2018年高考物理总复习第十二章近代物理初步教案.docx

第十二章 考 纲 要 求考 情 分 析光电效应放射性同位素1.命题规律高考对本章内容多为单独考查，有时与电磁学或动量知识进行简单交汇命题。题型一般为选择题，难度中等。2.考查热点本章知识点较多，考查热点有光电效应、原子的跃迁、原子核的衰变、核反应及核能的计算等。3.特别提醒考试大纲将选修3-5调整为必考内容后，对本章知识的考查难度应该不会有太大变化，但考查范围很有可能会扩大。此外，原子物理属于前沿科学知识，复习时应侧重对基本概念和规律的理解和识记。爱因斯坦光电效应方程核力、核反应方程氢原子光谱结合能、质量亏损氢原子的能级结构、能级公式裂变反应和聚变反应、裂变反应堆原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期射线的危害和防护第67课时波粒二象性(双基落实课)命题者说本课时包括光电效应规律、爱因斯坦光电效应方程、波粒二象性等内容，高考对本课时的考查多为单独命题，题型一般为选择题，难度不大。对本课时的学习，重在识记和理解，不必做过深的挖掘。一、对光电效应的理解1.光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象。发射出来的电子叫光电子。2光电效应的产生条件入射光的频率大于金属的极限频率。3光电效应规律(1)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。(2)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s。(3)当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大。4对光电效应规律的解释对应规律对规律的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，逸出功W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大小题练通1用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属发生光电效应的措施是()A改用频率更小的紫外线照射B改用X射线照射C改用强度更大的原紫外线照射D延长原紫外线的照射时间解析：选B某种金属能否发生光电效应取决于入射光的频率，与入射光的强度和照射时间无关。不能发生光电效应，说明入射光的频率小于金属的极限频率，所以要使金属发生光电效应，应增大入射光的频率，X射线的频率比紫外线频率高，所以本题答案为B。2(多选)(2016全国乙卷节选)现用某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，光电子的最大初动能变大C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D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解析：选ABD产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确。光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法B正确。减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法C错误。遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法D正确。3入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则下列说法中正确的是()A从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应解析：选C光电效应瞬时(109 s)发生，与光强无关，A错误。光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B错误。光电子数目多少与入射光的强度有关，光强减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目减少，C正确。能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错误。光电效应的研究思路(1)两条线索(2)两条对应关系光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大；光强大光子数目多发射光电子多光电流大。二、爱因斯坦的光电效应方程及应用1.光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量h。2逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。3最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。4光电效应方程(1)表达式：EkhW0。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek。5四类图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke。(注：此时两极之间接反向电压) 小题练通1(2013北京高考)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实。光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应。换用同样频率的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U，即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在KA之间就形成了使光电子减速的电场，逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量)()AUBUCU2hW DU解析：选B用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应。由题意知最大初动能EkeU，根据光电效应方程有：nhWEkWeU(n2)，得：U(n2)，则B项正确，其他选项错误。2(多选)如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，普朗克常量h6.631034 Js，由图可知()A该金属的极限频率为4.271014 HzB该金属的极限频率为5.51014 HzC该图线的斜率表示普朗克常量D该金属的逸出功为0.5 eV解析：选AC由光电效应方程EkhW0知图线与横轴交点为金属的极限频率，即04.271014 Hz，A正确，B错误；由EkhW0可知，该图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功W0hc eV1.8 eV，D错误。3.研究光电效应的电路如图所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是()解析：选C由于光的频率相同，所以对应的反向遏止电压相同，A、B错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，C正确，D错误。4(2016江苏高考)(1)已知光速为c，普朗克常数为h，则频率为的光子的动量为_。用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_。