2019版高考物理大一轮复习第12单元原子物理学案10217.doc

第12单元 原子物理高考热点统计要求2014年2015年2016年2017年高考基础要求及冷点统计光电效应35(1)35(1)35(1)19氢原子光谱()氢原子的能级结构、能级公式()放射性同位素()射线的危害与防护()氢原子光谱、放射性同位素、射线的危害与防护属于了解类知识,一般不会单独出题;氢原子的能级结构和能级公式属于难点、冷点.爱因斯坦光电效应方程35(1)35(1)35(1)19原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期35(1)35(1)35(1)35(1)15核力、核反应方程35(1)35(1)结合能、质量亏损35(1)1715裂变反应和聚变反应、裂变反应堆35(1)35(1)17考情分析1.从近几年高考试题来看,高考对本章内容的考查涉及的考点较多,具有不确定性.考题可能根据某一考点命题,也可以同时涉及多个考点,题型为选择题的几率很高,很少出现计算题.2.从整体命题趋势上看,高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路,仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点,在2019届高考复习中应多加关注.第30讲波粒二象性氢原子能级结构一、光电效应1.光电效应在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫作光电效应,发射出来的电子叫作.2.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,每一份叫作一个光子.光子的能量为=,其中h是普朗克常量,其值为6.6310-34 Js.(2)光电效应方程:.其中h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.二、光的波粒二象性1.光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有性.2.光电效应和康普顿效应说明光具有性.3.光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的性.三、玻尔理论与氢原子的能级1.玻尔理论 (1)定态:原子只能处于一系列的能量状态中,在这些能量状态中原子是的,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h=.(h是普朗克常量,h=6.6310-34 Js)(3)轨道:原子的不同能量状态跟电子在不同的圆轨道绕核运动相对应.原子的定态是的,因此电子的可能轨道也是的.2.氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,),其中E1为基态能量,其数值为E1=eV.(2)氢原子的半径公式:rn=(n=1,2,3,),其中r1为基态半径,又称玻尔半径,其数值为r1=0.5310-10 m.(3)氢原子的能级图:能级图如图30-1所示.图30-1【思维辨析】(1)电子枪发射电子的现象就是光电效应.()(2)不同的金属对应着相同的极限频率.()(3)核外电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量.()(4)核外电子可以吸收或放出任意频率的光子.()【思维拓展】玻尔的氢原子能级理论成功解释了氢原子光谱不连续的特点,解释了当时出现的“紫外灾难”.该理论也可解释其他原子光谱现象吗?考点一对光电效应的理解1.光电效应的实质光子照射到金属表面,某个电子吸收光子的能量后动能变大,当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时,便飞出金属表面成为光电子.光电效应现象中,每个电子只能吸收一个光子的能量.2.对光电效应规律的解释(1)光照射金属时,电子吸收一个光子(形成光电子)的能量后,动能立即增大,不需要积累能量的过程.(2)电子从金属表面逸出,首先需克服金属表面原子核的引力做功(逸出功W).要使入射光子的能量不小于W,对应频率c=为极限频率.(3)光电子的最大初动能只随入射光频率的增大而增大.(4)入射光越强,单位时间内入射到金属表面的光子数越多,产生的光电子数越多,射出的光电子做定向移动时形成的光电流越大.3.概念辨析4.用图像表示光电效应方程(1)最大初动能Ek与入射光频率的关系图线如图30-2所示.图30-2(2)由图线可以得到的物理量:极限频率:图线与轴交点的横坐标c.逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E.普朗克常量:图线的斜率k=h.1 (多选)2017全国卷 在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是()A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb式题 (多选)2017湖北八校一联 如图30-3甲所示,在“光电效应”实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随照射光频率变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是()图30-3A.