2023屆新高考物理重點突破：第31講-原子物理

第31講原子物理知識圖譜原子物理知識精講一．波粒二象性1．光電效應(yīng)（1）光電效應(yīng)實驗在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子。光通過小窗照到陰極K上，在光的作用下，電子從電極K逸出，并受電場加速而形成電流，這種電流稱為光電流。（2）光電效應(yīng)規(guī)律任何一種金屬都對應(yīng)一個極限（截止）頻率，入射光頻率必須大于極限頻率才會產(chǎn)生光電效應(yīng)。（3）光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨著入射光頻率的增大而增大。（4）當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時，保持頻率不變，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。（5）入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。（6）愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0，W0表示金屬的逸出功，若νc表示金屬的極限頻率，則W0＝hνc。為了解釋光電效應(yīng)的所有實驗結(jié)果，1905年愛因斯坦推廣了普朗克關(guān)于能量子的概念，提出了光子說，光子說能夠很好地解釋光電效應(yīng)。把光子的概念應(yīng)用于光電效應(yīng)時，愛因斯坦認(rèn)為一個光子的能量是傳遞給金屬中的單個電子的。電子吸收一個光子后，把能量的一部分用來掙脫金屬對它的束縛，余下的一部分就變成電子離開金屬表面后的動能。（7）康普頓效應(yīng)光子與石墨中的電子發(fā)生碰撞后，成分中出現(xiàn)波長變長的光子的現(xiàn)象。康普頓因此獲得1927年的諾貝爾物理學(xué)獎。康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也具有動量，入射光和電子的作用可以看成彈性碰撞，則當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向，則碰撞過程中動量守恒，能量守恒，碰后光子可能沿1方向運動，并且波長變長?？灯疹D效應(yīng)的意義：康普頓效應(yīng)表明光子除了具有能量之外，還具有動量，深入揭示了光的粒子性的一面，也再次證明了愛因斯坦光子說的正確性。光電效應(yīng)應(yīng)用于電子吸收光子的問題，而康普頓效應(yīng)討論光子與電子碰撞且沒有被電子吸收的問題。3．用圖象表示光電效應(yīng)的規(guī)律（1）圖象根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，光電子的最大初動能Ek是入射光頻率ν的一次函數(shù)，圖象如圖所示，其橫軸截距為金屬的極限頻率νc，縱軸截距是金屬的逸出功的負(fù)值，斜率為普朗克常量h。（2）IU圖象光電流強(qiáng)度I隨光電管兩極間電壓U的變化圖象，如圖所示，圖中Im為飽和光電流，Uc為遏止電壓。在一定的光照條件下，單位時間內(nèi)陰極發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，光電流隨著電壓的增加而增加，但是當(dāng)電流增加到一定值之后，即使電壓再增大，因此存在飽和電流。當(dāng)電壓減小為零時，電流并不為零，說明，只有施加反向電壓，在光電管的兩極形成減速的電場，電流才有可能為零。遏止電壓Uc的存在說明，光電子具有一定的初速度。利用可得光電子的最大初動能。（3）存在截止頻率任何一種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率低于“極限頻率”時，無論入射光多強(qiáng)，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，這個極限頻率稱為截止頻率。實驗表明，不同的金屬的截止頻率不同。4．實物粒子的波粒二象性——實物粒子的波動性（1）德布羅意波（物質(zhì)波）：任何運動的實物粒子都有一種波長與之對應(yīng)：；任何粒子都有一種頻率與之對應(yīng)：?？茖W(xué)家在實驗室里，用晶體做了電子束衍射（波的特性）實驗，得到了電子束的衍射圖樣，從而證明了實物粒子也具有波動性，如圖所示。二．原子的結(jié)構(gòu)1．電子的發(fā)現(xiàn)（1）電子的發(fā)現(xiàn)湯姆孫發(fā)現(xiàn)，用不同材料的陰極和不同的方法做實驗，所得比荷的數(shù)值是相等的。這說明，這種粒子是構(gòu)成各種物質(zhì)的共有成分。湯姆生把新發(fā)現(xiàn)的這種粒子稱之為電子。2．原子的核式結(jié)構(gòu)模型（1）α粒子散射實驗的原理（2）原子的核式結(jié)構(gòu)模型的提出：絕大多數(shù)α粒子不偏移，說明原子內(nèi)部絕大部分是“空”的。少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)，說明原子內(nèi)部有“核”存在。極少數(shù)α粒子被彈回表明，作用力很大；質(zhì)量很大；電量集中。