2020届高考物理艺考生大二轮总复习 上篇 专题五 原子物理教学案.docx

专题五 原子物理三年考情分析高考命题规律三年考题考查内容核心素养从近几年高考题来看，本专题部分命题难度不大，大多直接考查对基本知识点的理解和记忆，用新情境和新名词包装试题，常考点有：光电效应现象及其规律的认识与理解；对光的波粒二象性的认识；卢瑟福的原子核式结构模型；玻尔的原子结构模型和氢原子光谱；能级及能级跃迁规律；原子核的衰变、人工核转变、裂变和聚变等.2019卷14t能级跃迁物理观念卷15t原子核物理观念2018卷17t光电效应物理观念卷14t核反应方程物理观念2017卷17t核能计算能量观念卷15t哀变能量观念卷19t光电效应物理观念考向一波粒二象性知识必备提核心通技法1光的粒子性(1)光电效应照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这个现象称为光电效应这种电子常被称为光电子(2)光子的能量光子本身具有的能量，光子的能量取决于对应光的频率，即eh.(3)光电效应方程hwekm，即入射光的每个光子的能量h，全部被金属表面的电子吸收，一部分用来克服原子核对电子的引力做功(即逸出功)w，另一部分转化为光电子的动能，从金属表面脱离的最大初动能ekmmv2.2粒子的波动性(1)光的波粒二象性光既具有波动特性，又具有粒子特性光子的能量：eh光子的动量：p.h是架起粒子性与波动性之间的桥梁(2)粒子的波动性实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波也叫做物质波物质波波长：，频率.跟进题组练考题提能力1(2018全国卷，17t)用波长为300 nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.281019j.已知普朗克常量为6.631034js，真空中的光速为3.00108ms1.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()a11014 hzb81014 hzc21015 hz d81015 hz解析：b由光电效应方程式得：ekmhw0w0h0联立得：081014hz.2(2017新课标，19)(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为ua和ub、光电子的最大初动能分别为eka和ekb.h为普朗克常量下列说法正确的是()a若ab，则一定有uaubb若ab，则一定有ekaekbc若uaub，则一定有ekaekbd若ab，则一定有h aekahbekb解析：bc由爱因斯坦光电效应方程ekmhw，由动能定理可得：ekmeu，所以当ab时，uaub，ekaekb，故a错误，b正确；若uaub，则一定有ekaekb，故c正确；由光电效应方程可得：金属的逸出功whaekahbekb，故d错误3如图所示为光电管的使用原理图已知当有波长为0的光照射到阴极k上时，电路中有光电流，则()a若换用波长为1(10)的光照射阴极k时，电路中一定没有光电流b若换用波长为2(20)的光照射阴极k时，电路中光电流一定增大c若将电源极性反接，电路中仍可能有光电流产生d增加电路中电源两极电压，电路中光电流一定增大解析：c题给条件0的光照射阴极k有电流，不是恰有光电流，故a项错；达到饱和值后，光电流与入射光的强度成正比，故b项错；增加电路中电源两极电压达饱和电流后，电流不变，可判断d项错；若将电源极性反接，只要光电子的最大初动能ekeu，就有光电子到达另一极形成光电流，故c项正确规律方法知规律握方法怎样解决有关光电效应规律应用的题目解决有关光电效应规律的应用的题目，只需理解并熟记以下规律即可：(1)入射光强度单位时间内发射出来的电子数；(2)入射光的频率考向二原子结构与能级知识必备提核心通技法原子能级跃迁1公式rnn2r1r10.53 ene113.6 ev式中，n1,2，称为量子数2公式的适用条件只适用于氢原子，此即玻尔理论的局限性3能级跃迁规律原子光谱是大量原子的电子跃迁形成的，一个氢原子跃迁只能对应一条特征谱线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为nc.4原子吸收能量的原则原子吸收能量的原则是吸收的能量恰好等于某两个能级之差，即he初e终，或者是吸收能量大于或等于其电离能，使电子成为自由电子当原子吸收光子时，由于光子不可分，故其必须选择能量满足上述原则的光子当原子吸收实物粒子(如电子)能量时，原子可以根据“需要”吸收其中的一部分能量，也即对电子的能量没有条件限制5能级的理解主要是以氢原子为例讨论，且认为氢原子核是静止的原子的能量指电子所具有的动能及电子与原子核共有的电势能之和，即enekep，en代表任一条可能轨道的总能量由mk知ekmv2跟进题组练考题提能力1(2019课标，14)氢原子能级示意图如图所示光子能量在1.63 