因为不同材料的逸出功不同,所以遏止电压Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的Uc-图像的斜率可能不同 要点总结分析光电效应问题抓住两条对应关系和三个关系式(1)两条对应关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大.光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大.(2)三个关系式爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0.最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc.逸出功与极限频率的关系:W0=h0.考点二光的波粒二象性1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律为:(1)从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果往往表现为波动性.(2)从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和明显的衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象,贯穿本领越强.(3)从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现出粒子性.(4)波动性与粒子性的统一:由光子的能量E=h,光子的动量p=表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成微观概念中的粒子.2.概率波与物质波(1)概率波:光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现,亮条纹是光子到达概率大的地方,暗条纹是光子到达概率小的地方,因此光波是一种概率波.(2)物质波:任何一个运动着的物体,小到微观粒子,大到宏观物体,都有一种波与它对应,其波长=,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.2 能够证明光具有波粒二象性的现象是()A.光电效应和康普顿效应B.光的衍射和光的色散C.光的折射和透镜成像D.光的干涉和康普顿效应式题 (多选)波粒二象性是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考点三能级的分析与计算1.氢原子跃迁条件氢原子跃迁条件h=Em-En只适用于光子和氢原子作用而使氢原子在各定态之间跃迁的情况.对于光子和氢原子作用而使氢原子电离时,只要入射光的能量E13.6 eV,氢原子就能吸收光子的能量,对于实物粒子与原子作用使氢原子激发时,实物粒子的能量大于或等于能级差即可.2.氢原子跃迁时能量的变化(1)氢原子能量:En=Ekn+Epn=,随n增大而增大,其中E1=-13.6 eV.(2)电子动能:电子绕氢原子核运动时库仑力提供向心力,即k,所以Ek=随r增大而减小.(3)电势能:通过库仑力做功判断电势能的增减.当轨道半径减小时,库仑力做正功,电势能减小;反之,轨道半径增大时,电势能增加.3.光谱线条数(1)一群氢原子跃迁可能发出的光谱线条数为N=.(2)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n-1).3 如图30-4所示为氢原子的能级图,以下判断正确的是()图30-4A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的光子B.欲使处于基态的氢原子被激发,可用能量为12.09 eV的光子照射C.当氢原子从n=5能级跃迁到n=3能级时,要吸收光子D.用氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光照射金属铂(逸出功为6.34 eV)时不能发生光电效应式题1 (多选)2017山西太原模拟 氢原子的能级图如图30-5所示,已知可见光的光子能量范围约为1.623.11 eV.下列说法正确的是()图30-5A.处于n=3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并发生电离B.大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,可能发出可见光C.大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时,可能发出6种不同频率的光D.一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时,最多能发出3种不同频率的光式题2 氢原子的能级图如图30-6所示.氢原子从n=3能级直接向n=1能级跃迁所放出的光子,恰能使某种金属产生光电效应,则该金属的截止频率为Hz;用一群处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属,产生的光电子最大初动能为eV.(普朗克常量h=6.6310-34 Js,结果均保留2位有效数字)图30-6第31讲核反应、核能一、原子核与衰变1.原子核的组成:原子核是由和中子组成的,原子核的电荷数等于核内的.2.天然放射现象(1)天然放射现象元素地放出射线的现象,首先由贝可勒尔发现.天然放射现象的发现,说明具有复杂的结构. (2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫.具有放射性的元素叫放射性元素.