迎战高考物理二轮复习 专题21原子物理与相对论课件.ppt

专题二十一原子物理与相对论 本专题所考查的内容在高考中主要以选择题的形式出现 难度不大 但在近几年来 试题中出现了不少中学物理教材中没有的新知识背景 如 超重元素 双电荷交换反应 氢原子 等 因此在平时训练中 要引导学生对新情景中的问题与学过的知识相联系 达到变通求解 在专题复习中要熟练掌握以下知识点 1 原子的核式结构理论 2 玻尔理论 尤其是能级跃迁规律 3 的属性及衰变规律 4 质能方程与核反应中核能的求解 高考中本专题常与其他知识点相结合 在复习中要引起足够重视 例1 如图12 1 1所示 用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子 观测到了一定数目的光谱线 调高电子的能量再次进行观测 发现光谱线的数目比原来增加了5条 用 n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差 e表示调高后电子的能量 根据氢原子的能级图可以判断 n和e的可能值为 一 氢原子跃迁 电离 图12 1 1 a n 1 13 22ev e 13 32evb n 2 13 22ev e 13 32evc n 1 12 75ev e 13 06evd n 2 12 72ev e 13 06ev 本题考查氢原子跃迁时辐射出的光谱线条数及实物粒子与原子相碰时 只在入射粒子的动能大于或等于某两定态能量之差 才可以使原子受激发而向较高轨道跃迁 解析 可知 增加5条光谱线 则调高电子能量前后 激发态分别可能是2到4或5到6激发态 即 n 1或 n 2 当电子前后激发态分别为2和4时 n 2 则吸收的能量e e4 e1 e e5 e1 把不同轨道的能级代入可求得 12 75ev e 13 06ev 同理可求得电子前后激发态分别为5和6时吸收的能量e为 13 22ev e 13 32ev 因此答案选ac 子与氢原子核 质子 构成的原子称为 氢原子 hydrogenmuonatom 它在原子核物理的研究中有重要作用 如图12 1 2所示为 氢原子的能级示意图 假定光子能量为e的一束光照射容器中大量处于n 2能级的 氢原子 氢原子吸收光子后 发出频率为 和的光 且频率依次增大 则e等于 a h b h c hd h 解析 此题是出现的新情景 这就要求学生能对所学知识进行迁移 我们知道一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱条数 n 类比可得 氢原子吸收光子后 能发出6种频率的光 则说明电子处于第4激发态 则必须吸收2到4能级之差的光子 再根据频率的高低可知答案为c 2009 全国 氢原子的部分能级如图12 1 3所示 已知可见光的光子能量在1 62ev到3 11ev之间 由此可推知 氢原子 图12 1 3 a 从高能级向n 1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短b 从高能级向n 2能级跃迁时发出的光均为可见光c 从高能级向n 3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高d 从n 3能级向n 2能级跃迁时发出的光为可见光 解析 本题考查玻尔的原理理论 从高能级向n 1的能级跃迁的过程中辐射出的最小光子能量为10 2ev 不在1 62ev到3 11ev之间 a正确 已知可见光子能量在1 62ev到3 11ev之间 从高能级向n 2能级跃迁时发出的光的能量在1 89ev 3 40ev之间 b错 从高能级向n 3能级跃迁时发出的光的最大光子能量为1 51ev 比可见光的光子能量小 c错 从n 3到n 2的过程中释放的光的能量等于1 89ev介于1 62到3 11之间 所以是可见光 d对 例2 2010 金华模拟 氢原子的核外电子从距核较远的轨道跃迁到距核较近的轨道过程中 下列说法正确的是 a 原子要吸收光子 电子的动能变大 电势能增大 原子能量减小b 原子要吸收光子 电子的动能变小 电势能减小 原子能量增大c 原子要放出光子 电子的动能变大 电势能变小 原子能量减小d 原子要放出光子 电子的动能变大 电势能增大 原子能量减小 二 氢原子跃迁过程中的能量变化 解析 电子从较远轨道跃迁到较低轨道过程中 由于静电力做正功 原子的电势能减小 电子的动能增大 类似卫星变轨运动 所以原子的总能量减小 电子放出光子 选取c 玻尔理论虽然提出了轨道量子化和能量量子化 但仍然以卢瑟福的原子核式结构模型为基础 继承与发展了卢瑟福的理论 坚持了电子在核外旋转为匀速圆周运动 库仑力提供了电子做匀速圆周运动的向心力 如图12 2 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 a 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 图12 2 1 则处于第三能级的电子可能辐射出3种频率的光子 吸收或辐射的光子能量必须遵循h e初 e终 或吸收一个能量大于其电离能的光子而发生电离 因此选bd 解析 一群氢原子处于量子数为n的激发态时 可能辐射出的光谱条数 n 1 2 3 4 2010 温州模拟 在下列四个方程中 各代表某种粒子 以下判断正确的是 a 是中子b 是质子c 是粒子d 是氘核 三 