2020高考物理二轮复习专题十一波粒二象性原子结构与原子核课件.pptx

1、专题十一波粒二象性 原子结构与原子核,-2-,高考命题规律,-3-,波粒二象性光电效应 命题角度1光电效应的理解 高考真题体验对方向 1.(2018全国17)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1.2810-19 J,已知普朗克常量为6.6310-34 Js,真空中的光速为3.00108 ms-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为() A.11014 HzB.81014 Hz C.21015 HzD.81015 Hz 答案:B 解析:对逸出电子,根据光电方程有,h=Ek+W,= ,W=h0,其中,Ek=1.2810-19 J,=300 nm=310-7 m,

2、得081014 Hz,选项B正确.,-4-,2.(多选)(2017全国19)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Uab,则一定有EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb 答案:BC 解析:根据光电效应方程Ek=h-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=h-W,A错,B、C正确;若ab,则一定有ha-Eka=hb-Ekb=W,D错.,-5-,光电效应问题的研究思路 (1),(2)两条对

3、应关系: 光强大光子数目多发射光电子多光电流大 光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大,-6-,典题演练提能刷高分 1.(2019辽宁大连二模)用一束绿光和一束蓝光照射某种金属的表面,均发生了光电效应.下列说法正确的是 () A.蓝光照射金属时,逸出的光电子最大初动能更大 B.蓝光照射金属时,单位时间内逸出的光电子数更多 C.增加光照强度,逸出的光电子最大初动能增大 D.如果换用红光照射,一定能使该金属发生光电效应 答案:A 解析:因为蓝光频率更高,根据爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0,知蓝光照射时光电子最大初动能更大,A正确;单位时间逸出的光电子数与光照强度有关,由于不知道光照强度,所

4、以无法确定光电子数,B错误;根据:Ek=h-W0,可知最大初动能与光照强度无关,C错误;因为红光的频率比绿光的还小,无法确定是否会发生光电效应,D错误.,-7-,2.(2019北京东城二模)研究光电效应的实验规律的电路如图所示,加正向电压时,图中光电管的A极接电源正极,K极接电源负极时,加反向电压时,反之.当有光照射K极时,下列说法正确的是() A.K极中有无光电子射出与入射光频率无关 B.光电子的最大初动能与入射光频率有关 C.只有光电管加正向电压时,才会有光电流 D.光电管加正向电压越大,光电流强度一定越大 答案:B,-8-,解析:K极中有无光电子射出与入射光频率有关,只有当入射光的频率大

5、于K极金属的极限频率时才有光电子射出,选项A错误;根据光电效应的规律,光电子的最大初动能与入射光频率有关,选项B正确;光电管加反向电压时,只要反向电压小于遏止电压,就会有光电流产生,选项C错误;在未达到饱和光电流之前,光电管加正向电压越大,光电流强度一定越大,达到饱和光电流后,光电流的大小与正向电压无关,选项D错误.,-9-,3.图甲所示为氢原子能级图,大量处于n=4激发态的氢原子向低能级跃迁时能辐射出多种不同频率的光,其中用从n=4能级向n=2能级跃迁时辐射的光照射图乙所示光电管的阴极K时,电路中有光电流产生,则() A.改用从n=4能级向n=1能级跃迁时辐 射的光,一定能使阴极K发生光电效

6、应 B.改用从n=3能级向n=1能级跃迁时 辐射的光,不能使阴极K发生光电效应 C.改用从n=4能级向n=1能级跃迁时 辐射的光照射,逸出光电子的最大初动能不变 D.入射光的强度增大,逸出光电子的最大初动能也增大,-10-,答案:A 解析:在跃迁的过程中释放或吸收的光子能量等于两能级间的能级差,E42=-0.85 eV-(-3.40) eV=2.55 eV=h,此种光的频率大于金属的极限频率,故发生了光电效应.E41=-0.85 eV-(-13.6) eV=12.75 eVE42,光的频率一定大于金属的极限频率,故一定发生了光电效应,则A正确.E31=-1.51 eV-(-13.6) eV=1

