52—53讲原子物理.doc

高三物理第一轮复习资料 编制：CSD5253讲 原子物理知识点 班别：_ 姓名：_ 成绩:_全部降低为1级要求，一复习要点：1.粒子散射实验、原子核式结构；2.氢原子能级结构；3.光电效应及其规律4.天然放射现象及半衰期；（注意：并不是所有的原子核都具有天然放射现象）5.原子核的人工转变；6.放射性同位素及应用；7.爱因斯坦质能方程、核能、核电站；8.重核裂变、轻核聚变、可控热核反应。n 知识点详解一.光电效应1.定义：在光的照射下物体（活泼金属）发射_的现象。发射出来的电子称为_。2规律：a. 每种金属材料，都相应的有一极限频率0,只有入射光的频率_n 0时才能发生光电效应。 (或者入射光的波长必须_极限波长)b. 瞬时性：光照射到金属，光电子的产生是_的 ,不超过10-9sc.光电子的最大初动能跟入射光的强度_关，随着入射光的频率增大而增大d.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。3.解释依据:(1)_的光子说:光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份叫做一个_,光子的能量E跟光的频率成正比，即_. （光速C与波长、频率的关系C=_）(2)爱因斯坦光电效应方程：逸出的光子的_ Ek=_.式子中的W0指_碱金属的_, W0与极限频率0的关系：W0 =_金 属钨 W钙 Ca钠 Na钾 K铷 Rb铯 Cs极限频率 v /1014Hz10.95 7.73 5.535.44 5.15 4.69逸出功 W0/ eV 4.54 3.20 2.292.25 2.13 1.94n 电磁波谱波长由大到小:_n 红橙黄绿蓝_紫 七种单色光中，红光的波长最_,频率最_，光子能量最_n 某一金属用黄光照射恰能发生光电效应，则用很强的红光照射能否发生光电效应？_【例2】已知铯的极限频率4.5451014Hz钠的极限频率为6.0001014Hz，银的极限频率为1.1531015Hz，铂的极限频率为1.5291015Hz当用波长为0.375m的光照射它们时，可发生光电效应的物质是_。（光速C=3X108 m/S）二原子模型：（1）汤姆生模型：_（2）卢瑟福:_结构模型：（3）玻尔模型 （4）量子模型：电子无轨道，提出电子云的概念。三.卢瑟福根据粒子散射实验,提出了原子核式结构模型：（1）用粒子照射金箔（原子序数大，延展性好），（2）实验结果是：绝大多数粒子_ , 少数粒子_，极少数粒子_， 四.玻尔理论氢原子的能级结构（1）玻尔模型要点：（三个假设共同的关键词：一系列 不连续的）A定态假设：基态和激发态，基态下的氢原子能量最低，此时电子离核最近。En = E1/n2，E1 = -13.6eV处于激发态的氢原子会自发的向下跃迁并辐射一定频率的光子，相反向上跃迁必须吸收一定频率的光子能量 B跃迁假设：跃迁过程中释放或吸收的光子能量为h=EmEn（mn） C轨道假设：rn = n2r1 ，r1 = 0.5310-10m （2）氢原子能级图(3)氢原子光谱：a线状谱 b连续谱 线状光谱是一条条分立的谱线.由某些不连续的波长的光组成.由稀薄气体发光形成.可用于光谱分析连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱（4）玻尔理论成功之处：解释了氢原子光谱不连续的特点,解释了当时出现的紫外灾难局限性 ：这个理论本身仍是以经典理论为基础,且其理论又与经典理论相抵触.它只能解释氢原子的光谱,在解决其他原子的光谱是就遇到了困难,如把理论用于非氢原子时,理论结果与实验不符,且不能求出谱线的强度及相邻谱先之间的宽度.这些缺陷主要是由于把微观粒子(电子,原子等)看作是经典力学中的质点,从而把经典力学规律强加于微观粒子上(如轨道概念)而导致的. “玻尔理论”的提出，打破了经典物理学一统天下的局面，开创了揭示微观世界基本特征的前景。他首先提出了量子理论，为量子理论体系奠定了基础，这是一种了不起的创举，不愧为爱因斯坦的评价玻尔的电子壳层模型是思想领域中最高的音乐神韵。【例1】（09年广州一模）仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是（ ） A氢原子只有几个能级 B氢原子只能发出平行光 C氢原子有时发光，有时不发光 D氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的n 变式：如图为氢原子能级图，一群处于n4的氢原子跃迁后可能辐射出几种频率的光子？五.天然放射现象：由贝克勒尔发现。说明原子核有复杂结构。