[精]2013高考物理沖刺復習課件：專題十九波粒二象性 原子結構和原子核（114張）

1、專題十九 波粒二象性 原子結構和原子核1.光電效應2.愛因斯坦光電效應方程3.氫原子光譜4.氫原子的能級結構、能級公式5.原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期6.放射性同位素7.核力、核反應方程8.結合能、質量虧損9.裂變反應和聚變反應、裂變反應堆10.射線的危害和防護1.考綱對這部分內容的能力要求比較低，考試難度一般不大，考試內容廣泛，涉及到光電效應現(xiàn)象和光電效應實驗規(guī)律、愛因斯坦光電效應方程、光的波粒二象性和德布羅意波、原子的能級結構、能級公式、放射性現(xiàn)象、衰變、半衰期、核反應方程、核能、裂變、聚變等各個方面，屬于高考熱點內容.2.從高考的命題趨勢來看，以新粒子、新能源或其他新素材為

2、背景的信息題成為熱點，考查的題型以選擇題和填空題為主，考查的難度中等偏下.3.從近幾年高考命題的情況來看，在今年的高考復習備考中要認真梳理課本中的基本概念和基本規(guī)律，注意概念和規(guī)律的理解和記憶，弄清知識間的聯(lián)系，關注科技熱點和科技進步. 黑體輻射【典例1】(2011江蘇高考)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強度與波長關系的圖中，符合黑體輻射實驗規(guī)律的是( )【審題視角】解答本題應把握黑體輻射的兩個特點：【關鍵點】(1)黑體輻射強度變化：隨溫度的升高，各種波長的輻射都增強.(2)黑體輻射波長移動：隨溫度的升高，輻射最強對應波長減小.【精講精析】黑體輻射的強度隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強度都增

3、加，另一方面輻射強度的極大值向著波長較短的方向移動，所以選項A正確.答案：A【命題人揭秘】黑體輻射的研究量子論建立(1)通過對黑體輻射的研究，普朗克提出了量子論，開創(chuàng)了物理學新紀元(2)黑體輻射強度與波長關系圖源于教材，考查對黑體輻射強度與波長關系圖的理解 光的粒子性 光電效應【典例2】(2011新課標全國卷)在光電效應實驗中，某金屬的截止頻率相應的波長為0，該金屬的逸出功為_.若用波長為(W逸=h0，產生光電效應.(2)最大初動能Ek：Ek隨入射光子頻率的增大而增大.(3)光電效應方程：揭示光的粒子性的能量守恒方程.(4)遏止電壓U遏：不能形成光電流的最小反向電壓. 原子結構 氫原子光譜【典

4、例3】(2011四川高考)氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為1，從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級k躍遷到能級m，則( )A.吸收光子的能量為h1+ h2B.輻射光子的能量為h1+ h2C.吸收光子的能量為h2-h1D.輻射光子的能量為h2-h1【審題視角】解答本題按以下思路進行：【精講精析】氫原子從能級m躍遷到能級n時，輻射紅光，Em-En =h1從能級n躍遷到能級k時，吸收紫光，Ek-En=h2則從能級k躍遷到能級m時，能量降低，輻射光子，輻射光子能量為：Ek-Em=(Ek-En)-(Em-En)=h2-h1，故正確答案為選項D答案：D【

5、命題人揭秘】畫氫原子能級圖分析氫原子光譜(1)氫原子能級圖特點：量子數(shù)n越大，能量值越大，能級間距越小.(2)能級躍遷能量特點：高能級向低能級躍遷輻射光子，低能級向高能級躍遷吸收光子，能級差越大光子能量越大.(3)自發(fā)躍遷的可能性：第n能級上一個氫原子有(n-1)條可能光譜線；第n能級上一群氫原子有 條可能光譜線.(4)氫原子電離能：第n能級氫原子電離需吸收的電離能為E電離=-En. 天然放射現(xiàn)象 衰變【典例4】(2011上海高考)天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實驗結果如圖所示，由此可推知( )A.來自于原子核外的電子B.的電離作用最強，是一種電磁波C.的電離作用較強，是一種電磁波D.

6、的電離作用最弱，屬于原子核內釋放的光子【審題視角】解答本題可按以下思路分析:【精講精析】衰變的射線均來自于核內，A錯；從圖中可看出，一張紙能擋住射線，則射線一定是射線，其貫穿本領最差，電離能力最強，但不是電磁波，而是高速氦核流，B錯；鋁板能擋住，而不能擋住，說明一定是射線，其電離能力最弱，貫穿本領最強，是一種電磁波，屬于原子核內以能量形式釋放出來的以光速運行的高能光子，D對C錯.答案：D【命題人揭秘】三種射線的產生及特點(1)天然放射現(xiàn)象即衰變，放出的射線有、三種，都是從原子核內部放射出來的高速粒子流，只有射線是電磁波.(2)、三種射線的電離作用、穿透能力和在電磁場中的偏轉情況各不相同，射線電

