（通用版）2019版高考物理第6讲“活学巧记”应对点散面广的原子物理学讲义（含解析）.docx

“活学巧记”应对点散面广的原子物理学考法学法原子物理学部分知识点较多，需要学生强化对知识的理解和记忆。在高考试卷中，对原子物理学的考查一般是一个选择题，难度不大。考查热点主要有：光电效应、波粒二象性；原子结构、氢原子能级跃迁；原子核的衰变规律、三种射线的特点及应用；核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算。由于本讲内容琐碎，考查点多，因此复习时应抓住主干知识，梳理出关键点，进行理解性记忆。知能全通1爱因斯坦光电效应方程EkhW02光电效应的两个图像(1)光电子的最大初动能随入射光频率变化而变化的图像如图所示。依据EkhW0hh0可知：当Ek0时，0，即图线在横轴上的截距在数值上等于金属的极限频率。斜率kh普朗克常量。图线在纵轴上的截距的绝对值等于金属的逸出功：W0h0。(2)光电流随外电压变化的规律如图所示。图中纵轴表示光电流，横轴表示阴、阳两极处所加外电压。当UU时，光电流恰好为零，此时能求出光电子的最大初动能，即EkeU，此电压称为遏止电压。当UU0时，光电流恰好达到饱和光电流，此时所有光电子都参与了导电，电流最大为Imax。3处理光电效应问题的两条线索(1)光强大光子数目多发射光电子数多光电流大。(2)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。4光的波粒二象性(1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性。(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。(3)光子说并未否定波动说，Eh中，和就是波的概念。(4)波动性和粒子性在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的。5物质波(1)定义：任何一个运动着的物体，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。(2)公式：物质波的波长，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。题点全练1(2018全国卷)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.281019 J。已知普朗克常量为6.631034 Js，真空中的光速为3.00108 ms1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A11014 HzB81014 HzC21015 Hz D81015 Hz解析：选B设单色光的最低频率为0，由爱因斯坦光电效应方程得Ekh1W0,0h0W0，又1，整理得0，代入数据解得081014 Hz，B正确。2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haEkahbEkb解析：选BC设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有EkhW，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随的增大而增大，B项正确；又EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eUhW，遏止电压U随增大而增大，A项错误；又有hEkW，W相同，D项错误。3表格所示为按照密立根的方法进行光电效应实验时，得到的某金属的遏止电压和入射光的频率的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501由以上数据应用Excel描点连线，可得直线方程，如图所示。则这种金属的截止频率约为()A3.51014 HzB4.31014 HzC5.51014 Hz D6.01014 Hz解析：选B遏止电压为零时，入射光的频率等于截止频率，根据方程Uc0.397 31.702 4，代入Uc0，解得4.31014 Hz，B正确。4.如图所示是实验室用来研究光电效应原理的装置图，电表均为理想电表，当入射光的能量等于9 eV时，灵敏电流表检测到有电流流过，当电压表示数等于5.5 V时，灵敏电流表示数刚好为0。则下列说法正确的是()A若增大入射光的强度，光电子的最大初动能将增大B若入射光的能量小于3.5 eV，改变电源的正负极方向，则灵敏电流表示数可能不为0C光电管材料的逸出功等于3.5 eVD增大入射光的波长，在电压表示数不变的情况下，灵敏电流表示数会变大解析：选C根据光电效应方程EkhW0，可知光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故A错误；题图所示装置所加的电压为反向电压，由电压表的示数等于5.5 V 时，灵敏电流表示数为0，可知光电子的最大初动能为5.5 eV，根据光电效应方程EkhW0，可得W03.5 eV，若入射光的能量小于3.5 eV，则不能发生光电效应，灵敏电流表示数一定为0，故B错误，C正确；增大入射光的波长，则光的频率减小，根据光电效应方程EkhW0，知光电子的最大初动能减小，在电压表示数不变的情况下，灵敏电流表示数可能会变小，故D错误。知能全通1原子结构与原子光谱2氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率可由hEmEn求得。若求波长可由公式c求得。(3)一个氢原子跃迁放出可能的光谱线条数最多为(n1)条。(4)一群氢原子跃迁放出可能的光谱线条数有两种求解方法。用数学中的组合知识求解：NCn2。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。题点全练1.(2018重庆学业质量调研)如图所示为氢原子能级示意图的一部分，关于氢原子，下列说法正确的是()A一个氢原子从n3能级跃迁到n1能级，可能放出3种不同频率的光子B从n4能级跃迁到n3能级，氢原子会吸收光子，能级升高C从n4能级跃迁到n3能级，氢原子会向外放出光子，能级降低D处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的解析：选C一个氢原子从n3能级跃迁到n1能级，最多可能放出2种不同频率的光子，故A错误；从n4能级跃迁到n3能级，是从高能级向低级跃迁，氢原子会放出光子，能级降低，故B错误，C正确；处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是不一样的，故D错误。