（衰变人工无法控制）必须熟悉三种射线符号及特性射线本质符号射线速度穿透能力电离能力_流0.1C在空气中只能前进几厘米，一张纸就能挡住强_流能穿透几毫米的铝板_流能穿透几厘米的铝板电离能力看_n 粒子符号：, X元素符号，Z电荷数，A质量数n 核电荷数=原子序数=质子数，质量数=中子数+质子数，n 质量数质量，电荷数电荷量（例如：氦核的电荷数是2，但电荷量2e=2X1.6X10-19C）n 各种粒子符号：_R L L M N O P . . 【例3】如图所示，R为放射源，虚线范围内有垂直于纸面的磁声B，LL为厚纸板，MN为荧光屏，今在屏上P点处发现亮斑，则到达P点处的放射性物质微粒和虚线范围内B的方向分别为（ ）Aa粒子，B垂直于纸面向外Ba粒子，B垂直于纸面向内C粒子，B垂直于纸面向外D粒子，B垂直于纸面向内六半衰期： 是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。元素半衰期大小只与元素种类有关，与元素的外部物理条件、化学性质均无关。1公式：m剩 = m0 或 N剩 = N02这是一个统计规律，对数量很少的原子而言无意义。（比如100个铀235原子核）七.核反应：质量数和电荷数都守恒；不是质量守恒（1）天然衰变： （2）人工转变：（3）铀235裂变方程 （4）聚变（通常是氢的原子核发生聚变，氘核和氚核）八.核力和核能：（l）核力：短程力，是强相互作用，（2）核能：是指原子核分解为核子时吸收的能量或核子结合成原子核时所释放的能量。（3）爱因斯坦质能方程：E = m.c2 或E = m.c2 n 现在科学界统一采用的标准是碳的同位素12C的原子质量 的1/12，把它做1个原子质量单位,符号是u 。 1u =1661027kg;,当然12C的质量是12u。按这个原子质单位计算：质子的质量是1.00728u,中子的质量是1.00867u ,电子的质量是0.000549un 亏损质量为1u时释放的能量为E = m.c2 =。J =931.MeV （各量取值必须很精确才行）n 【说明】m是原子核质量亏损，不是原子质量亏损；原子核的质量亏损并不是核子数亏损（核子数守恒）。n 比结合能：原子核的结合能B（Z，A）除以质量数A，称为比结合能（平均每个核子的结合能）=B/A 比结合能的大小反映了原子核结合的牢固程度，比结合能越大，原子核核子结合的越紧，比结合能越小，原子核结合得越松。中等质量的原子核比结合能最大，也最牢固最稳定。九.重核的裂变（较易控制）：（1）链式反应：链式反应发生的条件是杂质少，体积大于临界体积。十.轻核的聚变(无法控制)：（1）发生聚变的一种方法是把轻核加热到几百万度高温（靠裂变产生如此高温），所以又叫热核反应该。人工难控制（2）可控热核反应：磁约束（环流器），惯性约束【例4】物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应.根据这一理论，在太阳内部个氢核()转化成一个氦核()和两个正电子()并放出能量.已知质子质量mP1.0073u，粒子的质量m4.0015u，电子的质量me0.0005u 1u的质量对应931.5MeV的能量。写出该热核反应方程n 变式：（09年北京卷）下列现象中，与原子核内部变化有关的是A粒子散射现象 B天然放射现象 C光电效应现象 D原子发光现象【例5】设氢原子的基态能量为E1。某激发态的能量为En ，则当氢原子从这一激发态跃迁到基态时，所_（填“辐射”或“吸收”）的光子在真空中的波长为_。【分析】：了解玻尔的原子理论，掌握光子能量与光波长间关系，即可解得此例。光电效应 原子的跃迁 练习题班别：_ 姓名：_ 成绩:_1按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从半径为ra的圆周轨道上自发地直接跃迁到一个半径为rb的圆周轨道上，rarb，在此过程中A原子要发出一系列频率的光子B原子要吸收一系列频率的光子C原子要发出某一频率的光子 D原子要吸收某一频率的光子2激光器输出功率为P瓦，它每秒发出的光子数为APh/c BP/hcCPc/h DPc/h4(双选)对光电效应的解释，正确的是A金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力逸出时需要做的最小功，光电效应便不能发生了C发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的图1515最低频率也不相同5在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图1515所示，这时()A锌板带正电，指针带负电B锌板带正电，指针带正电C锌板带负电，指针带正电D锌板带负电，指针带负电6某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使金属产生光电效应的是()A延长光照时间 