第十三章 近代物理初步

1、第十三章 近代物理初步考纲要点解读考试内容要求解读 1.光电效应，爱因斯坦光电效应方程认识光电效应现象，理解光电效应规律，并能用理解爱因斯坦的光子说解释光电效应规律。掌握光电效应方程，会计算逸出功、极限频率、最大初动能等物理量2.氢原子光谱，氢原子的能级结构，能级公式理解玻尔理论对氢原子光谱的解释。掌握氢原子的能级公式并能灵活应用。用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考热点。3.原子核的组成，放射性，原子核的衰变、半衰期原子核式结构的发现，原子核的组成，放射性、半衰期是高考的热点。4.放射性同位素了解放射性同位素的应用。5.核力，核反应方程。结合能，质量亏损了解核力的特点。书写核反应方程，

2、能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题。6.裂变反应和聚变反应，裂变反应堆裂变反应、聚变反应的应用7.射线的危害和防护射线的危害和应用等知识与现代科技的联系。高考题型综述本章属选考内容，作为选修3-5一个模块中的内容，在高考中出题的可能性较大。高考对本章内容的能力要求较低，命题难度不大，大多直接考查理解和记忆。但考点较多，细节较多。重点考查光电效应、氢原子能级、氢光谱、放射性元素、原子核式结构、衰变、核能及核反应方程，强调了核力和结合能两个知识点，其中以氢原子能级、原子核反应方程和质能方程等知识命题频率较高。出题的形式以选择题为主，结合经典物理理论和最新科技成果进行考查，体现时代气息，用

3、新名词包装试题。少数试题以非选择题形式出现，与力学、电磁学相结合，出中等难度的计算题，体现学科内综合。 本章内容需要记忆的信息量大，因此在复习中要精读教材，熟练掌握教材内容，加强理解记忆，狠抓基本概念和基础知识. “原子、原子核”的整个知识体系，可归结为：两模型（原子的核式结构模型、玻尔原子模型）；六子（质子、中子、电子、正电子、a粒子、g光子11H 21H 31H 10n 0-1e 01e 42He g ）；四变（衰变、人工转变、裂变、聚变）；两方程（核反应方程、质能方程）.四条守恒定律（电荷守恒、质量数守恒、能量守恒、动量守恒）贯串全章.13.1光电效应 波粒二象性一. 知识点自测填空 1

4、.能量子热辐射：1 物体，在2 温度下都在辐射各种波长的3 ，这种辐射与物体的4 有关，称为热辐射。黑体辐射黑体：能5 各种波长的电磁波而不发生6 的物体，称为绝对黑体，简称黑体。黑体辐射的实验规律：黑体热辐射的强度与波长的关系图线，如图13.1-1图13.1-1a.在相同的加热温度下，黑体辐射的强度是变化的，但不与波长成正比，中间有一个7 。b.不同温度辐射强度不同，温度越高，各种波长的辐射强度都有8 c.温度越高，辐射强度的极大值9 ；辐射强度的极大值随温度升高向波长10 的方向移动。能量子德国物理学家11 在研究黑体辐射规律时提出能量量子化假说：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份

5、地进行的。每一份能量等于12 ，这个最小能量值叫做能量子是电磁波的13 ，h是一个常量，称为普朗克常量，图13.1-2例1（2011 江苏） 下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图13.1-2中，符合黑体辐射实验规律的是（）图16.1-22.光电效应定义：在光的照射下从物体发射14 的现象叫做光电效应，发射出来的电子叫做15 光电效应规律每一种金属都有一个16 频率，入射光的频率必须17 这个极限频率，才能产生光电效应.光电子的最大初动能（遏制电压）与入射光的18 无关，只随入射光19 的增大而增大入射光照射到金属上，光电子的发射几乎是20 的，一般不超过109s当入射光的频率大于极限频