2多选(2019届高三豫南九校联考)如图为氢原子的能级图，已知可见光光子的能量范围为1.623.11 eV，锌板的逸出功为3.34 eV，那么对氢原子在能级跃迁的过程中放出或吸收光子的特征认识正确的是()A用氢原子从高能级向基态跃迁时放出的光照射锌板，一定不能产生光电效应现象B用能量为11.0 eV的自由电子轰击，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态C处于n2能级的氢原子能吸收任意频率的紫外线D处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离解析：选BD氢原子从高能级向基态跃迁时放出的光子的最小能量为10.2 eV3.34 eV，照射锌板一定能产生光电效应现象，故A错误；用能量为11.0 eV的电子轰击，基态的氢原子吸收的能量可以等于10.2 eV，可以使处于基态的氢原子跃迁到n2能级，故B正确；紫外线光子的最小能量为3.11 eV，处于n2能级的氢原子的电离能为3.4 eV，故n2能级的氢原子不能吸收任意频率的紫外线，故C错误；处于n3能级的氢原子的电离能为1.51 eV，故处于n3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离，故D正确。3氢原子的基态能级E113.6 eV，第n能级En，若氢原子从n3能级跃迁到n2能级时发出的光能使某金属发生光电效应，则以下跃迁中发出的光也一定能使此金属发生光电效应的是()A从n2能级跃迁到n1能级B从n4能级跃迁到n3能级C从n5能级跃迁到n3能级D从n6能级跃迁到n5能级解析：选A从n2能级跃迁到n1能级辐射的光子能量大于从n3能级跃迁到n2能级辐射的光子能量，根据光电效应产生的条件知，一定能使该金属发生光电效应，故A正确；从n4能级跃迁到n3能级、从n5能级跃迁到n3能级、从n6能级跃迁到n5能级辐射的光子能量均小于从n3能级跃迁到n2能级辐射的光子能量，都不一定能使该金属发生光电效应，故B、C、D错误。知能全通1衰变次数的确定方法先由质量数的改变确定衰变的次数，然后根据衰变规律确定衰变的次数。2对半衰期的理解(1)半衰期公式：(2)半衰期的适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于较少特定个数的原子核，无法确定会有多少个发生衰变。题点全练1(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UThHe。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解析：选B静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和粒子的动量等大反向，即pThp，B项正确；因此有，由于钍核和粒子的质量不等，因此衰变后钍核和粒子的动能不等，A项错误；根据半衰期的定义可知，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，D项错误。2(2018石家庄高三模拟)下列说法不正确的是()A. U经过一次衰变后变为ThB由核反应方程CsBaX，可以判断X为电子C核反应方程HeNOH为轻核聚变D若16 g铋210经过15天时间，还剩2 g未衰变，则铋210的半衰期为5天解析：选CU经过一次衰变后，电荷数少2，质量数少4，变为Th，A正确；根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的电荷数为1，质量数为0，可知X为电子，B正确；轻核聚变反应为HHHen，C错误；根据mm0，可得，解得T5天，D正确。3(2018江西师大附中月考)匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为71，如图所示，那么碳14的衰变方程为()A.CeBB.CHeBeC.CHB D.CeN解析：选D原子核的衰变过程满足动量守恒，放射出的粒子与反冲核的速度方向相反，由题图根据左手定则判断得知，该粒子与反冲核的电性相反，可知碳14发生的是衰变，衰变方程为CNe，根据动量守恒定律和带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式r，可知此衰变方程满足题意，故D正确。知能全通1解答有关核反应方程问题的技巧 (1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、粒子(He)、 粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)熟悉核反应的四种基本类型衰变、人工转变、裂变和聚变。(3)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断核反应方程是否正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒。(4)明白核反应过程是不可逆的核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接。2核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即Emc2(J)。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5(MeV)。(3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。题点全练1(2018全国卷)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：AlnX。X的原子序数和质量数分别为()A15和28B15和30C16和30 D17和31解析：选B将核反应方程式改写成HeAlnX，由电荷数守恒和质量数守恒知，X应为X，B对。2(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：HHHen。