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文檔簡介

第三部分熱光原及波部分第十二章近代物理初步第1講波粒二象性考點(diǎn)點(diǎn)擊素養(yǎng)目標(biāo)1.光電效應(yīng)2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程1.光電效應(yīng)、光電子、飽和光電流、遏止電壓、截止頻率、逸出功、德布羅意波的概念.2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程.3.光和實(shí)物粒子的波粒二象性.物理觀念1.能用光電效應(yīng)的規(guī)律解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象.2.會(huì)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程求解相關(guān)物理量.科學(xué)思維知識(shí)點(diǎn)一光電效應(yīng)1.光電效應(yīng)現(xiàn)象:在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象,稱為光電效應(yīng),發(fā)射出來的電子稱為________.2.光電效應(yīng)的四個(gè)規(guī)律(1)每種金屬都有一個(gè)________.(2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),只隨入射光的________增大而增大.(3)光照射到金屬表面時(shí),光電子的發(fā)射幾乎是________的.(4)飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的________成正比.3.遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc.(2)截止頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的________頻率稱為該種金屬的截止頻率(又稱極限頻率).不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極限頻率.答案:1.光電子2.(1)極限頻率(2)頻率(3)瞬時(shí)(4)強(qiáng)度3.(2)最小知識(shí)點(diǎn)二愛因斯坦光電效應(yīng)方程1.光子說:光是不連續(xù)的,是一份一份的,每一份光叫一個(gè)光子,一個(gè)光子的能量為ε=________.2.逸出功:使電子脫離某種金屬所做功的________,用W0表示,不同金屬的逸出功不同.3.愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式:Ek=________.(2)物理意義:金屬中的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來克服金屬的________,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能Ek=eq\f(1,2)meveq\o\al(2,e).答案:1.hν2.最小值3.(1)hν-W0(2)逸出功W0知識(shí)點(diǎn)三波粒二象性1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有________性.(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有________性.(3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,稱為光的________性.2.物質(zhì)波:任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與之對(duì)應(yīng),其波長λ=eq\f(h,p),p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量.答案:1.(1)波動(dòng)(2)粒子(3)波粒二象1.思維辨析(1)只要光照射的時(shí)間足夠長,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應(yīng).()(2)光電子就是光子.()(3)極限頻率越大的金屬材料逸出功越大.()(4)從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大,這種金屬的逸出功越小.()(5)入射光的頻率越大,逸出功越大.()答案:(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×2.(多選)如圖所示,用導(dǎo)線把驗(yàn)電器與鋅板相連接,當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí),發(fā)生的現(xiàn)象是()A.有光子從鋅板逸出B.有電子從鋅板逸出C.驗(yàn)電器指針張開一個(gè)角度D.鋅板帶負(fù)電答案:BC3.(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用頻率為ν的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應(yīng),下列說法正確的是()A.增大入射光的強(qiáng)度,光電流增大B.減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C.改用頻率小于ν的光照射,一定不發(fā)生光電效應(yīng)D.改用頻率大于ν的光照射,光電子的最大初動(dòng)能變大答案:AD4.用電子做雙縫干涉實(shí)驗(yàn),如圖所示的三幅圖分別為100個(gè)、3000個(gè)、7000個(gè)左右的電子通過雙縫后在膠片上出現(xiàn)的干涉圖樣.該實(shí)驗(yàn)表明()A.電子具有波動(dòng)性,不具有粒子性B.電子具有粒子性,不具有波動(dòng)性C.電子既有波動(dòng)性又有粒子性D.電子到達(dá)膠片上不同位置的概率相同答案:C5.(多選)下列對(duì)光的波粒二象性的說法正確的是()A.光子不僅具有能量,也具有動(dòng)量B.光的波粒二象性指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性,有時(shí)表現(xiàn)為粒子性C.運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子也有波動(dòng)性,波長與粒子動(dòng)量的關(guān)系為λ=eq\f(p,h)D.光波和物質(zhì)波,本質(zhì)上都是概率波答案:ABD第三部分熱光原及波部分高考一輪總復(fù)習(xí)[物理·新高考]考點(diǎn)光電效應(yīng)現(xiàn)象和規(guī)律1.光電效應(yīng)中應(yīng)區(qū)分的幾個(gè)概念(1)光子與光電子光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量,光子不帶電,光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來的電子,光子是光電效應(yīng)的因,光電子是果.(2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能光照射到金屬表面時(shí),電子吸收光子的能量,可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng),除了要做逸出功外,有時(shí)還要克服原子的其他束縛的作用力,剩余部分為光電子的初動(dòng)能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí),只需克服原子核的引力做功的情況,才具有最大初動(dòng)能.(3)光電流與飽和電流金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極,回路中便產(chǎn)生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個(gè)飽和值,這個(gè)飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所加電壓大小無關(guān).2.光電效應(yīng)中的三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0.(2)光電子的最大初動(dòng)能Ek可以利用光電管用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止電壓.(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功,它與金屬的截止頻率νc的關(guān)系是W0=hνc.1.(2019北京卷)光電管是一種利用光照射產(chǎn)生電流的裝置,當(dāng)入射光照在管中金屬板上時(shí),可能形成光電流.表中給出了6次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果.組次入射光子的能量/eV相對(duì)光強(qiáng)光電流大小/mA逸出光電子的最大初動(dòng)能/eV第一組1234.04.04.0弱中強(qiáng)2943600.90.90.9第二組4566.06.06.0弱中強(qiáng)2740552.92.92.9由表中數(shù)據(jù)得出的論斷中不正確的是()A.兩組實(shí)驗(yàn)采用了不同頻率的入射光B.兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)不同C.若入射光子的能量為5.0eV,逸出光電子的最大初動(dòng)能為1.9eVD.若入射光子的能量為5.0eV,相對(duì)光強(qiáng)越強(qiáng),光電流越大答案:B解析:A對(duì):光子的能量E=hν,入射光子的能量不同,故入射光子的頻率不同.B錯(cuò):由愛因斯坦的光電效應(yīng)方程hν=W0+Ek,可求出兩組實(shí)驗(yàn)的逸出功W0均為3.1eV,故兩組實(shí)驗(yàn)所用的金屬板材質(zhì)相同.C對(duì):由hν=W0+Ek,W0=3.1eV;當(dāng)hν=5.0eV時(shí),Ek=1.9eV.D對(duì):光強(qiáng)越強(qiáng),單位時(shí)間內(nèi)射出的光電子數(shù)越多,單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多,形成的光電流越大.本題選不正確的,故選B./高/分/技/法光電效應(yīng)的研究思路1.兩條線索2.兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系:光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大.光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動(dòng)能大.2.(2021山東濟(jì)南模擬)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光照射時(shí),有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是()A.保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和電流變大B.入射光的頻率變高,飽和電流一定變大C.入射光的頻率變高,光強(qiáng)不變,光電子的最大初動(dòng)能不變D.