(2)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用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范围为4.01077.6107 m，普朗克常数h6.631034 Js。解析：(1)频率为的光子的波长，动量p。用该频率的光垂直照射平面镜，光被垂直反射，则光子在反射前后动量方向相反，取反射后的方向为正方向，则反射前后动量改变量pp2p1。(2)光子的能量E取4.0107 m，则E5.01019 J根据EW0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。答案：(1)(2)见解析利用光电效应分析问题，应把握的三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程EkhW0。(2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得，即EkeUc，其中Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率c的关系是W0hc。三、对波粒二象性的理解1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。(2)光电效应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。2 对光的波粒二象性的理解(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为粒子性。(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量Eh、光子的动量表达式p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，也不可把光当成宏观概念中的粒子。小题练通1用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()A光只有粒子性没有波动性B光只有波动性没有粒子性C少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：选D光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。2(多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：选ABC波粒二象性是微观世界特有的规律，不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性，A正确；由于微观粒子的运动遵守不确定关系，所以运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔发生衍射时，都没有特定的运动轨道，B正确；波粒二象性适用于微观高速领域，故C正确；虽然宏观物体运动形成的德布罗意波的波长太小，很难被观察到，但它仍有波粒二象性，D错。3(多选)(2015全国卷节选)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装置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人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关解析：选AC电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项A正确。射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项B错误。电子显微镜是利用电子束衍射工作的，体现了波动性，选项C正确。光电效应实验，体现的是光的粒子性，选项D错误。波粒二象性的“三个易错点”(1)光子表现为波动性，并不否认光子具有粒子性。(2)宏观物体也具有波动性。(3)微观粒子的波动性与机械波不同，微观粒子的波是概率波。一、单项选择题1下列有关光的波粒二象性的说法中正确的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子与电子是同样的一种粒子C光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著D大量光子的行为往往显示出粒子性解析：选C一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，A、B错误；光的波粒二象性表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，C正确，D错误。2对光的认识，下列说法不正确的是()A个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现得明显，在另外的某种情况下，光的粒子性表现得明显解析：选C光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A正确；光的波动性不是由于光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C错误，D正确。3频率为的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ekm。改用频率为2的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()AEkmhB2EkmCEkmh DEkm2h解析：选C频率为的光照射某金属时，有EkmhW0；同理，改用频率为2的光照射同一金属产生的光电子的最大初动能为E2hW0Ekmh，C正确。4.如图所示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为0。现将频率为(大于0)的光照射在阴极上，则下列方法一定能够增加饱和光电流的是()A照射光频率不变，增加光强B照射光强度不变，增加光的频率C增加A、K电极间的电压D减小A、K电极间的电压解析：选A要增加单位时间内从阴极逸出的光电子的数量，就需要增加照射光单位时间内入射光子的个数，所以只有A正确。5现有a、b、c三束单色光，其波长关系为abc123。当用a光束照射某种金属板时能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为Ek，若改用b光束照射该金属板，飞出的光电子最大动能为Ek，当改用c光束照射该金属板时()A能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkB能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkC能发生光电效应，飞出的光电子最大动能为EkD由于c光束光子能量较小，该金属板不会发生光电效应解析：选B对a、b两束光由光电效应方程有W0Ek，W0Ek，联立解得Ek，W0Ek。当改用c光束照射该金属板时有W0EkEkEk，B正确。二、多项选择题6下列说法正确的是()A卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子核式结构模型B宏观物体的物质波波长非常大，极易观察到它的波动性C爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说D对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应解析：选ACD卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故A正确。根据，知宏观物体的物质波波长非常小，不易观察到它的波动性，故B错误。