核反应方程的书写与衰变次数的计算 解析 中子的质量数为1 电荷数为0 所以a正确 b错误 应是氘核 c正确为粒子 d错误 应是质子 核反应方程式中 我们需要记忆的是基本的微观粒子符号 对x的判断需要先通过电荷数守恒与质量数守恒计算出x元素的电荷数与质量数 再根据元素周期表中元素的掌握 确定元素是什么 1 对基本粒子符号要清楚 2 核反应式中 只能用 不能用 3 要注意两边电荷数 质量数守恒 4 对元素周期表中的各元素有一定的了解 放射性衰变 和 依次为 经放射性衰变 变为原子核 2010 全国 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 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 本题中用大写字母代表原子核 e经衰变成为f 再经衰变成为g 再经衰变成为h 上述系列衰变可记为下式 另一系列衰变如下 已知p是f的同位素 则 解析 质量数少4 电荷数少2 说明 为衰变 质子数加1 说明 为衰变 中子转化成质子 质子数加1 说明 为衰变 中子转化为质子 a q是g的同位素 r是h的同位素b r是e的同位素 s是f的同位素c r是g的同位素 s是h的同位素d q是e的同位素 r是f的同位素 原子核发生a b衰变时 电荷数 质量数守恒 发生一次a衰变新核电荷数减少2 发生一次b衰变新核电荷数增加1 由于p f为同位素 电荷数相同 f比e少2个电荷数 r电荷数比p多2 故e r电荷数相等 为同位素 同理s f电荷数相等 为同位素 b正确 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4个氢核 和两个正电子 转化成一个氦核 并放出能量 已知质子质量mp 1 0073u a粒子的质量ma 4 0015u 电子的质量me 0 0005u 1u的质量对应931 5mev的能量 1 写出该热核反应方程 2 一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏特的能量 结果保留四位有效数字 四 核能的计算 本题先要求根据已知写出核反应方程式 核能的释放的依据是爱因斯坦的质能方程 此题给出的原子核质量是用原子质量单位表示的 可以用1u 931 5mev求解 解析 1 核反应方程 2 质量亏损dm 41 0073u 4 0015u 20005u 0 0267ude mc2 0 0267931 5mev 24 87mev 解析 本题考查玻尔的原子跃迁理论 根据de h 2009 全国卷 氦氖激光器能产生三种波长的激光 其中两种波长分别为 0 6328 m 3 39 m 已知波长为的激光是氖原子在能级间隔为 1 96ev的两个能级之间跃迁产生的 用表示产生波长为的激光所对应的跃迁的能级间隔 则的近似值为 a 10 50evb 0 98evc 0 53evd 0 36ev 可知当de 1 96ev l1 0 6328 m 当l 3 39 m时 联立可知de2 0 36ev 答案 d 根据光电效应方程ekm h w 在恰好发生光电效应时最大初动能为0有 h 0 w 且c l 综合化简得 2010 四川 用波长为2 0 m的紫外线照射钨的表面 释放出来的光电子中最大的动能是4 7 j 由此可知 钨的极限频率是 普朗克常量h 6 63 光速c 3 0 m s 结果取两位有效数字 a 5 5 hzb 7 9 hzc 9 8 hzd 1 2 hz 由于衰变它放出一个粒子 此粒子的径迹与反冲核的径迹是两个相互外切的圆 大圆与小圆的直径之比为42 1 如图12 5 1所示 那么氡核的衰变方程应是下列方程的哪一个 例5 在匀强磁场中有一个静止的氡原子核 b c d 图12 5 1 五 与核反应相关的力电综合 本题综合考虑了 粒子的性质 动量守恒定律及带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径大小的决定因素 用左手定则来判定偏转方向 解析 静止的氡原子核释放的粒子与反冲核运动方向相反 且衰变后释放粒子与反冲核动量大小相等 由于它们在磁场中 洛伦兹力提供向心力 则r 在同一磁 场中运动半径与电荷量成反比 新核的电荷量大 半径小 从已知的外切圆可知 结合左手定则 可判定是a衰变 再根据大圆与小圆的直径之比为42 1 可推出新核与a粒子所带电量之比也为42 1 则b正确 2010 金华模拟 如图12 5 2所示 铅盒a中装有天然放射性物质 放射线从其右端小孔向右射出 在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场 不计粒子的重力 则下列说法正确的有 图12 5 2 a 打在图中a c b三点依次是射线 射线和射线b 射线 射线的轨迹是抛物线c 射线 射线的轨迹是圆弧d 若在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场 则屏上的亮斑一定只有b 解析 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动 所以c正确 b错误 其偏转方向符合左手定则 可以判定a正确 由于a b粒子的比荷不相等衰变速度不同 所以在复合场中 轨迹不会重合 d错误 2010 金华模拟 如图12 5 3所示 两个相切的圆表示一个静止的原子核