重庆市铜梁县高考物理二轮总复习 专题二十 波粒二象性 原子结构 原子核（加试）增分策略练习（含解析）.doc

专题二十 波粒二象性 原子结构 原子核（加试）考纲解读章内容考试要求说明必考加试波粒二象性能量量子化b1.不要求掌握黑体辐射的概念和实验规律2不要求识记研究光电效应现象的实验电路图3不要求用xp进行计算光的粒子性c粒子的波动性c概率波b不确定性关系b原子结构电子的发现a1.不要求了解测量比荷的实验装置2不要求计算以密立根实验为背景的问题3不要求了解粒子散射实验装置的细节4不要求用氢原子光谱的实验规律计算波长5不要求识记氢原子不同状态时的电子云原子的核式结构模型b氢原子光谱b 玻尔的原子模型c原子核原子核的组成a1.不要求识记反映三种放射线穿透能力的数据2不要求知道威尔逊云室、气泡室的工作原理3不要求知道盖革米勒计数器的技术细节4不要求了解比结合能概念以及比结合能曲线5不要求了解核电站的工作流程6不要求知道受控核聚变中的技术问题7不要求识记新粒子以及各种夸克的名称8不要求识记宇宙与恒星演化的细节放射性元素的衰变c探测射线的方法a放射性的应用与防护a核力与结合能c核裂变c核聚变c粒子和宇宙a一、能量量子化1量子化假设黑体的空腔壁由大量振子(振动着的带电微粒)组成，其能量只能是某一最小能量值的整数倍，并以这个最小能量值为单位一份一份地吸收或辐射2能量子(1)定义：不可再分的最小能量值.(2)关系式：h，是电磁波的频率，h是普朗克常量，h6.631034 js.二、光的粒子性1光电效应现象在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子2实验规律(1)每种金属都有一个极限频率(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的(4)光电流的强度与入射光的强度成正比3爱因斯坦光电效应方程(1)光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子称为光子，频率为的光的能量子为h.(2)爱因斯坦光电效应方程表达式：hekw0或ekhw0.物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量一部分用于克服金属的逸出功，剩下的表现为逸出后电子的初动能ek.三、原子的核式结构模型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原子的核式结构(1)19091911年，物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了核式结构模型(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，但有少数粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图1所示图1(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，原子半径的数量级是1010 m，而原子核半径的数量级是1015 m，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动(4)实验意义：否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了原子的核式结构模型，明确了原子核大小的数量级四、氢原子光谱1氢原子光谱光谱：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，即光谱有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱有的光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱2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意义五、氢原子的能级结构、能级公式1玻尔理论(1)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(2)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)(3)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氢原子的能级图能级图如图2所示图2六、原子核及核反应1天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，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)三种射线名称构成符号电离能力贯穿本领射线氦核he最强最弱射线电子e较强较强射线光子最弱最强(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2原子核的组成(1)原子核由质子(h)和中子(n)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x，其中a表示质量数，z表示核电荷数(4)同位素：具有相同质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置，它们互称为同位素3原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的现象称为原子核的衰变分类衰变：xyhe衰变：xaz1ye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，同时伴随着辐射两个典型的衰变方程衰变：uthhe衰变：thpae.(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4裂变反应和聚变反应、裂变反应堆核反应方程(1)重核裂变定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程典型的裂变反应方程unkrba3n.链式反应：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临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量裂变的应用：原子弹、核反应堆反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层(2)轻核聚变定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应典型的聚变反应方程hhhen17.6 