相碰，每次都要使入射小球从斜槽上不同的位置滚下 C．要验证的表达式是m1·ON＝m1·OM＋m2·OP D．要验证的表达式是m1·OP＝m1·OM＋m2·ON E．要验证的表达式是m1(OP－2r)＝m1(OM－2r)＋m2·ON 解答：　在此装置中，应使入射球的质量大于被碰球的质量，防止入射球反弹或静止，故A错；入射球每次必须从斜槽的同一位置由静止滚下，保证每次碰撞都具有相同的初动量，故B错；两球做平抛运动时都具有相同的起点，故应验证的关系式为：m1·OP＝m1·OM＋m2·ON，D对，C、E错．‎ 答案　D ‎ ‎ 考点78：弹性碰撞和非弹性碰撞 ‎4．碰撞、弹性碰撞和非弹性碰撞　‎ ‎（1）碰撞与爆炸过程的基本特点：①过程非常短；②是物体间的相互作用非常激烈；③物体间的平均作用力很大，即系统内力远大于系统外力。因此可以用动量守恒定律来处理这类问题。‎ ‎（2）分类 ‎① 弹性碰撞：碰撞过程中机械能不变，即碰撞前后系统总动能相等．‎ ‎ ② 非弹性碰撞：碰撞过程中机械能有损失，即碰撞后的机械能小于碰撞前的机械能．‎ ‎③ 完全非弹性碰撞：碰撞后物体粘在一块，具有共同的速度，这种碰撞系统动能损失最大．‎ ‎【典型例题】‎ 例6．A球的质量是m，B球的质量是2m，它们在光滑的水平面上以相同的动量运动．B在前，A在后，发生正碰后，A球仍朝原方向运动，但其速率是原来的一半，碰后两球的速率比vA′:vB′为(　　)．‎ A．1:2 B．1:3 C．2:1 D．2:3‎ 解答：　设碰前A球的速率为v，根据题意，pA＝pB，即mv＝2mvB，得碰前vB＝，碰后vA′＝，由动量守恒定律，有 mv＋2m×＝m×＋2mvB′，解得vB′＝v 所以＝＝.选项D正确．‎ 考点79：原子的核式结构模型 ‎5．原子的核式结构模型 ‎（1）电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙发现了电子，明确电子是原子的组成部分，揭开了研究原子结构的序幕．‎ ‎（2）α粒子散射实验 绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生较大偏转，极少数α粒子偏转角度超过90°，甚至达到180°。‎ ‎（3）原子的核式结构模型 ‎② 在原子中心有一个很小的核叫原子核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核高速旋转。‎ ‎③ 根据原子的核式结构，理论上可以推算出原子核的半径大小，其半径数量级为10-15m。‎ ‎【典型例题】‎ 例7．关于原子结构的认识历程，下列说法正确的有(　　)‎ A．汤姆生发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内 B．α粒子散射实验中少数α粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据 C．对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路 D．玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象，说明玻尔提出的原子定态概念是错误的 解答：B ‎【变式训练】‎ ‎ 9．卢瑟福的原子核式结构理论的主要内容有 (　　)‎ A．原子的中心有个核，叫做原子核 B．原子的正电荷均匀分布在整个原子中 C．原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里 D．带负电的电子在核外绕着核旋转 解答：ACD ‎　10．（2016上海卷，1）卢瑟福通过对α粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在 ‎　　（A）电子 （B）中子 （C）质子 （D）原子核 ‎　　解答：D 考点80：氢原子光谱 原子的能级 ‎6．玻尔理论 ‎（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，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hν = Em- En（h是普朗克常量，h=6.63×10-34J·s）‎ ‎（3）轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．‎ ‎（4）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：‎ ‎（5）对氢原子能级跃迁的理解 ‎① 原子从低能级向高能级跃迁：吸收一定能量的光子，当一个光子的能量 满足hν=E末-E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末-E初时都不能被原子吸收．‎ ‎② 原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．（如何计算能级差？正负应代入计算。）‎ ‎③ 当光子能量大于或等于13.6eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能．‎ ‎④ 原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En)，均可使原子发生能级跃迁．‎ ‎⑤ 跃迁时电子动能、原子势能与原子能量的变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小；反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大．‎ ‎【典型例题】‎ 例8．可见光光子的能量在1.62eV～3.11eV范围内，若氢原子从高能级跃迁到量子数为n的低能级的谱线中有可见光，根据氢原子能级图，可判断n为（ ）‎ A．1 B．2 C．3 D．4‎ 解答：B 例9．如图所示为氢原子最低的四个能级，当氢原子在这些能级间跃迁时：‎ ‎（1）有可能放出多少种能量的光子．‎ ‎（2）在哪两个能级间跃迁时，所放出光子波长最长？