高考物理一轮复习 第15讲近代物理初步课件.ppt

专题七近代物理初步第15讲近代物理初步 1 氢原子能级 1 能级图如图所示 2 跃迁分析 自发跃迁 高能级 低能级 能量 发出能量为 的光子 且h 受激跃迁 低能级 高能级 能量 a 光照 吸收光子 光子的能量等于能级差h b 碰撞 加热等 只要入射粒子能量大于或等于能级差即可 e外 c 大于电离能的光子可被吸收将原子 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数 n 释放 h em en 吸收 e e 电离 2 原子核的衰变 核能 1 原子核的衰变 2 2 1个质 子 1个电子 电荷数 质量数 2 核反应方程 核能 核反应方程 遵循 质能方程 e 核能的计算 e 质量数守恒和电荷数守恒 mc2 mc2 3 光电效应及其方程 1 光电效应的规律 入射光的频率必须 光电子的最大初动能与 无关 只随 而增大 入射光照射到金属板上时 光电子的发射几乎是 的 一般不大于10 9s 当入射光的频率大于极限频率时 光电流的强度与入射光的 成正比 大于或等于金属的极限频率 入射光的强度 入射光的 频率增大 瞬时 强度 2 光电效应方程 表达式 h 或ek 物理意义 金属中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 剩下的表现为逸出后电子的最大初动能 ek w0 h w0 逸出功w0 1 多选 2013 广东高考 铀核裂变是核电站核能的重要来源 其一种裂变反应式是下列说法正确的有 a 上述裂变反应中伴随着中子放出b 铀块体积对链式反应的发生无影响c 铀核的链式反应可人工控制d 铀核的半衰期会受到环境温度的影响 解析 选a c 核裂变反应是重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应 a选项正确 铀块要发生链式反应需达到一定的体积 b选项错误 链式反应可人工控制用以建立核电站 c选项正确 原子核的半衰期由原子核本身的性质决定 与其所处的环境或状态无关 d选项错误 2 2012 天津高考 下列说法正确的是 a 采用物理或化学方法可以有效地改变放射性元素的半衰期b 由玻尔理论知道氢原子从激发态跃迁到基态时会放出光子c 从高空对地面进行遥感摄影是利用紫外线良好的穿透能力d 原子核所含核子单独存在时的总质量小于该原子核的质量 解析 选b 元素的半衰期由元素本身的性质决定 不能通过物理或化学的方法改变 a错 根据玻尔理论 氢原子从激发态跃迁到基态时放出能量 这些能量以光子的形式释放 b对 从高空对地面进行遥感摄影是利用了红外线的穿透能力 c错 原子核所含核子单独存在时的总质量大于该原子核的质量 d错 3 2011 天津高考 下列能揭示原子具有核式结构的实验是 a 光电效应实验b 伦琴射线的发现c 粒子散射实验d 氢原子光谱的发现 解析 选c 光电效应现象证明了光的粒子性本质 与原子结构无关 选项a错误 伦琴射线的发现以及氢原子光谱的发现都与原子的能级结构有关 都是原子能级跃迁的结论 选项b d错误 卢瑟福的 粒子散射实验证实了原子的核式结构模型 选项c正确 4 2013 上海高考 当用一束紫外线照射锌板时 产生了光电效应 这时 a 锌板带负电b 有正离子从锌板逸出c 有电子从锌板逸出d 锌板会吸附空气中的正离子 解析 选c 当用一束紫外线照射锌板时 产生了光电效应 有电子从锌板逸出 锌板带正电 选项c正确 a b d错误 5 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 粒子与原子核相互排斥 a d错 运动轨迹与原子核越近 力越大 运动方向变化越明显 b错 c对 6 2013 重庆高考 铀是常用的一种核燃料 若它的原子核发生了如下的裂变反应 则a b可能是 a b c d 解析 选d 根据题中所给裂变反应方程 质量数守恒 电荷数守恒 故a b的质量数应为235 1 2 234 电荷数应为92 故只有d选项正确 热点考向1氢原子能级结构及原子跃迁 典例1 多选 2013 贵阳二模 如图是氢原子的能级图 对于一群处于n 4的氢原子 下列说法中正确的是 a 这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁b 这群氢原子能够发出6种不同频率的光c 这群氢原子发出的光子中 能量最大为10 2evd 从n 4能级跃迁到n 3能级发出的光的波长最长 解题探究 1 发生光电效应的条件是入射光的频率必须 金属的极限频率 2 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱线条数n 