實驗中發(fā)現(xiàn)極少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來，表明這些α粒子在原子中某個地方受到了質(zhì)量、電量均比它本身大得多的物體的作用，可見原子中的正電荷、質(zhì)量應(yīng)都集中在一個中心上。 （3）原子核的電荷和大小原子半徑的數(shù)量級是m，而原子核半徑的數(shù)量級是m，但幾乎占有全部質(zhì)量，電子在正電體的外面運動。原子核的半徑只相當(dāng)于原子半徑的萬分之一。3．氫原子光譜（1）氫原子光譜的實驗規(guī)律實驗裝置：玻璃管中稀薄氣體的分子在強(qiáng)電場的作用下會電離，成為自由移動的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時會發(fā)光。當(dāng)玻璃管中充入氫氣時，就可以獲得氫原子光譜圖。（2）氫原子光譜的理解特征：只有幾種特定頻率的光；光譜是一些分立的亮線； 1885年，瑞士物理學(xué)家巴爾末提出氫原子光譜線的波長公式：4．玻爾理論（1）軌道量子化與玻爾定態(tài)假設(shè)以氫原子為例，下圖為氫原子的能級圖，基態(tài)：E1=-13.6eV代表電子在最靠近原子核的軌道上運動時整個原子的能量，此時原子是最穩(wěn)定的。（2）頻率條件躍遷：原子由一個能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量態(tài)，稱為躍遷。從高能級到低能解的躍遷，放出光子（自發(fā)的）；從低能級到高能解的躍遷，吸收光子。躍遷的頻率條件：（m>n）原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的過程是吸收能量的過程。原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過程，是輻射能量的過程。吸收或輻射光子的能量恰等于發(fā)生躍遷的兩能級之差。躍遷的頻率條件，解釋了原子光譜的分立特征。 （3）玻爾理論對氫光譜的解釋玻爾理論很好解釋甚至預(yù)言氫原子的其他譜線。能級公式：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；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。氫原子的能級圖：（4）玻爾模型的局限性保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運動看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運動。對稍微復(fù)雜一點的原子，例如氦原子，無法解釋其光譜現(xiàn)象。三．原子核1．天然放射現(xiàn)象放射性現(xiàn)象的實驗：把放射源放入由鉛做成的容器中，射線只能從容器的小孔射出，成為細(xì)細(xì)的一束。在射線經(jīng)過的空間施加磁場（左圖為磁場，右圖為電場），發(fā)現(xiàn)射線如圖所示。三種射線：名稱名稱構(gòu)成符號電離能力貫穿本領(lǐng)α射線氦核eq\o\al(4,2)He最強(qiáng)最弱β射線電子eq\o\al(0,-1)e較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ最弱最強(qiáng)2．原子核的組成（1）質(zhì)子：盧瑟福用粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。（2）中子：查德威克發(fā)現(xiàn)中子。原因是，如果原子核中只有質(zhì)子，那么原子核的質(zhì)量與電荷量之比應(yīng)等于質(zhì)子的質(zhì)量與電荷量之比，但實際卻是，絕大多數(shù)情況是前者的比值大些，盧瑟福猜想核內(nèi)還有另一種粒子。（3）原子核的組成：質(zhì)子帶正電荷，電荷量與一個電子所帶電荷量相等；中子不帶電，質(zhì)子和中子的質(zhì)量十分接近，統(tǒng)稱為核子，組成原子核。（4）原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)：原子核所帶的電荷量總是質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，這個倍數(shù)就叫做原子核的電荷數(shù)。原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫做原子核的質(zhì)量數(shù)。原子核的電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=原子序數(shù)；原子核的質(zhì)量數(shù)=核子數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)。（5）原子核的符號表示符號表示原子核，X：元素符號；A：核的質(zhì)量數(shù)；Z：核電荷數(shù)。例如，一種鈾原子核的質(zhì)量數(shù)是235，其核子數(shù)是235，質(zhì)子數(shù)是92，中子數(shù)是143。（6）同位素定義：具有相同質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子，在元素周期表中處于同一位置，因而互稱同位素。