保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生答案:A解析:根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論知,保持入射光的頻率不變,入射光的光強(qiáng)變大,飽和電流變大,選項(xiàng)A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,入射光的頻率變高,光電子的最大初動(dòng)能變大,飽和電流不一定變大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;入射光的頻率變高,光強(qiáng)不變,光電子的最大初動(dòng)能變大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;保持入射光的光強(qiáng)不變,不斷減小入射光的頻率,當(dāng)入射光的頻率小于金屬的截止頻率,就不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),不再有光電流產(chǎn)生,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.3.光照射金屬時(shí)逸出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng),如圖所示是用來研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路圖.關(guān)于光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律、實(shí)驗(yàn)電路圖和理論解釋,下列說法正確的有()A.UAK>0時(shí),電壓越大將會(huì)有更多乃至全部光電子到達(dá)AB.UAK<0時(shí),光照越強(qiáng)時(shí)電壓越大才能阻止光電子到達(dá)AC.只要光照強(qiáng)度足夠大,一定能夠使K板逸出光電子D.逸出的光電子能否到達(dá)A只取決于照射光頻率的大小答案:A解析:當(dāng)光的頻率大于陰極K的極限頻率時(shí),會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),正向電壓越大,在未達(dá)到飽和電流之前就能吸引更多的光電子落到A極板上,甚至單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子全部到達(dá)A極板上,此時(shí)就達(dá)到了飽和電流,故A正確;反向電壓增大到直射A極板的光電子剛好未能到達(dá)A時(shí)的電壓,稱之為遏止電壓,遏止電壓的大小取決于光的頻率,跟光照強(qiáng)度無關(guān),所以B錯(cuò)誤;是否發(fā)生光電效應(yīng)取決于光的頻率與K的極限頻率大小,與光照強(qiáng)度無關(guān),故C錯(cuò)誤;逸出的光電子能否到達(dá)A,除了與照射光頻率的大小有關(guān)外,還取決于電子逸出方向、UAK的大小,所以D錯(cuò)誤.4.(2021福建南平一模)單色光B的頻率為單色光A的兩倍,用單色光A照射某金屬表面時(shí),從金屬表面逸出的光電子最大初動(dòng)能為E1.用單色光B照射該金屬表面時(shí),逸出的光電子最大初動(dòng)能為E2,則該金屬的逸出功為()A.E2-E1 B.E2-2E1C.2E1-E2 D.eq\f(E1+E2,2)答案:B解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程:用單色光A照射到某金屬表面時(shí)E1=hν-W逸出功,用單色光B照射到某金屬表面時(shí)E2=h·2ν-W逸出功.解得W逸出功=E2-2E1.故選B.考點(diǎn)光電效應(yīng)圖象圖象名稱圖象形狀由圖線直接(間接)得到的物理量Ek-ν圖象①極限頻率:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc②逸出功:圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對(duì)值③普朗克常量:圖線的斜率k=hI-U圖象①遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點(diǎn)②飽和電流Im:電流的最大值③最大初動(dòng)能:Ekm=eUc①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和電流③最大初動(dòng)能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2Uc-ν圖象①截止頻率νc:圖線與橫軸的交點(diǎn)②遏止電壓Uc:隨入射光頻率的增大而增大②普朗克常量h:等于圖線的斜率與電子電量的乘積,即h=ke角度Ⅰ.Ek-ν圖象1.(多選)甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率間的關(guān)系分別如圖中的a、b所示.下列判斷正確的是()A.圖線a與b不一定平行B.圖線a與b的斜率是定值,與入射光和金屬材料均無關(guān)C.乙金屬的極限頻率大于甲金屬的極限頻率D.甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),若光電子的最大初動(dòng)能相同,則甲金屬的入射光頻率大答案:BC解析:根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0=hν-h(huán)νc知,圖線的斜率表示普朗克常量,因此圖線a與b一定平行,且兩斜率是固定值,與入射光和金屬材料均無關(guān),故A錯(cuò)誤,B正確;橫軸截距表示光電子最大初動(dòng)能為零時(shí)的入射光頻率,此時(shí)的頻率等于金屬的極限頻率,由圖可知乙金屬的極限頻率大于甲金屬的極限頻率,故C正確;縱軸截距的絕對(duì)值就是逸出功的數(shù)值,乙金屬的逸出功大于甲金屬的逸出功,由光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0知,發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),若光電子的最大初動(dòng)能相同,則甲金屬的入射光頻率小,故D錯(cuò)誤.角度Ⅱ.Uc-ν圖象2.(2019海南卷)(多選)對(duì)于鈉和鈣兩種金屬,其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示.用h、e分別表示普朗克常量和電子電荷量,則()A.鈉的逸出功小于鈣的逸出功B.圖中直線的斜率為eq\f(h,e)C.在得到這兩條直線時(shí),必須保證入射光的光強(qiáng)相同D.若這兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動(dòng)能,則照射到鈉的光頻率較高答案:AB解析:由Uce=hν-W得,Uc=eq\f(h,e)ν-eq\f(W,e),由圖象可知相同入射光頻率,鈉的Uc更大,所以鈉的逸出功小于鈣的逸出功,故A項(xiàng)正確.由Uc=eq\f(h,e)ν-eq\f(W,e)得,直線的斜率為eq\f(h,e),故B正確.Uc與入射光的強(qiáng)度無關(guān),所以得到這兩條直線時(shí),無須保證入射光的光強(qiáng)相同,故C項(xiàng)錯(cuò)誤.由eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)=hν-W,且鈉的逸出功小于鈣的逸出功得,兩種金屬產(chǎn)生的光電子具有相同的最大初動(dòng)能時(shí),照射到鈉的光頻率較低,故D項(xiàng)錯(cuò)誤.角度Ⅲ.I-U圖象3.(2021山東泰安質(zhì)檢)研究光電效應(yīng)的電路如圖所示.用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射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(guān)系圖象中,正確的是()答案:C解析:雖然入射光強(qiáng)度不同,但光的頻率相同,所以遏止電壓相同;又因當(dāng)入射光強(qiáng)時(shí),單位時(shí)間逸出的光電子多,飽和電流大,所以選C./高/分/技/法光電效應(yīng)的幾點(diǎn)說明1.愛因斯坦光電效應(yīng)方程為Ek=hν-W0,對(duì)于同種金屬,光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率為一次函數(shù)關(guān)系,因此給出兩組入射光頻率和光電子最大初動(dòng)能的數(shù)據(jù),可求出金屬的逸出功和普朗克常量.2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0的動(dòng)態(tài)變化情況:對(duì)于同種金屬,入射光的頻率越高,對(duì)應(yīng)的光電子的最大初動(dòng)能越大;對(duì)于不同金屬,入射光的頻率越高,金屬的逸出功越小,光電子的最大初動(dòng)能越大.3.由Ek=hν-W0和Ek=eUc可得Uc=eq\f(h,e)ν-eq\f(W0,e),即Uc和ν也為一次函數(shù)關(guān)系,圖象為一條直線.考點(diǎn)波粒二象性1.對(duì)光的波粒二象性的理解:光既有波動(dòng)性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為:(1)個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性.(2)頻率越低波動(dòng)性越顯著,越容易觀察到光的干涉和衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易觀察到光的干涉和衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng).(3)光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性.(4)由光子的能量ε=hν和動(dòng)量p=eq\f(h,λ)表達(dá)式也可以看出,光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾.2.物質(zhì)波(1)概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因此光波是一種概率波.(2)物質(zhì)波任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng),其波長λ=eq\f(h,p),p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量.1.近年來,數(shù)碼相機(jī)幾近家喻戶曉,用來衡量數(shù)碼相機(jī)性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)就是像素,1像素可理解為光子打在光屏上的一個(gè)亮點(diǎn),現(xiàn)知300萬像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的照片比30萬像素的數(shù)碼相機(jī)拍出的等大的照片清晰得多,其原因可以理解為()A.光是一種粒子,它和物質(zhì)的作用是一份一份的B.光的波動(dòng)性是大量光子之間的相互作用引起的C.大量光子表現(xiàn)出光具有粒子性D.光具有波粒二象性,大量光子表現(xiàn)出光的波動(dòng)性答案:D解析:由題意知像素越高形成照片的光子數(shù)越多,表現(xiàn)的波動(dòng)性越強(qiáng),照片越清晰,D項(xiàng)正確.2.(多選)物理學(xué)家做了一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn):在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,在光屏處放上照相底片,若減小入射光的強(qiáng)度,使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長,底片上只能出現(xiàn)一些如圖甲所示不規(guī)則的點(diǎn)子;如果曝光時(shí)間足夠長,底片上就會(huì)出現(xiàn)如圖丙所示規(guī)則的干涉條紋.對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的認(rèn)識(shí)正確的是()A.曝光時(shí)間不長時(shí),光的能量太小,底片上的條紋看不清楚,故出現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)B.