6、率时，饱和光电流的21 与入射光的22 成正比光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个23 ，简称24 ，光子的能量25 （h为普朗克常量）.爱因斯坦的光电效应方程：26 Ek是光电子的27 ，hv是入射光子的能量，W0是28 极限频率与逸出功满足：29 . 不同金属的W0不同，因此不同金属发生光电效应的极限频率不同.康普顿效应：康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，这个现象叫做康普顿效应。康普顿效应进一步揭示了光的30 ，证实了光子具有31 ；证实了在微观世界的单个碰撞事件中，32 守恒定律仍然

7、是成立的。例2（2009 上海）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D.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例3（2010 四川）用波长为2.0107 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4.71019 J由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h6.631034 Js，光速c3.0108 m/s，结果取两位有效数字)()A5.51014 Hz B7.91014 HzC9

8、.81014 Hz D1.21015 Hz3.波粒二象性光既具有33 ，又具有34 . 光具有35 .其表现为：从数量上看：大量光子运动的规律表现为36 ，单个光子的运动表现为37 从频率上看：频率38 ，波长39 的光波动性越显著；频率40 ，波长41 的光粒子性越显著从传播作用上看：和其他物质相互作用时，42 起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），由43 起主导作用，因此称光波为44 .波动性与粒子性的统一：光具有能量和动量.光子的能量，光子的动量45 ，而频率和波长是波动性特征的物理量，因此光的粒子性与波动性是统一的注意：理解光的波粒二象性时不可把光当成

9、宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子。4.物质波（德布罗意波）物质的分类：物理学把物质分为两大类，一类是46 ，由质子、电子等组成，另一类是电场、磁场等，统称为47 . 物质波（德布罗意波）任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长48 .式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，这种波叫做物质波，也叫德布罗意波.说明：宏观物体的德布罗意波长比微观粒子的波长小得多，所以很难观察到它们的波动性. 英美两国物理学家得到了电子的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设.物质波也是概率波，衍射图样中的亮圆是电子落点概率大的地方，暗圆是概率小的地方. 我们所说光波和

10、物质波是概率波，说的是光子和实物粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的.不确定关系：粒子在某方向上的坐标不确定量与该方向上的动量不确定量的乘积必不小于普朗克常数。如果用x表示位置的不确定量，以p表示粒子动量的不确定量，那么：49 不确定关系是微观粒子的波粒二象性的反映例4 现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是（ ） A一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子就越多B肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的C质量为10-3kg、速度为10-2m/s的小球其德布罗意波长约为10-28m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹D人们常利用

11、热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同例5（2011 上海）用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图13.1-3（a）、（b）、（c）所示的图像，则（） 图13.1-3A图像（a）表明光具有粒子性B图像（c）表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图像D实验表明光是一种概率波二知识交互应用点1.光电效应规律的理解光电效应实验规律可理解记忆为：“放不放（光电子），看光限（入射光极限频率）；放多少（光电子），看光强；（光电子的）最大初动能（大小），看(入射光的)频率；要放瞬时放”。光电效应中的光强与频率的关系“入射光的强度”，指的是50 内

12、入射到金属表面51 上光子的总能量. 在入射光频率不变的情况下，光强正比于单位时间内照射到金属表面上单位面积的光子数. 但若换用不同频率的光照射，即使光强相同，单位时间内照射到金属表面单位面积的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子数也不相同，形成的光电流也不同.光强不变时，光的频率越大，光子数越少，光电子数也越少.注意区分几个易混淆的概念：“光电子”与“光子”、“光的强度”与“光电流的强度”、“光子的能量”与“光电子的最大初动能”注意两种错误认识：误区一：频率高，光子能量大，光的强度就大，产生的光电流就越强；误区二：光电子的动能大，光电子运动越快，光电流就越强例6 用相同强度的紫光和紫外

13、线照射某种金属都可产生光电效应，则（ ）A.紫外线照射金属时，产生的光电子最大初动能大B.紫光照射金属时，在相同电路中产生的光电流大C.在相同电路中产生的光电流大小相同D.紫外线照射金属时，产生的光电子所用时间短2.爱因斯坦光电应方程的应用准确理解极限频率（极限波长）、逸出功、最大初动能、饱和光电流及遏制电压是解决问题的关键，结合光电效应方程求解。VAPK图13.1-4例7 如图13.14，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零. 合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读

