高中物理高考二輪復(fù)習(xí)二輪復(fù)習(xí) 2023屆高考二輪復(fù)習(xí) 原子物理

專題九原子物理考向預(yù)測在原子物理這一部分內(nèi)容中，主要考查光電效應(yīng)，原子結(jié)構(gòu)、原子核與核能。雖然對(duì)光電效應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)原子核與核能的考查頻率比較高，但是在復(fù)習(xí)的過程中，原子的能級(jí)和躍遷也應(yīng)該引起高度的重視。高頻考點(diǎn)：光電效應(yīng)、原子的能級(jí)和躍遷、原子結(jié)構(gòu)原子核與核能。知識(shí)與技巧的梳理1．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(1)任何一種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光的頻率低于這個(gè)頻率時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。(3)入射光照射到金屬板上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不會(huì)超過10－9s。(4)當(dāng)入射光的頻率大于或等于截止頻率時(shí)，飽和光電流的大小與入射光的強(qiáng)度成正比。2．光電效應(yīng)方程(1)光電子的最大初動(dòng)能Ek跟入射光子的能量hν和逸出功W0的關(guān)系為：Ek＝hν－W0。(2)截止頻率νc＝eq\f(W0,h)。3．氫原子能級(jí)圖(1)氫原子能級(jí)圖如圖所示。(2)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，最多可能輻射出的光譜線條數(shù)：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n(n－1),2)。4．原子核的衰變衰變類型α衰變?chǔ)滤プ兯プ兎匠蘣q\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一整體射出核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒5．核能(1)原子核的結(jié)合能：克服核力做功，使原子核分解為單個(gè)核子時(shí)吸收的能量，或若干單個(gè)核子在核力的作用下結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量。(2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。注意質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是兩個(gè)不同的概念。(3)質(zhì)能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量與它的質(zhì)量成正比。限時(shí)訓(xùn)練經(jīng)典常規(guī)題經(jīng)典常規(guī)題1．(多選)利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，其中電極K由金屬鉀制成，其逸出功為eV。用某一頻率的光照射時(shí)，逸出光電子的最大初動(dòng)能為eV，電流表的示數(shù)為I。已知普朗克常量約為×10－34J·s，下列說法正確的是()A．金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的截止頻率約為×1014HzB．若入射光頻率加倍，光電子的最大初動(dòng)能變?yōu)閑VC．若入射光頻率加倍，電流表的示數(shù)變?yōu)?ID．若入射光頻率加倍，遏止電壓的大小將變?yōu)閂【解析】設(shè)金屬的截止頻率為νc，由W0＝hνc解得νc＝×1014Hz，A正確；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，若入射光的頻率加倍，W0不變，所以光電子的最大初動(dòng)能并不加倍，B錯(cuò)誤；若入射光的頻率加倍，電流表的示數(shù)不一定是原來的2倍，C錯(cuò)誤；由Ek＝hν－W0知入射光的能量為hν＝eV，若入射光的頻率加倍，則Ek′＝2hν－W0＝eV，而eUc＝Ek′，所以遏止電壓Uc＝V，D正確?！敬鸢浮緼D2．(多選)氫原子光譜如圖甲所示，圖中給出了譜線對(duì)應(yīng)的波長，氫原子能級(jí)圖如圖乙所示。已知普朗克常量h＝×10－34J·s，已知可見光的頻率范圍約為×1014Hz～×1014Hz，則()A．Hα譜線對(duì)應(yīng)光子的能量小于Hδ譜線對(duì)應(yīng)光子的能量B．圖甲所示Hα、Hβ、Hγ、Hδ四種光均屬于可見光范疇C．Hβ對(duì)應(yīng)光子的能量約為eVD．Hα譜線對(duì)應(yīng)的躍遷是從n＝3能級(jí)到n＝2能級(jí)【解析】波長長頻率小，A正確；可見光的波長范圍約為400nm～760nm，B正確；Hβ波長比Hα短，能量比Hα大，應(yīng)該是第四能級(jí)躍遷到第二能級(jí)產(chǎn)生的，C錯(cuò)誤，D正確?！敬鸢浮緼BD3．