2018年高考物理二轮复习专题10近代物理初步教学案.docx

专题10 近代物理初步 本专题的内容主要是动量及其守恒定律和原子物理学部分高考对本部分内容的唯一级要求是动量守恒定律用动量守恒定律解决碰撞或原子核衰变类问题是近几年新课标地区的命题热点高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方向：动量守恒定律及其应用；原子的能级跃迁；原子核的衰变规律；核反应方程的书写；质量亏损和核能的计算；原子物理部分的物理学史和、三种射线的特点及应用等选修命题会涉及有关原子、原子核或量子理论、动量问题，且动量问题一般以计算题的形式，其它问题则以填空或选择性填空形式出现 一、原子结构模型 项目内容汤姆生模型实验基础,电子的发现内容:原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子像枣糕里的枣子样镶嵌在原子里面 核式结构实验基础：粒子散射实验内容:(1)原子的中心有一个很小的核,它集中了全部正电荷和几乎所有质量;(2)电子绕核运动 玻尔模型轨道量子化:核外电子只能在一些分立的轨道上运动,rnn2r1(n1、2、3)能量量子化:原子只能处于一系列不连续的能量状态中,EnE1(n1、2、3)跃迁:原子从一个定态跃迁至另一个定态时辐射或吸收能量,hEmEn特别提醒:(1)原子的跃过条件:hE初E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况 (2)至于实物粒子和原子碰撞情况,由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的动能大于或等于原子某两定态能量之差,也可以使原子受激发而向较高能级跃迁. 二、原子核的变化 1几种变化方式的比较 项目内容衰变衰变:放出粒子,是速度约为0.1c的氦核,贯穿本领最弱,电离作用最强衰变:放出粒子,是速度约为0.99c的电子,贯穿本领较强,电离作用较弱 衰变衰变：放出光子，贯穿本领最强，电离作用最弱规律：经一个半衰期质量减半，mm0()t/ 重核裂变原料:铀U,用慢中子打击时发生链式反应反应条件:(1)铀浓度足够大；(2)体积大于临界体积轻核聚变反应方程:HHHen反应条件:温度达到几百万度2.各种放射线性质的比较 3.三种射线在电磁场中的偏转情况比较 图131如图131所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线如图131丙图中肯定打在O点；如果也打在O点，则必打在O点下方；如果也打在O点，则必打在O点下方 三、核力与质能方程的理解 1核力的特点 (1)核力是强相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力远大于库仑力 (2)核力是短程力,作用范围在1.51015 m之内. (3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性. 2质能方程Emc2的理解 (1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒,但核反应中依然有质量亏损. (2)核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量,质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子的个数是不变的. (3)质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的射线虽然静质量为零，但动质量不为零，且亏损的质量以能量的形式辐射出去 特别提醒：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，质量不守恒，核反应中核能的大小取决于质量亏损的多少，即Emc2. 考点一 原子结构 氢原子光谱例1下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是( )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克解析 射线是光子流，故A错误；氢原子辐射光子后，由高能级向低能级跃迁，半径减小，绕核运动的动能增大，故B正确；太阳辐射能量主要来源是太阳中发生的轻核聚变，故C错误；100克Bi经过10天即2个半衰期还剩下100克25克，故D错误答案 B【变式探究】 (多选)下列说法正确的是( )A玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同解析 玻尔对氢原子光谱的研究完善了核式结构模型，选项A错误；紫外线有荧光效应，故B选项正确；天然放射现象中的射线不带电，在电场或磁场中不发生偏转，选项C错误；观察者与波源互相远离，由多普勒效应可知接收到的频率变小，故选项D正确答案 BD考点二 天然放射现象 核反应 核能例2【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 A BC D【答案】A是小居里夫妇用粒子轰击铝片时发现了放射性磷（磷30），属于人工核反应，故C错误； 是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误。