14、数为零. 由此可知阴极材料的逸出功为 （ ）A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV图13.1-5例8 如图13.1-5所示，一光电管的阴极用极限波长0=5000的钠制成用波长=3000的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1 V，饱和光电流的值(当阴极K发射的电子全部到达阳极A时，电路中的电流达到最大值，称为饱和光电流)I0.56A(1)求每秒钟内由K极发射的光电子数目；(2)求电子到达A极时的最大动能；(3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的三倍，此时电子到达A极时最大动能是多大?(普朗克常量h6.631034Js)3.光电效应曲线EKm曲

15、线：光电子的最大初动能与入射光频率的关系曲线，如图13.1-6由图线可以得到的物理量：极限频率：52 逸出功：53 普朗克常量：54 IU曲线：光电流强度与光电管两极板间电压的关系曲线，如图13.1-7Im为55 ，Uc为56 ，根据57 可得光电子的最大初动能图13.1-7图13.1-6W0图13.1-8例9 （2010浙江）在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图13.1-8所示。则可判断出() A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D甲光对应的光电子最大初动能大

16、于丙光的光电子最大初动能例10 研究光电效应规律的实验装置如图13.1-9所示，以频率为的光照射光电管阴极K时，有光电子产生由于光电管K、A间加的是反向电压，光电子从阴极K发射后将向阳极A作减速运动光电流i由图中电流计G测出，反向电压U由电压表V测出当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U0在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是（ ） 图16.1-94.光电效应的应用光电管：光电管可将光信号转化为电信号，从而实现自动化控制例11 在图13.1-10所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应，

17、那么（）A.A光的频率大于B光的频率B.B光的频率大于A光的频率C.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向bD.用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a图13.1-10例12 如图13.1-11所示，这是工业生产中大部分光电控图13.1-11制设备用到的光控继光器的示意图，它由电源、光电管、放大器、电磁继电器等几部分组成，(1)示意图中，b端应是电源的 极(2)光控继电器的原理是：当光照射光电管时, (3)当用绿光照射光电管的阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法正确的是：（ ）A若增大绿光的照射强度，光电子最大初动能增大B若增大绿光的照射强度，电路中光电流增大C改用比绿光

18、波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D改用比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流三.创新与应用范例例13(显微镜的分辨本领)现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d/n，其中n1。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的（ ）A B. C. D. 例14（光辐射模型）太阳光垂直射到地面上时，1m2的地面上接受的太阳光的功率为1kW，其中可见光部分约占45%.假设认为可见光的波长约为0.55，日地间距离. 普朗克恒量，估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少？若已知地

19、球的半径r，估算地球接受的太阳光的总功率. 四、能力综合训练营1.(2009辽宁宁夏)关于光电效应,下列说法正确的是( )A.极限频率越大的金属材料逸出功越大B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多2.科学研究证明,光子具有能量也具有动量,当光子与电子碰撞时,光子的一些能量转移给电子.假设光子与电子碰撞前的波长为,碰撞后的波长为,则碰撞过程中( )A.能量守恒,动量守恒,且=B.能量不守恒,动量不守恒,且=C.能量守恒,动量守恒,且3.已知能使某金属产生光

20、电效应的极限频率为0，（ ）A当用频率为20的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B当用频率为20的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为h0C当照射光的频率v大于0时，若v增大，则逸出功增大D当照射光的频率v大于0时，若v增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍4.用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能随入射光频率变化的图象。已知钨的逸出功是，锌的逸出功是，若将二者的图线画在同一个坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的图是如图13.1-12所示中的（ ）图13.1-125.现有a、b、c三束单色光，其波长关系为abc。用b光束