真空中一個(gè)靜止的鐳原子核eq\o\al(228,88)Ra經(jīng)一次α衰變后變成一個(gè)新核Rn，衰變方程為eq\o\al(228,88)Ra→eq\o\al(224,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He，下列說法正確的是()A．衰變后eq\o\al(224,86)Rn核的動(dòng)量與α粒子的動(dòng)量相同B．衰變后eq\o\al(224,86)Rn核的質(zhì)量與α粒子的質(zhì)量之和等于衰變前鐳核eq\o\al(228,88)Ra的質(zhì)量C．若鐳元素的半衰期為τ，則經(jīng)過τ的時(shí)間，8個(gè)eq\o\al(228,88)Ra核中有4個(gè)已經(jīng)發(fā)生了衰變D．若鐳元素的半衰期為τ，則經(jīng)過2τ的時(shí)間，2kg的eq\o\al(228,88)Ra核中有kg已經(jīng)發(fā)生了衰變【解析】衰變前，鐳原子核eq\o\al(228,88)Ra的動(dòng)量為零。根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知，eq\o\al(224,86)Rn與α粒子的動(dòng)量大小相等，方向相反，所以二者動(dòng)量不同，故A錯(cuò)誤；鐳核衰變的過程中，存在質(zhì)量虧損，導(dǎo)致衰變后eq\o\al(224,86)Rn核的質(zhì)量與α粒子的質(zhì)量之和小于衰變前鐳核eq\o\al(228,88)Ra的質(zhì)量，故B錯(cuò)誤；少量放射性元素的衰變是一個(gè)隨機(jī)事件，對(duì)于8個(gè)放射性元素，無法準(zhǔn)確預(yù)測其衰變的個(gè)數(shù)，故C錯(cuò)誤；2kg的eq\o\al(228,88)Ra核衰變，符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，經(jīng)過2τ的時(shí)間，已有kg發(fā)生衰變，故D正確?！敬鸢浮緿高頻易錯(cuò)題高頻易錯(cuò)題1．(多選)如圖為氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)的四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氫原子中電子從量子數(shù)n＞2的能級(jí)躍遷到n＝2的能級(jí)發(fā)出的光，根據(jù)此圖可以判定()A．Hα對(duì)應(yīng)的原子前后能量之差最小B．同一介質(zhì)對(duì)Hα的傳播速度最大C．Hδ光子的動(dòng)量最大D．用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，則用Hβ照射同一金屬一定不能產(chǎn)生光電效應(yīng)【解析】四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ，在真空中的波長由長到短，依據(jù)ν＝eq\f(c,λ)可知：四條譜線Hα、Hβ、Hγ和Hδ的頻率是由低到高，那么它們的能量也是由小到大，而ΔE＝Em－En＝hν，則Hα對(duì)應(yīng)的前后能量之差最小，故A正確；在同一介質(zhì)中，由于Hα能量最小，頻率最小，那么Hα折射率也最小，根據(jù)v＝eq\f(c,n)可知Hα的傳播速度最大，故B正確；根據(jù)波粒二象性的相關(guān)理論，由p＝eq\f(h,λ)可知Hδ波長最短，動(dòng)量最大，故C正確；若用Hγ照射某一金屬能發(fā)生光電效應(yīng)，由于Hβ的能量小于Hγ，即Hβ的頻率小于Hγ，依據(jù)光電效應(yīng)發(fā)生條件，要求入射光的頻率大于金屬的極限頻率，Hβ的頻率不一定低于金屬的極限頻率，當(dāng)Hβ的頻率高于金屬極限頻率時(shí)就可以發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼BC2．(多選)如圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖，圖乙是光電流與加在陰極K和陽極A上的電壓的關(guān)系圖象，下列說法正確的是()A．由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大B．由圖線①、②、③可知對(duì)某種確定的金屬來說，其遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)C．遏止電壓越大，說明從該金屬中逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大D．不論哪種顏色的入射光，只要光足夠強(qiáng)，就能發(fā)生光電效應(yīng)【解析】由圖線①、③可知在光的顏色不變的情況下，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大，選項(xiàng)A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程可得Ek＝hν－W0＝eUc，可知入射光頻率越大，光電子的最大初動(dòng)能越大，遏止電壓越大，所以對(duì)于確定的金屬，遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)，選項(xiàng)B正確；根據(jù)最大初動(dòng)能Ek＝eUc可知，遏止電壓越大，說明從該金屬中逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，選項(xiàng)C正確；發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緼BC3．