(3)三种射线:放射性元素放射出的射线共有三种,分别是、射线、射线.(4)放射性同位素:有放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质相同.3.原子核的衰变(1)衰变:原子核放出粒子或粒子,变成另一种的变化称为原子核的衰变.(2)分类衰变XY+.衰变XY+.(3)半衰期:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间.半衰期由原子核内部的因素决定,跟原子所处的、状态无关.二、核力与核能1.核力核子间的作用力.核力是力,作用范围在1.510-15 m之内,只在相邻的核子间发生作用.2.核能(1)结合能:核子结合为原子核时的能量或原子核分解为核子时的能量,叫作原子核的结合能,亦称核能.(2)比结合能:定义:原子核的结合能与之比,称作比结合能,也叫平均结合能.特点:不同原子核的比结合能不同,原子核的比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核.3.质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=,原子核的质量比组成它的核子的质量和小m,这就是质量亏损.由质量亏损可求出释放的核能E=.三、裂变与聚变1.重核裂变(1)定义:质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程.(2)链式反应条件:裂变物质的体积临界体积.(3)典型的裂变方程n.(4)裂变的应用:原子弹、核反应堆.2.轻核聚变(1)定义:两个轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程.(2)条件:使核发生聚变需要几百万度以上的高温,因此聚变又叫.(3)典型的聚变方程n.(4)聚变的应用:氢弹.【思维辨析】(1)天然放射现象说明原子是可分的.()(2)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.()(3)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个.()(4)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.()【思维拓展】核能的计算是原子物理的重点知识和高考的热点问题,都有哪些方法可以求核反应中的能量呢?【物理学史】1896年,法国物理学家贝可勒尔用铀盐样品进行实验时发现了天然放射现象.1897年,英国物理学家汤姆孙从阴极射线的研究中证实了电子的存在.1898年,居里夫妇证明含有铀元素的化合物都具有放射性,并由此发现了“镭”.1911年,卢瑟福公开粒子散射实验结论,建立原子核式结构模型.1919年,卢瑟福首次实现人工核反应,用粒子轰击氮核,结果打出了“质子”.1932年,英国物理学家查德威克从粒子轰击铍的核反应过程中发现了“中子”.考点一核反应方程1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发He衰变自发e人工转变人工控制H(卢瑟福发现质子)n(查德威克发现中子)n约里奥居里夫妇发现放射性同位素及正电子e重核裂变比较容易进行人工控制nn轻核聚变除氢弹外无法控制n2.关于核反应的三点说明(1)核反应过程一般都是不可逆的,所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,不能用等号连接.(2)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.(3)核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒(而不是质量守恒),核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化.1 2017天津卷 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是()图31-1A.nB.HC.nD.n式题 下列有关原子结构和原子核的认识,正确的是()A.射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后,其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.Bi的半衰期是5天,100克Bi经过10天后还剩下50克考点二对天然放射现象的理解1.衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程Hee衰变实质2个质子和2个中子结合成氦核nHe1个中子转化为1个质子和1个电子e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2.三种射线的比较射线名称比较项目射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e-e0质量4mp静止质量为零符号Hee速度0.1c0.99cc垂直进入电场或磁场的偏转情况偏转偏转不偏转贯穿本领最弱较强最强对空气的电离作用很强较弱很弱说明 射线是伴随着衰变或衰变产生的,射线不改变原子核的电荷数和质量数,其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变时,产生的某些新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出的光子.2 2017全国卷 一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为He.