性質(zhì)：原子核的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子數(shù)目，也決定了電子在核外的分布情況，進(jìn)而決定了這種元素的化學(xué)性質(zhì)，因而同種元素的同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)。氫有三種同位素：氕（通常所說的氫），氘（也叫重氫），氚（也叫超重氫），符號分別是：，和。碳有兩種同位素，符號分別是和。3．放射性元素的衰變（1）原子核的衰變定義：原子核放出α或β粒子，由于核電荷數(shù)變了，它在周期表中的位置就變了，變成另一種原子核。我們把這種變化稱為原子核的衰變。舉例說明：α衰變：鈾238核放出一個α粒子后，核的質(zhì)量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2，變成新核，釷234核。這種放出α粒子的衰變叫做α衰變。這個過程用衰變方程式表示為：23892U→23490Th+42He。α衰變規(guī)律：AZX→A-4Z-2Y+42He。β衰變：釷234核也具有放射性，它能放出一個β粒子而變成23491Pa（鏷），這種放出β粒子的衰變叫做β衰變。釷234核的衰變方程式：23490Th→23491Pa+0-1e。β衰變規(guī)律：AZX→AZ+1Y+0-1e。γ射線是由于原子核在發(fā)生α衰變和β衰變時原子核受激發(fā)而產(chǎn)生的光（能量）輻射，通常是伴隨α射線和β射線而產(chǎn)生。γ射線的本質(zhì)是能量。（2）衰變方程式遵守的規(guī)律：書寫衰變方程時，質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒。例如：盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H；查德威克發(fā)現(xiàn)中子：eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n。4．半衰期（1）半衰期的定義：放射性元素的原子核，有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間，叫做這種元素的半衰期。半衰期表示放射性元素的衰變的快慢。半衰期描述的對象是大量的原子核，不是個別原子核，這是一個統(tǒng)計規(guī)律。一種元素的半衰期與這種元素是以單質(zhì)形式還是以化合物形式存在，或者增加壓力不會改變。（2）公式：用T表示半衰期，與表示衰變前的質(zhì)量和原子核數(shù)，與表示衰變前的質(zhì)量和原子核數(shù)，n表示半衰期數(shù)，則，（）。（3）氡的衰變氡222（α衰變）→釙218的半衰期是3.8天，即大約每隔3.8天，就有一半的氡發(fā)生了衰變，再經(jīng)過第二個半衰期，就剩有1/4的氡。三點剖析課程目標(biāo)：光電效應(yīng)的理解及圖像；原子結(jié)構(gòu)的理解，氫原子能譜的理解；原子核理解：核衰變、核反應(yīng)方程、核能、重核裂變、輕核聚變。光電效應(yīng)例題1、[多選題]用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么()A.a光的頻率一定大于b光的頻率B.增大b光的強(qiáng)度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C.用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到cD.只增大a光的強(qiáng)度可使通過電流計G的電流增大例題2、[多選題]圖（甲）是研究光電效應(yīng)的實驗原理圖，在研究光電效應(yīng)的實驗中，光電流與電壓的關(guān)系可用圖（乙）所示的曲線表示，圖中橫軸U表示光電管陽極和陰極間的所加電壓，縱軸I表示光電流的強(qiáng)度，下面關(guān)于曲線a、b、c對應(yīng)色光的相關(guān)說法中正確的是（）A.b的遏止電壓低，a和c的遏止電壓高B.遏止電壓與入射光的強(qiáng)度無關(guān)C.a和c是同種色光，且a比c光的強(qiáng)度要強(qiáng)D.b和c是同種色光，且b比c光的強(qiáng)度要強(qiáng)例題3、如圖所示是做光電效應(yīng)實驗的裝置簡圖。在抽成真空的玻璃管內(nèi)，K為陰極（用金屬銫制成，發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為1.9eV），A為陽極。在a、b間不接任何電源，用頻率為ν（高于銫的極限頻率）的單色光照射陰極K，會發(fā)現(xiàn)電流表指針有偏轉(zhuǎn)。這時，若在a、b間接入直流電源，a接正極，b接負(fù)極，并使a、b間電壓從零開始逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)增大到2.1V時，電流表的示數(shù)剛好減小到零。（普朗克恒量h＝6.63×10－34J?s）求：（1）a、b間未接直流電源時，通過電流表的電流方向________________（2）從陰極K發(fā)出的光電子的最大初動能EK＝________焦。（3）入射單色光的頻率是________。