21、照射某种金属时，恰能发生光电效应。若分别有a光束和c光束照射该金属，则可以断定( ) A.a光束照射时，不能发生光电效应B.c光束照射时，不能发生光电效应C.a光束照射时，释放出的光电子数目最多D.c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小62002年诺贝尔物理学奖中的一项，是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴晶俊发现了宇宙X射线源X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为，以h表示普朗克常量，c表示真空的光速，以E和m分别表示X射线每个光子的能量和质量，则( ) 7.真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾(其极限波长分别为1和2)制成，板面积为S，间距为d。现用波长为 (12）

22、的单色光持续照射两板内表面，则电容器的最终带电量Q正比于（ ） A. B. C. D. 8. (1)已知某种紫光的波长是440 nm，要使电子的德布罗意波长为这种紫光波长的万分之一，电子的速度应为多大?要把电子从静止加速到这样的速度，加速电压是多少?(2)电子的质量me9.01031kg，测定其速度的不确定量为2106m/s，求其位置的不确定量.9.波长为=0.17 m的紫外线照射至金属圆筒上使其发射光电子,光电子在磁感应强度为B的匀强磁场中,做最大半径为r的匀速圆周运动时,已知rB=5.610-6 Jm,光电子的质量m=9.110-31 kg,电荷量e=1.610-19 C,求(1)每个光电

23、子的能量.(2)金属筒的逸出功.10.（2010江苏）在(1)研究光电效应的电路如图13.1-13所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是_ 图13.1-13(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小_(选填“增大”“减小”或“不变”)，原因是_ _.(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为3.40 eV和1.51 eV，金属钠的截止频率为5.531014 Hz，普朗克常量h6.63103

24、4 Js.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应参考答案一. 知识点自测填空 1一切 2任何 3电磁波 4温度 5全部吸收 6反射 7峰值 8增加 9越大 10较短 11普朗克 12 h 13频率 14电子 15光电子 16极限或截止 17大于 18强度 19频率 20瞬时 21强度 22强度 23光量子 24光子 25 26 27最大初动能 28逸出功 29 30粒子性 31动量 32动量和能量 33波动性 34粒子性 35波粒二象性 36波动性 37粒子性 38越低 39越长 40越高 41越短 42粒子性 43波动性 44概率波 4

25、5 46实物 47场 48 49xph/4二知识交互应用点 50单位时间 51单位面积 52横轴上的截距 53纵轴上截距的负值54斜率 55饱和光电流 56遏制电压 57 三. 例题答案及部分解答例1 A例2 AD例3 B例4 BD 解析：只有当光频大于极限频率，能够发生光电效应时，光强越大，单位时间内锌板上发射的光电子才越多，A错.肥皂泡的彩色是光的干涉造成的，B正确.由物质波知识可得C错误，D正确.例5 ABD例6 AB例7 A例8 每秒钟内由极发射的光电子数 阴极金属的逸出功 光电子的最大初动能 由动能定理 则电子到达A极的最大动能 入射光强度增到原来的三倍，但光子的能量不变，光电管阳极

26、A和阴极之间的电势差不变，则到达A 极时最大动能不变，仍为 例9 B由题图可知，甲、乙两光对应的反向截止电压均为Uc2，由爱因斯坦光电效应方程EkmhW逸及eUc20Ekm可知甲、乙两光频率相同，且均小于丙光频率，A、C两项均错；甲光频率小，则甲光对应光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能，D项错误；乙光频率小于丙光频率，故乙光的波长大于丙光的波长，B项正确例10 B例11 AC例12 (1)正(2)有光电流产生，放大器将光电管中产生的电流放大后，使铁芯M磁化，将衔铁N吸住(3) BD例13 D 解析：由德布罗意波长=，即=，U=，D选项正确。例14设地面上垂直阳光的1m2面积上每秒钟接收

27、的可见光光子数为n，则有解得设想一个以太阳为球心，以日、地距离为半径的大球面包围着太阳. 大球面接受的光子数即等于太阳辐射的全部光子数，则所求可见光光子数地球背着阳光的半个球面没有接收太阳光，地球向阳的半个球面面积也不都与太阳光垂直. 接收太阳光辐射且与阳光垂直的有效面积是以地球半径为半径的圆平面的面积，则地球接收阳光的总功率.点拨：本题求解关键要明确两点：一是运用能量的转化和守恒原理，正确求得可见光光子数；二是正确建立模型，即以太阳为球心、日地距离为半径的球面模型和以地球半径为半径的圆平面面积模型.四、能力综合训练营1. A2. C3. AB4. B5. A 6D7. D8. 由德布罗意波长