已知H的质量为2.013 6 u，He的质量为3.015 0 u，n的质量为1.008 7 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为()A3.7 MeV B3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV解析：选B氘核聚变反应的质量亏损为m22.013 6 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，释放的核能为Emc20.003 5931 MeV/c2c23.3 MeV，选项B正确。3多选核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆中一种可能的核反应方程式是UnNdZrxy，设U核质量为m1，中子质量为m2，Nd核质量为m3，Zr核质量为m4，x质量为m5，y质量为m6，那么，在所给的核反应中()Ax可能是3H，y可能是10eBx可能是3n，y可能是8eC释放的核能为(m1m2m3m4m5m6)c2D释放的核能为(m3m4m5m6m1m2)c2解析：选BC如果x是3H，y是10e，则核反应过程电荷数不守恒，则不可能，故A错误；如果x是3n，y 是8e，则核反应过程质量数守恒、电荷数守恒，故B正确；质量亏损：mm1m2m3m4m5m6，由质能方程可知，释放的核能为：Emc2(m1m2m3m4m5m6)c2，故C正确，D错误。4多选(2018云南高三检测)原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是()A中等质量核的比结合能大，这些核较稳定B.H核比Li核更稳定C.U核裂变成两个中等质量的核时释放能量D.Kr核的比结合能比U核的小解析：选AC由题图可知，中等质量的原子核的比结合能较大，所以中等质量的原子核较稳定，故A正确；H核的比结合能比Li核小，故H核比Li核更不稳定，故B错误；重核裂变成中等质量的核，有质量亏损，释放能量，故C正确；Kr核的比结合能比U核的大，故D错误。专题强训提能 1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，它们的德布罗意波波长也相等解析：选AB光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确，C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由德布罗意波波长公式和p22mEk知，动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波波长不相等，选项D错误。2(2018广州高三检测)氢原子第n能级的能量为En(n1,2,3，)，其中E1是基态能量。若氢原子从第k能级跃迁到第p能级，辐射的光子能量为E1，第p能级比基态能量高E1，则()Ak3，p2Bk4，p3Ck5，p3 Dk6，p2解析：选A根据玻尔理论，氢原子辐射光子能量EE1，E1E1，联立解得：k3，p2，故A正确。3(2019届高三北京海淀区检测)下列说法正确的是()A爱因斯坦提出的光子说，成功解释了光电效应现象B氢原子的电子由激发态向基态跃迁时，向外辐射光子，原子能量增加C卢瑟福通过粒子的散射实验发现了质子并预言了中子的存在D汤姆孙发现了电子并提出了原子核式结构模型解析：选A根据光学发展的历程可知，1905年，爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象，故A正确；氢原子的电子由激发态向基态跃迁时，向外辐射光子，原子能量减小，故B错误；汤姆孙通过阴极射线的研究发现了电子，卢瑟福通过对粒子散射实验的研究提出了原子的核式结构模型，此实验不能说明原子核内存在质子，故C、D错误。4.静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a、b表示长度)。那么碳14的核反应方程可能是()A.CHeBe B.CeBC.CeN D.CHB解析：选A由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的粒子的受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，C错误；反冲核、粒子在电场中偏转时，竖直方向上做匀速直线运动，水平方向上做初速度为零的匀加速直线运动，发生核反应时反冲核、粒子的速度大小分别为v1、v2，由动量守恒有m1v1m2v2，结合题图有bv1t，av2t，4bt2,2at2，解得，比较选项A、B、D可得，A正确。5多选静止的Bi原子核在磁场中发生衰变后运动轨迹如图所示，大、小圆半径分别为R1、R2；则下列关于此核衰变方程和两圆轨迹半径比值判断正确的是()A.BiTlHe B.BiPoeCR1R2841 DR1R22074解析：选BC原子核发生衰变时，根据动量守恒可知两粒子的速度方向相反，由题图可知两粒子的运动轨迹为内切圆，根据左手定则可以得知，衰变后的两粒子带的电性相反，所以释放的粒子应该是电子，原子核发生的应该是衰变，衰变方程为：BiPoe，故A错误，B正确；根据R且两粒子动量等大，可得R1R2q2q1841，故C正确，D错误。6多选下列说法正确的是()A.Th经过6次衰变和4次衰变后成为PbB在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水C当用蓝光照射某金属表面时有电子逸出，则改用红光照射也一定会有电子逸出D将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变该放射性元素的半衰期解析：选AB发生衰变是放出He，发生衰变是放出e，设发生了x次衰变和y次衰变，则根据质量数守恒和电荷数守恒有2xy8290,4x208232，解得x6，y4，故衰变过程中共发生6次衰变和4次衰变，A正确；在核反应堆中，为使快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水，B正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，红光的频率小于蓝光，不一定能发生光电效应，C错误；放射性元素的半衰期只由自身性质决定，与外界条件无关，D错误。