波长是多少？‎ ‎　解答：（1）N=6种．‎ ‎（2）氢原子由第4能级向第3能级跃迁时，能级差最小，辐射的光子波长最长．‎ 由hν＝E4－E3得：h＝E4－E3‎ 所以λ＝＝ m≈1.88×10－6 m.‎ 例10．如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是(　　)．‎ A．原子A可能辐射出3种频率的光子 B．原子B可能辐射出3种频率的光子 C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E4‎ D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4‎ 解答：　B ‎【变式训练】‎ ‎11．氢原子从一种定态跃迁到另一种定态（ ）‎ A．若氢原子吸收一个光子，则其电子的动能增大，轨道半径变小 B．若氢原子吸收一个光子，则其电子的动能减小，轨道半径变大 C．若氢原子放出一个光子，则其电子的动能增大，轨道半径变小 D．若氢原子放出一个光子，则其电子的动能减小，轨道半径变大 解答：BC ‎12．氢原子的核外电子由基态跃迁到n=2的激发态时，吸收的光子能量为E，若氢原子的核外电子从n=3的能级跃迁到n=2的能级时，释放的光子能量是 ．‎ 解答：5E/27‎ ‎13．如图所示，氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n=2的能级，辐射出能量为2.55eV的光子．问最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？请在图画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．‎ 解答：氢原子从n＞2的某一能级跃迁到n=2的能级，满足 ‎ hν=En-E2=2.55eV En＝hν＋E2＝－0.85 eV，所以n＝4.‎ 基态氢原子要跃迁到n＝4的能级，应提供：‎ ΔE＝E4－E1＝12.75eV 跃迁图见右图 考点81：原子核的组成 ‎7．质子的发现： 卢瑟福 N＋He → O＋H ‎ 中子的发现： 查德威克 He＋Be → C＋n ‎8．质量大且稳定的原子核，它的中子的数量 多于 质子的数量。‎ 考点82：原子核的衰变 半衰期 ‎9．原子核的衰变 ‎（1）天然放射现象 ‎① 元素自发地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核还具有复杂的结构．‎ ‎②放射性元素放射出的射线有三种，分别是α射线，β射线和γ射线，‎ ‎（2）原子核的衰变 ‎① 衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为α衰变，β衰变，并伴随着γ射线放出．‎ ‎② 半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间．‎ 半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态（如压强、温度等）或化学状态（如单质或化合物）无关．半衰期是一个具有统计意义上的物理量，半衰期的统计规律只适用于含有大量原子的样品．‎ ‎（3）衰变的实质 ‎① α衰变：2H+2n → He ‎② β衰变：n → H + e ‎10．三种射线：α射线，β射线和γ射线 ‎（1）α射线：α粒子是带 正 电的 He ，穿透能力弱，一张纸就能挡住它。‎ ‎（2）β射线：β粒子是带 负 电的e，穿透能力强，但几毫米厚的铝片就能挡住它。‎ ‎（3）γ射线：γ粒子是不带电的 电磁波 ，穿透能力极强，能穿透很厚的混凝土和铅板。‎ ‎【典型例题】‎ 例11．（2016全国新课标II卷，35）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． B．‎ C． D．‎ E． F．‎ 衰变C 衰变AB 裂变E 聚变F 例12．(约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素衰变成的同时放出另一种粒子，这种粒子是　　　　　　　．是的同位素，被广泛应用于生物示踪技术．1mg随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的经多少天的衰变后还剩0.25 mg?‎ 解答： 正电子 56天 ‎【变式训练】‎ ‎14．图中R是一种放射性物质，虚线方框是匀强磁场，LL′是厚纸板，MM′是荧光屏。实验时发现在荧光屏的O、P两点处有亮斑，则磁场的方向、到达O点的射线、到达P点的射线分别是（　　　）‎ A．向上、β、α B．向下、α、β C．向里、γ、β D．向外、γ、β 解答：C ‎15．关于放射性元素的半衰期（ ）‎ A．是原子核质量减小一半所需的时间 B．是原子核有半数发生衰变所需的时间 C．与外界压强和速度有关，与原子的化学状态无关 D．可以用于测定地质年代、生物年代等 ‎ 解答：BD 考点83：放射性同位素 放射性的应用与防护 ‎11．放射性的应用 ‎（1）α射线带电，能量大，其电离作用强，利用它可以消除静电。‎ ‎（2）β射线一般作为测量手段使用，用来测定薄物的厚度和密度。‎ ‎（3）γ射线穿透能力极强，通过透视可发现金属制品中的裂纹或砂眼等；在农业上常用放射线育种，还能抑制一些害虫和细菌的繁殖，杀灭细菌；在医学上，杀死癌细胞。‎ ‎（4）作为示踪原子 ‎（5）利用衰变特性：在考古学中，利用测量碳14的含量来判断文物、古代遗址的年代。‎ 考点84：核力与结合能 质量亏损 ‎12．核力 ‎① 概念：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．‎ ‎② 核力特点：核力是强相互作用的一种表现；核力是短程力，作用范围在10-15m之内；每个核子只跟邻近的核子发生核力作用．‎ ‎13．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时所需的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时所释放的能量．