B增大光的强度C换用波长较短的光照射 D换用频率较低的光照射7. (双选)2009年高考上海卷)光电效应的实验结论是：对于某种金属()A无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小图1517D超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大8（选三个）如图1517所示是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图象由图象可知()A该金属的逸出功等于EB该金属的逸出功等于h0C入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为ED入射光的频率为0/2时，产生的光电子的最大初动能为E/29某原子的核外电子从第三能级跃迁到第二能级时能辐射出波长为1的光，从第二能级跃迁到第一能级时能辐射出波长为2的光，则电子从第三能级跃迁到第一能级时能发出波长为_的光10用频率为6.001014Hz的光照射钠片，恰可使钠发生光电效应，现改用频率为8.001014Hz的紫外线照射，飞出的光电子的最大初动能应该为多少？（普朗克常量h=6.63X10-34J.S）5253讲 原子物理练习题班别：_ 姓名：_ 成绩:_（选择题答案须写在答题卡上，否则不给分）一.单项选择题 1（2011天津）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2（2011上海第2题）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3.（2011上海第3题）用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产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4.(上海第7题)在存放放射性元素时，若把放射性元素置于大量水中；密封于铅盒中；与轻核元素结合成化合物则(A)措施可减缓放射性元素衰变 (B)措施可减缓放射性元素衰变(C)措施可减缓放射性元素衰变 (D)上述措施均无法减缓放射性元素衰变5.下列说法正确的是：A.卢瑟福通过粒子散射实验，否定了汤姆生的原子结构模型，提出了原子的核式结构学说。B. 受爱因斯坦量子论的启发,普朗克在对光电效应的研究中,提出了光子说6(重庆第16题).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，发生衰变期时会辐射射线。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.与铯133和铯137含有相同的质子数7（2010全国卷14）原子核经放射性衰变变为原子核，继而经放射性衰变变为原子核，再经放射性衰变变为原子核。放射性衰变、和依次为：A衰变、衰变和衰变 B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变 D衰变、衰变和衰变8(2010天津)下列关于原子和原子核的说法正确的是A衰变现象说明电子是原子核的组成部分B波尔理论的假设之一是原子能量的量子化C放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固9下列现象中，涉及原子核内部变化的是( ) A. a粒子的散射实 B. 光电效应现象 C. 天然放射现象 D. 氢原子光谱的产生101998年7月8日，全国科学技术名称审定委员会公布了101109号元素的中文定名。而早在1996年2月，德国达姆施特重离子研究所就合成出当时最重的人造元素，它是由撞入一个的原子核，并立即释放出一个中子而产生的一种新元素的原子。该元素的原子序数是：A111 B.112 C113 D.114二双项选择题11（2011广东）光电效应实验中，下列表述正确的是：A.光照时间越长光电流越大 B.入射光足够强就可以有光电流C.遏止电压与入射光的频率有关 D.