受普朗克量子论的启发，爱因斯坦在对光电效应的研究中，提出了光子说，故C正确。对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长，才能产生光电效应，故D正确。7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解析：选AD根据光电效应规律可知，增大入射光的强度，光电流增大，A项正确；减小入射光的强度，光电流减小，光电效应现象并不消失，B项错误；改用小于的入射光照射，如果入射光的频率仍然大于光电管阴极材料的极限频率，仍能发生光电效应，C项错误；由爱因斯坦光电效应方程可知，增大入射光的频率，光电子的最大初动能增大，D项正确。8分别用波长为和2的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速度之比为21，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，那么下列说法正确的有()A该种金属的逸出功为B该种金属的逸出功为C波长超过2的光都不能使该金属发生光电效应D波长超过4的光都不能使该金属发生光电效应解析：选AD由hW0Ek知hW0mv12，hW0mv22，又v12v2，得W0，A正确，B错误。光的波长小于或等于3时都能发生光电效应，C错误，D正确。9.在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出()A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能解析：选BD因光电管不变，所以逸出功不变。由图像知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D正确；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，故A错误，B正确；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误。第68课时原子结构与原子核(双基落实课)命题者说本课时主要包括原子的核式结构、原子的跃迁、氢原子光谱、原子核的衰变、核反应方程的书写、核能的计算等。高考对本课时知识点的考查一般为单独命题，有时会把原子核的衰变和动量结合进行综合命题。对本课时的学习，应侧重理解和识记。一、原子的核式结构1.电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。2粒子散射实验(1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被“撞了回来”。3原子的核式结构模型(1)粒子散射实验结果分析核外电子不会使粒子的速度发生明显改变。汤姆孙模型不能解释粒子的大角度散射。绝大多数粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对粒子有斥力的正电荷；极少数粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别粒子正对着质量比粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。(2)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。(3)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。小题练通1(2013福建高考)在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析：选C粒子与原子核均带正电荷，所以粒子受到原子核的作用力为斥力，据此可排除选项A、D；粒子不可能先受到吸引力，再受到排斥力，B错误。2(2016上海高考)卢瑟福通过对粒子散射实验结果的分析，提出了原子内部存在()A电子B中子C质子 D原子核解析：选D卢瑟福在粒子散射实验中观察到绝大多数粒子穿过金箔后几乎不改变运动方向，只有极少数的粒子发生了大角度的偏转，说明在原子的中央存在一个体积很小的带正电的物质，将其称为原子核。故选项D正确。3如图是卢瑟福的粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D绝大多数的粒子发生大角度偏转解析：选A卢瑟福根据粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。二、能级跃迁1.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类 (3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式R(n3,4,5，R是里德伯常量，R1.10107 m1)。(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。2氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn。(h是普朗克常量，h6.631034 Js)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。(2)几个概念能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫作能级。基态：原子能量最低的状态。激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。(3)氢原子的能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV。(4)氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1 0.531010 m。3氢原子的能级图能级图如图所示小题练通1. (2016北京高考)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种解析：选C大量氢原子从n3能级向低能级跃迁时，能级跃迁图如图所示，有3种跃迁情况，故辐射光的频率有3种，选项C正确。2氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A吸收光子的能量为h1h2B辐射光子的能量为h1h2C吸收光子的能量为h2h1D辐射光子的能量为h2h1解析：选D氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光，说明能级m高于能级n，而从能级n跃迁到能级k时吸收紫光，说明能级k也比能级n高，而紫光的频率2大于红光的频率1，所以h2h1，因此能级k比能级m高，所以若氢原子从能级k跃迁到能级m，应辐射光子，且光子能量应为h2h1。故选项D正确。3(多选)(2014山东高考)氢原子能级图如图，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm。以下判断正确的是()A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmB用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级C一群处于n3能级上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n2跃迁到n3的能级解析：选CD根据氢原子的能级图和能级跃迁规律，当氢原子从n2能级跃迁到n1的能级时，辐射光的波长一定小于656 nm，因此A选项错误；根据发生跃迁只能吸收和辐射一定频率的光子，可知B选项错误，D选项正确；一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生3种频率的光子，所以C选项正确。