在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)原來靜止的原子核，由于衰變放射出某種粒子，結(jié)果得到一張兩個(gè)相切圓1和2的徑跡照片如圖所示，已知兩個(gè)相切圓半徑分別為r1、r2，則下列說法正確的是()A．原子核可能發(fā)生α衰變，也可能發(fā)生β衰變B．徑跡2可能是衰變后新核的徑跡C．若衰變方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，則衰變后新核和射出的粒子的動(dòng)能之比為117∶2D．若衰變方程是eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He，則r1：r2＝1∶45【解析】原子核衰變過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，由動(dòng)量守恒定律可知，衰變生成的兩粒子動(dòng)量方向相反，粒子速度方向相反，由左手定則知：若生成的兩粒子電性相反，則在磁場中的軌跡為內(nèi)切圓，若電性相同，則在磁場中的軌跡為外切圓，所以為電性相同的粒子，可能發(fā)生的是α衰變，但不是β衰變，故A錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，原子核原來靜止，初動(dòng)量為零，由動(dòng)量守恒定律可知，原子核衰變后生成的兩核動(dòng)量p大小相等、方向相反，粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，解得r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，由于p、B都相等，則粒子電荷量q越大，其軌道半徑r越小，由于新核的電荷量大于粒子的電荷量，則新核的軌道半徑小于粒子的軌道半徑，則半徑為r1的圓為放出新核的運(yùn)動(dòng)軌跡，半徑為r2的圓為粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，故B錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)量守恒定律知，新核eq\o\al(234,90)Th和α粒子的動(dòng)量大小相等，則動(dòng)能Ek＝eq\f(p2,2m)，所以動(dòng)能之比等于質(zhì)量之反比，為2∶117，故C錯(cuò)誤；由B選項(xiàng)的分析知r1∶r2＝2∶90＝1∶45，故D正確。【答案】D精準(zhǔn)預(yù)測題精準(zhǔn)預(yù)測題1．1．關(guān)于物理學(xué)家和他們對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，下列說法正確的是()A．愛因斯坦提出了光的電磁說B．麥克斯韋預(yù)言并證實(shí)了電磁波的存在C．玻爾建立了量子理論，并成功解釋了各種原子的發(fā)光原理D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型【解析】麥克斯韋提出了光的電磁說，認(rèn)為光是一種電磁波，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；玻爾結(jié)合普朗克的量子概念、愛因斯坦的光子概念和盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型提出了玻爾理論，成功解釋了氫原子的發(fā)光原理；但由于過多保留了經(jīng)典電磁學(xué)的理論，不能很好地解釋其他原子的發(fā)光現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故D項(xiàng)正確。【答案】D2．下列現(xiàn)象中，原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變的是()A．氫氣放電管發(fā)出可見光 B．β衰變放出β粒子C．α粒子散射現(xiàn)象 D．光電效應(yīng)現(xiàn)象【解析】氫氣放電管發(fā)出可見光是原子從較高能級(jí)躍遷至較低能級(jí)的結(jié)果，是由于原子核外部電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，與原子核內(nèi)部變化無關(guān)，故A錯(cuò)誤；β衰變放出β粒子是原子核內(nèi)一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，所以導(dǎo)致原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，故B正確；α粒子散射實(shí)驗(yàn)表明原子具有核式結(jié)構(gòu)，故C錯(cuò)誤；光電效應(yīng)是原子核外電子吸收光子能量逃逸出來的現(xiàn)象，跟原子核內(nèi)部變化無關(guān)，故D錯(cuò)誤．【答案】B3．下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定B．