7、2.09 eVE41,也能让金属发生光电效应,则B错误;由光电效应方程Ekm=h-W0,入射光的频率变大,飞出的光电子的最大初动能也变大,故C错误;由Ekm=h-W0知光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功决定,而与入射光的光强无关,则D错误.故选A.,-11-,4.(多选) 2017年度中国10项重大科学进展中,位列榜首的是实现千公里级量子纠缠和密钥分发,创新性地突破了多项国际领先的关键技术.下列与量子理论有关的说法正确的是() A.德布罗意首先提出了量子理论 B.玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论 C.爱因斯坦认为光子能量是量子化的,光子能量E=h D.根据量子理论,增大光的照射

8、强度光电子的最大初动能增加 答案:BC 解析:普朗克首先提出了量子理论,选项A错误;玻尔在研究氢原子结构时引入了量子理论,成功揭示了氢原子光谱,选项B正确;爱因斯坦认为光子能量是量子化的,光子能量E=h,选项C正确;根据爱因斯坦光电效应理论,增大光的频率光电子的最大初动能增加,选项D错误.故选BC.,-12-,命题角度2(储备)光电效应方程和光电效应图象 【典题】 如图甲所示为研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验电路,阴极K受到光照时可以发射光电子,电源正负极可以对调.实验中得到如图乙所示的实验规律,下列表述错误的是(),-13-,A.在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增

9、大,光电流趋于一个饱和值 B.在光的频率不变的情况下,入射光越强饱和电流越大 C.一定频率的光照射光电管,不论光的强弱如何,遏止电压不变 D.蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压是因为蓝光强度大于黄光强度,-14-,答案:D 解析:在光照条件不变的情况下,随着所加电压的增大,则从K极发射出的电子射到阳极的电子越来越多,则光电流趋于一个饱和值,选项A正确;在光的频率不变的情况下,入射光越强,则单位时间射出的光电子数越多,则饱和电流越大,选项B正确;一定频率的光照射光电管,不论光的强弱如何,根据光电效应的规律可知射出的光电子的最大初动能不变,则遏止电压不变,选项C正确;因为蓝光的频率大于黄光的频率,逸

10、出的光电子最大初动能蓝光的大于黄光的,则蓝光的遏止电压大于黄光的遏止电压,故选项D错误.故选D.,-15-,1.明确三个关系 (1)爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0. (2)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管用实验的方法测得,即Ek=eUc,其中Uc是遏止电压. (3)光电效应方程中的W0为逸出功,它与极限频率c的关系是W0=hc,-16-,2.分清四类图象,-17-,-18-,典题演练提能刷高分 1.(多选) 如图甲所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率变化的函数关

11、系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是(),-19-,A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同 B.光电子的最大初动能不同 C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同 D.两个光电管的Uc-图象的斜率可能不同,-20-,答案:ABC 解析:根据光电效应方程Ekm=h-W0和eUc=Ekm得出,相同频率,不同逸出功,则遏止电压不同,A正确;根据光电效应方程Ekm=h-W0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,B正确;虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数,-21-,2.(2019云南二模)某金属发生光电效应,光

12、电子的最大初动能Ek与入射光频率之间的关系如图所示.已知h为普朗克常量,e为电子电荷量的绝对值,结合图象所给信息,下列说法正确的是() A.入射光的频率小于0也可能发生光电效应现象 B.该金属的逸出功随入射光频率的增大而增大 C.若用频率是20的光照射该金属,则遏止电压为 D.遏止电压与入射光的频率无关,-22-,答案:C 解析:由图象可知金属的极限频率为0,入射光的频率必须要大于0才能发生光电效应现象,选项A错误;金属的逸出功与入射光的频率无关,选项B错误;若用频率是20的光照射该金属,则光电子的最大初动能为Ekm=2h0-h0=h0=Ue,则遏止电压为U= ,选项C正确;遏止电压与入射光的