入射光频率大于极限频率才能产生光电子12联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列看法中正确的是：AE=mC2表明物体具有的能量与其质量成正比BE=m C2中的E表示发生核反应过程中释放的核能C根据E=m C2可以计算核反应中释放的核能DE=m C2表示发生的质量亏损m转变为能量E释放出去13地球的年龄到底有多大，科学家利用天然放射性元素的衰变规律，通过对目前发现的最古老的岩石中铀和铅含量的测定，推算出该岩石中含有的铀是岩石形成初期时（岩石形成初期时不含铅）的一半铀238衰变后形成铅206，铀238的相对含量随时间变化规律如图所示，图中N为铀238的原子数， N0为铀和铅的总原子数由此可以判断出：A铀238的半衰期为90亿年B地球的年龄大致为45亿年C被测定的古老岩石样品在90亿年时的铀、铅原子数之比约为14D被测定的古老岩石样品在90亿年时铀、铅原子数之比约为1314(较难)如图7所示x为未知放射源，它向右方发出射线.放射线首先通过一块薄铝箔P,并经过一个强电场区域后到达计数器,计数器上单位时间内记录到的射线粒子数是一定的.现将薄铝箔移开,计数器单位时间内记录的射线粒子数基本保持不变,然后再将强电场移开,计数器单位时间内记录的射线粒子数明显上升,则可以判定x可能为: A.及放射源 B.及放射源 C.及放射源 D.纯放射源选择题答题区单选12345678910答案双选11121314答案三填空题16（2011江苏）按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量_(选填“越大”或“越小”)。17（2011山东）碘131核 不稳定，会发生衰变，其半衰变期为8天。回答：碘131核的衰变方程：_（衰变后的元素用X表示）。经过_天 75%的碘131核发生了衰变。18.(2011全国理综) 在光电效应试验中，某金属的截止频率相应的波长为，该金属的逸出功为_。若用波长为（0）单色光做实验，则其截止电压为_。已知电子的电荷量、真空中的光速和布朗克常量分别为e，c和h19（2011海南第）（4分）2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站的核泄漏事故。在泄露的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射。在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs衰变过程，它们分别是_和_（填入正确选项前的字母）。131I和137Cs原子核中的中子数分别是_和_.A.X1 B.X2 C.X3 D.X420(思考题,较难,单选) 如图所示，在匀强磁场中的A点有一静止的放射性原子核，它发生某种衰变时，射出的粒子及新核做如图所示轨迹的圆周运动，测得两轨迹的半径之比为441，则下列判断正确的是:A这是衰变，衰变时新核向右运动，放射性元素的原子序数是43B这是衰变，衰变时新核向左运动，放射性元素的原子序数是43C这是衰变，衰变时新核向右运动，放射性元素的原子序数是90D这是衰变，衰变时新核向左运动，放射性元素的原子序数是90高中物理常用公式2选修部分班别：_ 姓名：_ 成绩:_请张贴在 封底的背面。42.质量不变的理想气体，状态方程_.搞清楚什么物理量不变43.摄氏温度和热力学温度换算T =_.热力学温度单位:开尔文，符号_44.热力学第一定律数学表达式：_。简单理解就是_和_ 两种方式都可以改变物体的内能。n 正负号含义： a.物体吸热时Q为_,放热时Q为_.b.外界对系统做功W为_,反之W为_;气体体积V变小,则属_对_做功，反之体积V变大,则是_对_做功c.为正表示内能_,为负表示内能_.45根据玻尔理论，氢原子处于基态时的能量E1最_(高/低)，原子也最稳定，此时电子离原子核的距离r1最_(近/远)。46.氢原子的核外电子由轨道n向上（或向下）跃迁到m轨道时，需要吸收（或释放）的光子能量为_47.量子轨道为n的一群氢原子自发向下跃迁时，可能辐射出的光子频率有N种，N=_48. 爱因斯坦的光子说：1个光子的能量E=_=_ . (分别用频率和波长表示) 49光电效应方程：电子逸出的最大初动能Ek=_.n 逸出功W0与极限频率0极限波长0关系：W0 =_n 发生光电效应的条件：入射光的频率_该金属的极限频率0或者说入射光的波长_该金属的极限波长0u 按变小的电磁波谱：无线电波红外可见光（红紫）紫外X射线射线50. 各种粒子符号： 氕_ 氘_ 氚_ 电子_ 正电子_ 质子_ 中子_ 粒子_ 粒子_51衰变 剩余质量m剩 = m0，剩余原子核个数N剩 =_n 衰变规律是统计规律，对数量很少的原子核毫无意义，例如100个铀235原子核52爱因斯坦质能方程：E =_ 或E = _ 5253讲 原子物理练习 B 班别：_ 姓名：_ 成绩:_（选择题答案须写在答题卡上，否则不给分）一单项选择题1.爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说.从科学研究的方法来说这属于：CA.等效代替B.