β衰變釋放出電子，說明原子核內(nèi)有電子C．氡的半衰期為天，8個(gè)氡原子核經(jīng)過天后剩下2個(gè)氡原子核D．用頻率為ν的入射光照射光電管的陰極，遏止電壓為Uc，改用頻率為2ν的入射光照射同一光電管，遏止電壓大于2Uc【解析】原子核的比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故A錯(cuò)誤；β衰變釋放出電子，是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子放出的，不能說明原子核內(nèi)有電子，故B錯(cuò)誤；半衰期的概念是對(duì)大量原子核而言的，對(duì)于個(gè)別原子核無意義，故C錯(cuò)誤；由光電效應(yīng)方程：eUc＝hν－W0，當(dāng)改用頻率為2ν的入射光照射同一光電管，由光電效應(yīng)方程：eUc′＝h·2ν－W0，則Uc′>2Uc，故D正確?！敬鸢浮緿4．關(guān)于原子物理知識(shí)，下列說法正確的是()A．升高放射性物質(zhì)的溫度，其半衰期變短B．發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，增大入射光的頻率，同一金屬的逸出功變大C．eq\o\al(237,93)Np經(jīng)過7次α衰變和5次β衰變后變成eq\o\al(209,83)BiD．根據(jù)玻爾理論，氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)只放出符合兩能級(jí)能量差的光子【解析】半衰期與溫度無關(guān)，即升高放射性物質(zhì)的溫度，其半衰期不會(huì)發(fā)生變化，故A錯(cuò)誤；金屬的逸出功由金屬材料決定，與入射光的頻率無關(guān)，故B錯(cuò)誤；設(shè)需要經(jīng)過x次α衰變和y次β衰變，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有：93＝2x－y＋83，4x＝237－209，所以解得：x＝7，y＝4，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；根據(jù)玻爾理論，氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)只放出符合兩能級(jí)能量差的光子。【答案】D5．氫原子的能級(jí)公式為En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1，2，3…)，其中基態(tài)能量E1＝－eV，能級(jí)圖如圖所示。大量氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)，由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為－，則n和可能發(fā)出的頻率最小的光子能量分別為()A．n＝5，eV B．n＝5，eVC．n＝4，eV D．n＝4，eV【解析】氫原子基態(tài)的能量為E1＝－eV，由這些氫原子可能發(fā)出的所有光子中，頻率最大的光子能量為－，即躍遷到最高能級(jí)能量E＝≈－eV，即處在n＝5能級(jí)；頻率最小的光子的能量為ΔE′＝－eV－(－eV)＝eV，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽6．用金屬銣為陰極的光電管觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示，實(shí)驗(yàn)中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率ν之間的關(guān)系如圖乙所示，圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)為×1014Hz.已知普朗克常量h＝×10－34J·s。則下列說法中正確的是()A．欲測遏止電壓，應(yīng)選擇電源左端為正極B．當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)，電流表的示數(shù)持續(xù)增大C．增大照射光的強(qiáng)度，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能一定增大D．如果實(shí)驗(yàn)中入射光的頻率ν＝×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能Ek約為×10－19J【解析】由題圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量銣的遏止電壓Uc，因光電管左端為陽極，則電源左端為負(fù)極，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)電源左端為正極時(shí)，滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)的過程中，光電管兩端電壓增大，光電流增大，當(dāng)光電流達(dá)到飽和值，不再增大，即電流表讀數(shù)的變化是先增大后不變，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；光電子的最大初