下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量式题 实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意图如图31-2所示,则轨迹1为的轨迹,轨迹2是的轨迹,磁场方向.图31-2考点三核能的计算1.对质能方程的理解(1)质能方程E=mc2给出了物体的能量和质量之间的关系,质量为m的物体具有的总能量为mc2,质量和能量不能互相转化.(2)“质量与能量间存在着简单的正比关系”,即物体的质量(这里指动质量)越大,能量越多,反之物体的质量越小,能量也越少;当物体放出能量时,满足E=mc2.2.求核能的三种方法:(1)根据E=mc2计算.若m的单位是 kg,计算时,c的单位是 m/s,E的单位是J;若m的单位是原子质量单位u, 利用1 u相当于931.5 MeV,用E=m931.5 MeV进行计算,E的单位是MeV,1 MeV=1.610-13 J.(2)根据比结合能计算.原子核的结合能=比结合能核子数.(3)结合动量守恒定律和能量守恒定律进行分析计算,此时要注意动量与动能关系式p2=2mEk的应用.温馨提示 利用质能方程计算核能时,不能用质量数代替质量进行计算.3 2017全国卷 大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是H的质量为2.013 6 u,n的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7 MeVB.3.3 MeVC.2.7 MeVD.0.93 MeV式题 太阳内部持续不断地发生着4个质子聚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.(mp=1.007 3 u,m=4.001 5 u,me=0.000 55 u,太阳的质量为21030 kg)(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3.81026 J,则太阳每秒减小的质量为多少?(3)若太阳质量减小万分之三时热核反应不能继续进行,则太阳上的热核反应还能发生多少年?考点四核反应中的动量守恒问题(1)核反应过程遵循能量守恒定律:在无光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能;有光子辐射的情况下,核反应中释放的核能将转化为生成的新核和新粒子的动能及光子的能量.一般认为核反应放出的能量与反应前原子核的动能之和等于反应后原子核的总动能.(2)核反应过程遵循动量守恒定律:即反应前原子核的总动量等于反应后原子核的总动量.(3)解决核反应与动量及能量综合的问题时,首先应用质能方程求出核反应释放出的核能,其次根据动量守恒定律和能量守恒定律列出相应的方程,最后联立求解.4 2017北京卷 在磁感应强度为B的匀强磁场中,一个静止的放射性原子核发生了一次衰变.放射出的粒子He)在与磁场垂直的平面内做圆周运动,其轨道半径为R.用m、q分别表示粒子的质量和电荷量.(1)放射性原子核用X表示,新核的元素符号用Y表示,写出该衰变的核反应方程.(2)粒子的圆周运动可以等效成一个环形电流,求圆周运动的周期和环形电流大小.(3)设该衰变过程释放的核能都转为粒子和新核的动能,新核的质量为M,求衰变过程的质量亏损m.式题1 海水中含有丰富的氘,完全可充当未来的主要能源.两个氘核的核反应方程为n,其中氘核的质量为2.013 0 u,氦核的质量为3.015 0 u,中子的质量为1.008 7 u.(1 u相当于931.5 MeV)(1)求核反应中释放的核能.(2)在两个氘核以相等的动能0.35 MeV进行对心碰撞并且核能全部转化为机械能的情况下,求反应中产生的中子和氦核的动能.式题2 (多选)2018武汉一中月考 云室能显示射线的径迹,把云室放在磁场中,从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性.放射性元素的原子核A静止放在磁感应强度B=2.5 T的匀强磁场中,该原子核发生衰变,放射出粒子并变成新原子核B,放射出的粒子与新核运动轨迹如图31-3所示,测得两圆的半径之比R1R2=421,且R1=0.2 m.已知粒子质量m=6.6410-27 kg,粒子质量m=9.110-31 kg,普朗克常量h取6.610-34 Js,下列说法正确的是()图31-3A.新原子核B的核电荷数为84B.原子核A发生的是衰变C.衰变放出的粒子的速度大小为2.4107 m/sD.如果原子核A衰变时释放出一种频率为1.21015 Hz的光子,那么这种光子能使逸出功为4.54 eV的金属钨发生光电效应教师详解(听课手册)第十二单元原子物理第30讲波粒二象性氢原子能级结构【教材知识梳理】核心填空一、1.光电子2.(1)h(2)Ek=h-W0二、1.波动2.粒子3.波粒二象三、1.(1)不连续稳定(2)Em-En(3)不连续不连续2.(1)-13.6(2)n2r1思维辨析(1)()(2)()(3)()(4)()思维拓展玻尔的氢原子能级理论本身是以经典理论为基础,其理论又与经典理论相抵触.它只能解释氢原子的光谱,在解决其他原子的光谱上就遇到了困难,如把理论用于非氢原子时,理论结果与实验不符,且不能求出谱线的强度及相邻谱线之间的宽度.这些缺陷主要是由于把微观粒子(电子、原子等)看作是经典力学中的质点,从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨道概念)而导致的.