28、公式 得电子速度 由动能定理 得加速电压为800V 由不确定关系 得电子的位置不确定量 9.答案:(1)4.4110-19 J (2)7.310-19 J10. (1)C(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)(3)不能原因见解析解析：(1)由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，A、B两项错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以C项正确，D项错误(2)光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(或需要克服逸出功)，所以光电子的动量减小(3)氢原子放出的光子能量EE3E2，代入数据得E1.89 eV金属钠的逸出功W

29、0hc，代入数据得W02.3 eV因为EW0，所以不能发生光电效应13.2 原子 原子核一. 知识点自测填空1.原子的核式结构(1)电子的发现：英国物理学家1汤姆孙通过阴极射线的研究发现电子，说明原子是可分的.(2)电子电荷的精确测定：美国物理学家2密立根通过“油滴”实验测得电子电荷约为31.610-19C(2)汤姆孙原子模型（枣糕模型）：原子是一个4球体，正电荷5均匀分布，电子对称嵌在原子里；图13.2-1(3) a粒子散射实验实验装置：如图13.2-1所示实验结果：6绝大多数的a粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进；7少数a粒子发生了大角度偏转，偏转角度甚至大于90o，被反弹回来；(4)卢

30、瑟福原子模型（核式结构模型）在原子的中心有一个很小的核，叫做8原子核，它集中了原子的全部9正电荷和几乎全部10质量，带负电的电子在核外空间里绕核旋转.从a粒子散射实验可以估计出原子核的大小约为11 10-15m例1 在卢瑟福的a粒子散射实验中，有少数a粒子发生大角度偏转其原因是( )A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中图13.2-2例2 （2011上海）卢瑟福利用粒子轰击金箔的实验研究原子结构，图13.2-2正确反映实验结果的示意图是（） 2.氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把

31、光按波长展开，获得光的12波长成分和13强度分布的记录，即光谱(2)光谱的分类：线状谱：光谱是一条条14亮线连续谱：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的15光带(3)特征谱线：不同原子的亮线位置16不同，说明不同的原子的发光频率是不一样的，因此这些亮线称为特征谱线(4)光谱分析：利用17原子特征谱线来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。(5)氢原子光谱的实验规律：巴尔末系是氢光谱在可见光区的谱线，其波长公式18(n=3,4,5,R是里德伯常量，R=1.10107m-1)例3 有关氢原子光谱的说法正确的是( )A.氢原子的发射光谱是连续光谱B.氢原子光谱说明氢原子只发出

32、特定频率的光C.氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D.氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关3.氢原子的能级(1)玻尔的原子模型定态假设：原子只能处于一系列19不连续的能量状态中，在这些状态中原子是20稳定的，电子虽绕核运动，但并不向外辐射能量，这些状态称为定态.跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要吸收或放出一定频率的光子，该光子的能量等于两个状态的能量差，即21轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的轨道是22稳定的。原子的能量状态量子化和对应的可能轨道分布量子化.即22（n=1，2，3）其中r1=0.5310-10m，E1=23-13.

33、6eV.n叫做24量子数注意：上述规律也适用于类氢结构的离子(2)能级：原子的各个定态的25能量值叫做它的能级. 氢原子能级如图所示13.2-3图13.2-3(3)基态和激发态：能量26最低的状态叫基态。其他能量状态叫激发态. 例4 （2011四川）氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃迁到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常量为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则（） A吸收光子的能量为h1h2 B辐射光子的能量为h1h2 C吸收光子的能量为h2h1D辐射光子的能量为h2h1 图13.2-4例5（2009全国II）氢原子的部分能级如图13.2-4所示。已知可见光的光子