‎ ‎②比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能．比结合能越大，表示原子核核子结合得越牢固，原子核越稳定．‎ ‎14．质量亏损 ‎① 爱因斯坦质能方程：E=mc2‎ ‎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．‎ 考点85：核反应方程 ‎15．核反应：在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．‎ 考点86： 裂变反应 聚变反应 链式反应 ‎16．重核裂变：是重核分裂成 中等质量 的核的反应过程．‎ 如：U＋n―→Ba＋Kr＋3n.‎ 裂变的应用：原子弹、核反应堆．‎ ‎17.聚变反应：‎ 某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．‎ 如：H＋H―→He＋n＋17.6 MeV 聚变的应用：轻弹、太阳内部的反应．‎ ‎18．链式反应：‎ 由重核裂变产生的中子使裂变反应能持续地进行的过程称为 链式反应 ，发生链式反应的条件是：裂变物质的体积 大于等于 临界体积．‎ ‎【典型例题】‎ 例13．一个静止的钚核Pu自发衰变成一个铀核U和另一个原子核X，并释放出一定的能量．其核衰变方程为：Pu―→U＋X.‎ ‎(1)方程中的“X”核符号为________；‎ ‎(2)钚核的质量为239.052 2 u，铀核的质量为235.043 9 u，X核的质量为4.002 6 u，已知1 u相当于931 MeV，则该衰变过程放出的能量是________MeV；‎ ‎(3)假设钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和X核的动能，则X核与铀核的动能之比是________．‎ 解析　(1)根据质量数、电荷数守恒，得X核的质量数为239－235＝4，核电核数为94－92＝2，故“X”核为氦核，符号为He.‎ ‎(2)钚核衰变过程中的质量亏损Δm＝239.052 2 u－235.043 9 u－4.002 6 u＝0.005 7 u，根据爱因斯坦质能方程，得出衰变过程中放出的能量E＝0.005 7×931 MeV≈5.31 MeV.　‎ ‎(3)钚核衰变成铀核和X核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据Ek＝mv2＝，得X核和铀核的动能之比＝≈58.7.‎ 答案　(1)He　(2)5.31　(3)58.7‎ 例14．天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后二分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的．‎ ‎（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核聚变成氦核，同时放出2个正电子和2个中微子νe，请写出该氢核聚变反应的方程，并计算一次反应释放的能量．‎ ‎（2）研究表明，银河系的年龄约为t=3.8×1017s，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J（即P=1×1037J/s）．现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的含量（最后结果保留一位有效数字）．‎ ‎（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断．‎ ‎（可能用到的数据：银河系质量约为M=3×1041kg，原子质量单位1u=1.66×10-27kg，1u相当于1.5×10-10J的能量，电子质量me=0.0005u，氦核质量mα=4.0026u，氢核质量mp=1.0078u，中微子νe质量为零）‎ 解答：‎ ‎（1）核反应方程为：4H→He＋2e＋2νe 其质量亏损：Δm=4mp-mα-2me 其释放的能量：ΔE=Δmc2≈4.12×10－12 J ‎（2）银河系的总能量E=Pt 到目前为止核反应的次数N= 核聚变反应生成的氦的质量m=Nmα=mα≈6.1×1039 kg 氦的含量k = = ×100%≈2%‎ ‎（3）由估算结果可知，k=2%远小于25%的实际值，所以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的．‎ 例15．为了捍卫我国的领海主权，随着我国综合国力的不断增强，我国已拥有自己的航空母舰．假设航空母舰的动力来自核反应堆，其中主要的核反应方程式是U＋n→Ba＋Kr＋(　　)n ‎（1）在括号内填出n前的系数；‎ ‎（2）用m1、m2、m3分别表示U、Ba、Kr核的质量，m表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀235核发生裂变产生的核能ΔE是多少？‎ ‎（3）假设核反应堆的功率P=6.0×105kW，若一个铀235核裂变产生的能量为2.8×10-11J，则该航空母舰在海上航行一个月需要消耗多少铀235？（铀235的摩尔质量M=0.235kg/mol，一个月约为t=2.6×106s，阿伏加德罗常数NA=6.0×1023mol-1，计算结果保留两位有效数字）‎ 解答：（1）由电荷数守恒和质量数守恒可知系数为3.‎ ‎（2）ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3－2m)c2‎ ‎（3）一个月内核反应产生的总能量为E＝Pt，同时 E＝NAΔE，所以Pt＝NAΔE，‎ 解得：m＝≈22 kg.‎ ‎【变式训练】‎ ‎16．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He→2H＋He，关于23He聚变，下列表述正确的是（ ）‎ A．聚变反应不会释放能量 B．聚变反应产生了新的原子核 C．聚变反应没有质量亏损 D．目前核电站都采用He聚变反应发电 解答：B ‎17．