ev3.10 ev的光为可见光要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()a12.09 evb10.20 evc1.89 ev d1.51 ev解析：a本题考查原子的能级跃迁问题，体现了模型建构的核心素养由题图数据分析可知，只有氢原子从n3能级跃迁到n2能级辐射出的光子能量在可见光光子能量范围内，所以处于基态(n1)的氢原子最少也要跃迁到n3能级，氢原子吸收的能量最少为ee3e112.09 ev，故选a.2氢原子的能级是氢原子处于各个状态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时()a氢原子的能量减小，电子的动能增加b氢原子的能量增加，电子的动能增加c氢原子的能量减小，电子的动能减小d氢原子的能量增加，电子的动能减小解析：b由en，知n减小，en增大由ek，知n减小，ek增大，故选b项3(2020河北石家庄检测)(多选)已知金属钙的逸出功为2.7 ev，氢原子的能级图如图所示，一群氢原子处于量子数为n4的能级状态，则下列说法中正确的是()a氢原子可能辐射6种频率的光子b氢原子可能辐射5种频率的光子c有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应d有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应解析：ac从n4能级跃迁可能产生的光子为6种；若产生光电效应，则光子的能量需要大于2.7 ev，此时只有第4能级跃迁到第1能级、第3能级跃迁到第1能级、第2能级跃迁到第1能级，这3种频率的光子能使钙发生光电效应规律方法知规律握方法能使原子能级跃迁的两种方式(1)吸收光子能量：原子若是吸收光子能量而被激发，光子的能量必须等于两能级差，否则不被吸收，即hemen.(2)吸收外来实物粒子：原子若吸收外来的实物粒子，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于等于两能级差值(eemen)，均可使原子发生跃迁考向三原子核与核能知识必备提核心通技法1三种射线的性质射线本质机理符号穿透能力电离速度高速氦核流原子核衰变时两个中子和两个质子结合在一起而从原子核中释放出来he一张纸就能挡住最强最小(0.1c)高速电子流核中一个中子转化成一个质子同时释放一个高速电子e穿透几毫米厚的铝板较强较大(接近c)光子原子核发生衰变和衰变时产生的能量以光子的形式释放穿透几厘米厚的铅板最弱光速c2.半衰期公式式中m0、n0为初态原子核的质量或个数，m余、n余为经t时间后，剩余的原子核的质量或个数，为半衰期的个数，为半衰期时间3质能方程emc2即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应的减小，即emc2.跟进题组练考题提能力1(2019课标，15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子质子循环，循环的结果可表示为4hhe2e2已知h和he的质量分别为mp1.007 8 u和m4.002 6 u，1 u931 mev/c2，c为光速在4个h转变成1个he的过程中，释放的能量约为()a8 mevb16 mevc26 mev d52 mev解析：c本题考查了学生对核反应中核能的计算能力，体现了学科素养中的物理观念由核反应方程可知，4个h转变成1个he的过程中的质量亏损m41.007 8 u4.002 6 u0.028 6 u，释放的核能emc20.028 6931 mev26.6 mev，故选项c正确2(2018全国卷，14t)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝核al，产生了第一个人工放射性核素x：alnx.x的原子序数和质量数分别为()a15和28 b15和30c16和30 d17和31解析：b粒子轰击铝核的核反应方程为healnx，所以x的原子序数为15，质量数为30，故b对，a、c、d错误3(2020山西晋城一模，1)一静止的磷原子核p发生衰变转变成s，核反应方程为pse，下列说法正确的是()a核反应产生的s与e动能相等b核反应产生的s与e速度等大反向c核反应产生的s与e动量等大反向d核反应产生的s与e的质量之和与p相等解析：c核反应前后动量守恒，核反应前p是静止的，动量等于零，可知核反应后两生成物的动量等大反向，选项c正确；根据动能和动量的关系ek可知s与e的动能不相等，选项a错误；因为s与e质量不相等，动量大小相等，所以速度大小不相等，选项b错误；由于核反应存在质量亏损，选项d错误规律方法知规律握方法核反应方程及核能的计算(1)掌握核反应方程中的两守恒：质量数守恒；电荷数守恒(2)核能的计算方法根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即emc2(j)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(mev)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 