mev(3)人工转变卢瑟福发现质子：nheoh查德威克发现中子：hebecn居里夫妇发现放射性同位素、正电子：alhepnpsie加试基础练1卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，正确反映实验结果的示意图是()答案d解析卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，即粒子散射实验，实验结果显示：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数粒子发生了较大角度的偏转，极少数粒子的偏转角超过90，有的几乎达到180，也就是说它们几乎被“撞了回来”所以能正确反映该实验结果的是选项d.2(多选)如图3所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()图3a有光子从锌板逸出b有电子从锌板逸出c验电器指针张开一个角度d锌板带负电答案bc解析用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故a错误，b正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带的电荷量越多，验电器指针张角越大，故c正确，d错误3一个氢原子从n3能级跃迁到n2能级该氢原子()a放出光子，能量增加b放出光子，能量减少c吸收光子，能量增加d吸收光子，能量减少答案b解析根据玻尔理论，氢原子能级越高对应的能量越大当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子，能量减少，故选项b正确4(多选)(2016湖州联考)在下列四个核反应方程中，x表示粒子的是()a.psixb. uthxc.alxmghd.alxpn答案bd解析根据质量数守恒和电荷数守恒可知，四个选项中的x分别代表：e、he、n、he.选项b、d正确5(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应式是unbakr3n.下列说法正确的是()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答案ac解析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.波粒二象性原子结构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对玻尔理论的四点提醒(1)电子绕核运动的半径是不连续的；(2)电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率；(3)实物粒子也能使原子发生能级跃迁；(4)一个处于激发态的氢原子，辐射光谱线条数可能为1.一群处于激发态(n3)的氢原子，可能辐射出多条光谱线3定态间的跃迁满足能级差(1)从低能级(n小)高能级(n大)吸收能量hen大en小(2)从高能级(n大)低能级(n小)放出能量hen大en小例1(2016浙江10月学考15)如图4为氢原子能级图，氢原子中的电子从n5能级跃迁到n2能级可产生a光；从n4能级跃迁到n2能级可产生b光a光和b光的波长分别为a和b，照射到逸出功为2.29 ev的金属钠表面均可产生光电效应，遏止电压分别为ua和ub.则()图4aabbuaubca光的光子能量为2.86 evdb光产生的光电子最大初动能ek0.26 ev答案bcd解析根据能级跃迁知识hae5e20.54(3.4) ev2.86 ev，hbe4e20.85(3.4) ev2.55 ev，显然a光子的能量大于b光子，即a光频率要大，波长要短，所以a错，c正确根据光电效应可知，最大初动能ekhw0，所以a光照射后的最大初动能为eka(2.862.29) ev0.57 ev，b光照射后的最大初动能为ekb(2.552.29) ev0.26 ev，选项d正确根据截止电压知识可知，uaub，选项b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：(1)用数学中的组合知识求解：nc.(2)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，然后相加变式题组1(多选)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解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流将增大，故选项a正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项b错误用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项c错误；根据hwmv2可知，增加入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项d正确2(2016嘉兴模拟)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4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()图4a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答案d解析光具有波粒二象性，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3如图5所示为氢原子的能级图用光子能量为13.06 ev的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有()图5a15种b10种c4种d1种答案b解析基态的氢原子的能级值为13.6 ev，吸收13.06 ev的能量后变成0.54 ev，原子跃迁到了能级5，由于氢原子是大量的，故辐射的光子种类是10种原子核及核反应1半衰期的三点提醒(1)半衰期是一个统计规律，对少数原子核不适用；(2)原子核质量减少一半与原子核有半数发生衰变概念不同；(3)半衰期的大小是由原子核内部自身因素决定的，与外部条件无关2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放射性同位素，同时发现正电子psie重核裂变比较容易进行人工控制unbakr3nunxesr10n轻核聚变很难控制hhhen3.书写核反应方程时应注意(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律(2)核反应方程中的箭头()表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号例2(多选)天然放射性元素th(钍)经过一系列衰变和衰变之后，变成pb(铅)下列判断中正确的是()a衰变过程共有6次衰变和4次衰变b铅核比钍核少8个质子c衰变所放出的电子来自原子核外d钍核比铅核多24个中子答案ab解析由于衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定衰变的次数，x6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数，2xy90828，y2x84，钍232核中的中子数为23290142，铅208核中的中子数为20882126，所以钍核比铅核多16个中子，铅核比钍核少8个质子，衰变所放出的电子来自原子核内，nhe，所以a、b正确衰变次数的确定方法因为衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数变式题组4关于、三种射线，下列说法中正确的是()a射线是原子核自发放出的氦核，它的穿透能力最强b射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力c射线一般随着或射线产生，它的穿透能力最强d射线是电磁波，它的穿透能力最弱答案c解析、三种射线有不同的性质，了解这三种射线的性质可知c正确5关于半衰期，以下说法正确的是()a同种放射性元素在化合物中的半衰期比在单质中长b升高温度可以使半衰期缩短c氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个d氡的半衰期为3.8天，若有4 