【考点互动探究】考点一例1BC解析 由光电效应方程可知Ek=h-W0,该动能又会在遏止电压下恰好减为零,则eU=h-W0,其中W0为逸出功,同种金属的W0相同.若ab,则UaUb,故A错误;若ab,根据Ek=h-W0,可得EkaEkb,故B正确;若UaUb,根据Ek=eU,可得Ekab,根据Ek=h-W0可知h-Ek=W0,由于是照射到同种金属上,逸出功W0相同,故D错误.变式题ABC解析 不同的材料有不同的逸出功,所以遏止电压Uc不同,选项A正确;由爱因斯坦光电效应方程得h=W0+Ek,故选项B正确;在照射光的频率大于极限频率的情况下,发射出的光电子数与照射光的强度成正比,光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同,选项C正确;由Ek=h-h0=eUc,可得Uc=(-0),故图线的斜率为相同的常数,选项D错误.考点二例2D解析 光的干涉、光的衍射和光的折射现象证明了光的波动性,光电效应和康普顿效应证明了光的粒子性.变式题AB解析 黑体辐射的实验规律只能用光的粒子性解释,普朗克用能量子理论分析,结果与事实完全相符,选项C错误;由于Ek=mv2,p=mv,因此p=,质子和电子动能相等,但质量不等,故动量p也不等,根据德布罗意波长=可知,二者的德布罗意波长不同,选项D错误.考点三例3B解析 氢原子跃迁时,辐射或吸收一定频率的光子,选项A错误;用能量为12.09 eV的光子照射时,n=1能级与n=3能级能量之差为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,所以能发生跃迁,选项B正确;氢原子从高能级跃迁到低能级时放出光子,选项C错误;氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子的能量E=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV6.34 eV,而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功,故可以发生光电效应,选项D错误.变式题1AC解析 由于E3=-1.51 eV,紫外线的能量大于可见光的光子的能量,即E紫E-E3=1.51 eV,故可以使处于n=3能级的氢原子电离,A正确;大量氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射出的光子能量最大为1.51 eV,小于可见光的光子的能量,B错误;大量处于n=4能级的氢原子向低能级跃迁时发出=6种不同频率的光,C正确;一个处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多能发出(3-1)=2种不同频率的光,D错误.变式题22.910150.66 解析 氢原子在能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能量差,氢原子从n=3能级直接向n=1能级跃迁辐射出的光子的能量为E=E3-E1=12.09 eV,因所放出的光子恰能使某种金属产生光电效应,则有h0=12.09 eV,解得0=2.91015 Hz.当光子能量等于金属的逸出功时,恰好发生光电效应,所以该金属的逸出功W0=12.09 eV,氢原子从n=4能级向低能级跃迁所放出的光子能量最大为hm=13.60 eV-0.85 eV=12.75 eV,根据光电效应方程得光电子的最大初动能Ekm=hm-W0=12.75 eV-12.09 eV=0.66 eV.1.(多选)现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光照射时,有光电流产生.下列说法正确的是()A.保持照射光的频率不变,照射光的强度变大,饱和光电流变大B.照射光的频率变高,饱和光电流变大C.照射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持照射光的光强不变,不断减小照射光的频率,始终有光电流产生解析 AC根据光电效应实验得出的结论,保持照射光的频率不变,照射光的强度变大,饱和光电流变大;照射光的频率变高,饱和光电流不变,故A正确,B错误.根据爱因斯坦光电效应方程得,照射光的频率变高,光电子的最大初动能变大,故C正确.不断减小照射光的频率,若其低于截止频率,则没有光电流产生,故D错误.2.(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性,下列事实中突出体现波动性的是()A.电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析 ACD干涉、衍射是波的特有现象,选项A、C正确;射线在云室中穿过会留下清晰的径迹不能反映波动性,选项B错误;电子显微镜利用了电子束波长短的特性,选项D正确.3.(多选)氢原子能级图如图所示,当氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级时,辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()A.氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时,辐射光的波长小于656 nmB.用波长为325 nm的光照射,可使氢原子从n=1能级跃迁到n=2能级C.