2020届高考艺术生物理复习教师用书：专题五原子物理

1、专题五原子物理考情分析备考导航明确高考考情透现市版规律三年考情分析局考命题规律三年考题考查内容核心素养从近几年图考题来看，本专题部分命题难2019I 卷 14T能级跃迁物理观念度/、大，大多直接考查对基本知识点的理解和n 卷 15T原子核物理观念记忆，用新情境和新名词包装试题，常考点有:2018n 卷 17T光电效应物理观念光电效应现象及其规律的认识与理解；对出卷14T核反应方程物理观念光的波粒二象性的认识；卢瑟福的原子核式I 卷 17T核能计算能量观念结构模型；玻尔的原子结构模型和氢原子光2017n 卷 15Ta哀父能量观念谱；能级及能级跃迁规律； 原子核的衰变、出卷19T光电效应物理观念人

2、工核转变、裂变和聚变等.II考向聚焦,高考必备深研热点专向突破技法指导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 E=hv.(3)光电效应方程h尸W+ Ekm,即入射光的每个光子的能量hv,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1 C的取大初动能Ekm= 2mv2.2 .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

3、子特性.光子的能量：E=hv光子的动量：p=h.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：入=P，频率-E.跟进题组 练考题 提能力1. （2018全国卷n, 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1.28X 10-19J.已知普朗克常量为6.63X 10-34Js,真空中的光速为3.00x 108m能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为（）A. 1 X 1014 HzB. 8X 1014 HzC. 2X 1015

4、HzD. 8X 1015 Hz解析：B 由光电效应方程式得：Ekm=hv W0联立得：刈=广Ekm=，Ekm = 8X 1014Hz. h 入 h2. （2017新课标出，19）（多选）在光电效应实验中，分别用频率为甲、虫的单色光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 a> b,则一定有 UaV UbB .若归> b,则一定有Eka > EkbC.若 UaVUb,则一定有 EkaV EkbD .若 a> b,则一定有 h va Eka > h m一 Ekb解

5、析：BC 由爱因斯坦光电效应方程Ekm=hLW,由动能定理可得：Ekm=eU,所以当审> 加时，Ua>Ub, Eka > Ekb ,故A错误，B正确；若Ua< U b,则一定有 EkaV Ekb ,故C正确;由光电效应方程可得：金属的逸出功W= h va-Eka= h Jb-Ekb,故D错误.3.如图所示为光电管的使用原理图.已知当有波长为加的光照射到阴极 K上时，电路中有光电流，则（）A.若换用波长为 为（化> 劝的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B.若换用波长为 以法< 衿的光照射阴极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

6、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 方的光照射阴极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Ek>eU,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： 决定着 .,(1)入射光强度 > 单位时间内发射出来的电子数；能否产生光电效应、(2)入射光的频率决 发生光电效应时光电子 的

7、最大初动能.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<0rn= n2ri 门= 0.53 八l Ei匚 、，En=M Ei = -13.6 eV式中，n= 1,2,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N = n nj1 = C2.4 .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h 丫= E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.

8、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En=Ek + Ep, En代表任一条可能轨道的总能量.Ek=1mv2 = ke22rn跟进题组练考题提能力1. （2019课标I, 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（n= 1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原

9、子提供的 能量为（）n£/e V3C 04 -0-S53 -1512-IVfiB. 10.20 eVA. 12.09 eVC. 1.89 eVD. 1.51 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n= 3能级跃迁到n= 2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（n= 1）的氢原子最少也要跃迁到n= 3能级，氢原子吸收的能量最少为AEE3-Ei= 12.09 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

10、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ke22nM，知n减小，Ek增大，故选Eike2解析：B 由En=n2,知n减小，En增大.由Ek = 2r=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n=4的能级状态，则下列说法中正确的是（）EhV-0,M -1.51-3.4-13.6A.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

11、能使钙发生光电效应解析：AC 从n= 4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U不被吸收，即h v= EmEn.(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(E>Em- En),均可使原子发生地被原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于等于两能级差值 跃迁.考向三原子核

12、与核能知识必备提核心通技法2.半衰期公式1 .三种射线的性质射线本质机理符号穿透能力电禺速度a高速氨 核流原子核衰艾时两个申子 和两个质子结合在一起 而从原子核中释放出来4He一张纸就能挡住最强最小(0.1c)3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Qe穿透几毫米厚的铝板较强较大(接近c)丫7原子核发生a衰艾和3 衰变时产生的能量以丫光子的形式释放丫穿透几厘米厚的铅板取习习光速c式中m。、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，t为半衰期的个数，。为半衰期时间. T3.质能方程E=mc2即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的