【变式探究】下列核反应方程中，属于衰变的是( )A.NHeOH B.UThHeC.HHHen D.ThPae解析 衰变是重核自发的发出粒子的天然放射现象，其中粒子是He，所以B正确；A为人工转变,C为轻核的聚变，D是衰变，故A、C、D皆错误答案 B【变式探究】 (多选)关于天然放射性，下列说法正确的是_A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和三种射线中，射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线解析 原子序数大于或等于83的元素，都能发生衰变，而原子序数小于83的部分元素能发生衰变，故A错；放射性元素的衰变是原子核内部结构的变化，与核外电子的得失及环境温度无关，故B、C项正确；在、三种射线中，、为带电粒子，穿透本领较弱，射线不带电，具有较强的穿透本领，故D项正确；一个原子核不能同时发生和衰变，故E项错误答案 BCD 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 A BC D【答案】A2【2017新课标卷】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。已知的质量为2.013 6 u，的质量为3.015 0 u，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A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV【答案】B【解析】根据质能方程，释放的核能，则，故B正确，ACD 错误。3【2017江苏卷】原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有 （A）核的结合能约为14 MeV（B）核比核更稳定（C）两个核结合成核时释放能量（D）核中核子的平均结合能比核中的大【答案】BC4【2017新课标卷】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【答案】BC【解析】由爱因斯坦光电效应方程，又由动能定理有，当时，A错误，B正确；若，则有，C正确；同种金属的逸出功不变，则不变，D错误。5【2017北京卷】2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm（1 nm=109 m）附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为（取普朗克常量h=6.61034 Js，真空光速c=3108 m/s）A1021 J B1018 J C1015 J D1012 J【答案】B【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B。6【2017新课标卷】一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。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【答案】B7【2017江苏卷】质子（）和粒子（）被加速到相同动能时，质子的动量 （选填“大于”、“小于”或“等于”）粒子的动量，质子和粒子的德布罗意波波长之比为 【答案】小于 2:1【解析】动量与动能的关系： ，又质子的质量小于粒子的质量所以质子的动量小于粒子的动量，且；根据，可得质子和粒子的德布罗意波波长之比为2:18【2017北京卷】（18分）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（）在与磁场垂直的平面内做圆周运动，其轨道半径为R。以m、q分别表示粒子的质量和电荷量。（1）放射性原子核用表示，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。【答案】（1） （2） （3）【解析】（1）根据核反应中质量数与电荷数守恒可知，该衰变的核反应方程为（2）设粒子在磁场中做圆周运动的速度大小为v，由洛伦兹力提供向心力有根据圆周运动的参量关系有得粒子在磁场中运动的周期根据电流强度定义式，可得环形电流大小为（3）由，得设衰变后新核Y的速度大小为v，核反应前后系统动量守恒，有Mvmv=0可得根据爱因斯坦质能方程和能量守恒定律有解得说明：若利用解答，亦可。 12016全国，35(1)，5分(多选)现用一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是( )A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关2(2016北京理综，13，6分)处于n3能级的大量氢原子，向低能级跃迁时，辐射光的频率有( )A1种 B2种 C3种 D4种1C n3能级的大量氢原子向低能级跃迁时，辐射光子可能为31，32，21，故种类为NC3种，C正确3(2016天津理综，6，6分)(多选)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展，下列说法符合事实的是( )A赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B查德威克用粒子轰击N获得反冲核O，发现了中子C贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型1AC 赫兹通过著名的电火花实验证实了电磁波的存在，并通过一系列实验证明了电磁波的波速为光速等麦克斯韦关于光的电磁理论，A正确查德威克通过粒子轰击铍核(Be)获得碳核(6C) 的实验发现了中子，B错误C项与事实相符是正确的卢瑟福是根据粒子的散射实验提出的原子核式结构模型，D错误42016全国，35(1)，5分一静止的铝原子核 Al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核 Si*.