7、離作用最強，射線電離作用最弱；射線穿透能力最強，射線穿透能力最弱；只有射線在電磁場中不發(fā)生偏轉. 核反應方程 原子核的組成【典例5】(2011海南高考)2011年3月11日，日本發(fā)生九級大地震，造成福島核電站的核泄漏事故.在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產生對人體有危害的輻射.在下列四個式子中，有兩個能分別反映131I和137Cs衰變過程，它們分別是_和_(填入正確選項前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是_和_.A.X113756Ba+10nB.X213154Xe+0-1eC.X313756Ba+0-1eD.X413154Xe+11p

8、【審題視角】解答本題的思路如下：【精講精析】從四個核反應方程看出能夠產生粒子的只有B、C，再由質量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可以得出能反映131I衰變過程的是方程B，131I原子核中的中子數(shù)是131-53=78；能反映137Cs衰變過程的是方程C，137Cs原子核中的中子數(shù)是137-55=82.答案：B C 78 82失分提示(1)不能由衰變放出、三種射線的特點判斷核反應方程.(2)不能由核反應方程確定I、Cs的核子數(shù)和質子數(shù)從而推出中子數(shù).備考指南(1)理解并掌握天然放射現(xiàn)象、衰變規(guī)律和特點.(2)掌握原子核的組成，質子數(shù)+中子數(shù)=質量數(shù)(核子數(shù))，并能根據(jù)原子核符號確定這些量.【閱卷人點撥】 光的粒

9、子性 光電效應 高考指數(shù):1.(2012北京高考)“約瑟夫森結”由超導體和絕緣體制成.若在結兩端加恒定電壓U，則它會輻射頻率為的電磁波，且與U成正比，即=kU.已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關.你可能不了解此現(xiàn)象的機理，但仍可運用物理學中常用的方法，在下列選項中，推理判斷比例系數(shù)k的值可能為( ) A. B. C.2heD.【解題指南】本題需要把握以下兩點：(1)電磁波的頻率、普朗克常量、能量之間的關系.(2)電壓、電量與能量的關系.【解析】選B.電磁波的頻率、普朗克常量h、能量E之間的關系E=h，因為=kU，所以E=hkU；電壓U、電量q與能量E的關系是E=qU，由題意知q

10、=2e，所以2.(2011上海高考)用一束紫外線照射某金屬時不能產生光電效應，可能使該金屬產生光電效應的措施是( )A.改用頻率更小的紫外線照射B.改用X射線照射C.改用強度更大的原紫外線照射 D.延長原紫外線的照射時間【解析】選B.根據(jù)愛因斯坦對光電效應的研究結論可知光子的頻率必須大于金屬的極限頻率，A錯；與光照射時間無關，D錯；與光強度無關，C錯；X射線的頻率比紫外線頻率高，故B對3.(2011廣東高考)光電效應實驗中，下列表述正確的是( )A.光照時間越長光電流越大B.入射光足夠強就可以有光電流C.遏止電壓與入射光的頻率有關D.入射光頻率大于極限頻率才能產生光電子【解析】選C、D.光電流

11、的大小與入射光的強度有關，A錯誤產生光電效應的條件是：入射光的頻率大于或等于被照射材料的極限頻率由h=W0+Ek和eUc=Ek知，入射光的頻率達不到極限頻率，增加照射光的強度是不能產生光電流的，所以B錯誤，C、D正確4.(2011福建高考)愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學獎.某種金屬逸出光電子的最大初動能Ekm與入射光頻率的關系如圖所示，其中0為極限頻率.從圖中可以確定的是( )A.逸出功與有關B.Ekm與入射光強度成正比C.當0時，會逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關【解析】選D.光電子的最大初動能與入射光頻率的關系是Ekm =h-W

12、0，結合圖象易判斷D正確5.(2010浙江高考)在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示.則可判斷出( )A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對應的截止頻率大于丙光對應的截止頻率D.甲光對應的光電子最大初動能大于丙光對應的光電子最大初動能【解題指南】解答本題時應注意以下兩點：(1)搞清光電流與電壓的關系.(2)熟記截止頻率、遏止電壓和光電子最大初動能等概念.【解析】選B.由圖象知甲光、乙光對應的遏止電壓相等，且小于丙光對應的遏止電壓，所以甲光和乙光對應的光電子最大初動能相等且小于丙光的光

13、電子最大初動能，故D項錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應方程Ek=h-W0知甲光和乙光的頻率相等，且小于丙光的頻率，故A錯誤，B正確；截止頻率是由金屬決定的,與入射光無關，故C錯誤.6.(2012江蘇高考)A、B兩種光子的能量之比為21，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應，且所產生的光電子最大初動能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動量之比和該金屬的逸出功.【解析】光子能量=h,動量 且得 則pApB=21A照射時，光電子的最大初動能EA=A-W0.同理，EB=B-W0,解得W0=EA-2EB答案：21 EA-2EB7.(2010江蘇高考)(1)研究光電效應電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射

14、密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流.下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關系圖象中，正確的是( )(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子.光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小_(選填“增大”、“減小”或“不變”)， 原因是_.(3)已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.4 eV和-1.51 eV， 金屬鈉的截止頻率為5.531014 Hz, 普朗克常量h=6.6310-34 Js.請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板，能否發(fā)生光電效應.【解析】(1)選C.由愛因斯