13、质量成正比.核子在结 合成原子核时出现质量亏损Am,其能量也要相应的减小，即AE= Amc2.跟进题组 练考题 提能力1. （2019课标II, 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41H-4He + 20e+2 y已知1H和2He的质量分别为 mp= 1.007 8 u和m«= 4.002 6 u, 1 u=931 MeV/c2,c为光速.在4个1H转变成1个4He的过程中，释放的能量约为 （）A. 8 MeVB. 16 MeVC. 26 MeVD. 52 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

14、方程可知，4个1H转变成1个4He的过程中的质量亏损淅= 4X 1.007 8 u-4.002 6 u= 0.028 6 u,释放的核能 AE= Amc2 = 0.028 6X 931 MeV 26.6 MeV ,故选项 C 正确.2. （2018全国卷m, 14T）1934年，约里奥-居里夫妇用a粒子轰击铝核23Al ,产生了第 入人工放射性核素 X:23Al-n + X.X的原子序数和质量数分别为（）B. 15 和 30A. 15 和 28C. 16 和 30D. 17 和 31解析：B a粒子轰击铝核的核反应方程为2He+27Al -Jn+30X,所以X的原子序数为 15,质量数为30,

15、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12P发生3衰变转变成32S,核反应方程为12P 36S+°1e,下列说法正确的是（）A.核反应产生的16s与01e动能相等B.核反应产生的12S与01e速度等大反向C.核反应产生的16s与01e动量等大反向D.核反应产生的12S与01e的质量之和与12P相等解析：C 核反应前后动量守恒，核反应前 32P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=2m可知32s与01e的动能不 相等，选项A错误；因为16S与01e质量不相等，动量大小相等，所以速度大小不相等，

16、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AE=Amc2（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 AE= Am X 931.5 （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.课时作业限时提能练津有练规范练诱写分技巧A级对点练题组一波粒二象性1 . （

17、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8 .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. 3射线是高速电子流，它的穿透能力比a射线和丫射线都弱解析：A 卢瑟福提出核式结构模型，很好地解释了a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存T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

18、误；3射线是高速电子流，它的穿透能力比丫射线弱，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 入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的示数可能为零由金属本身决定，选项A、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,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

19、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 Y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 h=UD.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Wo= hw,逸出功与入射光频率无关，是由金属材料决定的

20、，故 A错误；根据光电效应方程 Ekm = hv Wo与eUc=Ekm得：Uc= 2 W 当入射光的频率大于极限频率时， 入射光的频率越大，e e则遏止电压越大，故 B正确；由Uc= 味W0,知图线的斜率等于e,从图像上可以得出斜率Ue的大小，可以求出普朗克常量为：h= Ue,故C错误；根据光电效应方程Ekm = hL Wo,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吉安卞II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 V的关系如图所示.若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和一b,已知电子所带电

21、荷量为 e,由图线可以得到（）A.该金属的逸出功为零B.普朗克常量为上单位为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 2b解析：CD 根据光电效应方程 Ekm = h L W0,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= b表示普朗克常量，单位为J/Hz,故B错误； a由图可知 Wo=b, ha= W0则当入射光的频率为 2a时，逸出光电子的最大初动能为Ekm=h 2aWo=b,选项C正确；当入射光的频率为3a时，则Ekm= h 3aWo = 2b,由U遏3= Ekm可得U遏=生，选项D正确；故

22、选CD.e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n = 3的能级跃迁到n= 2的能级时，辐射光的波长为656 nm,下列判断正确的是（）x 04 -0.S53 -L512 -3.4I13.6A .氢原子从n = 2的能级跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于 656 nmB.当氢原子从n=4的能级跃迁到n=2的能级时，辐射出的光子不能使逸出功为2.25 eV小钾发生光电效应C. 一个处于n= 4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 n=4能级的氢原子，可以使氢原子电离解析：D 氢原子从n= 2的能级跃迁

23、到n=1的能级时，辐射光的能量大于氢原子从nhc=3的能级跃迁到n = 2的能级时辐射光的能量，根据E = hc可知，辐射光的波长一定小于 656nm,故A错误；从n= 4的能级跃迁到n= 2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n= 4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n= 4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V1的光子，从能级A跃迁到能级C释放频率为吻的光子，若 祝u则当它从能级 C跃迁到能