13、频率有关,入射光的频率越大,则最大初动能越大,遏制电压越大,选项D错误.,-23-,3. 如图所示,为研究光电效应的装置和图象.下列关于甲、乙、丙各图的描述,正确的是(),甲 乙 丙,-24-,A.甲图中,弧光灯照射锌板,验电器的锡箔张开,说明锌板带负电 B.乙图中,可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关 C.丙图中,强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点,说明光电子最大初动能与光的强度无关 D.丙图中,黄光和紫光曲线交于U轴不同点,说明不同金属发生光电效应的极限频率不同 答案:C 解析:甲图中,弧光灯照射锌板,会有光电子从锌板中飞出,验电器的锡箔张开,锌板带正电,选项A错误;乙图中,光电

14、管两端加的是反向电压,所以不可以研究单位时间发射的光电子数与照射光的强度有关,选项B错误;丙图中,强黄光和弱黄光曲线交于U轴同一点,说明光电子最大初动能与光的强度无关,选项C正确;丙图中,黄光和紫光曲线交于U轴不同点,说明用不同频率的光照射相同的金属产生光电子的最大初动能不同,选项D错误.故选C.,-25-,原子结构 命题角度 原子结构 高考真题体验对方向 (2019全国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,最少应给氢原子提供的能量为() A.12.09 eV B.10.20 eV C.1.

15、89 eV D.1.51 eV,-26-,答案:A 解析:氢原子从能级2向能级1跃迁时,辐射的光子能量为10.2 eV,不是可见光.氢原子从能级3向能级2跃迁时,辐射的光子能量为1.89 eV,是可见光,所以只要把氢原子跃迁到能级3就可以辐射可见光.氢原子从能级1向能级3跃迁时,吸收的光子能量为12.09 eV,A正确,B、C、D错误.,-27-,处理原子跃迁问题的五点技巧 (1)若是在光子的激发下引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差:原子从低能级向高能级跃迁:吸收一定能量的光子,当一个光子的能量满足h=E末-E初时,才能被某一个原子吸收,使原子从低能级E初向高能级E末跃迁

16、,而当光子能量h大于或小于(E末-E初)时都不能被原子吸收. (2)若是在电子的碰撞下引起的跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差:原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发.由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收,所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E=Em-En),均可使原子发生能级跃迁.,-28-,(3)注意:当光子能量大于或等于13.6 eV时,也可以被氢原子吸收,使氢原子电离;当氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV,氢原子电离后,电子具有一定的初动能. (4)一群原子的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类,(5)取无穷远处为零电势参考面,

17、故各能级的能量值均为负值.,-29-,典题演练提能刷高分 1. 许多科学家为物理学的进步做出重大贡献.下列说法符合事实的是() A.卢瑟福粒子散射实验中,粒子与金原子核多次碰撞导致大角度偏转 B.根据玻尔理论,原子从激发态向基态跃迁时将释放出核能 C.布拉凯特利用云室照片发现,粒子击中氮原子形成复核,复核不稳定,会放出一个质子 D.爱因斯坦的光子说认为,只要增加光照时间,使电子多吸收几个光子,所有电子最终都能跃出金属表面成为光电子,-30-,答案:C 解析:发生粒子散射现象,主要是由于粒子和原子核发生碰撞的结果,产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子核近的粒子,故A错误;根据玻尔理论,原子从激

18、发态向基态跃迁时将释放不同频率的光子,辐射能量,选项B错误;布拉凯特利用云室照片发现,粒子击中氮原子形成复核,复核不稳定,会放出一个质子,变成氧核,选项C正确;爱因斯坦的光子说认为,只要增加光的频率才能使电子跃出金属表面;不增大频率,即使增加光照时间,也不能使电子跃出金属表面成为光电子,选项D错误.故选C.,-31-,2.(2019天津南开二模)已知氦离子(He+)的能级图如图所示,根据能级跃迁理论可知() A.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级比从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出光子的频率低 B.大量处在n=3能级的氦离子(He+)向低能级跃迁,只能发出2种不同频率的光子 C.氦离