單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機(jī)會(huì)較多的地方D.只有光子具有波粒二象性,微觀粒子不具有波粒二象性答案:BC解析:單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè),大量光子的落點(diǎn)出現(xiàn)一定的規(guī)律性,落在某些區(qū)域的可能性較大,這些區(qū)域正是波通過雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域.光具有波粒二象性,少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性.所以正確選項(xiàng)為B、C.不論光子還是微觀粒子,都具有波粒二象性.3.(2021浙江臺(tái)州模擬)1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一.如圖所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡化圖,下列說法不正確的是()A.亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方B.該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動(dòng)性D.該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性答案:C解析:由題意可知,亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是粒子到達(dá)概率小的地方,故A正確;電子是實(shí)物粒子,能發(fā)生衍射現(xiàn)象,該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的,不能說明光子的波動(dòng)性,故B、D正確,C錯(cuò)誤.本題選錯(cuò)誤的,故選C./高/分/技/法波粒二象性的三點(diǎn)理解1.光子表現(xiàn)為波動(dòng)性,并不否認(rèn)光子具有粒子性(光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)體現(xiàn)了光的粒子性).2.宏觀物體也具有波動(dòng)性,其波長很小,不易測(cè)量.3.微觀粒子的波動(dòng)性與機(jī)械波不同,微觀粒子的波是概率波.限時(shí)跟蹤檢測(cè)(五十二)波粒二象性[基礎(chǔ)訓(xùn)練]1.(2021湖南永州一模)用如圖所示裝置做光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.光電效應(yīng)現(xiàn)象是由愛因斯坦首先發(fā)現(xiàn)的B.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象揭示了光具有波動(dòng)性C.實(shí)驗(yàn)時(shí),光電子從鋅板逸出,驗(yàn)電器帶正電D.實(shí)驗(yàn)時(shí),若用可見光照射鋅板,也能發(fā)生光電效應(yīng)答案:C解析:光電效應(yīng)現(xiàn)象是由赫茲首先發(fā)現(xiàn)的,故A錯(cuò)誤;光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光具有粒子性,故B錯(cuò)誤;產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí),光電子從鋅板逸出,驗(yàn)電器帶正電,故C正確;在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中用紫外線照射鋅板可發(fā)生光電效應(yīng),而可見光的頻率小于紫外線的頻率,不能確定用可見光照射鋅板是否發(fā)生光電效應(yīng),故D錯(cuò)誤.2.(2021江蘇啟東中學(xué)期中)(多選)下列說法正確的是()A.普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象,第一次提出了能量量子化理論B.大量的電子通過雙縫后在屏上能形成明暗相間的條紋,這表明所有的電子都落在明條紋處C.電子和其他微觀粒子都具有波粒二象性D.光波是一種概率波,光的波動(dòng)性是由于光子之間的相互作用引起的,這是光子自身的固有性質(zhì)答案:AC解析:普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象,第一次提出了能量量子化理論,故A正確;大量的電子通過雙縫后在屏上能形成明暗相間的條紋,這表明落在明條紋處的電子較多、落在暗條紋處的電子較少,故B錯(cuò)誤;電子和其他微觀粒子都具有波粒二象性,故C正確;波粒二象性是光的根本屬性,與光子之間的相互作用無關(guān),故D錯(cuò)誤.3.(2021浙江湖州中學(xué)月考)如圖所示,當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí),用光子能量為3.1eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)仍不為零;當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)為零,由此可知陰極材料的逸出功為()A.1.9eV B.0.6eVC.2.5eV D.3.1eV答案:C解析:根據(jù)題意,當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時(shí),電流表讀數(shù)為零,即反向電壓為0.60V時(shí),從光電管陰極逸出的電子,在電場(chǎng)力作用下,恰好不能到達(dá)陽極,根據(jù)動(dòng)能定理,則有光電子的最大初動(dòng)能為Ekm=qU=0.6eV,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有W0=hν-Ekm=3.1eV-0.6eV=2.5eV,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確.4.愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率ν的關(guān)系如圖所示,其中ν0為極限頻率.從圖中可以確定的是()A.逸出功與ν有關(guān)B.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C.當(dāng)ν<ν0時(shí),會(huì)逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)答案:D解析:由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0和W0=hν0(W0為金屬的逸出功),Ek=hν-h(huán)ν0,可見圖象的斜率表示普朗克常量,D正確;只有ν≥ν0時(shí)才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),C錯(cuò);金屬的逸出功只和金屬的極限頻率有關(guān),與入射光的頻率無關(guān),A錯(cuò);最大初動(dòng)能取決于入射光的頻率,而與入射光的強(qiáng)度無關(guān),B錯(cuò).5.下表給出了一些金屬材料的逸出功.材料銫鈣鎂鈹鈦逸出功/(10-19J)3.04.35.96.26.6現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料,能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有(普朗克常量h=6.63×10-34J·s,光速c=3×108A.2種 B.3種C.4種 D.5種答案:A解析:要發(fā)生光電效應(yīng),則入射光的能量大于金屬的逸出功,由題可算出波長為400nm的光的能量為E=hν0=heq\f(c,λ0)=6.63×10-34×eq\f(3.0×108,400×10-9)J=4.97×10-19J,大于銫和鈣的逸出功,所以A選項(xiàng)正確.6.(2021四川雙流中學(xué)二模)(多選)利用如圖所示的電路研究光電效應(yīng),其中電極K由金屬鉀制成,已知鉀的逸出功為2.25eV.用某一頻率的光照射電極K時(shí),逸出的光電子的最大初動(dòng)能為1.50eV,電流表的示數(shù)為I.已知普朗克常量h=6.6×10-34J·s,下列說法正確的是()A.金屬鉀的截止頻率約為5.5×1014HzB.若入射光頻率加倍,光電子的最大初動(dòng)能變?yōu)?.00eVC.若入射光的強(qiáng)度不變、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)?.25V答案:AD解析:由W0=hνc,解得金屬鉀的截止頻率約為νc=5.5×1014Hz,選項(xiàng)A正確;若入射光的頻率加倍,W0不變,由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0,可知光電子的最大初動(dòng)能并不成倍增加,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;若入射光的頻率加倍、強(qiáng)度不變,則單位時(shí)間內(nèi)入射光的光子數(shù)減半,即電極K表面逸出的光電子數(shù)量減半,電流表的示數(shù)變?yōu)閑q\f(I,2),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由Ek=hν-W0知入射光的能量為hν=3.75eV,若入射光的頻率加倍,則Ek′=2hν-W0=5.25eV,而eUc=Ek′,所以遏止電壓Uc=5.25V,選項(xiàng)D正確.7.(2021河南鄭州期末)(多選)照射到金屬表面的光能使金屬中的電子逸出,可以用圖甲的電路研究電子發(fā)射的情況.如圖甲所示,陰極K在受到光照時(shí)能夠發(fā)射電子,陽極A吸收陰極K發(fā)出的光電子,在電路中形成光電流.K與A之間電壓的大小U(U>0)可以調(diào)整,圖乙中橫軸的右半軸對(duì)應(yīng)圖甲所示的電源極性連接,左半軸表示的是電源反接后的電壓大?。F(xiàn)得到圖乙所示的在光照條件不變的情況下,光電流I隨著所加電壓U變化的圖象,根據(jù)電流的定義(I=eq\f(q,t))可知()A.電壓由0到U1,光電流越來越大,說明單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的個(gè)數(shù)越來越多B.飽和電流說明單位時(shí)間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的C.遏止電壓的存在意味著光電子具有一定的初動(dòng)能,且有上限D(zhuǎn).電源反接后,當(dāng)U>Uc時(shí),I=0,說明沒有電子從K極逸出答案:BC解析:單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的個(gè)數(shù)是由光的強(qiáng)度決定的,當(dāng)光強(qiáng)一定時(shí),單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的個(gè)數(shù)是一定的,只不過當(dāng)電壓較小時(shí),不是所有的光電子都能到達(dá)陽極,電壓越大到達(dá)陽極的光電子數(shù)越多,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;飽和電流說明單位時(shí)間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的,這些光電子都能到達(dá)陽極時(shí),電流達(dá)到飽和狀態(tài),選項(xiàng)B正確;遏止電壓滿足Uce=eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m),它的存在意味著光電子具有一定的初動(dòng)能,且有上限,即光電子有最大初動(dòng)能,選項(xiàng)C正確;電源反接后,當(dāng)U>Uc時(shí),I=0,說明沒有電子到達(dá)陽極,并不是沒有電子從K極逸出,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.