34、能量在1.62 eV到3.11 eV之间。由此可推知,氢原子( )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例6 氦原子被电离一个核外电子，形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如图13.2-5所示。在具有下列能量的光子中，不能被基太氦离子吸收而发生跃迁的是（ ） A. 40.8eV B. 43.2eV C. 51.0eV D. 54.4eV图13.2-54.天然放射现象 衰变(1)

35、天然放射现象：原子序数大于或等于2683的所有天然存在的元素的27原子核都能28自发地发出射线的现象.首先由贝克勒尔发现。天然放射现象的发现，说明29原子核具有复杂的结构(2)衰变：某种元素原子核自发地放出射线粒子后，转变成30新的元素原子核的现象叫是原子核的衰变.(3)三种射线a射线：31氦原子核(He)，它的电离本领32很强，贯穿本领33很弱.射线：高速34电子流(e)，它的电离本领35较强，贯穿本领36较强.射线：波长极短的37电磁波，它的电离本领38很弱，贯穿本领39很强.(4)衰变规律a衰变：40XY+He，同时放出射线实质：原子核中412个质子和422个中子结合在一起同时放出衰变后

36、的新核质量数比原来少4，正电荷数减少两个，在元素周期表内的位置向前移两位.衰变：43XY+e，同时放出射线实质：1个44中子转化为1个45质子和1个46电子，放出电子衰变后的新核质量数不变，正电荷数比原来加1，它在元素周期表内的位置向后移一位.衰变：47衰变后的新核质量数不变，正电荷数比原来减1，它在元素周期表内的位置向前移一位.注意：a.衰变方程中两边的48质量数和49电荷数都守恒.b.衰变方程反应物一个，生成物两个(5)半衰期放射性元素的原子核有50半数发生衰变需要的时间，半衰期由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，与元素所处的51物理状态(如温度、压强)、52化学状态(如单质或化合物)

37、无关.半衰期公式53或54N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期(5)探测射线的方法：利用下列现象可以探知射线和各种运动粒子粒子使气体或液体55电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生56雾滴，过热液体会产生57气泡。如威尔逊云室、气泡室和盖革米勒计数器使照相乳胶58感光使荧光物质产生59荧光例7（2011浙江）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B射线是由原子核外电子电离产生C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应不能改变物质的放射性例8一个氡核Rn衰变成

38、钋核Po并放出一个粒子，其半衰期为3.8天。1 g氡经过7.6天衰变掉氡的质量，以及Rn衰变成Po的过程放出的粒子是( )A.0.25 g，粒子 B.0.75 g，粒子C.0.25 g，粒子 D.0.75 g，粒子5.原子核的人工转变(1)核反应：原子核在其它60粒子轰击下产生61新原子核的过程.(2)典型核反应：质子的发现(第一次实现原子核的人工转变)(1919年，卢瑟福) 62N+He O+H中子的发现(1932年，查德威克) 63Be+HeC+n人工放射性及正电子的发现(1934年，约里奥居里夫妇) 64Al+HeP+n PSi+e(正电子).注意：a.核反应遵守质量数和电荷数守恒.b.

39、核反应方程反应物两个，生成物两个(3)放射性同位素：具有相同的65质子数和不同66中子数的原子互称同位素.具有67放射性的同位素叫放射性同位素.放射性同位素的应用：利用放射性同位素放出的射线A.利用放出的射线检查金属部件是否存在砂眼裂痕等，即利用射线探伤.B.利用射线的贯穿本领与物质厚度和密度的关系，来检查各种产品的厚度和密封容器中的液体的高度等，从而实现自动控制.C.利用射线使空气电离而把空气变成导电气体，以消除化纤、 纺织品上的静电.D.利用射线照射植物，引起植物变异而培育良种，也可以利用它杀菌，治病(如放疗)等.做示踪原子：由于放射性同位素跟同种元素的非放射性同位素具有相同的化学性质，如