19、子(He+)处于n=1能级时,能吸收45 eV的能量跃迁到n=2能级 D.氦离子(He+)从n=4能级跃迁到n=3能级,需要吸收能量,-32-,答案:A 解析:氦离子的跃迁过程类似于氢原子,从高能级到低能级跃迁过程中要以光子的形式放出能量,而从低能级态向高能级跃迁的过程中吸收能量,且吸收的能量满足能级的差值,即E=EM-EN,故CD错;大量的氦离子从高能级向低能级跃迁的过程中,辐射的光子种类满足组合规律即 ,故B错.,-33-,3.(2019山东聊城二模)氢原子的能级图如图所示,下列说法正确的是() A.氢原子从低能级向高能级跃迁时静电力做正功 B.处于n=2能级的氢原子可以吸收能量为2 eV

20、的光子 C.一个氢原子从n=4能级向基态跃迁时,可发出6种不同频率的光子 D.处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14 eV的光子,-34-,答案:D 解析:氢原子从低能级向高能级跃迁时,电子绕核运动的半径增大,库仑引力(静电力)做负功.故A项错误;据图知E2=-3.4 eV,E2+2 eV=-3.4 eV+2 eV=-1.4 eV;由图知,氢原子没有能量等于-1.4 eV的能级;跃迁时,氢原子吸收光子的能量需等于两个能级的能量差;所以处于n=2能级的氢原子不可以吸收能量为2 eV的光子.故B项错误;一群氢原子从n=4能级向基态跃迁时,可发出光子的种数为 =6;一个氢原子从n=4能级向基态跃迁

21、时,最多可发出3种不同频率的光子.故C项错误;据图知E1=-13.6 eV,E1+14 eV=-13.6 eV+14 eV=0.4 eV0;处于n=1能级的氢原子可以吸收能量为14 eV的光子,从而使氢原子发生电离.故D项正确.,-35-,4.(多选) 已知氢原子的基态能量为E1,n=2、3能级所对应的能量分别为E2和E3,大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子,依据玻尔理论,下列说法正确的是(),B.当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,对应的电子的轨道半径变小,能量也变小 C.若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,则当氢原子从能级n=3跃迁到

22、n=1时放出的光子照到该金属表面时,逸出的光电子的最大初动能为E3-E2 D.若要使处于能级n=3的氢原子电离,可以采用两种方法:一是用能量为-E3的电子撞击氢原子,二是用能量为-E3的光子照射氢原子,-36-,答案:BC 解析:大量处于能级n=3的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子,产生光子的最大频率为 ;当氢原子从能级n=2跃迁到n=1时,能量减小,电子离原子核更近,电子轨道半径变小;若氢原子从能级n=2跃迁到n=1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应,由光电效应方程可知,该金属的逸出功恰好等于E2-E1,则当氢原子从能级n=3跃迁到n=1时放出的光子照射该金属时,逸出光电子的最

23、大初动能为E3-E1-(E2-E1)=E3-E2;电子是有质量的,撞击氢原子时发生弹性碰撞,由于电子和氢原子质量不同,故电子不能把-E3的能量完全传递给氢原子,因此不能使氢原子电离,而光子的能量可以完全被氢原子吸收.综上所述,B、C正确.,-37-,5. 在氢原子光谱中,原子从较高能级跃迁到n=3能级发出的谱线属于帕邢系.若一群氢原子自发跃迁时发出的谱线中只有两条属于帕邢系,则这群氢原子自发跃迁时最多发出不同频率的谱线的条数为() A.3B.6C.10D.15 答案:C 解析:氢原子光谱中只有两条帕邢系,即是从n=5、n=4轨道跃迁到n=3轨道,故原子的较高能级应该是在n=5的能级上.然后从n