下列说法正确的是( )A核反应方程为pAlSi*B核反应过程中系统动量守恒C核反应过程中系统能量不守恒D核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致52016江苏物理，12C(1)贝克勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用下列属于放射性衰变的是( )A.CNe B.UnIY2nC.HHHen D.HeAlPn3A 一个放射性原子核自发地放出一个粒子变成新的原子核的过程是原子核的衰变，A为原子核衰变，B为重核的裂变，C为轻核的聚变，D为原子核的人工转变，A正确62016全国，35(1)，5分在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen【答案】 C AB E F72016江苏物理，12C(3)几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(1019 J)7.265.123.663.603.41由一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应已知该可见光的波长的范围为4.01077.6107 m，普朗克常数h6.631034 Js.【解析】可见光中波长最短的光子的能量最大，能量E4.971019 J逸出功小于或等于该能量的金属会发生光电效应，查表可知为钠、钾、铷.1(2015重庆理综，1，6分)(难度)图中曲线a、b、c、d为气泡室中某放射物发生衰变放出的部分粒子的径迹，气泡室中磁感应强度方向垂直于纸面向里以下判断可能正确的是( ) Aa、b为粒子的径迹Ba、b为粒子的径迹Cc、d为粒子的径迹Dc、d为粒子的径迹解析 粒子是不带电的光子，在磁场中不偏转，选项B错误；粒子为氦核带正电，由左手定则知向上偏转，选项A、C错误；粒子是带负电的电子，应向下偏转，选项D正确答案 D22015海南单科，17(1)，4分(难度)氢原子基态的能量为E113.6 eV.大量氢原子处于某一激发态由这些氢原子可能发出的所有的光子中，频率最大的光子能量为0.96E1，频率最小的光子的能量为_eV(保留2位有效数字)，这些光子可具有_种不同的频率解析 频率最大的光子能量为0.96E1，即EnE10.96E1，则EnE10.96E1(13.6 eV)0.96(13.6 eV)0.54 eV，即n5，从n5能级开始跃迁,这些光子能发出的频率数n10种频率最小的光子是从n5能级跃迁到n4能级，其能量为Emin0.54 eV(0.85 eV)0.31 eV.答案 0.31 eV 103(2015广东理综,18，6分)(难度)(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：XYHeH4.9 MeV和HHHeX17.6 MeV，下列表述正确的有( )AX是中子BY的质子数是3，中子数是6C两个核反应都没有质量亏损D氘和氚的核反应是核聚变反应答案 AD4(2015天津理综,1，6分)(难度)物理学重视逻辑，崇尚理性，其理论总是建立在对事实观察的基础上下列说法正确的是( )A天然放射现象说明原子核内部是有结构的B电子的发现使人们认识到原子具有核式结构C粒子散射实验的重要发现是电荷是量子化的D密立根油滴实验表明核外电子的轨道是不连续的解析 放射性现象中释放出了其他粒子,说明原子核内部具有一定的结构，A正确；电子的发现使人们认识到：原子是可以分割的，是由更小的微粒组成的，B错误；粒子散射实验否定了汤姆逊提出的枣糕式原子模型，建立了核式结构模型，C错误；密立根油滴实验测定了电子的电荷量，D错误答案 A5(2015北京理综，17，6分)(难度)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如图，则( ) A轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里答案 D62015山东理综,39(1)(难度)(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后,14C的比例持续减少现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是( )a该古木的年代距今约5700年b12C、13C、14C具有相同的中子数c14C衰变为14N的过程中放出射线d增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析 因古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一，则可知经过的时间为一个半衰期,即该古木的年代距今约为5 700年，选项a正确；12C、13C、14C具有相同的质子数，由于质量数不同，故中子数不同，选项b错误；根据核反应方程可知,14C衰变为14N的过程中放出电子，即发出射线，选项c正确；外界环境不影响放射性元素的半衰期，选项d错误答案 ac72015江苏单科，12C(2)(3)(难度)(2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，U是核电站常用的核燃料.U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分，并产生_个中子要使链式反应发生，裂变物质的体积要_(选填“大于”或“小于”)它的临界体积(3)取质子的质量mp1.672 61027kg，中子的质量mn1.674 91027 kg，粒子的质量m6.646 71027 kg，光速c3.0108 m/s.