7(2018桂林、崇左调研)下列描述中正确的是()A质子与中子结合成氘核的过程中吸收能量B某原子核经过一次衰变和两次衰变后，核内中子数减少2个C.U(铀核)衰变为Rn(氡核)要经过3次衰变和4次衰变D发生光电效应时入射光波长相同，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸出功越小解析：选D中子和质子结合成氘核有质量亏损，释放能量，选项A错误；某原子核经过一次衰变和两次衰变后，核内中子数减少4个，选项B错误；U(铀核)衰变为Rn(氡核)质量数减小16，故要经过4次衰变，根据电荷数守恒，则应该经过2次衰变，选项C错误；发生光电效应时入射光波长相同，即光的频率相同，根据hW逸出功Ek，从金属表面逸出的光电子最大初动能越大，这种金属的逸出功越小，选项D正确。8(2018龙岩模拟)1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成的。反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷。反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示。下列说法中正确的是()A反氢原子光谱与氢原子光谱不同B基态反氢原子的电离能是13.6 eVC基态反氢原子能吸收11 eV的光子发生跃迁D在反氢原子谱线中，从n2能级跃迁到基态时放出光子的波长最长解析：选B反氢原子和氢原子有相同的能级分布，所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故A错误；由题图知，处于基态的氢原子的电离能是13.6 eV，则基态反氢原子的电离能也是13.6 eV，故B正确；基态的反氢原子吸收11 eV光子，能量为13.6 eV11 eV2.6 eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收，故C错误；在反氢原子谱线中，从n2能级跃迁到基态时放出光子的能量不是最小，故对应波长不是最长，故D错误。9多选用如图甲所示的装置研究光电效应现象。闭合开关S，用频率为的光照射光电管时发生了光电效应。图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，b)，下列说法中正确的是()A普朗克常量为hB断开开关S后，电流表G的示数不为零C仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大D保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变解析：选AB由EkhW0，可知题图乙中图线的斜率为普朗克常量，即h，故A正确；断开开关S后，初动能大的光电子也可能到达阳极，所以电流表G的示数不为零，故B正确；只有增大照射光的频率，才能增大光电子的最大初动能，与光的强度无关，故C错误；保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，单个光子的能量增大，而光的强度不变，那么光子数一定减少，发出的光电子数也减少，电流表G的示数要减小，故D错误。10.多选“核反应堆”是通过可控的链式反应实现核能的释放的装置(如图所示)，核燃料是铀棒，在铀棒周围要放“慢化剂”，快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后，中子能量减少变为慢中子，碳核的质量是中子的12倍，假设中子与碳核发生弹性正碰，而且认为碰撞前中子动能是E0，碳核都是静止的，则()A链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程B镉棒的作用是与铀棒发生化学反应，消耗多余的铀原子核，从而达到控制链式反应速度的目的C经过一次碰撞，中子失去的动能为E0D在反应堆的外面修建很厚的水泥防护层是用来屏蔽裂变产物放出的各种射线解析：选ACD链式反应是指由重核裂变产生的中子使裂变反应一代又一代继续下去的过程，选项A正确；核反应堆中，镉棒的作用是吸收中子，以控制链式反应速度，选项B错误；根据动量守恒定律有mv0mv112mv2，根据能量守恒定律有mv02mv1212mv22，联立可得v1v0，解得中子损失的动能为E0，选项C正确；水泥防护层的作用是屏蔽裂变产物放出的射线，选项D正确。11(2018北京朝阳区模拟)从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示的电路中电流表G的读数减小到零时，加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法，某实验小组利用图示装置进行实验，得到了某金属的Uc图像如图乙所示。下列说法正确的是()A该金属的截止频率约为4.301014 HzB该金属的截止频率约为5.501014 HzC该图线的斜率为普朗克常量D该图线的斜率为这种金属的逸出功解析：选A设金属的逸出功为W0，截止频率为c，则W0hc。光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是EkeUc，光电效应方程为EkhW0，联立两式可得：Uc，故Uc图像的斜率为，C、D错误；当Uc0时，可解得：c，由题图乙可知，c4.301014 Hz，即金属的截止频率约为4.301014 Hz，A正确，B错误。12多选(2018湖北七市联考)如图所示是氢原子的能级图，大量处于n5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以放出10种不同频率的光子。其中莱曼系是指氢原子由高能级向n1能级跃迁时放出的光子，则()A10种光子中波长最短的是n5激发态跃迁到基态时产生的B10种光子中有4种属于莱曼系C使n5能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量D从n2能级跃迁到基态释放光子的能量等于从n3能级跃迁到n2能级释放光子的能量解析：选AB由题图可知，10种光子中，从n5激发态跃迁到基态放出的光子能量最大，频率最大，波长最短，故A正确；10种光子中，包括从n5、n4、n3和n2能级向n1 能级跃迁时放出的4种光子，这4种属于莱曼系，故B正确