24、级8将（A.吸收频率为B.吸收频率为在一C.放出频率为祝十V1的光子D.放出频率为祝一V1的光子解析：A 从能级A跃迁到能级B,吸收频率为m的光子，A、B间的能级差为hM,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 边的光子，A、C间的能级差为hg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hs+hw,则从能级 C跃迁到能级B时，吸收频率为 记的光子，有hw=hu + h立，所w= i +祝，故A正确.Ei7. （2020江西盟校一联，17）已知氢原子的基态能量为Ei,激发态能量En =，其中n =2,3,4，h表示普朗克常量，c表示真空中

25、的光速.有一氢原子处于n = 3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（）A 9hcA，8 8EiB.4hc3E1hcC-EiD.36hc5Ei解析：D 一群氢原子处于n=3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 n=3能级向n= 2能级跃迁时辐射的光子频率最小，波长»_ Ei _ Ei hc _口," E2= T, E3 = , = E3- E2,49 人hc36hc上 E3-E2 =-5e1,故D正确，A、B、C错误.题组三原子核与核能8. （2020 安徽淮北宿州一模M多选）为了保护绿水青山， 我国大力发展核能

26、等清洁能源,下列关于核反应的说法 正确的是（）A.缀U +绷Th+y Hu属于裂变反应K嚼U+|e-嘲价+器Kr+3扁属于裂变反应C目前核电站都是利用重核裂变产生的核能 D.核电站产生的核废料都不具有放射性解新；tic AT强变，项第误:+ 0n-4He+汩，A错误；核反应生成物中的a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 击锂核（6Li）的核反应是原子核的人工转变，故a粒子，这样的核反应才是 a衰变，而中子轰C错误；核反应中释放的核能来源于核反应过Ln:Ik - Kr-3;,n隔于裂萤应应.H项正硝;目i）i回电站部期利用堂前找更产生的械能.项正输

27、；械电站产生的视废料具有社一性喟错误.双选IkC,汨+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H-4He+0n,反应原料笊（2H）富存于海水中，瓶（1H）可以用中子轰击锂核（3Li）得至L则关于中子轰击锂核（3Li）产生一个瓶（3H）和一个新核，下列说法正确的是（）A .该核反应方程为3Li + 1n- 2He+ 2HB.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（3Li）的核反应生成物中有a粒子，故该核反应属于a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6Li解析：B 根据题意以

28、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程中的质量亏损，与核反应的条件无关，故D错误.III. 1多选）有中子袭击地U原子核产生裂变反应.其可能的 裂变方程为很U +和f奥氏+即Kr +加您U、必 嘿Ba、购Kr的质扰分别为一、睥. 德U原子核的半哀期为丁,其比结合能小于”区原子核的比结合能,光在 真空中的传播速度为小下列叙述正确的是（）A.理氏原子核比嚼U原子核更稳定H.嘿Ba原子核中含有与个中子C.裂变时释放的能量为（砌一21技一叫一） .D.若提高/U的温度，/gU的半衰期将会小于丁解析. AC 比结合能的大小反映原子核的稳定程 度，啜U的比结合能小于堀氏原子核的出结合能所

29、 以Ba原子核比嘴U原子核变稳定.故A正确s由原子 核的组成特点可知.1#氏原子核中含有56个质子，中子 数为ME 56 = 88个*故B错误*由于板聚变的过程中 释放能量，根据爱因斯恒质能方程得：/= （叫一2 7T19 7Ti 6）L ,故C.正确：原子核的半衰期是 由放射性元素本身决定的，与环境的温度、压强等无关. 故D错误.故选ACB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（）nfieV*050.5440就3 -1.512 -3413.6A.原子可以辐射出连续的各种波长的光B.氢原子

30、从n=4的能级向n= 3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 eV = EnE1其中E1= 13.6 eV,所以En= 0.85 eV,故基态的氢原子跃迁到 n= 4的激发态.所 以辐射出不同频率的光子种数为：n（n1）/2=6种，A错误；氢原子从n = 4的能级向n=3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

31、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 “、& 丫三种射线的成分均为带电粒子B.每发生一次 a衰变，原子核内的中子数减少 4C. 3衰变所释放的电子是原子核中的中子转化为质子时所产生的D. 丫射线一般伴随着 a或3射线产生，在这三种射线中，丫射线的穿透能力最强，电离能力也最强解析：C 丫射线是高频电磁波，不带电， A错误；根据质量数和电荷数守恒可知：发生 a衰变放出2He,导致质子数减小 2个，质量数减小 4,故中子数减小 2,故B错误；发生 3衰变的过程是：一个中子变为质子同时放出一个电子，故C正确；丫射线是在a衰变或3衰变过程中产生的，根据& 丫三种射线特点可知,丫射线穿透能力最强，电离能力