请计算粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字)解析 (2)由质量数和电荷数守可知：UnBaKr3n，可见产生了3个中子，链式反应的一个条件是铀燃料的体积必须大于或等于临界体积(3)根据爱因斯坦质能方程Emc2，可求：E(2mp2mnm)c24.31012 J.答案 (2)3 大于 (3)4.31012 J82015海南单科，17(2)(难度)运动的原子核X放出粒子后变成静止的原子核Y.已知X、Y和粒子的质量分别是M、m1和m2,真空中的光速为c，粒子的速度远小于光速求反应后与反应前的总动能之差以及粒子的动能解析 反应后由于存在质量亏损，所以反应前、后总动能之差等于质量亏损而释放出的能量，根据爱因斯坦质能方程可得m2vMv(Mm1m2)c2反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有Mvxm2v联立可得m2v(Mm1m2)c2.答案 (Mm1m2)c2 (Mm1m2)c21.【物理选修35【2014新课标全国卷】(1)关于天然放射性，下列说法正确的是_A所有元素都可能发生衰变B放射性元素的半衰期与外界的温度无关C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D、和三种射线中，射线的穿透能力最强E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线【答案】(1)BCD 2【2014新课标卷】【物理选修35(1)在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用下列说法符合历史事实的是_A密立根通过油滴实验测出了基本电荷的数值B贝克勒尔通过对天然放射现象的研究，发现了原子中存在原子核C居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋(Po)和镭(Ra)两种新元素D卢瑟福通过粒子散射实验证实了在原子核内部存在质子E汤姆逊通过阴极射线在电场和磁场中偏转的实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成的，并测出了该粒子的比荷【答案】(1)ACE【解析】(1)密立根通过油滴实验测出了基本电荷的电量，A项正确；卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型，发现了原子中心有一个核，B、D两项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，并因此获得了诺贝尔奖，C项正确；汤姆逊通过研究阴极射线，发现了电子，并测出了电子的比荷，E项正确3.【2014北京卷】质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )A(m1m2m3)c B(m1m2m3)cC(m1m2m3)c2 D(m1m2m3)c2【答案】C 【解析】本题考查质能方程，Emc2，其中m(m1m2m3)，则E(m1m2m3)c2 ，C正确，A、B、D错误4.【2014全国卷】一中子与一质量数为A (A1)的原子核发生弹性正碰若碰前原子核静止，则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为( )A. B.C. D.【答案】A 【解析】本题考查完全弹性碰撞中的动量守恒、动能守恒设碰撞前后中子的速率分别为v1，v1，碰撞后原子核的速率为v2，中子的质量为m1，原子核的质量为m2，则m2Am1.根据完全弹性碰撞规律可得m1v1m2v2m1v1，m1vm2vm1v，解得碰后中子的速率v1v1v1，因此碰撞前后中子速率之比，A正确5.【2014福建卷】(1)如图所示，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是_(填选项前的字母) A表示射线，表示射线B表示射线，表示射线C表示射线，表示射线D表示射线，表示射线【答案】(1)C 【解析】射线带正电，射线带负电，射线不带电在匀强电场中，射线与射线分别在电场力的作用下发生偏转，射线偏向负极板，射线偏向正极板，射线不受电场力，不发生偏转；在磁场中，由左手定则可以判断射线向左偏，射线向右偏，射线不受洛伦兹力，不发生偏转故C项正确 6.【2014广东卷】在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大【答案】AD 【解析】增大入射光的强度，单位时间内发射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，如果光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能EkhW0，故改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确7.【2014江苏卷】【选修35】(1)已知钙和钾的截止频率分别为7.731014Hz和5.441014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的_A波长 B频率 C能量 D动量(2)氡222是一种天然放射性气体，被吸入后，会对人的呼吸系统造成辐射损伤它是世界卫生组织公布的主要环境致癌物质之一其衰变方程是86Rn84Po_已知86Rn的半衰期约为3.8天，则约经过_天，16 g的86Rn衰变后还剩1 g.【答案】(1)A 【答案】(2)He(或粒子) 15.2 【解析】根据核反应过程中电荷数守恒和质量数守恒可推得该反应的另一种生成物为He.根据m余m原知4