mev，即em931.5 (mev)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能a级对点练题组一波粒二象性1(2019山西运城三模，1)下列选项中，说法正确的是()a卢瑟福提出核式结构模型，很好地解释了粒子散射实验中的现象b电子穿过晶体时会产生衍射图样，这证明了电子具有粒子性c借助于能量子的假说，爱因斯坦得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好d射线是高速电子流，它的穿透能力比射线和射线都弱解析：a卢瑟福提出核式结构模型，很好地解释了粒子散射实验中的现象，a正确；衍射是波的特性，故电子穿过晶体时会产生衍射图样，证明了电子具有波动性，b错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故c错误；射线是高速电子流，它的穿透能力比射线弱，比射线强，故d错误2(2020河北百校联盟一联，1)利用光电管可以把光信号转变为电信号，现把光电管接入如图所示的电路中，闭合开关s，用波长为的单色光照射光电管时发生了光电效应，下列说法正确的是()a照射光电管的单色光越强，光电管中金属的逸出功越大b照射光电管的单色光波长越长，光电管中金属的逸出功越大c若把滑片c向左滑动，电流表g的示数一定增大d若把电源正负极反接，电流表g的示数可能为零解析：d光电管中金属的逸出功与入射光的强弱和波长无关，由金属本身决定，选项a、b错误；若光电流达到了饱和值，把滑片c向左滑动，电流不会随电压的增大而增大，选项c错误；若把电源正负极反接，当光电管两端所加的电压与电子电荷量的乘积大于光电子的最大初动能时，光电子不能到达阳极，光电流为0，选项d正确故选d.3.(2019广西桂林、百色和崇左市第三次联考)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压uc与入射光频率的关系图像如图所示则由图像可知()a入射光的频率越大，该金属的逸出功越大b入射光的频率越大，则遏止电压越大c由图可求出普朗克常量hd光电子的最大初动能与入射光的频率成正比解析：b当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以w0h0，逸出功与入射光频率无关，是由金属材料决定的，故a错误；根据光电效应方程ekmhw0与eucekm得：uc，当入射光的频率大于极限频率时，入射光的频率越大，则遏止电压越大，故b正确；由uc，知图线的斜率等于，从图像上可以得出斜率的大小，可以求出普朗克常量为：h，故c错误；根据光电效应方程ekmhw0，得光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，不是成正比，故d错误4.(2020吉安模拟)(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能ek与入射光频率的关系如图所示若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和b，已知电子所带电荷量为e，由图线可以得到()a该金属的逸出功为零b普朗克常量为，单位为j/hzc当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为bd当入射光的频率为3a时，遏止电压为解析：cd根据光电效应方程ekmhw0，横截距表示该金属的截止频率，可知该金属的逸出功不为零，故a错误；图线的斜率k表示普朗克常量，单位为j/hz，故b错误；由图可知w0b，haw0则当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为ekmh2aw0b，选项c正确；当入射光的频率为3a时，则ekmh3aw02b，由u遏eekm可得u遏，选项d正确；故选cd.题组二原子结构与能级5.