解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注意事项(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)光子的频率由hEmEn求得，若求波长可由公式c求得。(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n1。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：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。三、原子核的衰变规律1.原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系核电荷数质子数(Z)元素的原子序数核外电子数。质量数(A)核子数质子数中子数。(3)X元素的原子核的符号为ZAX，其中A表示质量数，Z表示核电荷数。2天然放射现象(1)天然放射现象放射性元素自发地发出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。(2)三种射线构成符号电荷量质量电离能力贯穿本领射线氦核24He2e4 u最强最弱射线电子10ee较强较强射线光子00最弱最强(3)放射性同位素的应用与防护放射性同位素：有天然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。应用：消除静电、工业探伤、做示踪原子等。防护：防止放射性对人体组织的伤害。3原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变定义：原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核。三类衰变衰变：XYHe，典型方程：UThHe衰变：XYe，典型方程：ThPae衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生衰变，有的发生衰变，同时伴随着辐射。(2)半衰期定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。公式：N余N原，m余m原(t表示衰变时间，表示半衰期)小题练通1(2016上海高考) 放射性元素A经过2次衰变和1次衰变后生成一新元素B，则元素B在元素周期表中的位置较元素A的位置向前移动了()A1位 B2位C3位 D4位解析：选C粒子是He，粒子是e，因此发生一次衰变电荷数减少2，发生一次衰变电荷数增加1，据题意，电荷数变化为：2213，所以新元素在元素周期表中的位置向前移动了3位。故选项C正确。2(多选)(2014全国卷)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：选BCD并不是所有的元素都可能发生衰变，原子序数越大，越易发生，A错误；放射性元素的半衰期与元素本身内部结构有关，与外界的温度无关，B正确；放射性元素无论单质还是化合物都具有放射性， C正确；在、射线中，射线的穿透能力最强，D正确；一个原子核在一次衰变过程中，可以是衰变或衰变，同时伴随射线放出，E错误。3(2015北京高考)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，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解析：选D根据动量守恒定律，原子核发生衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p。根据qvB，得轨道半径r，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的。根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里。选项D正确。4(1)(多选)Th(钍)经过一系列衰变和衰变，变成Pb(铅)。以下说法中正确的是()A铅核比钍核少8个质子B铅核比钍核少16个中子C共经过4次衰变和6次衰变D共经过6次衰变和4次衰变(2)约里奥居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是_。P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的P经多少天的衰变后还剩0.25 mg?解析：(1)设衰变次数为x，衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得2322084x90822xy解得x6，y4，C错、D对。铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对。铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对。(2)写出衰变方程PSie，故这种粒子为e(正电子)，由mt图知P的半衰期为14天，由m余m原得025 mg4 mg，故t56天。答案：(1)ABD(2)正电子56天1一个区别：静止的原子核在磁场中发生衰变和衰变时的轨迹不同，分别为相外切圆和相内切圆。2两个结论(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒。(2)每发生一次衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次衰变，原子核的质子数增大“1”。四、核反应方程与核能计算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UThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子)AlHePn(约里奥居里夫妇发现人工放射性)PSie重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n轻核聚变很难控制HHHen2核反应方程式的书写(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)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某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。3对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即Emc2。方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为Emc2。4核能的计算方法(1)根据Emc2计算时，m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。(2)根据Em931.5 MeV计算时，m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能核子比结合能核子数。小题练通1(多选)(2016全国丙卷节选)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D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解析：选ABD核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为pAlSi*，A正确。核反应过程中遵从动量守恒，B正确。