[能力提升]8.(2021重慶南開中學(xué)月考)如圖所示是研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置,現(xiàn)用氫原子從n=4能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光束照射金屬電極K,發(fā)現(xiàn)波長分別為λ1和λ2的兩種光子能使金屬電極K發(fā)生光電效應(yīng),其中λ1>λ2,則()A.波長為λ1的光子是氫原子從n=4能級(jí)直接躍遷到n=2能級(jí)輻射出來的B.用波長為λ1的光子照射時(shí),光電子的最大初動(dòng)能更大C.用波長為λ2的光子照射時(shí),正向電壓越大,光電流的飽和值越大D.用波長為λ2的光子照射時(shí),增大光照強(qiáng)度,光電流的飽和值隨之增大答案:D解析:根據(jù)c=λν,λ1>λ2可知,光子頻率ν1<ν2.根據(jù)Em-En=hν可知?dú)湓訌膎=4能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)的能級(jí)差大于從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)時(shí)的能級(jí)差,所以波長為λ1的光子是氫原子從n=3能級(jí)直接躍遷到n=2能級(jí)輻射出來的,故A錯(cuò)誤.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0可知用波長為λ1的光照射產(chǎn)生光電子的最大初動(dòng)能較小,故B錯(cuò)誤.光電流的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān),增大光照強(qiáng)度,光電流的飽和值隨之增大;在一定頻率與強(qiáng)度的光照射下,開始時(shí),光電流隨正向電壓U的增加而增大,當(dāng)U增大到一定程度時(shí),光電流達(dá)到飽和值,這時(shí)即使再增大電壓U,光電流也不會(huì)再增加,故C錯(cuò)誤,D正確.9.(2021湖北七市聯(lián)考)在探究光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí),某小組的同學(xué)分別用頻率為ν、2ν的單色光照射同一種金屬,逸出的光電子最大速度之比為1∶2,普朗克常量用h表示,則()A.光電子的最大初動(dòng)能之比為1∶2B.該金屬的逸出功為eq\f(2hν,3)C.該金屬的截止頻率為eq\f(ν,3)D.用頻率為eq\f(ν,2)的單色光照射該金屬時(shí)能發(fā)生光電效應(yīng)答案:B解析:逸出的光電子最大速度之比為1∶2,光電子最大初動(dòng)能Ekm=eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m),則兩次逸出的光電子最大初動(dòng)能之比為1∶4,故A錯(cuò)誤;光子能量分別為hν和2hν,根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知光電子的最大初動(dòng)能為Ek=hν-W0,4Ek=2hν-W0,聯(lián)立可得逸出功W0=eq\f(2hν,3),故B正確;逸出功為eq\f(2hν,3),那么金屬的截止頻率為eq\f(2ν,3),故C錯(cuò)誤;用頻率為eq\f(ν,2)的單色光照射該金屬,因eq\f(ν,2)<eq\f(2ν,3),不滿足光電效應(yīng)的發(fā)生條件,因此不能發(fā)生光電效應(yīng),故D錯(cuò)誤.10.(多選)如圖所示,頻率為ν的單色光照射在某種金屬材料上,光電子的最大初動(dòng)能為Ek.下列說法正確的是()A.若換用頻率小于ν的單色光照射該材料,該材料一定沒有光電子逸出B.若換用頻率小于ν的單色光照射該材料,該材料可能有光電子逸出C.若換用頻率為2ν的單色光照射該材料,光電子的最大初動(dòng)能大于2EkD.若換用頻率為2ν的單色光照射該材料,光電子的最大初動(dòng)能小于2Ek答案:BC解析:若單色光的頻率大于材料的極限頻率,該材料就能發(fā)生光電效應(yīng),A錯(cuò)誤,B正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程有Ek=hν-W0,Ek′=h·2ν-W0,聯(lián)立有Ek′=2(hν-W0)+W0=2Ek+W0>2Ek,選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤.11.(2021天津和平區(qū)模擬)如圖所示,當(dāng)一束一定強(qiáng)度的某一頻率的黃光照射到光電管的陰極K時(shí),此時(shí)滑片P位于AB中點(diǎn),電流表中有電流通過,則()A.若將滑動(dòng)觸頭P向B端移動(dòng),電流表示數(shù)一定增大B.若用紅外線照射陰極K,電流表中一定沒有電流通過C.若用強(qiáng)度更弱的黃光照射陰極K,電流表讀數(shù)不變D.若用強(qiáng)度更弱的紫外線照射陰極K,光電子的最大初動(dòng)能一定變大答案:D解析:光電管兩端所加的電壓使光電子到達(dá)陽極,則電流表中有電流流過,且可能為飽和電流,則將滑動(dòng)觸頭P向B端移動(dòng)時(shí),電流表示數(shù)有可能不變,故A錯(cuò)誤;若用紅外線照射陰極K,因紅外線的頻率小于黃光,因此可能不發(fā)生光電效應(yīng),也可能會(huì)發(fā)生光電效應(yīng),電流表可能有電流通過,故B錯(cuò)誤;若用強(qiáng)度更弱的黃光照射陰極K時(shí),單位時(shí)間內(nèi)射出的光電子數(shù)目減少,電流表讀數(shù)減小,故C錯(cuò)誤;紫外線的頻率大于黃光的頻率,根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek=hν-W0可知,用一束紫外線照射陰極K時(shí),光電子的最大初動(dòng)能一定變大,與光的強(qiáng)弱無關(guān),故D正確.12.(2021江蘇南通一模)利用如圖甲所示電路研究光電效應(yīng)中金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系,描繪出圖乙中的圖象,由此算出普朗克常量h,圖乙中U1、ν1、ν0均已知,電子電荷量用e表示,當(dāng)入射光的頻率增大時(shí),為了測(cè)定遏止電壓,滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)向________(填“M”或“N”)端移動(dòng),由Uc-ν圖象可求得普朗克常量h=________(用題中字母表示).答案:Neq\f(eU1,ν1-ν0)解析:入射光的頻率增大,光電子的最大初動(dòng)能增大,則遏止電壓增大,測(cè)遏止電壓時(shí),應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片P向N端移動(dòng).根據(jù)Ekm=hν-W0=eUc,由Uc-ν圖象可知,當(dāng)遏止電壓為零時(shí),ν=ν0,所以這種金屬的截止頻率為ν0.根據(jù)Ekm=hν-W0=eUc,解得Uc=eq\f(hν,e)-eq\f(hν0,e),圖線的斜率k=eq\f(h,e)=eq\f(U1,ν1-ν0),則h=eq\f(eU1,ν1-ν0).13.(2021江蘇南通模擬)我國自行研制的一種大型激光器,能發(fā)出頻率為ν、功率為P0的高純度和高亮度激光.如圖所示,光電管的陰極K用某金屬制成,閉合開關(guān)S,當(dāng)該激光射向陰極,產(chǎn)生了光電流.移動(dòng)變阻器的滑片P,當(dāng)光電流恰為零時(shí),電壓表的示數(shù)為Uc,已知普朗克常量為h,電子電荷量為e,真空中的光速為c.求:(1)激光器發(fā)出的光子的動(dòng)量p;(2)光電管陰極K的截止頻率νc.答案:(1)eq\f(hν,c)(2)ν-eq\f(eUc,h)解析:(1)由p=eq\f(h,λ),λ=eq\f(c,ν),解得p=eq\f(hν,c).(2)由eUc=Ekm,又Ekm=hν-W0,且W0=hνc,解得νc=ν-eq\f(eUc,h).第2講原子結(jié)構(gòu)與原子核考點(diǎn)點(diǎn)擊素養(yǎng)目標(biāo)1.氫原子光譜2.氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式3.原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期4.放射性同位素5.核力、核反應(yīng)方程6.結(jié)合能、質(zhì)量虧損7.裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆8.射線的危害和防護(hù)1.原子核式結(jié)構(gòu)、氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu).2.放射性、原子核的衰變、半衰期、結(jié)合能和質(zhì)量虧損的概念.3.原子核衰變、核反應(yīng)的規(guī)律.物理觀念1.能用氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu)和能級(jí)公式解釋氫原子躍遷現(xiàn)象.2.能夠區(qū)別原子核的衰變方程和核反應(yīng)方程.3.理解愛因斯坦質(zhì)能方程,能夠利用愛因斯坦質(zhì)能方程求解核能問題.科學(xué)思維知識(shí)點(diǎn)一原子結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn):英國物理學(xué)家________發(fā)現(xiàn)了電子.2.原子的核式結(jié)構(gòu)(1)α粒子散射實(shí)驗(yàn):1909~1911年,英國物理學(xué)家________和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿________方向前進(jìn),但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,也就是說它們幾乎被“撞”了回來.(如圖所示)(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型:在原子中心有一個(gè)很小的核,原子全部的________和幾乎全部的________都集中在核里,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).答案:1.湯姆孫2.(1)盧瑟福原來(2)正電荷質(zhì)量知識(shí)點(diǎn)二氫原子光譜1.光譜:用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開,獲得光的________(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜.2.光譜分類3.氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線,其波長公式eq\f(1,λ)=Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)-\f(1,n2)))(n=3,4,5,…),R是里德伯常量,R=1.10×107m-1.4.光譜分析:利用每種原子都有自己的________可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分,且靈敏度很高.在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義.答案:1.波長2.連續(xù)特征吸收4.特征譜線知識(shí)點(diǎn)三氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式1.玻爾理論(1)定態(tài):原子只能處于一系列________的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是________的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量.