控制变量C.科学假说D.数学归纳 2.氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中：BA.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能减小B.原子要吸收光子,电子的动能减小,原子的电势能增大C.原子要吸收光子,电子的动能增大,原子的电势能增大D.原子要放出光子,电子的动能减小,原子的电势能减小3.关于半衰期,以下说法正确的是D:A.同种放射性元素在化合物中的半衰期比单质中长.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,4克氡原子核,经过7.6天就只剩下1克.4.在粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列的哪些说法是正确的：A粒子一直受到金原子核的斥力作用B粒子的动能不断减小C粒子的电势能不断增大D粒子发生散射，是与电子碰撞的结果4A.(2011浙江第15题)。关于天然放射现象，下列说法正确的是A 射线是由氦原子核衰变产生的B 射线是由原子核外电子电离产生的C 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生的D 通过化学反应不能改变物质的放射性5. 2010上海物理4现已建成的核电站的能量来自于 （A）天然放射性元素衰变放出的能量 （B）人工放射性同位素放出的的能量（C）重核裂变放出的能量 （D）化学反应放出的能量6. 2010上海物理4某放射性元素经过11.4天有的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为:（A）11.4天 （B）7.6天 （C）5. 7天 （D）3.8天7.（09上海物理1）放射性元素衰变时放出三种射线，按穿透能力由强到弱的排列顺序是:Aa射线，b射线，g射线Bg射线，b射线，a射线，Cg射线，a射线，b射线Db射线，a射线，g射线8.（09广东物理2）科学家发现在月球上含有丰富的（氦3）。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为。关于聚变下列表述正确的是A聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核C聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用聚变反应发电9.（09浙江15）氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库伦力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是：A核力、万有引力、库伦力 B万有引力、库伦力、核力C库伦力、核力、万有引力 D核力、库伦力、万有引力10.（09江苏卷物理12(1)）在衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即：中微子+，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是 。（填写选项前的字母）（A）0和0 （B）0和1 （C）1和 0 （D）1和111.（2008四川理综15）下列说法正确的是： A.射线在电场和磁场中都不会发生偏转 B.射线比射线更容易使气体电离 C.太阳辐射的能量主要来源于重核裂变 D.核反应堆产生的能量来自轻核聚变12下列核反应方程中不正确的是A BC D二.不定项选择题题：13.（双选）（2008年海淀)氢原于从n=3激发态向低能级状态跃迁可能放出的光子中，只有一种光子不能使金属A产生光电效应，则下列说法正确的是A不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到基态时放出的B不能使金属A产生光电效应的光子一定是从n=3激发态直接跃迁到n2激发态时放出的C从n=4激发态跃到n=3激发态，所放出的光子一定不能使金属A产生光电效应D从n=4激发态跃迁到基态，所放出的光于一定不能使金属A产生光电效应En 0E4 -3.4eVE3 -6.0eVE2 -13.6eVE1 -54.4eV14.（多项）氦原子被电离一个核外电子,变成类氢结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E1=-54.4eV,氦离子能级的示意图所示.在具有下列能量的光子中,可能被基态氦离子吸收而发生跃迁的是: A.40.8eV B.43.2eVC.51.0eV