3 处于n 4的氢原子向低能级跃迁时 哪两个能级间跃迁发出的光子能量最大 哪两个能级间跃迁发出的光子能量最小 提示 原子由高能级向低能级跃迁时 要释放能量 且满足h em en 故由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量最大 由n 4能级跃迁到n 3能级产生的光子能量最小 大于等于 解析 选b d 氢原子由低能级向高能级跃迁时只能吸收特定频率的光子 选项a错误 处于n 4激发态的大量氢原子跃迁时 最多发出的光子种数为选项b正确 这群氢原子发出的光子中 由n 4能级跃迁到n 1能级产生的光子能量最大 能量最大为12 75ev 选项c错误 由n 4能级跃迁到n 3能级产生的光子能量最小 所以频率最小 波长最长 选项d正确 总结提升 解答氢原子能级跃迁问题的四点技巧 1 原子跃迁时 所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差 2 原子电离时 所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值 3 一群原子和一个原子不同 它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类 4 计算时应注意 因一般取无穷远处为零电势参考面 故各能级的能量值均为负值 能量单位1ev 1 6 10 19j 变式训练 多选 2013 郑州二模 下列说法正确的是 a 衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的b 光电效应和电子的衍射现象说明粒子的波动性c 原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为 1的光子 原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为 2的光子 已知 1 2 那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长的光子d 粒子散射实验说明了原子具有核式结构 解析 选c d 衰变所释放的电子是原子核内中子转化为质子和电子 电子从原子核中释放出来形成的 选项a错误 光电效应说明光具有粒子性 电子的衍射现象说明粒子的波动性 选项b错误 根据原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为 1的光子 原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为 2的光子 则有 解得即原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长的光子 选项c正确 粒子散射实验说明了原子具有核式结构 选项d正确 变式备选 多选 2013 长沙二模 下列说法正确的是 a 光子像其他粒子一样 不但具有能量 也具有动量b 将由放射性元素组成的化合物进行高温分解 会改变放射性元素的半衰期c 原子核的质量大于组成它的核子的质量之和 这个现象叫作质量亏损d 普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 解析 选a d 光子像其他粒子一样 不但具有能量 也具有动量 选项a正确 将由放射性元素组成的化合物进行高温分解 不会改变放射性元素的半衰期 选项b错误 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和 这个现象叫作质量亏损 选项c错误 普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 选项d正确 热点考向2核反应方程的理解应用 典例2 多选 2013 天津北辰区二模 钚 pu 是一种具有放射性的超铀元素 已知钚的一种同位素的半衰期为24100年 其衰变方程为下列有关说法正确的是 a x原子核中含有143个中子b 80个经过24100年后一定还剩余40个c 衰变发出的 射线是频率很大的电磁波 具有很强的穿透能力d 由于衰变时释放巨大能量 根据e mc2 衰变过程总质量增加 解题探究 1 核反应过程遵循 守恒和 守恒 2 半衰期是一个 规律 是针对 衰变规律的总结 3 射线的组成是 速度为 质量数 电荷数 统计 大量原子核 高频电磁波 光速 解析 选a c 由质量数 电荷数守恒得x的质量数为239 4 235 x的电荷数为94 2 92 故中子数为235 92 143 a对 