核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，C错误。根据动量守恒定律有mpvpmSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，D正确。2(2016全国甲卷)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解析：衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出粒子的现象，选项C为衰变；衰变为衰变过程中释放出粒子的现象，选项A、B均为衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程。答案：CABEF3一个静止的钚核Pu自发衰变成一个铀核U和另一个原子核X，并释放出一定的能量。其核衰变方程为：PuUX。(1)方程中的“X”核符号为_；(2)钚核的质量为239.052 2 u，铀核的质量为235.043 9 u，X核的质量为4.002 6 u，已知1 u相当于931 MeV，则该衰变过程放出的能量是_ MeV；(3)假设钚核衰变释放的能量全部转变为铀核和X核的动能，则X核与铀核的动能之比是_。解析：(1)根据质量数、电荷数守恒，得X核的质量数为2392354，核电核数为94922，故“X”核为氦核，符号为He。(2)钚核衰变过程中的质量亏损m239.052 2 u235.043 9 u4.002 6 u0.005 7 u，根据爱因斯坦质能方程，得出衰变过程中放出的能量E0.005 7931 MeV5.31 MeV。(3)钚核衰变成铀核和X核，根据动量守恒定律，两者动量大小相等，根据Ekmv2，得X核和铀核的动能之比58.7。答案：(1)He(2)5.31(3)58.7核能计算的思路方法(1)应用质能方程解题的流程图：(2)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。(3)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能。一、选择题1核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线。下列说法正确的是()A碘131释放的射线由氦核组成B铯137衰变时辐射出的光子能量小于可见光光子能量C与铯137相比，碘131衰变更慢D铯133和铯137含有相同的质子数解析：选D射线的本质是电子，并非氦核，A错误。光子的频率大于可见光光子的频率，由Eh可知，光子的能量大于可见光光子的能量，B错误。半衰期越小表示元素衰变越快，C错误。同位素的中子数不同但含有相同的质子数，D正确。2(2015重庆高考)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：选D由于粒子带正电，粒子带负电，粒子不带电，据左手定则可判断a、b可能为粒子的径迹，c、d可能为粒子的径迹，选项D正确。3.1995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。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相同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能级跃迁到基态辐射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；处于基态的氢原子的电离能是13.6 eV，具有大于等于13.6 eV能量的光子可以使反氢原子电离，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能级跃迁到基态辐射光子能量很大，频率很大，波长很小，故D错误。4(多选)(2016海南高考)下列说法正确的是()A爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律D卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型E德布罗意指出微观粒子的动量越大，其对应的波长就越长解析：选ACD爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故选项C正确；卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子核式结构模型，故选项D正确；微观粒子的德布罗意波长为，其中p为微观粒子的动量，故动量越大，则对应的波长就越短，选项E错误。5(多选)下列说法正确的是()A汤姆孙发现了电子，表明原子具有核式结构B太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应C一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并升高其温度，增加压强，它的半衰期也不会发生改变解析：选BD卢瑟福的粒子散射实验表明原子具有核式结构，A错误；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，B正确；一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，说明光子的能量太小，该束光的波长太长，C错误；放射性元素的半衰期与它的物理状态、化学状态都没有关系，也不会发生改变，D正确。二、非选择题6氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，核反应方程为：HHHeX，式中X是某种粒子。已知：H、H、He和粒子X的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u相当于931.5 MeV。由上述核反应方程和数据可知，粒子X是_，该核反应释放出的能量为_MeV(结果保留三位有效数字)。解析：热核聚变的核反应方程为：HHHen，所以X为n(或中子)。Emc2(2.014 13.016 14.002 61.008 7)931.5 MeV17.6 MeV。答案：n(或中子)17.67某些建筑材料可产生放射性气体氡，氡可以发生或衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康。原来静止的氡核(Rn)发生一次衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为E00.09 MeV的光子。已知放出的粒子动能为E5.55 MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1 u931.5 MeV/c2。(1)写出衰变的核反应方程；(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(保留三位有效数字)解析：(1)衰变方程为：RnPoHe。(2)忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律，0ppPo即新核钋(Po)的动量与粒子的动量大小相等，又Ek，可求出新核钋(Po)的动能为EPoE，由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、粒子动能形式出现，衰变时释放出的总能量为EEEPoE0mc2故衰变过程中总的质量亏损是m0.006 16 u。答案：(1)RnPoHe(2)0.006 16 u一、单项选择题1下列说法不正确的是()A射线与射线一样都是电磁波，但射线的穿透本领远比射线弱B玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征C氢原子的核外电子由离原子核较