(2019陕西省宝鸡市质检)氢原子能级图如图所示，当氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm，下列判断正确的是()a氢原子从n2的能级跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nmb当氢原子从n4的能级跃迁到n2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25 ev的钾发生光电效应c一个处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线d用能量为1.0 ev的光子照射处于n4能级的氢原子，可以使氢原子电离解析：d氢原子从n2的能级跃迁到n1的能级时，辐射光的能量大于氢原子从n3的能级跃迁到n2的能级时辐射光的能量，根据e可知，辐射光的波长一定小于656 nm，故a错误；从n4的能级跃迁到n2的能级时辐射出的光子能量为2.55 ev，大于金属钾的逸出功，能使钾发生光电效应，故b错误；一个处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线，故c错误；当处于n4能级的氢原子吸收的能量大于或等于0.85 ev时，将会被电离，故d正确6(2020广东省惠州市模拟)氢原子从能级a跃迁到能级b，吸收频率为1的光子，从能级a跃迁到能级c释放频率为2的光子，若21则当它从能级c跃迁到能级b将()a吸收频率为21的光子b吸收频率为21的光子c放出频率为21的光子d放出频率为21的光子解析：a从能级a跃迁到能级b，吸收频率为1的光子，a、b间的能级差为h1，且能级b的能量高于能级a的能量；从能级a跃迁到能级c释放频率为2的光子，a、c间的能级差为h2，且能级a的能量高于能级c的能量；所以c的能级低于b的能级，两者的能级差为h1h2，则从能级c跃迁到能级b时，吸收频率为3的光子，有h3h1h2，所以312，故a正确7(2020江西盟校一联，17)已知氢原子的基态能量为e1，激发态能量en，其中n2,3,4，h表示普朗克常量，c表示真空中的光速有一氢原子处于n3的激发态，在它向低能级跃迁时，可能辐射的光子的最大波长为()abc d解析：d一群氢原子处于n3激发态，可释放出的光子频率种类有3种，据玻尔理论在这3种频率光子中，当氢原子从n3能级向n2能级跃迁时辐射的光子频率最小，波长最长，e2，e3，e3e2，故d正确，a、b、c错误题组三原子核与核能9(2019江西红色七校二模，14)“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程是hhhen，反应原料氘(h)富存于海水中，氚(h)可以用中子轰击锂核(li)得到，则关于中子轰击锂核(li)产生一个氚(h)和一个新核，下列说法正确的是()a该核反应方程为linhehb核反应生成物中的粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱c在中子轰击锂核(li)的核反应生成物中有粒子，故该核反应属于衰变d核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能解析：b根据题意以及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的核反应方程为linheh，a错误；核反应生成物中的粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，b正确；伴随着天然放射现象发生的衰变中产生粒子，这样的核反应才是衰变，而中子轰击锂核(li)的核反应是原子核的人工转变，故c错误；核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，故d错误b级综合练11(2020武汉模拟)(多选)如图所示为氢原子的能级图用光子能量为12.75 ev的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是()a原子可以辐射出连续的各种波长的光b氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时辐射光的能量最大c辐射光中，光子能量为0.66 ev的光波长最长d用光子能量为14.2 ev的光照射基态的氢原子，能够使其电离解析：cd设氢原子吸收该光子后能跃迁到第n能级，根据能级之间能量差可有：12.75 evene1其中e113.6 ev，所以en0.85 ev，故基态的氢原子跃迁到n4的激发态所以辐射出不同频率的光子种数为：n(n1)/26种，a错误；氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时辐射光的能量为0.66 ev，最小，波长最长，b错误、c正确；用光子能量为14.2 ev的光照射基态的氢原子，能够使其跃迁到无穷远，发生电离，d正确故选cd.12(2020哈尔滨模拟)目前，在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料，都不同程度地含有放射性元素，装修污染已经被列为“危害群众最大的五种环境污染”之一有关放射性元素的下列说法正确的是()a放射性元素发出的、三种射线的成分均为带电粒子b每