g氡原子核，经过7.6天就只剩下1 g答案d解析考虑到放射性元素衰变的快慢跟原子所处的物理状态或化学状态无关，又考虑到半衰期是一种统计规律，即给定的四个氡核是否马上衰变会受到各种偶然因素的影响，a、b、c错误故d正确6(2016浙江10月学考16)用中子(n)轰击铀核(u)产生裂变反应，会产生钡核(ba)和氪核(kr)并释放出中子(n)，当达到某些条件时可发生链式反应一个铀核(u)裂变时，释放的能量约为200 mev(1 ev1.61019 j)以下说法正确的是()a.u的裂变方程为ubakrnb.u的裂变方程为unbakr3nc.u发生链式反应的条件与铀块的体积有关d一个u裂变时，质量亏损约为3.61028 kg答案bcd解析铀核在裂变过程中需要中子的轰击，产生链式反应，所以选项a错误，选项b正确而链式反应在进行过程中，还需要铀块达到临界体积才能维持链式反应持续不断进行下去，所以选项c正确根据释放出来的核能，结合质能方程可知emc2 ，反应过程中，质量亏损为m kg3.61028 kg ，选项d正确核能的计算1核能(1)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其对应的能量emc2.(2)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emc2.2核能释放的两种途径的理解(1)使较重的核分裂成中等大小的核；(2)较小的核结合成中等大小的核例3一个静止的钚核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.答案(1)he(2)5.31解析(1)根据质量数、电荷数守恒，得x核的质量数为2392354，核电荷数为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.变式题组7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)cb(m1m2m3)cc(m1m2m3)c2 d(m1m2m3)c2答案c解析由质能方程emc2，其中mm1m2m3可得e(m1m2m3)c2，选项c正确1(2015金华十校联考)能够证明光具有波粒二象性的现象是()a光电效应和康普顿效应b光的衍射和光的色散c光的折射和透镜成像d光的干涉和康普顿效应答案d2(多选)关于玻尔的原子模型理论，下列说法正确的是()a原子可以处于连续的能量状态中b原子的能量状态不可能是连续的c原子的核外电子在轨道上运动时，要向外辐射能量d原子的核外电子在轨道上运动时，不向外辐射能量答案bd解析由玻尔的原子模型知原子的能量是不连续的，是量子化的，电子在定态轨道上绕核运动时，不向外辐射能量，处于定态，只有从高能级轨道向低能级轨道跃迁时，才向外辐射能量3根据玻尔的氢原子理论，电子在各条可能轨道上运动的能量是指()a电子的动能b电子的电势能c电子的电势能与动能之和d电子的动能、电势能和原子核能之和答案c解析根据玻尔理论，电子绕核在不同轨道上做圆周运动，库仑引力提供向心力，故电子的能量指电子的总能量，包括动能和电势能，所以c选项是正确的4下列说法中正确的是()a裂变又叫链式反应b太阳上现在正在进行着激烈的裂变反应c大亚湾核电站是利用裂变反应发电的d秦山核电站是利用聚变反应发电的答案c解析裂变反应并不是链式反应，故a错误太阳上进行的反应是聚变反应，故b错误核电站是利用裂变反应发电的，目前还没有利用聚变反应发电的核电站，故c正确，d错误5核反应方程behecx中的x表示()a质子 b电子c光子 d中子答案d解析设x的质子数为m，质量数为n.则有42m6,9412n，所以m0，n1，即x为中子，故a、b、c错误，d正确6用频率为的光照射某金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为ek；若改用频率为3的光照射该金属，则逸出的光电子的最大初动能为()a3ek b2ekc3hek d2hek答案d解析由爱因斯坦光电效应方程可知ekhw0，ekh3w0，所以ek2hek.7(多选)关于核力，下列说法中正确的是()a核力是一种特殊的万有引力b原子核内任意两个核子间都有核力作用c核力是原子核能稳定存在的原因d核力是一种短程强作用力答案cd8(多选)关于质能方程，下列说法正确的是()a质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量b物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值c物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系d某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的答案bd解析质能方程emc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据emc2进行计算，故b、d对9(多选)氢原子从n6跃迁到n2能级时辐射出频率为1的光子，从n5跃迁到n2能级时辐射出频率为2的光子下列说法正确的是()a频率为1的光子的能量较大b频率为1的光子的动量较大c做双缝干涉实验时，频率为1的光产生的条纹间距较大d做光电效应实验时，频率为1的光产生的光电子的最大初动能较大答案abd解析氢原子从n6的能级跃迁到n2的能级时的能级差大于从n5的能级跃迁到n2的能级时的能级差，根据emenh知，频率为1的光子的能量大于频率为2的光子的能量，故a正确；频率为1的光子的频率大于频率为2的光子的频率，所以频率为1的光子的波长小，根据p，则频率为1的光子的动量较大，故b正确；干涉条纹间距公式x，频率为1的光的波长小，产生的条纹间距较小，故c错误；做光电效应实验时，由光电效应方程，ekhw0，频率越高，光电子的最大初动能越大，因此频率为1的光产生的光电子的最大初动能较大，故d正确10(多选)(2016浙江4月选考14)下列说法正确的是()a波源的频率越高，波速越大b温度升高，放射性元素的半衰期不变c氢原子吸收光子可以从低能级跃迁到高能级d光发生全反射时，临界角随入射角增大而变大答案bc解析机械波的波速取决于介质，与频率无关，所以a错半衰期是原子核本身的属性，与温度无关，b对氢原子要吸收特定频率的光子才能从低能级跃迁到高能级，或者吸收超过电离能量的光子后电离，所以c对由sin c可知，临界角与折射率有关，与入射角无关，所以d错11如图1所示为氢原子的四个能级，其中e1为基态，若氢原子a处于激发态e2，氢原子b处于激发态e3，则下列说法正确的是()图1a原子a可能辐射出3种频率的光子b原子b可能辐射出3种频率的光子c原子a能够吸收原子b发出的光子并跃迁到能级e4d原子b能够吸收原子a发出的光子并跃迁到能级e4答案b解析原子a从激发态e2跃迁到e1，只能辐射出1种频率的光子，a错原子b从激发态e3跃迁到基态e1可能辐射出3种频率的光子，b对由原子能级跃迁理论可知，原子a可能吸收原子b由e3跃迁到e2时放出的光子并跃迁到e3，但不能跃迁到e4，c错a原子发出的光子能量ee2e1大于e4e3，故原子b不可能吸收原子a发出的光子跃迁到能级e4，d错12(多选)(2016浙江省第一学期名校试卷)下列说法正