一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线D.用波长为633 nm的光照射,不能使氢原子从n=2能级跃迁到n=3能级解析 ACD根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级时,释放的能量为=-3.4-(-13.6)1.610-19 J,解得辐射光的波长=122 nm656 nm,因此选项A正确;根据发生跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子,可知选项B错误,选项D正确;一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种不同频率的光子,所以选项C正确.4.如图甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零.调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于0.60 V时,电流表读数仍不为零,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零.把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,逸出功及电子到达阳极时的最大动能分别为()A.1.5 eV,0.6 eVB.1.7 eV,1.9 eVC.1.9 eV,2.6 eVD.3.1 eV,4.5 eV解析 C对图甲,用光子能量h=2.5 eV的光照射阴极,电流表读数不为零,则说明能发生光电效应,当电压表读数大于或等于0.60 V时,电流表读数为零,则说明电子不能到达阳极,由动能定理知,最大初动能Ek=eU=0.6 eV,由光电效应方程h=Ek+W0,知W0=1.9 eV;对图乙,当电压表读数为2 V时,电子到达阳极的最大动能Ek=Ek+eU=0.6 eV+2 eV=2.6 eV,故C正确.5.1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一.如图所示的是该实验装置的简化图,下列说法错误的是 ()A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性解析 C亮条纹是电子到达概率大的地方,该实验说明物质波理论是正确的,说明实物粒子具有波动性,但该实验不能说明光子具有波动性,选项C错误,A、B、D正确.6.用频率为的光照射光电管阴极时,产生的光电流随阳极与阴极间所加电压的变化规律如图所示,Uc为遏止电压.已知电子电荷量为-e,普朗克常量为h,求:(1)光电子的最大初动能Ekm;(2)该光电管发生光电效应的极限频率c.答案 (1)eUc(2)-解析 (1)光电子在光电管内减速,由动能定理有-eUc=-Ekm光电子的最大初动能Ekm=eUc.(2)由光电效应方程得Ekm=h-W其中逸出功W=hc解得c=-.第31讲核反应、核能【教材知识梳理】核心填空一、1.质子质子数2.(1)自发原子核(2)放射性(3)射线(4)天然3.(1)原子核(2e(3)物理化学二、1.短程2.(1)释放吸收(2)核子数越稳定3.mc2mc2三、1.(2)大于或等于(3)102.(2)热核反应(3He思维辨析(1)()(2)()(3)()(4)()思维拓展1.根据质能方程E=mc2,注意:这里质量单位要用 kg,能量单位用J.2.利用原子质量单位u和电子伏特计算,1 u=1.66010-27 kg,1 eV=1.610-19 J,1 u相当于931.5 MeV.3.根据能量守恒定律和动量守恒定律计算核能.【考点互动探究】考点一例1A解析n是核聚变反应方程,A正确H是原子核的人工转变反应方程,B错误n是居里夫妇发现人工放射性的核反应方程,C错误;n是铀核裂变的反应方程,D错误.变式题B解析 射线是光子流,选项A错误;太阳辐射能量主要来源于核聚变,选项C错误;100 g g=25 g,选项D错误.考点二例2B解析 衰变过程动量守恒,生成的钍核的动量与粒子的动量等大反向,根据Ek=,可知衰变后钍核的动能小于粒子的动能,所以B正确,A错误;半衰期是一半数量的铀核衰变需要的时间,C错误;衰变过程放出能量,质量发生亏损,D错误.变式题电子新核垂直于纸面向里解析 带电粒子在磁场中只受洛伦兹力,洛伦兹力充当向心力,即qvB=m,则半径R=.衰变过程动量守恒,而qR新,所以轨迹1为电子的轨迹,轨迹2是新核的轨迹.由左手定则可以判断,磁场方向垂直于纸面向里.考点三例3B解析 氘核聚变反应的质量亏损m=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由爱因斯坦质能方程可得释放的核能E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,选项B正确.变式题(1)24.78 MeV(2)4.2109 kg(3)4.4109年解析 (1)太阳内部的核反应方程为e这一核反应的质量亏损m=4mp-m-2me=0.026 6 u释放的能量E=mc2=0.026 6931.5 MeV24.78 MeV.(2)由E=mc2得,太阳每秒减少的质量m= kg4.2109 kg.(3)太阳的质量为21030 kg,太阳上的热核反应还能发生的时间t= s1.41017s=4.4109年.考点四例4(1He(2)(3)解析 (2)设粒子的速度大小为v,由qvB=m,T=,得粒子在磁场中运动周期T=环形电流大小I=(3)由qvB=m,得v=设衰变后新核Y的速度大小为v,系统动量守恒,得Mv-mv=0则v=由mc2=m