(2)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定,即hν=________.(h是普朗克常量,h=6.63×10-34J·s)(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(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).原子的定態(tài)是________的,因此電子的可能軌道也是________的.2.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式(1)氫原子的能級(jí)公式:En=eq\f(1,n2)E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=-13.6eV.(2)氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為r1=0.53×10-10m答案:1.(1)不連續(xù)穩(wěn)定(2)Em-En(3)不連續(xù)不連續(xù)知識(shí)點(diǎn)四原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素1.原子核的組成:原子核是由________和中子組成的,原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的________.2.天然放射現(xiàn)象元素________地放出射線的現(xiàn)象,首先由________發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明原子核具有________的結(jié)構(gòu).3.放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)(1)放射性同位素:有________放射性同位素和________放射性同位素兩類,放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同.(2)應(yīng)用:消除靜電、工業(yè)探傷、做________等.(3)防護(hù):防止放射性對(duì)人體組織的傷害.4.原子核的衰變(1)衰變:原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種________的變化稱為________的衰變.(2)分類α衰變:eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A-4,Z-2)Y+________,如:eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th+eq\o\al(4,2)He;β衰變:eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z+1)Y+________,如:eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa+eq\o\al(0,-1)e.(3)半衰期:放射性元素的原子核有________發(fā)生衰變所需的時(shí)間.半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的________和________沒有關(guān)系.答案:1.質(zhì)子質(zhì)子數(shù)2.自發(fā)貝克勒爾復(fù)雜3.(1)天然人工(2)示蹤原子4.(1)原子核原子核(2)eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(0,-1)e(3)半數(shù)化學(xué)狀態(tài)外部條件知識(shí)點(diǎn)五核力和核能裂變和聚變1.核力原子核內(nèi)部________所特有的相互作用力.2.結(jié)合能(1)結(jié)合能:核子結(jié)合為原子核時(shí)________的能量或原子核分解為核子時(shí)________的能量,叫做原子核的結(jié)合能.(2)比結(jié)合能a.定義:原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱做比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能.b.特點(diǎn):不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定.3.質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程E=________.原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小Δm,這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=________.4.重核裂變(1)定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程.(2)典型的裂變反應(yīng)方程:eq\o\al(235,92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(89,36)Kr+eq\o\al(144,56)Ba+3eq\o\al(1,0)n.5.輕核聚變(1)定義:兩個(gè)輕核結(jié)合成________的核的反應(yīng)過程.輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行,因此又叫________.(2)典型的聚變反應(yīng)方程:eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(1,0)n.答案:1.核子間2.(1)放出吸收3.mc2Δmc25.(1)質(zhì)量較大(2)熱核反應(yīng)1.思維辨析(1)原子中絕大部分是空的,原子核很小.()(2)氫原子光譜是由一條一條亮線組成的.()(3)按照玻爾理論,核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上.()(4)如果某放射性元素的原子核有100個(gè),經(jīng)過一個(gè)半衰期后還剩50個(gè).()(5)質(zhì)能方程表明在一定條件下,質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量.()答案:(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×2.盧瑟福進(jìn)行的α粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明()A.在原子的中心有一個(gè)很小的核B.原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)C.原子核集中了原子所有的質(zhì)量D.核外電子在繞核旋轉(zhuǎn)答案:A3.以下關(guān)于玻爾原子理論的說法正確的是()A.電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑是任意的B.電子在繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射C.電子從量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為3的能級(jí)時(shí)要輻射光子D.不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時(shí),只有某些頻率的光可以被氫原子吸收答案:D4.eq\o\al(232,90)Th經(jīng)過一系列α衰變和β衰變后變成eq\o\al(208,82)Pb,則eq\o\al(208,82)Pb比eq\o\al(232,90)Th少()A.16個(gè)中子,8個(gè)質(zhì)子 B.8個(gè)中子,16個(gè)質(zhì)子C.24個(gè)中子,8個(gè)質(zhì)子 D.8個(gè)中子,24個(gè)質(zhì)子答案:A5.“人造太陽”內(nèi)部發(fā)生的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+X,下列說法正確的是()A.X代表的是電子 B.X代表的是中子C.該反應(yīng)是核裂變反應(yīng) D.該反應(yīng)是人工核反應(yīng)答案:B考點(diǎn)玻爾理論能級(jí)躍進(jìn)1.對(duì)氫原子能級(jí)圖的理解(1)能級(jí)圖如圖所示.(2)能級(jí)圖中相關(guān)量意義的說明相關(guān)量意義能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3,…”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“-13.6,-3.4,…”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差,量子數(shù)越大,相鄰的能量差越小,距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷,原子躍遷的條件為hν=Em-En2.兩類能級(jí)躍遷(1)自發(fā)躍遷:高能級(jí)→低能級(jí),釋放能量,發(fā)出光子.光子的頻率ν=eq\f(ΔE,h)=eq\f(E高-E低,h).(2)受激躍遷:低能級(jí)→高能級(jí),吸收能量.①光照(吸收光子):吸收光子的全部能量,光子的能量必須恰等于能級(jí)差hν=ΔE.②碰撞、加熱等:可以吸收實(shí)物粒子的部分能量,只要入射粒子能量大于或等于能級(jí)差即可,E外≥ΔE.③大于電離能的光子被吸收,將原子電離.3.譜線條數(shù)的確定方法(1)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n-1).(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法.①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N=Ceq\o\al(2,n)=eq\f(nn-1,2).②利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加.1.(2019全國卷Ⅰ)氫原子能級(jí)示意圖如圖所示,光子能量在1.63~3.10eV的光為可見光.要使處于基態(tài)(n=1)的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子,最少應(yīng)給氫原子提供的能量為()A.12.09eVB.10.20eVC.1.89eVD.1.51eV答案:A解析:可見光光子能量范圍為1.63~3.10eV,則氫原子能級(jí)差應(yīng)該在此范圍內(nèi),可簡單推算如下:2、1能級(jí)差為10.20eV,此值大于可見光光子的能量;3、2能級(jí)差為1.89eV,此值屬于可見光光子的能量,符合題意.氫原子處于基態(tài),要使氫原子達(dá)到第3能級(jí),需提供的能量為-1.51eV-(-13.60eV)=12.09eV,此值也是提供給氫原子的最少能量,選項(xiàng)A正確.2.(多選)氦原子被電離出一個(gè)核外電子,形成類氫結(jié)構(gòu)的氦離子,其能級(jí)示意圖如圖所示,當(dāng)分別用能量均為48.4eV的電子和光子作用于處在基態(tài)的氦離子時(shí)()A.氦離子可能輻射能量為40.8eV的光子B.氦離子可能從基態(tài)躍遷到n=3的能級(jí)C.氦離子一定能從基態(tài)躍遷到n=2的能級(jí)D.