例題4、[多選題]某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系如圖所示，E、v0為已知量。由圖線信息可知（）A.逸出功W0＝EB.圖像的斜率表示普朗克常量的倒數(shù)C.圖中E與v0的值與入射光的強(qiáng)度、頻率均無關(guān)D.若入射光頻率為3v0，則光電子的最大初動能為3E例題5、美國物理學(xué)家密立根用精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量，這項工作成了愛因斯坦方程式在很小誤差范圍內(nèi)的直接實驗證據(jù)。密立根的實驗?zāi)康氖牵簻y量金屬的遏止電壓Uc．與入射光頻率ν，由此計算普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的h相比較，以檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程式的正確性。如圖所示是根據(jù)某次實驗作出的Uc－ν圖象，電子的電荷量為1.6×10－19C．試根據(jù)圖象求：這種金屬的截止頻率νc和普朗克常量h。隨練1、小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應(yīng)現(xiàn)象，實驗裝置示意如圖甲所示。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J?s。（1）圖甲中電極A為光電管的________（填“陰極”或“陽極”）；（2）實驗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，則銣的截止頻率νC＝________Hz，逸出功W0＝________J；（3）如果實驗中入射光的頻率ν＝7.00×1014Hz，則產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek＝________J。隨練2、利用如圖1所示的電路研究光電效應(yīng)，以確定光電管中電子的發(fā)射情況與光照的強(qiáng)弱、光的頻率等物理量間的關(guān)系。K、A是密封在真空玻璃管中的兩個電極，K受到光照時能夠發(fā)射電子。K與A之間的電壓大小可以調(diào)整，電源的正負(fù)極也可以對調(diào)。（1）a．電源按圖1所示的方式連接，且將滑動變阻器中的滑片置于中央位置附近。試判斷：光電管中從K發(fā)射出的電子由K向A的運動是加速運動還是減速運動？b．現(xiàn)有一電子從K極板逸出，初動能忽略不計，已知電子的電量為e，電子經(jīng)電壓U加速后到達(dá)A極板。求電子到達(dá)A極板時的動能Ek。（2）在圖1裝置中，通過改變電源的正、負(fù)極，以及移動變阻器的滑片，可以獲得電流表示數(shù)I與電壓表示數(shù)U之間的關(guān)系，如圖2所示，圖中Uc叫遏止電壓。實驗表明，對于一定頻率的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。請寫出光電效應(yīng)方程，并對“一定頻率的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的”做出解釋。（3）美國物理學(xué)家密立根為了檢驗愛因斯坦光電效應(yīng)方程的正確性，設(shè)計實驗并測量了某金屬的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν。根據(jù)他的方法獲得的實驗數(shù)據(jù)繪制成如圖3所示的圖線。已知電子的電量e＝1.6×10－19C，求普朗克常量h。（將運算結(jié)果保留1位有效數(shù)字。）原子結(jié)構(gòu)理論例題1、盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。能大致反映α粒子散射特點的是圖()A.B.C.D.例題2、根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型．圖中虛線表示原子核所形成的電場的等勢線，實線表示一個α粒子的運動軌跡．在α粒子從a運動到b、再運動到c的過程中，下列說法中正確的是（）A.動能先增大，后減小B.電勢能先減小，后增大C.電場力先做負(fù)功，后做正功，總功等于零D.加速度先變小，后變大例題3、[多選題]關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識歷程，下列說法正確的有（）A.湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后猜想出原子內(nèi)的正電荷集中在很小的核內(nèi)B.α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)是盧瑟福猜想原子核式結(jié)構(gòu)模型的主要依據(jù)C.對原子光譜的研究開辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路D.玻爾原子理論無法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，說明玻爾提出的原子定態(tài)概念是錯誤的例題4、如圖是玻爾為解釋氫原子光譜畫出的氫原子能級示意圖．