2017届高考物理二轮专题突破专题八波粒二象性原子和原子核导学案.docx

专题八 波粒二象性 原子和原子核一、知识梳理1.氢原子能级图(1)能级图如图1所示.图1(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：NC.2.原子核的衰变衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、 守恒3.核能(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量.(2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差，注意质量数与质量是两个不同的概念.(3)质能方程：Emc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比.4.光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个 ，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的 增大而增大.(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过109s.(4)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强度成 比.5.光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量h和逸出功W0的关系为：mv2hW0.(2)极限频率c.二、题型、技巧归纳高考题型一 光电效应与光的粒子性【例1】 (多选)(2016全国乙卷35(1)改编)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，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，始终有光电流产生高考预测1(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是()A.遏制电压B.饱和光电流C.光电子的最大初动能D.逸出功高考预测2(多选)用如图2所示的装置研究光电效应现象.当用光子能量为2.75eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1.7V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是()图2A.光电子的最大初动能始终为1.05eVB.光电管阴极的逸出功为1.05eVC.当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大D.改用能量为2.5eV的光子照射，移动变阻器的触头c，电流表G中也可能有电流高考预测3(多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应.从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图3所示.则下列说法正确的是()图3A.钛的逸出功为6.631019JB.钛的极限频率为1.01015HzC.光电子的最大初动能为1.01018JD.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比规律总结1.处理光电效应问题的两条线索一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：(1)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大.(2)光强光子数目多发射光电子数多光电流大.2.爱因斯坦光电效应方程EkhW0的研究对象是金属表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图4所示)，直线的斜率为h，直线与轴的交点的物理意义是极限频率c，直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值.图4高考题型二 原子结构和能级跃迁【例2】 (多选)如图5所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是()图5A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光B.氢原子可能辐射出10种不同波长的光C.氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时辐射光的波长最短D.辐射光中，光子能量为0.31eV的光波长最长高考预测4(多选)下列的若干叙述中，正确的是()A.黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关B.对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系C.一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半D.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量也减小了高考预测5(多选) 1913年丹麦物理学家玻尔把微观世界中的物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了新的原子结构，下列有关玻尔的原子结构的说法正确的是()A.原子核外电子的运行轨道半径只能是一些特定的值B.电子在定态轨道上运动时会向外辐射电磁波C.玻尔的原子模型能解释氢原子光谱，但不能解释氦原子光谱D.玻尔的原子模型否定了卢瑟福的原子模型高考预测6(多选)氢原子能级如图6所示，当氢原子从n3能级跃迁到n2能级时，辐射光的波长为656nm.以下判断正确的是()图6A.氢原子从n2能级跃迁到n1能级时，辐射光的波长大于656nmB.用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n1能级跃迁到n2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633nm的光照射，不能使氢原子从n2能级跃迁到n3能级规律总结1.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据粒子散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律.卢瑟福用粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素.2.原子的核式结构模型(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动；(2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转.3.能级和能级跃迁：(1)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，)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En(n1,2,3，)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn(mn).高考题型三 核反应和核能的计算【例3】 (2016全国甲卷35(1)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高考预测7(多选)U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图7所示，下列说法正确的是()图7A.图中a是84，b是206B.Pb比U的比结合能大C.Y是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.Y和Z是同一种衰变高考预测8(多选)下列说法中正确的是()A.质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.Ra(镭)衰变为Rn(氡)要经过1次衰变C.射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D.放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间高考预测9 在某些恒星内部，3个氦核(He)结合成1个碳核(6C).已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2,1个质子的质量为mp,1个中子的质量为mn，真空中的光速为c.(1)核反应方程为_；(2)核反应的质量亏损为_；(3)碳核的比结合能为_.规律总结1.射线、射线、射线之间的区别名称射线射线射线实质氦核流电子流光子速度约为光速的约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强2.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律.(2)质能方程：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或Emc2.(3)把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变.(4)核能的计算：Emc2，其中m为核反应方程中的质量亏损；Em931.5MeV，其中质量亏损m以原子质量单位u为单位.(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：NHeOH查德威克发现中子的核反应方程为：BeHe6Cn约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：AlHePn，PSie参考答案一、知识梳理2. 质量数 4. (1)极限频率 （2）频率 (4)正二、题型、技巧归纳【例1】 答案AC解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据EkhW0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高时，最大初动能Ek变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误.高考预测1答案ACD解析不同的金属具有不同的逸出功，遏制电压为Uc，光电子的最大初动能为EkhW0，饱和光电流由单位时间内入射光子数决定，综上可知A、C、D正确.高考预测2答案BD解析由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A错误.当电压表示数大于或等于1.7V时，电流表无示数，说明遏止电压为1.7V，由eUmv2，可求得光电管的逸出功为1.05eV，B正确.若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误.当入射光频率超过截止频率，且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D正确.高考预测3答案AB解析当最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则c1.01015Hz，可知逸出功W0hc6.631019J，故A、B正确.入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故C错误.由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故D错误.【例2】 答案BD解析氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光.故A错误；因为(13.613.06) eV0.54eV，知氢原子能够跃迁到第5能级，根据C10知可能观测到氢原子辐射的不同波长的光有10种.故B正确；从n5能级跃迁到n1能级辐射的光子能量最大，波长最短.故C错误；从n5能级跃迁到n4能级辐射的光子能量最小，波长最长.光子能量为E5E40.54(0.85)eV0.31eV.故D正确.高考预测4答案AB解析由黑体辐射规律可知，辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；根据光电效应方程EkhW0可知，逸出光电子的最大初动能Ek与照射光的频率成线性关系，故B正确；经过一个半衰期以后，有一半的质量发生衰变，但产生新核，故C错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大(动能转为电势能)，而因为吸收了光子，总能量变大.故D错误.高考预测5答案AC高考预测6答案CD解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，A错误；由EmEnh可知，B错误，D正确；根据C3可知，C正确.【例3】 答案CABEF解析衰变的反应物只有一个，生成物有He或e；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于衰变的是C；属于衰变的是A、B；属于裂变的是E；属于聚变的是F.高考预测7答案ABD解析PoPb，质量数少4，知发生了一次衰变，则电荷数少2，所以a84，BiTi，知发生了一次衰变，