若僅以能量為60eV的電子入射,氦離子一定不會(huì)輻射光子答案:AB解析:基態(tài)的氦離子吸收48.4eV的電子或光子的能量,能躍遷到第3能級(jí)(E3-E1=48.4eV),選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;氦離子處于第3能級(jí)不穩(wěn)定,可能向外輻射出3種不同頻率的光子,分別是從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí),輻射光子的能量為7.6eV,從n=3能級(jí)躍遷到n=1能級(jí),輻射光子的能量為48.4eV,從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí),輻射光子的能量為40.8eV,選項(xiàng)A正確;若僅以能量為60eV的電子入射,由于氦離子可以吸收一部分實(shí)物粒子的能量,另外,氦離子吸收能量后還會(huì)與其他氦離子發(fā)生碰撞,因此氦離子可能會(huì)輻射光子,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.3.(2021福建廈門期末)如圖甲所示為氫原子能級(jí)圖,大量處于n=4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)能輻射出多種不同頻率的光,其中用從n=4能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光照射如圖乙所示光電管的陰極K時(shí),電路中有光電流產(chǎn)生,則()A.改用從n=4能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光照射,一定能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)B.改用從n=3能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光照射,不能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng)C.改用從n=4能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光照射,逸出光電子的最大初動(dòng)能不變D.入射光的強(qiáng)度增大,逸出光電子的最大初動(dòng)能也增大答案:A解析:根據(jù)躍遷規(guī)律可知從n=4向n=2躍遷時(shí)輻射光子的能量小于從n=4向n=1躍遷時(shí)輻射光子的能量,一定能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng),A正確.根據(jù)躍遷規(guī)律可知,從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)輻射光子的能量等于這兩個(gè)能級(jí)的能量差,從n=3能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子能量大于從n=4能級(jí)向n=2能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光子的能量,一定能使陰極K發(fā)生光電效應(yīng),B錯(cuò)誤.改用從n=4能級(jí)向n=1能級(jí)躍遷時(shí)輻射的光照射時(shí),入射光能量變大,因此逸出光電子的最大初動(dòng)能變大,C錯(cuò)誤.入射光的強(qiáng)度增大,不會(huì)影響逸出光電子的最大初動(dòng)能,只會(huì)使逸出的光電子數(shù)目增多,D錯(cuò)誤./高/分/技/法解答氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問題的方法1.能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hν=Em-En求得.光的波長可由公式c=λν求得.2.一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為n-1.3.一群氫原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)的兩種求解方法.(1)用數(shù)學(xué)知識(shí)求解:N=Ceq\o\al(2,n)=eq\f(nn-1,2).(2)利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加.考點(diǎn)原子核的衰變、半衰期1.三種射線的比較名稱構(gòu)成符號(hào)電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線氦核eq\o\al(4,2)He+2e4u最強(qiáng)最弱β射線電子eq\o\al(0,-1)e-eeq\f(1,1837)u較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)2.衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì)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)合成一個(gè)整體射出1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1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續(xù)表衰變類型α衰變?chǔ)滤プ儎驈?qiáng)磁場(chǎng)中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動(dòng)量守恒3.半衰期(1)公式:N余=N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(eq\f(t,τ)),m余=m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(eq\f(t,τ)).(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān).1.天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示,由此可推知()A.②來自于原子核外的電子B.①的電離作用最強(qiáng),是一種電磁波C.③的電離作用較強(qiáng),是一種電磁波D.③的電離作用最弱,屬于原子核內(nèi)釋放的光子答案:D2.(2021海口四中摸底)(多選)氡222是一種天然放射性氣體,被吸入后,會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷,它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一.已知eq\o\al(222,86)Rn的半衰期約為3.8天,則()A.若使放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將減小B.約經(jīng)過15.2天,16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩1gC.eq\o\al(222,86)Rn發(fā)生α衰變時(shí),生成核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了2D.一個(gè)eq\o\al(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\al(222,86)Rn原子核的過程中,發(fā)生β衰變的次數(shù)為2次答案:BCD解析:半衰期是放射性元素原子核有半數(shù)發(fā)生衰變的時(shí)間,由原子核的種類決定,與溫度、壓強(qiáng)等外界因素?zé)o關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;15.2天為4個(gè)半衰期,16g的eq\o\al(222,86)Rn衰變后還剩eq\f(1,16)的原子核沒有衰變,即1g的eq\o\al(222,86)Rn沒有衰變,選項(xiàng)B正確;原子核經(jīng)過一次α衰變電荷數(shù)減少2,質(zhì)量數(shù)減少4,所以中子數(shù)減少2個(gè),選項(xiàng)C正確;一個(gè)eq\o\al(238,92)U原子核衰變?yōu)橐粋€(gè)eq\o\al(222,86)Rn原子核的過程中,質(zhì)量數(shù)減少16個(gè),發(fā)生了4次α衰變,質(zhì)子數(shù)減少了6個(gè),則發(fā)生了2次β衰變,選項(xiàng)D正確.3.14C測(cè)年法是利用14C衰變規(guī)律對(duì)古生物進(jìn)行年代測(cè)定的方法.若以橫坐標(biāo)t表示時(shí)間,縱坐標(biāo)m表示任意時(shí)刻14C的質(zhì)量,m0為t=0時(shí)14C的質(zhì)量.下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是()答案:C解析:由于每經(jīng)過一個(gè)半衰期T,14C的質(zhì)量減少一半,所以m=m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up15(eq\f(t,T)),選項(xiàng)C正確.4.(2021蘭州二模)(多選)在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,某靜止的原子核發(fā)生了α或β衰變,衰變后α或β粒子和反沖核的軌跡如圖所示,兩圖中大圓和小圓的半徑之比為45∶1,下列說法正確的是()甲乙A.甲圖是β衰變的軌跡,乙圖是α衰變的軌跡B.甲圖是α衰變的軌跡,乙圖是β衰變的軌跡C.甲圖可能表示46號(hào)元素發(fā)生了衰變D.乙圖可能表示92號(hào)元素發(fā)生了衰變答案:AD解析:根據(jù)反沖核和粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的洛倫茲力可知,該原子核發(fā)生β衰變時(shí),反沖核和粒子所受洛倫茲力的方向相同,此時(shí)反沖核和粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡為內(nèi)切圓,該原子核發(fā)生α衰變時(shí),反沖核和粒子所受洛倫茲力方向相反,反沖核和粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡為外切圓,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)r=eq\f(mv,qB)及反沖核和粒子的動(dòng)量相等可知,反沖核和粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑比等于其電荷量的反比,根據(jù)衰變時(shí)電荷數(shù)守恒及大、小圓半徑之比為45∶1可知,甲圖可能表示44號(hào)元素發(fā)生β衰變,乙圖可能表示92號(hào)元素發(fā)生α衰變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確./高/分/技/法關(guān)于半衰期的兩點(diǎn)注意1.放射性元素衰變的快慢由其原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定,與物質(zhì)是以單質(zhì)形式存在還是以化合物形式存在無關(guān),也不受外界因素的影響.2.半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量,它是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,個(gè)別原子核經(jīng)多長時(shí)間衰變無法預(yù)測(cè),對(duì)個(gè)別或極少數(shù)原子核,無半衰期可言.考點(diǎn)核反應(yīng)及核反應(yīng)方程式1.