一群氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)它們自發(fā)地躍遷到較低能級時，以下說法符合玻爾理論的有（）A.電子軌道半徑減小，動能也要減小B.氫原子躍遷時，可發(fā)出連續(xù)不斷的光譜線C.由n＝4躍遷到n＝1時發(fā)出光子的頻率最小D.金屬鉀的逸出功為2.21eV，能使金屬鉀發(fā)生光電效應(yīng)的光譜線有4條例題5、氫原子的能級圖如圖所示，普朗克常量h＝6.63×10－34J?s，一群氫原子在n＝4的激發(fā)態(tài)時，問：（1）要使氫原子電離，入射光子的最小能量是多少？（2）能放出的光子幾種頻率的光子？最大能量是多少？（3）所放出光子的最小波長？隨練1、關(guān)于原子結(jié)構(gòu)理論和α粒子散射實驗的關(guān)系，下列說法正確的是（）A.盧瑟福做α粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫的“棗糕”模型是錯誤的B.盧瑟福認(rèn)識到湯姆孫“棗糕”模型的錯誤后提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論C.盧瑟福的α粒子散射實驗是為了驗證核式結(jié)構(gòu)理論的正確性D.盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論隨練2、關(guān)于玻爾原子理論的基本假設(shè)，下列說法中正確的是()A.原子中的電子繞原子核做圓周運動，庫侖力提供向心力 B.電子繞核運動的軌道半徑是任意的 C.原子的能量包括電子的動能和勢能，電子動能可取任意值，勢能只能取某些分立值D.電子由一條軌道躍遷到另一條軌道上時，輻射(或吸收)的光子頻率等于電子繞核運動的頻率原子核反應(yīng)及核能例題1、如圖所示，放射性元素鐳衰變過程中釋放出α、β、γ三種射線，分別進(jìn)入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中，下列說法正確的是()A.①④表示α射線，其射出速度最慢但電離能力最弱 B.②⑤表示γ射線，其穿透能力和電離能力都很強(qiáng) C.②⑤表示γ射線，是由原子核內(nèi)釋放出來的高頻電磁波 D.③⑥表示β射線，是高速電子流，可以穿透幾毫米厚的鋁板例題2、原來靜止的原子核，發(fā)生α衰變后放出一個動能為E0的α粒子，求：（1）生成的新核動能是多少？（2）如果衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子及新核的動能，釋放的核能△E是多少？（3）虧損的質(zhì)量△m是多少？例題3、是人類首先制造出的放射性同位素，其半衰期為2.5min，能衰變?yōu)楹鸵粋€未知粒子．①寫出該衰變的方程；②已知容器中原有純的質(zhì)量為m，求5min后容器中剩余的質(zhì)量．例題4、[多選題]下列核反應(yīng)方程屬于衰變的是（）A.12H+13H→24He+01nB.90234Th→91234Pa+﹣10eC.2966Cu→2762Co+24HeD.92235U+01n→56144Ba+3689Kr+301n隨練1、用中子打擊得到一種新的生成物。（1）寫出這一反應(yīng)的核反應(yīng)方程。（2）設(shè)入射的中子速度大小為v，原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，求生成物的速度大小。（3）生成物具有放射性，半衰期為15天，經(jīng)過45天后，剩下的生成物是原來的多少？（直接寫答案）隨練2、下列核反應(yīng)方程中，屬于原子核衰變的是（）A.B.C.D.隨練3、在方向垂直紙面的勻強(qiáng)磁場中，一個原來靜止的原子核衰變后變成一個核并放出一個粒子，該粒子動能為EK，速度方向恰好垂直磁場。Rn核和粒子的徑跡如圖所示，若衰變時產(chǎn)生的能量全部以動能的形式釋放，真空中的光速為c，求：（1）寫出這個核反應(yīng)方程；（2）Rn核與粒子做圓周運動半徑之比；（3）衰變過程中的質(zhì)量虧損。隨練4、在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變。放射出的α粒子在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運動，其軌道半徑為R．用m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量。（1）放射性原子核用表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該放射性原子核α衰變的核反應(yīng)方程。（2）設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為α粒子和新核的動能，新核的質(zhì)量為M，求衰變過程的質(zhì)量虧損△m拓展1、如圖所示是使用光電管的原理圖，當(dāng)用某種可見光照射到陰極K上時，電流表中有電流通過：（1）當(dāng)變阻器的滑動端P向________滑動時（填“左”或“右”），通過電流表的電流將會減小，當(dāng)電流表電流剛減小到零時，電壓表的讀數(shù)為U，則陰極K的逸出功為________（已知電子電荷量為e，普朗克常量為h，可見光的頻率為v）．