15、坦光電效應方程Ek=h-W0和動能定理eUc=Ek，可得:Uc= 遏止電壓Uc與入射光的頻率有關，與光的強度無關.由發(fā)生光電效應規(guī)律可知，光電流與光的強度有關，光越強，光電流越強.所以選項C正確,A、B、D錯誤.(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，由于光電子在從金屬表面逸出的過程中，要受到金屬表面層中力的阻礙作用(或需要克服逸出功).所以在光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小減小.(3)氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中，放出的光子能量為E=E3-E2，代入數(shù)據(jù)得E=1.89 eV，金屬鈉的逸出功W0=h0，代入數(shù)據(jù)得W0=2.3 eV，因為E21，則( )A.0n

16、).(h是普朗克常量，h6.6261034 Js)(3)軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應.原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的軌道也是不連續(xù)的.4.氫原子的能級(1)氫原子的能級和軌道半徑氫原子的能級公式： (n1,2,3)，其中E1為基態(tài)能量，E113.6 eV.氫原子的半徑公式：rnn2r1(n1,2,3)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑.r10.531010 m.(2)氫原子的能級圖如圖所示.【名師點睛】理解能級躍遷時應注意：1.原子躍遷條件hEmEn(mn)只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況.對于光子和原子作用而使原子電離時，只要入射光的能量

17、E13.6 eV，原子就能吸收.對于實物粒子與原子作用使原子激發(fā)時，粒子能量大于或等于能級差即可.2.原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)NCn2 是一群氫原子，而不是一個，因為某一個氫原子有固定的躍遷路徑. 天然放射現(xiàn)象1.三種射線的比較種 類射線射線射線組 成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2ee0質 量4mp靜止質量為零符 號42He01e種 類射線射線射線速 度0.1c0.99cc在電磁場中偏轉偏轉不偏轉貫穿本領最弱較強最強貫穿實例用一張紙能擋住穿透幾毫米厚的鋁板穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土對空氣的電離作用很強較弱很弱種 類射線射線射線在空氣中的徑跡粗、短、直細、長、曲折

18、最長能使膠片感光感光感光產生機理核內兩個中子和兩個質子結合得比較緊密，有時會作為一個整體從原子核中射出來核內的中子可以轉化為一個質子和一個電子，產生的電子從核中發(fā)射出來放射性原子核在發(fā)生衰變、衰變后產生的新核如果處于高能級，當它向低能級躍遷時，輻射光子2.原子核衰變規(guī)律衰變類型 衰 變 衰 變衰變方程AZXA4Z2Y42HeAZXA Z1Y01e衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出 中子轉化為質子和電子 211H210n42He10n11H01e衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒3.半衰期根據(jù)半衰期的概念，可總結出公式式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質量，N余、m余表示衰變

19、后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質量，t表示衰變時間，表示半衰期.【名師點睛】1.自然界中原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性.2.天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內部結構的.元素的放射性不受單質或化合物存在形式的影響.3.每發(fā)生一次衰變產生的新原子核電荷數(shù)減少2，質量數(shù)減少4；每發(fā)生一次衰變，產生的新原子核電荷數(shù)增加1，質量數(shù)不變.4.對半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，個別原子核經多長時間衰變無法預測，對個別或極少數(shù)原子核，無半衰期可言.(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的，跟原子所處的物理

20、狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關. 核反應、核能1.放射性同位素及其應用和防護(1)人造放射性同位素的三個優(yōu)點放射強度容易控制.可以制成各種所需的形狀.半衰期很短，廢料容易處理.(2)四個應用工業(yè)部門使用射線測厚度利用射線的穿透特性.煙霧報警器的使用利用射線的電離作用，增加煙霧導電離子濃度.農業(yè)應用射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死腐敗細菌、抑制發(fā)芽等.作示蹤原子利用放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學性質.(3)放射性污染與防護名 稱舉例與措施說 明污 染核爆炸 核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強烈的射線和中子流，長期存在放射性污染核泄漏 核工業(yè)生產和核科學研究中使

21、用放射性原材料，一旦泄漏就會造成嚴重污染醫(yī)療照射 醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會導致病人受到損害，甚至造成病人的死亡名 稱舉例與措施說 明防 護 密封防護 把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊的方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護 距放射源越遠，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時間防護 盡量減少受輻射的時間 屏蔽防護 在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護作用.鉛的屏蔽作用最好2.核反應的四種類型類 型可 控 性核反應方程典例衰變衰變自發(fā) 23892U23490Th42He衰變自發(fā)23490Th23491Pa01e 人工轉變147N42He178O11H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子)2713Al+42He3015P+10n(約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時探測到正電子)3015P3014Si+0+1e 類 型可 控 性核反應方程典例重核裂變 比較容易進行人工控制23592U10n14456Ba8936Kr310n23592U10n13654Xe9038Sr1010n輕核聚變 除氫彈外均無法控制