核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變?chǔ)了プ冏园l(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th+eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa+eq\o\al(0,-1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O+eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C+eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P+eq\o\al(1,0)n約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素,同時(shí)發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si+eq\o\al(0,+1)e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba+eq\o\al(89,36)Kr+3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe+eq\o\al(90,38)Sr+10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(1,0)n2.核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號(hào),是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ).如質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,-1)e)、正電子(eq\o\al(0,+1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等.(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律,是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù),由于核反應(yīng)不可逆,所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“→”表示反應(yīng)方向.1.(2018全國卷Ⅲ)1934年,約里奧·居里夫婦用α粒子轟擊鋁核eq\o\al(27,13)Al,產(chǎn)生了第一個(gè)人工放射性核素X:α+eq\o\al(27,13)Al→n+X.X的原子序數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為()A.15和28 B.15和30C.16和30 D.17和31答案:B解析:將核反應(yīng)方程式改寫成eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(1,0)n+X,由電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知,X應(yīng)為eq\o\al(30,15)X.2.(2018天津卷)國家大科學(xué)工程——中國散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功,獲得中子束流,可以為諸多領(lǐng)域的研究和工業(yè)應(yīng)用提供先進(jìn)的研究平臺(tái).下列核反應(yīng)中放出的粒子為中子的是()A.eq\o\al(14,7)N俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生eq\o\al(17,8)O并放出一個(gè)粒子B.eq\o\al(27,13)Al俘獲一個(gè)α粒子,產(chǎn)生eq\o\al(30,15)P并放出一個(gè)粒子C.eq\o\al(11,5)B俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生eq\o\al(8,4)Be并放出一個(gè)粒子D.eq\o\al(6,3)Li俘獲一個(gè)質(zhì)子,產(chǎn)生eq\o\al(3,2)He并放出一個(gè)粒子答案:B解析:根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒,各選項(xiàng)核反應(yīng)方程如下:A錯(cuò):eq\o\al(14,7)N+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O+eq\o\al(1,1)H;B對(duì):eq\o\al(27,13)Al+eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P+eq\o\al(1,0)n;C錯(cuò):eq\o\al(11,5)B+eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(8,4)Be+eq\o\al(4,2)He;D錯(cuò):eq\o\al(6,3)Li+eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He+eq\o\al(4,2)He.3.(2021安徽安慶二模)人類和平利用核能始于20世紀(jì)50年代,核能的開發(fā)和應(yīng)用是解決能源問題的重要途徑之一.下列關(guān)于核反應(yīng)的描述或判斷正確的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th+eq\o\al(4,2)He是核聚變B.eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa+eq\o\al(0,-1)e是α衰變C.eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(1,0)n是β衰變D.eq\o\al(235,92)U+eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba+eq\o\al(89,36)Kr+3eq\o\al(1,0)n是核裂變答案:D解析:α衰變放出的是氦核,A選項(xiàng)中核反應(yīng)為α衰變,故A錯(cuò)誤;β衰變放出的是電子,B選項(xiàng)中核反應(yīng)為β衰變,故B錯(cuò)誤;幾個(gè)原子核聚合成一個(gè)原子核的過程為核聚變,C選項(xiàng)中為氫原子核聚變?yōu)楹ぴ雍耍蔆錯(cuò)誤;核裂變是個(gè)原子核分裂成幾個(gè)原子核的變化,D選項(xiàng)中核反應(yīng)為核裂變反應(yīng),故D正確.4.(2020全國卷Ⅲ)(多選)1934年,約里奧-居里夫婦用α粒子轟擊鋁箔,首次產(chǎn)生了人工放射性同位素X,反應(yīng)方程為eq\o\al(4,2)He+eq\o\al(27,13)Al→X+eq\o\al(1,0)n.X會(huì)衰變成原子核Y,衰變方程為X→Y+eq\o\al(0,1)e.則()A.X的質(zhì)量數(shù)與Y的質(zhì)量數(shù)相等B.X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)少1C.X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2D.X的質(zhì)量數(shù)與eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)相等答案:AC解析:設(shè)X的質(zhì)量數(shù)為A、電荷數(shù)為B,Y的質(zhì)量數(shù)為C、電荷數(shù)為D,根據(jù)核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知4+27=1+A,2+13=0+B,A=C+0,B=D+1,解得A=C=30,B=15,D=14,所以X的質(zhì)量數(shù)等于Y的質(zhì)量數(shù),X的電荷數(shù)比Y的電荷數(shù)多1,X的電荷數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的電荷數(shù)多2,X的質(zhì)量數(shù)比eq\o\al(27,13)Al的質(zhì)量數(shù)多3,故A、C正確,B、D錯(cuò)誤./高/分/技/法四種核反應(yīng)的快速區(qū)分1.衰變反應(yīng):反應(yīng)方程左邊只有一個(gè)原子核,右邊有兩個(gè)且其中包含一個(gè)氦核或電子.2.人工核反應(yīng):核反應(yīng)方程左邊有一個(gè)原子核和α粒子、中子、質(zhì)子、氘核等粒子中的一個(gè),右邊有一個(gè)新核,還可能放出一個(gè)粒子.3.重核的裂變:左邊為重核與中子,右邊為兩個(gè)以上的核并放出若干個(gè)粒子.方程左右兩邊中子數(shù)不可抵消.4.輕核的聚變:左邊為輕核,右邊為質(zhì)量較大的核.例如氘核和氚核聚變成氦核的反應(yīng).考點(diǎn)質(zhì)量虧損、結(jié)合能及核能的計(jì)算1.質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系,物體的總能量和它的質(zhì)量成正比,即E=mc2.方程的含義:物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系,物體的能量增大,質(zhì)量也增大;物體的能量減少,質(zhì)量也減少.(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm,其能量也要相應(yīng)減少,即ΔE=Δmc2.(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm,吸收的能量為ΔE=Δmc2.2.核能釋放的兩種途徑的理解中等大小的原子核的比結(jié)合能最大,這些核最穩(wěn)定.使較重的核分裂成中等大小的核或使較小的核結(jié)合成中等大小的核,核子的比結(jié)合能都會(huì)增加,都可以釋放能量.3.核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算時(shí),Δm的單位是kg,c的單位是m/s,ΔE的單位是J.(2)根據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計(jì)算時(shí),Δm的單位是u,ΔE的單位是MeV.(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能:原子核的結(jié)合能=核子的比結(jié)合能×核子數(shù).核反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能.1.(2019天津卷)(多選)我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破,等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億攝氏度,為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ).下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個(gè)原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,總質(zhì)量較聚變前增加D.兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核,核子的比結(jié)合能增加答案:AD解析:A對(duì):核聚變沒有放射性污染,安全、清潔.B錯(cuò):只有原子序數(shù)小的“輕”核才能發(fā)生聚變.C錯(cuò),D對(duì):輕核聚變成質(zhì)量較大的原子核,比結(jié)合能增加,總質(zhì)量減?。?.恒星向外輻射的能量來自其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng).已知氘核eq\o\al(2,1)H的比結(jié)合能為E1,氦核eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能為E2,則核反應(yīng)方程eq\o\al(2,1)H+eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He釋放的能量可表示為()A.E2-E1 B.E2-2E1C.4E2-2E1 D.4E2-4E1答案:D解析:根據(jù)能量守恒定律,該核反應(yīng)釋放的能量可表示為ΔE=4E2-4E1,選項(xiàng)D正確.3.(2017江蘇卷)(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示.