（2）如果保持變阻器的滑動端P的位置不變，也不改變?nèi)肷涔獾念l率，而增大入射光的強(qiáng)度，則光電子的最大初動能將________（填“增大”、“減小”或“不變”），通過電流表的電流將會________（填“增大”、“減小”或“不變”）．（3）如果將電源的正負(fù)極對調(diào)，將變阻器的滑動端P從A端逐漸向B端移動的過程中，通過電流表的電流先________后________（填“增大”、“減小”或“不變”）（電源電壓足夠大）2、某金屬在光的照射下發(fā)生光電效應(yīng)，光電子的最大初動能Ek與入射光頻率v的關(guān)系如圖所示，試求：①普朗克常量h（用圖中字母表示）；②入射光的頻率為3Vc時，產(chǎn)生的光電子的最大處動能Ek′。3、[多選題]下面對原子結(jié)構(gòu)的探索過程中說法正確的是（）A.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子且測出了電子的電荷量B.盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)學(xué)說C.電子的發(fā)現(xiàn)揭示了原子核也具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)D.α粒子散射實驗中，少數(shù)α粒子穿過金箔發(fā)生大角度散射的過程中其動能先減小后增大4、[多選題]人類認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)和開發(fā)利用原子能經(jīng)歷了十分曲折的過程，盧瑟福、湯姆孫、玻爾、查德威克等科學(xué)家做出了卓越的貢獻(xiàn)．關(guān)于他們的主要成就，下列正確的是（）A.查德威克通過α粒子轟擊鈹核的實驗發(fā)現(xiàn)了中子B.盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型并認(rèn)為氫原子的能級是分立的C.玻爾第一次把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)D.湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子，并提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型5、已知En=，基態(tài)氫原子能量E1=﹣13.6eV，欲使處于基態(tài)的氫原子激發(fā)或電離，下列措施不可行的是（）A.用10.2eV的光子照射B.用14eV的電子碰撞C.用11eV的光子照射D.用11eV的電子碰撞6、如圖是三種射線在勻強(qiáng)磁場中的偏轉(zhuǎn)情況的示意圖，下列選項正確的是（）A.a是射線，它的速度接近光速B.b是射線，它能穿過幾厘米厚的鉛板C.c是一種頻率很高的電磁波，它的電離本領(lǐng)很強(qiáng)D.a和c是從原子核放射出來的，b是核外電子輻射出來的7、下列核反應(yīng)方程中，屬于β衰變的是（）A.B.C.D.8、核電池又叫“放射性同位素電池”，這是利用入微性同位素在衰變過程中連續(xù)釋放的核能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苤圃於傻模澈穗姵赜煞派湫酝凰豍u制成，已知Pu衰變?yōu)殁櫤耍ǚ朥）和α粒子，其半衰期為88年，若該電池在第一個88年內(nèi)的平均功率為10W，其發(fā)電效率為10%，光速c=3×108m/s，一年約為3.2×107s，不考慮其他衰變．（1）寫出衰變方程；（2）求該電池在第一個88年內(nèi)釋放的核能和虧損的質(zhì)量（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）．

答案解析原子物理光電效應(yīng)例題1、[多選題]【答案】AD【解析】A、用一定頻率的a單色照射光電管時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，知γa＞γ0，a光的頻率一定大于b光的頻率，所以A正確。B、發(fā)生光電效應(yīng)的條件：γ＞γ0，增加b光的強(qiáng)度不能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故B錯誤；C、發(fā)生光電效應(yīng)時，電子從光電管左端運動到右端，而電流的方向與電子定向移動的方向相反，所以流過電流表G的電流方向是c流向d，故C錯誤；D、增加a光的強(qiáng)度可使通過電流計G的電流增大。故D正確。例題2、[多選題]【答案】BC【解析】暫無解析例題3、【答案】（1）通過電流表的電流從下向上（2）3.36×10－19（3）9.65×1014Hz【解析】（1）單色光照射陰極K，K發(fā)射出光電子，光電子由K向A定向移動，光電流由A向K．所以通過電流表的電流從下向上。（2）根據(jù)動能定理得：光電子的最大初動能EK＝eUc＝2.1eV＝3.36×10－19J。（3）由光電效應(yīng)方程：EK＝hν－W0，得ν＝9.65×1014Hz。例題4、[多選題]【答案】AC【解析】A、根據(jù)光電效應(yīng)方程：EK＝hγ－W0，EK＝0時有hγ0－W0＝0，所以逸出功W0＝hγ0，由圖，當(dāng)γ＝0時可得：－E＝0－W0所以：W0＝E．