24、=5向n=4,n=3,n=2,n=1跃迁,从n=4向n=3,n=2,n=1,从n=3向n=2,n=1,从n=2向n=1跃迁,故这群氢原子自发跃迁时最多能发出 =10条不同频率的谱线.故选C.,-38-,6. 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() A.氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时, 辐射光的波长大于656 nm B.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的钾发生光电效应 C.一个处于n=4能级上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

25、照射处于n=4能级上的氢原子,可以使氢原子电离,-39-,答案:D 解析:氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时,辐射光的能量大于氢原子从n=3跃迁到n=2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n=4能级跃迁到n=2能级时辐射出的光子能量为2.55 eV,大于金属的逸出功,能使钾发生光电效应,故B错误;一个处于n=4能级上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.故选D.,-40-,原子核及核能 命题角度 原子核核反应方程 高考真题体验对方向 1.(2019全国15)

26、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,A.8 MeVB.16 MeV C.26 MeVD.52 MeV,-41-,答案:C 解析:本题考查质能方程和核反应的理解.忽略正电子质量,根据质能方程E=mc2,而m=4mp-m=41.007 8 u-4.002 6 u=0.028 6 u,又因1 u=931 MeV/c2,所以E=0.028 6931 MeV=26.626 6 MeV,C正确,A、B、D错误.,-42-,2.(2018全国14)1934年,约里奥-居里夫妇用粒子轰击铝核,数和质量数分别为() A.15和28B.15和30 C.16和30D.17和31 答案:

27、B 解析:已知粒子的质量数是4,核电荷数为2,中子的质量数为1,不,可知X的核电荷数即原子序数为15,根据质量数守恒,可知X的质量数为30,选项B正确.,-43-,3.(2017全国17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应,1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为() A.3.7 MeVB.3.3 MeV C.2.7 MeVD.0.93 MeV 答案:B,3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由E=mc2得,E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,故选B.,-44-,4.(2017全国15)一静止的铀核放出一个粒子衰变

28、成钍核,衰变,A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量,-45-,答案:B 解析:静止的铀核发生衰变,衰变过程中动量守恒,所以衰变后粒子的动量和钍核的动量大小相等、方向相反,故选项B正确;由于m,误;半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,并不是放出一个粒子所经历的时间,故选项C错误;铀核发生衰变过程中有质量亏损,衰变后粒子与钍核的质量和小于衰变前铀核的质量,故选项D错误.,-46-,1.核反应的规律要记住 (1)核反应过程一般都是不可逆的,

29、所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向,而不能用等号连接. (2)核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程. (3)核反应过程中遵守质量数和电荷数守恒.核反应过程遵循质量数守恒而不是质量守恒,核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能. (4)无论哪种核反应方程,都必须遵循质量数、电荷数守恒.,-47-,(5)衰变的生成物是两种电荷数不同的“带电粒子”,反应前后系统动量守恒,因此反应后的两产物向相反方向运动,在匀强磁场中,受洛伦兹力作用各自做匀速圆周运动,且两轨迹圆相外切,应用洛伦兹力计算公式和向心力公式即可求解运动周期,根据电流的定义

30、式可求解电流大小. 2.核能的计算方法 利用爱因斯坦的质能方程计算核能:利用爱因斯坦的质能方程计算核能,关键是求出质量亏损,而求质量亏损主要是利用其核反应方程式,再利用质量与能量相当的关系求出核能. 利用阿伏加德罗常数计算核能:求宏观物体原子核发生核反应过程中所释放的核能,一般利用核反应方程及其比例关系和阿伏加德罗常数. 由动量守恒和能量守恒计算核能:由动量守恒定律和能量守恒定律来求.,-48-,典题演练提能刷高分 1.在能源需求剧增的现代社会,核能作为一种新能源被各国竞相开发利用,核原料中的钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素,钚的一种,-49-,答案:C 解析:根据电荷数守恒和质量数守恒得,X的电荷数为92,质量数为235,则中子数为235-92=143,A错误;衰变发出的射线