半衰期是针对大量原子核衰变而言的 b错 射线是频率很高的电磁波 波长很短 穿透能力很强 c对 衰变释放能量 总质量减少 d错 总结提升 解答核反应方程及核能计算的方法 1 掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律 2 掌握常见的主要核反应方程式 并知道其意义 3 熟记常见的基本粒子的符号 如质子 中子 粒子等 4 进行核能计算时注意单位的对应 若 m用kg作单位 则 e用j作单位 若 m用u作单位 则 e用ev作单位 且1u对应931 5mev 变式训练1 多选 2013 湛江二模 氘核 氚核 中子 氦核的质量分别是m1 m2 m3和m4 如果氘核和氚核结合生成氦核 则下列说法中正确的是 a 核反应方程为b 这是一个裂变反应c 核反应过程中的质量亏损 m m1 m2 m4d 核反应过程中释放的核能 e m1 m2 m3 m4 c2 解析 选a d 由质量数守恒 电荷数守恒知a对 该反应为轻核聚变 b错 核反应的质量亏损 m m1 m2 m3 m4 c错 由 e mc2知d对 变式训练2 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核 同时辐射一个 光子 已知质子 中子 氘核的质量分别为m1 m2 m3 普朗克常量为h 真空中的光速为c 下列说法正确的是 a 核反应方程是b 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3c 辐射出的 光子的能量e m3 m1 m2 c2d 光子的波长 解析 选b 根据衰变遵循质量数和电荷数守恒 此核反应的核反应方程应为选项错误 根据质能方程 光子的能量为e m1 m2 m3 c2 c选项错误 由知 波长 d选项错误 故选b 热点考向3光电效应现象的理解应用 典例3 多选 2013 天津静海二模 如图是研究光电效应的装置 用一定频率的光束照射金属板k 有粒子逸出 则 a 逸出的粒子是电子b 改变光束的频率 金属的逸出功随之改变c 减少光束的光强 逸出的粒子初动能减少d 减少光束的频率 金属板可能没有粒子逸出 解题探究 1 金属的逸出功由 决定 2 改变入射光的光强 数变化 从而可使饱和电流 3 光电效应现象中 入射光的频率必须 极限频率 解析 选a d 逸出的粒子是光电子 a对 改变入射光的频率 光电子的动能改变 而逸出功不变 b错 减少光强 光电子数减少 初动能不变 c错 减小光束的频率 若小于极限频率 则不会逸出光电子 d对 金属本身的性质 光电子 变化 大于等于 总结提升 光电效应问题的分析技巧 1 光电效应实验规律可理解记忆 放不放 光电子 看光限 入射光最低频率 放多少 光电子 看光强 光电子的 最大初动能 大小 看 入射光的 频率 要放瞬时放 2 要求掌握爱因斯坦光电效应方程 作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程的意义 即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上 剩余部分转化为光电子的动能 对某种金属来说w0为定值 因而光子频率 决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小 每个光子的一份能量h 与一个光电子的动能对应 变式训练1 多选 2013 天津红桥区一模 如图是某金属在光的照射下 光电子最大初动能ek与入射光频率 的关系图像 由图像可知 a 该金属的逸出功等于eb 该金属的逸出功等于h 0c 入射光的频率为2 0时 产生的光电子的最大初动能为2ed 入射光的频率为时 产生的光电子的最大初动能为 解析 选a b 由光电效应方程h w ek得ek h w 若 0 则w ek e a对 由逸出功的意义知w h 0 b对 由光电效应方程得 当 加倍或减半时 ek不会加倍或减半 c d均错 变式训练2 多选 产生光电效应时 关于逸出光电子的最大初动能ek 下列说法正确的是 a 对于同种金属 ek与照射光的强度无关b 对于同种金属 ek与照射光的波长成正比c 对于同种金属 ek与照射光的时间成正比d 对于不同种金属 若照射光频率不变 ek与金属的逸出功成线性关系 解析 选a d 由爱因斯坦光电效应方程ek h w0可知 ek与入射光的强度无关 选项a正确 ek与入射光的频率 成线性关系 与波长不是成正比的关系 选项b错误 由于电子一次性吸收光子的全部能量 ek与入射光时间无关 选项c错误 对于不同金属 若照射光的频率不变 由光电效应方程可知 ek与金属的逸出功成线性关系 选项d正确 变式训练3 2011 