故A正確；B、根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK＝hγ－W0，任何一種金屬的逸出功W0一定，說明EK隨頻率f的變化而變化，且是線性關(guān)系（與y＝ax＋b類似），直線的斜率等于普朗克恒量，故B錯誤；C、根據(jù)A的分析可知，E等于金屬的逸出功，所以圖中E與v0的值與入射光的強(qiáng)度、頻率均無關(guān)，故C正確；D、根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EK＝hγ－W0，若入射光頻率為3v0，則光電子的最大初動能為2E．故D錯誤．例題5、【答案】4.27×1014Hz；6.30×10－34J?s【解析】由愛因斯坦光電效應(yīng)方程：hγ＝W＋Ek得：hγ＝hγc＋eUc變形得：Uc＝（γ－γc）；由題圖可知，Uc＝0對應(yīng)的頻率即為截止頻率γc，得：γc＝4.27×1014Hz圖線的斜率為：＝3.93×10－15V?s代入電子電量計算得：h＝6.30×10－34J?s答：這種金屬的截止頻率為4.27×1014Hz，普朗克常量為6.30×10－34J?s。隨練1、【答案】（1）陽極（2）5.15×1014；3.41×10－19（3）1.23×10－19【解析】（1）電子從金屬板上射出后被電場加速，由此可知A板為正極即為陽極，故A錯誤；由Ekm＝hv－W0和eUC＝EKm得：eUC＝hv－W0，因此當(dāng)遏制電壓為零時，hvC＝W0，根據(jù)圖象可知，銣的截止頻率νC＝5.15×1014Hz，（2）根據(jù)hvC＝W0，則可求出該金屬的逸出功大小W0＝6.63×10－34×5.15×1014＝3.41×10－19J。（3）根據(jù)圖象求出頻率ν＝7.00×1014Hz時的遏制電壓，然后根據(jù)eUC＝EKm可求出光電子的最大初動能；由Ekm＝hv－W0；解得：Ekm＝6.63×10－34×7.0×1014－3.41×10－19J＝1.23×10－19J。隨練2、【答案】（1）a．加速運動b．eU（2）Ek＝hν－W；見解析（3）6×10－34J·s【解析】（1）b．由動能定理得Ek＝eU（2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W遏止電壓對應(yīng)為具有最大初動能的光電子由K極板運動到A極板動能減為0，根據(jù)動能定理有：Ek＝eUc聯(lián)立以上各式得。可見，對于確定的金屬來說，一定頻率的光，無論光的強(qiáng)弱如何，遏止電壓都是一樣的。（3）斜率為普朗克常量與元電荷常量之比由圖像求得斜率k＝4×10－15V·s得普朗克常量：h＝ke代入數(shù)據(jù)得：h＝6×10－34J·s原子結(jié)構(gòu)理論例題1、【答案】B【解析】根據(jù)α粒子散射實驗，盧瑟福在1911年提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型；他認(rèn)為：原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核上，原子中的大部分空間都是空的，所以大多數(shù)的α粒子都能穿過原子的空間，只有少數(shù)運動軌跡靠近原子核的α粒子，才出現(xiàn)較大角度的偏轉(zhuǎn)。由此，結(jié)合α粒子散射實驗的特點可知，只有B選項正確，ACD都錯誤。例題2、【答案】C【解析】α粒子受到斥力作用，根據(jù)電場力做功特點可知：從a運動到b過程中電場力做負(fù)功，電勢能增加，動能減小，從b運動到c過程中，電場力做正功，電勢能減小，動能增加，整個過程中由于a與c在同一等勢線上，故電場力不做功，AB錯誤，C正確；根據(jù)點電荷周圍電場可知，距離原子核近的地方電場強(qiáng)度大，故越靠近原子核加速度越大，因此α粒子加速度先增大后減小，故D錯誤。例題3、[多選題]【答案】BC【解析】A、湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子后，猜想出原子內(nèi)的正電荷均勻分布在原子內(nèi)，提出了棗糕式原子模型。故A錯誤。B、盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗中少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型。故B正確。C、原子光譜是線狀譜，與原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。故對原子光譜的研究開辟了深入探索原子結(jié)構(gòu)的道路。故C正確。D、玻爾原子理論無法解釋較復(fù)雜原子的光譜現(xiàn)象，由于原子是穩(wěn)定的，故玻爾提出的原子定態(tài)概念是正確的。故D錯誤。例題4、【答案】D【解析】A、當(dāng)原子從第4能級向低能級躍遷時，原子的能量減小，軌道半徑減小，電子的動能增大，電勢能減小，故A錯誤；B、能級間躍遷輻射或吸收的光子能量必須等于兩能級間的能級差，氫原子躍遷時，可發(fā)出不連續(xù)的光譜線，故B錯誤；C、由n＝4躍遷到n＝1時輻射的光子能量最大，發(fā)出光子的頻率最大，故C錯誤；D、第四能級的氫原子可以放出6條光譜線，其放出的光子能量分別為：E1＝－0.85－（－1.51）＝0.66eV；E2＝－0.85－（－3.40）＝2.55eV；E3＝－0.85－（－13.6）＝12.75eV；E4＝－1.51－（－3.40）＝1.89eV；E5＝－1.51－（－13.6eV）＝12.09eV；E6＝－3.40－（－13.6）＝10.20eV；故大于2.21eV的光譜線有4條；故D正確。