太阳内部持续不断地发生着4个质子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．‎ ‎（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3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少?‎ ‎（3）若太阳质量减小万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳还能存在多少年？（mp=1.0073u，mα=4.0015 u，me=0.00055u，太阳的质量为2×1030kg）‎ 解答：‎ ‎（1）这一核反应的质量亏损是 Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266 u ΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5 MeV≈24.78 MeV.‎ ‎（2）由ΔE＝Δmc2得每秒太阳质量减少 Δm＝＝ kg≈4.2×109 kg.‎ ‎（3）太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为 t＝＝ s≈1.4×1017 s 考点87：普朗克能量子假说 黑体与黑体辐射 ‎19．黑体与黑体辐射 ‎ ‎（1）热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，因此叫热辐射．‎ ‎（2）黑体：能够完全吸收入射的各种电磁波而不发生反射的物体叫黑体．‎ ‎（3）黑体辐射 ‎①黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．‎ ‎②如图所示，随温度的升高，各种波长的电磁波的辐射强度都有增加；辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．‎ ‎20．普朗克能量子假说 ‎① 能量量子化：黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒)组成，其能量只能是某一最小能量值ε的整数倍，并以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收能量．‎ ‎② 能量子：不可再分的最小能量值ε称为能量子，其表达式为ε=hν，ν是电磁波的频率，h是普朗克常量，h=6.63×10-34J·s 考点88：光电效应 ‎21．光电效应规律 ‎(1)发生光电效应的条件：照射光的频率 ≥ 极限频率．（或照射光光子能量 ≥ 逸出功）‎ ‎(2)光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)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是 瞬时 的．‎ ‎(4)光电流的强度与入射光的 强度 成正比．‎ ‎22．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，每一份叫做一个光子．光子的能量公式： ε＝hν ，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34J·s.‎ 光子的动量公式：‎ ‎(2)光电效应方程： Ek＝hν－W0 ‎ 其中hν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．‎ ‎23．遏止电压与截止频率 ‎(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc. ‎ ‎(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的 最小频率 叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．‎ ‎(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的 最小值 ，叫做该金属的逸出功．‎ V G S 黄光（强）‎ 黄光（弱）‎ 蓝光 注意：（1）正向电压增大，光电流先 增大 后 不变 。（达到饱和光电流就不变了）‎ ‎ （2）反向遏止电压如何计算？ ‎ ‎ ‎ ‎【典型例题】‎ 例16．光电效应实验中，下列表述正确的是（ ）‎ A．光照时间越长光电流越大 B．入射光足够强就可以有光电流 C．遏止电压与入射光的频率有关 D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子 解析　光电流的大小与光照时间无关，A项错误；如果入射光的频率小于金属的极限频率，入射光再强也不会发生光电效应， B项错误；遏止电压Uc满足eUc＝hν－hν0，从表达式可知，遏止电压与入射光的频率有关，C项正确；只有当入射光的频率大于极限频率，才会有光电子逸出，D项正确．‎ 答案　CD 例17．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知（ ）‎ A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5 eV 解析：图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；‎ 由光电效应方程Ek＝hν－W0，‎ 可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；‎ 金属的逸出功为：‎ W0＝hν0＝eV＝1.71 eV，D错误．[z*zs*tep.com]‎ 答案　AC ‎ 例18．铝的逸出功是4.2eV，现在用波长为200nm的光照射铝的表面，求：‎ ‎（1）光电子的最大初动能；（2）遏止电压；（3）铝的截止频率．‎ 解答：（1）根据光电效应方程，有 Ek＝－W0‎ ‎＝ J－4.2×1.6×10－19 J ‎＝3.225×10－19 J.