福建高考 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖 某种金属逸出光电子的最大初动能ekm与入射光频率 的关系如图所示 其中 0为极限频率 从图中可以确定的是 a 逸出功与 有关b ekm与入射光强度成正比c 当 0时 会逸出光电子d 图中直线的斜率与普朗克常量有关 解析 选d 金属的逸出功与入射光无关 a错 光电子的最大初动能与入射光强度无关 b错 当入射光的频率小于极限频率 不能发生光电效应现象 c错 据光电效应方程可知图象的斜率与普朗克常量有关 d对 1 2013 扬州二模 下列与 粒子相关的说法中正确的是 a 天然放射现象中产生的 射线速度与光速相当 穿透能力很强b 核放出一个 粒子后就变成c 高速 粒子轰击氮核可从氮核中打出中子 核反应方程为d 丹麦物理学家玻尔进行了 粒子散射实验并首先提出了原子的核式结构模型 解析 选b 射线是速度为0 1c的氦核流 穿透能力最弱 a错误 由核反应过程中质量数 核电荷数守恒可知 b项正确 c项中核电荷数和质量数都不守恒 c错误 d项中物理学家不是玻尔而是卢瑟福 d错误 2 2013 上海高考 在一个原子核衰变为一个原子核的过程中 发生 衰变的次数为 a 6次b 10次c 22次d 32次 解析 选a 一个原子核衰变为一个原子核的过程中 发生 衰变的次数为 238 206 4 8次 发生 衰变的次数为2 8 92 82 6次 选项a正确 3 多选 2013 潍坊二模 原子核a发生 衰变后变为原子核原子核b发生 衰变后变为原子核已知原子核a和原子核b的中子数相同 则两个生成核x和y的中子数以及a b c d的关系可能是 a x的中子数比y少1b x的中子数比y少3c 如果a d 2 则b c 3d 如果a d 2 则b c 1 解析 选a c 由衰变方程得且d 1 c a b 2 所以d c a b 1 即y的中子数比x多1 选项a正确 由前式变形得b c a d 1 若a d 2 则b c 3 故选项c正确 4 2013 天津高考 下列说法正确的是 a 原子核发生衰变时要遵守电荷守恒和质量守恒的规律b 射线 射线 射线都是高速运动的带电粒子流c 氢原子从激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子d 发生光电效应时光电子的动能只与入射光的强度有关 解析 选c 原子核发生衰变时遵循电荷守恒和质量数守恒的规律 衰变过程中释放能量 质量发生亏损 a错 射线是高速氦核子流 射线是高速电子流 两者都是高速运动的带电粒子流 射线是高能电磁波 不带电 b错 根据玻尔的跃迁理论 氢原子的能级是量子化的 因而能级差是一些特定的值 根据跃迁公式h em en 知氢原子从激发态向基态跃迁时只能辐射一些特定频率的光子 c对 根据爱因斯坦光电效应方程ek初 h w 知光电子的最大初动能只与入射光的频率有关 与入射光的强度无关 d错 5 如图所示 大量氢原子处于能级n 4的激发态 当它们向各较低能级跃迁时 对于多种可能的跃迁 下面说法中正确的是 a 最多只能放出4种不同频率的光子b 从n 4能级跃迁到n 1能级放出的光子频率最大c 从n 4能级跃迁到n 1能级放出的光子频率最小d 从n 4能级跃迁到n 3能级放出的光子频率等于从n 2能级跃迁到n 1能级放出的光子频率 解析 选b 由n 4向低能级跃迁时 发射光子的种类 6种 故a错误 由于从n 4到n 1跃迁能级差最大 故发射光子的能量最大 频率最大 b正确 c错误 从n 4到n 3和从n 2到n 1能级差不同 故发射光子的能量不同 频率不同 d错误 6 2012 福建高考 关于近代物理 下列说法正确的是 a 射线是高速运动的氦原子b 核聚变反应方程表示质子c 从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比d 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 解析 选d 射线是氦原子核 a错 表示中子 b错 据光电效应方程ekm h w0可知 光电子的最大初动能随照射光的频率的增大而增大 并不成正比 c错 玻尔的量子观念能解释氢原子光谱 d对 7 多选 关于原子结构的认识历程 下列说法正确的有 a 汤姆生发现电子后猜想出原子内的正电荷集中在很小的核内b 粒子散射实验中少数 粒子发生了较大偏转是卢瑟福猜想原子核式结构模型的主要依据c 对原子光谱的研究开辟了深入探索原子结构的道路d 玻尔原子理论无法解释较复杂原子的光谱现象 说明玻尔提出的原子定态概念是错误的 解析 选b c 卢瑟福通过 粒子散射实验设想原子内的