例題5、【答案】（1）13.6eV（2）6種；12.75eV（3）9.75×10－8m【解析】（1）要使氫原子電離，入射光子的最小能量是13.6eV；（2）因為，知氫原子可能發(fā)射6種頻率的光子。其中能量最大的情況是氫原子由量子數(shù)n＝4的能級躍遷到n＝1的能級時輻射光子的能量，等于兩能級間的能級差，即Emax＝E4－E1＝－0.85＋13.6eV＝12.75eV。（3）根據(jù)：可得：可知能量最大時對應(yīng)的波長最小，則最小波長：＝9.75×10－8m．隨練1、【答案】D【解析】A、盧瑟福做α粒子散射實驗是為了驗證湯姆孫的“棗糕”模型是否正確的，故A錯誤；B、盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象，認(rèn)識到湯姆孫“棗糕”模型的錯誤后提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，故B錯誤；CD、盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗的現(xiàn)象提出了原子的核式結(jié)構(gòu)理論，故C錯誤，D正確；隨練2、【答案】A【解析】A．根據(jù)玻爾理論的基本假設(shè)知，原子中的電子繞原子核做圓周運動，庫侖力提供向心力，故A正確；B．電子繞核運動的軌道半徑是一些特定的值，故B錯誤；C．原子的能量包括電子的動能和勢能，由于軌道是量子化的，則電子動能也是特定的值，故C錯誤；D．電子由一條軌道躍遷到另一條軌道上時，輻射(或吸收)的光子能量等于兩能級間的能級差，故D錯誤．故選：A．原子核反應(yīng)及核能例題1、【答案】C【解析】α射線是高速He流，一個α粒子帶兩個正電荷．根據(jù)左手定則，α射線受到的洛倫茲力向右，故③是α射線；射出速度最慢但電離能力最強(qiáng)；β射線是高速電子流，帶負(fù)電荷．根據(jù)左手定則，β射線受到的洛倫茲力向左，故①是β射線，其為高速粒子流，能穿透幾毫米厚的鋁板；γ射線是γ光子，是中性的，故在磁場中不受磁場的作用力，軌跡不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)．故②是γ射線；其為高頻電磁波；α射線實質(zhì)為氦核，帶正電，β射線為電子流，帶負(fù)電，γ射線為高頻電磁波，根據(jù)電荷所受電場力特點可知：④為β射線，⑤為γ射線，⑥為α射線，綜上所述可知，C正確ABD錯誤．故選：C．例題2、【答案】（1）（2）（3）【解析】（1）衰變方程為：在衰變過程中動量守恒：mαvα＝mYvY，α和生成核的動量P相等，所以，解得：（2）由能量守恒，釋放的核能：△E＝E0＋EKY（3）由質(zhì)能關(guān)系△E＝△mc2，解得例題3、【答案】①②【解析】①衰變的方程為：②半衰期為2.5min，則經(jīng)過5min后發(fā)生2次衰變，則容器中剩余的質(zhì)量為：．例題4、[多選題]【答案】BC【解析】根據(jù)個核反應(yīng)得特點可知，A是輕核得聚變，B是β衰變，C是α衰變，D是重核的裂變，故A、D錯誤，B、C正確隨練1、【答案】（1）（2）（3）【解析】（1）根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒與電荷數(shù)守恒可知生成物的質(zhì)量數(shù)為：m＝23＋1＝24，電荷數(shù)：z＝11，所以核反應(yīng)方程為：；（2）設(shè)中子的質(zhì)量為m，則生成物的質(zhì)量為24m。取中子的初速度的方向為正方向，根據(jù)動量守恒定律有：mv＝24mv′解得：（3）經(jīng)過45天為3個半衰期，所以剩下的生成物是原來的。隨練2、【答案】A【解析】A、根據(jù)衰變的特點，該方程中有電子產(chǎn)生，屬于β衰變。故A正確；BCD、根據(jù)核反應(yīng)的特點可知，B為重核的裂變，C為輕核的聚變，D為人工核反應(yīng)方程。故B錯誤，C錯誤，D錯誤隨練3、【答案】（1）（2）1︰43（3）【解析】（1）根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知，核反應(yīng)方程為：（2）由動量守恒定律可知，新核與粒子動量相等，P1＝P2，洛倫茲力提供向心力：解得，可知：，代入數(shù)據(jù)解得：。（3）由動能與動量關(guān)系有：，解得Rn核獲得的動能為：，核反應(yīng)中釋放的核能為：△E＝Ek＋Ek′，由質(zhì)能方程有：△E＝△mc2，解得：。隨練4、【答案】（1）（2）【解析】（1）根據(jù)質(zhì)量數(shù)與核電荷數(shù)守恒可知，反應(yīng)方程為：；（2）原子核在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：，解得：，設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v′，系統(tǒng)動量守恒，以α