‎ ‎（2）由动能定理：Ek＝eUc，可得：‎ Uc＝＝ V≈2.016 V ‎（3）由hνc＝W0可得：‎ νc＝＝ Hz≈1.014×1015 Hz.‎ 例19．如图所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零，求：‎ ‎（1）此时光电子的最大初动能的大小；‎ ‎（2）该阴极材料的逸出功．‎ 解答：设用光子能量为2.5 eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ek，阴极材料逸出功为W0，‎ 当反向电压达到U＝0.60 V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，‎ 因此eU＝Ek 由光电效应方程：Ek＝hν－W0‎ 由以上二式：Ek＝0.6 eV，W0＝1.9 eV.‎ 所以此时光电子的最大初动能为0.6 eV，该阴极材料的逸出功为1.9 eV.‎ ‎【变式训练】‎ ‎18．已知电磁波的波长从小到大依次排列，其顺序为：γ射线、X射线、紫外线、可见光(紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红)、红外线、无线电波．当用绿光照射某金属表面时，能产生光电效应现象，为了增大光电子的最大初动能（ ）‎ A．可选用紫外线照射 B．可选用红光照射 C．可增强绿光照射强度 D．可延长绿光的照射时间 解答：A ‎19．对光电效应的理解正确的是（ ）‎ A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属 B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应 C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大 D．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同 解答：BD 考点89：光的波粒二象性 物质波 ‎24．光的波粒二象性：‎ ‎（1）光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，因此光具有波粒二象性．‎ ‎（2）大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性．‎ ‎（3）光的波长越长，波动性就越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，粒子性就越明显，穿透本领越强．‎ ‎（4）光波是一种概率波 例20．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图象，则(　　)．‎ A．图象(a)表明光具有粒子性 B．图象(c)表明光具有波动性 C．用紫外光观察不到类似的图象 D．实验表明光是一种概率波 解析：图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外光本质和可见光本质相同．也可以发生上述现象，故C错误．‎ 答案：ABD ‎【变式训练】‎ ‎20．根据爱因斯坦光子说，光子能量ε等于(h为普朗克常量，c、λ为真空中的光速和波长)(　　)．‎ A．h B．h C．hλ D. 解析　本题考查爱因斯坦光子说理论．意在考查考生对爱因斯坦光子说理论的理解．根据E＝hν和c＝λν得：E＝h，A正确．‎ 答案　A ‎25．物质波 ‎（1）德布罗意假说：实物粒子也具有波动性．‎ ‎（2）德布罗意波：任何一个运动的物体，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，也称为德布罗意波．‎ ‎（3）物质波的波长 λ=（p为物体的动量）‎ ‎【典型例题】‎ 例21．下列说法正确的是（ ）‎ A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子与电子是同样的一种粒子 C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性 解答：C ‎【变式训练】‎ ‎21．对光的认识，以下说法正确的是（ ）‎ A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性 B．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 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；表现出粒子性时，就不具有波动性了 D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 解答：ABD ‎　　22．（2016海南卷）下列说法正确的是_________。‎ ‎　　A．爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程 ‎　　B．康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量 ‎　　C．成功地解释了氢原子光谱的实验规律 ‎　　D．卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型 ‎　　E．德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长 ‎　　　解答：ACD 四、复习建议 ‎1、在一轮复习知识点全面覆盖的基础上，平时练习要带着练，在期中期末考前强化练习。‎ ‎2、选修3－5的知识点很零散，可分为三小块：碰撞与动量、原子与原子核、波粒二象性，可用一张知识网络图将其按照人类认识物质世界的历史过程有机串联起来，既提炼了知识架构，同时还复习了物理学史。‎ ‎3、控制好难度与深度，不可深挖，教育学生正确对待选修模块，这是考题中最好拿分的部分，要力争得高分。‎ ‎4、物理学科在当今高考模式下已被逐步边缘化，希望专家与有识之士能多多呼吁，为物理学科在未来的新高考方案中争得一席之地。‎