根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有()A.eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為14MeVB.eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更穩(wěn)定C.兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí)釋放能量D.eq\o\al(235,92)U核中核子的平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大答案:BC解析:A錯(cuò):eq\o\al(4,2)He核有4個(gè)核子,由比結(jié)合能圖線可知,eq\o\al(4,2)He核的結(jié)合能約為28MeV.B對(duì):比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定.C對(duì):兩個(gè)eq\o\al(2,1)H核結(jié)合成eq\o\al(4,2)He核時(shí),核子的比結(jié)合能變大,結(jié)合時(shí)要放出能量.D錯(cuò):由比結(jié)合能圖線知,eq\o\al(235,92)U核中核子平均結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的?。?.(2020全國卷Ⅱ)氘核eq\o\al(2,1)H可通過一系列聚變反應(yīng)釋放能量,其總效果可用反應(yīng)式6eq\o\al(2,1)H→2eq\o\al(4,2)He+2eq\o\al(1,1)H+2eq\o\al(1,0)n+43.15MeV表示.海水中富含氘,已知1kg海水中含有的氘核約為1.0×1022個(gè),若全都發(fā)生聚變反應(yīng),其釋放的能量與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等;已知1kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的熱量約為2.9×107J,1MeV=1.6×10-13J,則M約為()A.40kg B.100kgC.400kg D.1000kg答案:C解析:由題意知,1kg海水中全部氘核發(fā)生聚變反應(yīng)所釋放的能量約為eq\f(1.0×1022,6)×43.15×1.6×10-13J≈1.151×1010J,其與質(zhì)量為M的標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)釋放的熱量相等,則標(biāo)準(zhǔn)煤的質(zhì)量M=eq\f(1.151×1010,2.9×107)kg≈400kg,故C正確.限時(shí)跟蹤檢測(cè)(五十三)原子結(jié)構(gòu)與原子核[基礎(chǔ)訓(xùn)練]1.(2021河南商丘期中)如圖所示是某原子的能級(jí)圖,a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光.在下列該原子光譜的各選項(xiàng)中,譜線從左向右的波長依次增大,則正確的是()答案:C解析:從能級(jí)圖上可以看出,a光子的能量最大,a光的波長最短,b光子的能量最小,b光的波長最長,因此C選項(xiàng)正確.2.(2021廣東廣州大學(xué)附中期末)氫原子從能級(jí)a躍遷到能級(jí)b時(shí)輻射波長為λ1的光子,從能級(jí)a躍遷到能級(jí)c時(shí)輻射波長為λ2的光子,已知λ1>λ2.那么氫原子從能級(jí)b躍遷到能級(jí)c時(shí)將要輻射光子的波長為()A.eq\f(λ1λ2,λ1+λ2) B.eq\f(λ1λ2,λ1-λ2)C.λ1-λ2 D.λ1+λ2答案:B解析:因?yàn)棣?>λ2,根據(jù)ν=eq\f(c,λ),知ν1<ν2,氫原子從能級(jí)a躍遷到能級(jí)b輻射光子的能量小于從能級(jí)a躍遷到能級(jí)c輻射光子的能量,所以b能級(jí)能量比c能級(jí)能量大,氫原子從能級(jí)b躍遷到能級(jí)c時(shí)輻射光子,b、c間的能級(jí)差ΔE=heq\f(c,λ2)-h(huán)eq\f(c,λ1).又知ΔE=heq\f(c,λ3),解得λ3=eq\f(λ1λ2,λ1-λ2),故A、C、D錯(cuò)誤,B正確.3.中國“北斗三號(hào)”全球組網(wǎng)衛(wèi)星已于2017年11月開始進(jìn)行發(fā)射.“北斗三號(hào)”采用星載氫原子鐘,其精度將比“北斗二號(hào)”的星載銣原子鐘提高一個(gè)數(shù)量級(jí).如圖所示為氫原子的部分能級(jí)圖,以下判斷正確的是()A.處于n=3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的光子B.欲使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā),可用12.09eV的光子照射C.當(dāng)氫原子從n=5的能級(jí)躍遷到n=3的能級(jí)時(shí),要吸收光子D.用從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)輻射出的光照射金屬鉑(逸出功為6.34eV)時(shí)不能發(fā)生光電效應(yīng)答案:B解析:要使處于n=3能級(jí)的氫原子發(fā)生躍遷,吸收的光子能量必須等于兩能級(jí)間的能量差,或是大于1.51eV能量的任意頻率的光子,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;n=1能級(jí)與n=3能級(jí)能量之差為-1.51eV-(-13.6eV)=12.09eV,所以能發(fā)生躍遷,選項(xiàng)B正確;氫原子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)時(shí)放出光子,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;從n=2能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)輻射出的光子的能量E=E2-E1=-3.4eV-(-13.6eV)=10.2eV>6.34eV,故可以發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)D錯(cuò)誤.4.(2021山東威海一模)在β衰變中常伴有一種稱為中微子的粒子放出.中微子的性質(zhì)十分特別,在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年,萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用中微子與水中的一個(gè)eq\o\al(1,1)H發(fā)生核反應(yīng),產(chǎn)生一個(gè)中子(eq\o\al(1,0)n)和一個(gè)正電子(eq\o\al(0,1)e).根據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以判定中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為()A.0和0 B.0和1C.1和0 D.1和1答案:A解析:由核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,可判斷中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零,選項(xiàng)A正確.5.(2021天津一中期末)人們發(fā)現(xiàn),不同的原子核,其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說法錯(cuò)誤的是()A.由圖可知,原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損,要放出能量B.由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損,要放出能量C.已知原子核A裂變成原子核B和C時(shí)放出的γ射線能使某金屬板逸出光電子,若增加γ射線強(qiáng)度,則逸出光電子的最大初動(dòng)能增大D.在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度答案:C解析:由題圖可知,D和E核子的平均質(zhì)量大于F核子的平均質(zhì)量,原子核D和E聚變成原子核F時(shí),核子總質(zhì)量減小,有質(zhì)量虧損,要放出能量,故A正確;由題圖可知,A的核子平均質(zhì)量大于B與C核子的平均質(zhì)量,原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損,要放出能量,故B正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=hν-W0知,光電子的最大初動(dòng)能與γ射線的頻率有關(guān),與γ射線的強(qiáng)度無關(guān),故C錯(cuò)誤;在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度,故D正確.6.(2021山東濟(jì)寧一模)日本福島核事故是世界上最大的核事故之一,2019年2月13日首次“觸及”到了該核電站內(nèi)部的核殘?jiān)?,其中部分殘留的放射性物質(zhì)的半衰期可長達(dá)1570萬年,下列有關(guān)說法正確的是()A.eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb要經(jīng)過4次β衰變和7次α衰變B.天然放射現(xiàn)象中產(chǎn)生的α射線的速度與光速相當(dāng),穿透能力很強(qiáng)C.將由放射性元素組成的化合物進(jìn)行高溫分解,會(huì)改變放射性元素的半衰期D.放射性元素發(fā)生β衰變時(shí)所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的答案:D解析:設(shè)經(jīng)x次α衰變和y次β衰變eq\o\al(238,92)U衰變成eq\o\al(206,82)Pb,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得238=206+4x,92=82+2x-y,解得x=8,y=6,故要經(jīng)過6次β衰變和8次α衰變,故A錯(cuò)誤.α射線是速度為0.1c的氦核流,穿透能力最弱;γ射線的穿透能力最強(qiáng)且速度與光速相當(dāng),故B錯(cuò)誤.半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律,只對(duì)大量的原子核適用,且半衰期的大小由原子核內(nèi)部因素決定,與所處的物理環(huán)境和化學(xué)狀態(tài)無關(guān),故C錯(cuò)誤.β衰變放出的電子是來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的,故D正確.7.(2021浙江大學(xué)附中月考)如圖所示,靜止的eq\o\al(238,92)U核發(fā)生α衰變后生成反沖Th核,兩個(gè)產(chǎn)物都在垂直于它們速度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),下列說法錯(cuò)誤的是()A.衰變方程可表示為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th+eq\o\al(4,2)HeB.Th核和α粒子的圓周軌道半徑之比為1∶45C.Th核和α粒子的動(dòng)能之比為1∶45D.Th核和α粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的方向相同答案:C解析:由電荷數(shù)守恒及質(zhì)量數(shù)守恒可知,衰變方程可表示為eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th+eq\o\al(4,2)He,

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