40、果在某种元素掺进一些放射性同位素，那么元素无论走到哪里，它的放射性同位素也经过同样的过程.而放射性元素不断放出射线，再利用仪器探测这些射线，即可知道元素的行踪.放射性污染和防护：过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用，如原子弹爆炸，核电站泄露等.为了防止一些人工合成的放射性物质以及一些天然物质所放出的过量放射性对人类和自然界的破坏，人们需要采取有效的防范措施.如：核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄；用过的核废料要放在很厚的重金属箱内，并埋在深海里等.例9（2010全国II）原子核与氘核反应生成一个粒子和一个质子由此可知()AA2，Z1 BA2，Z2CA3，Z3

41、 DA3，Z2例10（2011上海）天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图13.2-6所示，由此可推知（） 图13.2-6A来自于原子核外的电子B的电离作用最强，是一种电磁波C的电离作用较强，是一种电磁波D的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子6. 核力和核能(1)原子核的组成：由68质子和中子(核子)组成.核电荷数质子数、质量数质子数+中子数.(2)核力：69核子之间的相互作用力核力是70 短程力，作用范围在1.510-15m之内核力是71强相互作用的一种表现.核力的饱和性：每个核子只跟它的72相邻核子间才有核力的作用(3)核能：由于核子之间存在核力，所以原子核分裂成核子需要73

42、吸收能量，而核子结合成原子核需要74放出能量，这叫原子的结合能，称为核能.比结合能(平均结合能)：结合能与75核子数之比 (4)爱因斯坦质能方程核能的计算组成原子核的76核子的质量与77原子核的质量之差（或者参加核反应的原子核总质量与生成新原子核的总质量之差）叫质量亏损.mm1m2注意：原子核的质量亏损并不破坏质量守恒定律，光子具有动质量，与损失的质量相当（对应）.质能方程：78E= m c2 方程表明：物体的质量跟它的能量有一定的联系即物体具有的能量与它的质量存在着简单的正比关系.核子结合成原子核时出现了质量亏损(m)，正表明它们在互相结合过程中放出了能量(E). E与m之间的关系也符合质能

43、方程：79Emc2当m1u时E931.5MeV 记作801u931.5MeV.表示1u的质量(1.661027kg)与931.5MeV的能量相联系.注意：有些核反应是放能反应，也有一些核反应是吸能反应.例11（2009浙江） 氦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、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）A.核力、万有引力、库仑力 B.万有引力、库仑力、核力C.库仑力、核力、万有引力 D.核力、库仑力、万有引力例12中子和质子结合成氘核时，质量亏损为，相应的能量是氘核的结合能。下列说法正确的是（ ）A.用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为

44、一个质子和一个中子B.用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D.用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零7获得核能的途径：(1)重核的裂变：中子轰击81重原子核分裂成82中等质量的核，这种核反应叫裂变.常见的重核裂变如：MeV.链式反应：发生裂变放出中子，如果这些中子使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫链式反应.链式反应为核能的工业利用提供了可能性，原子反应堆就是在这基础上制

45、成的.链式反应发生的条件：为使链式反应能够发生就必须使产生的中子不能很快，否则易跑到反应体外而使反应中断，而且必须使铀块的体积必须83大于临界体积.(能发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积.) (2)轻核的聚变(热核反应)：两个84轻核结合成85质量较大的核叫做聚变.典型的聚变方程：轻核聚变的条件：距离在10-15米，即在核力的作用范围内，必须达到86高温(利用原子弹引起),从而实现轻核的聚变. 例13（2009天津）下列说法正确的是（ ）A是衰变方程 B是核聚变反应方程C是核裂变反应方程 D是原子核的人工转变方程 例14一个原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则下列叙

46、述正确的是 A.X原子核中含有 86个中子 B.X原子核中含有 141个核子 C.因为裂变时释放能量，根据E=mc2，所以裂变后的总质量数增加 D.因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 二、方法和技巧导引1.能级跃迁与光谱线(1) 氢原子跃迁时电子的动能、势能及能级（总能量）与半径的关系.原子能量：，随n（r）增大而87增大电子动能：电子绕氢原子核运动时静电力提供向心力，即，随r增大而88减小电势能：通过库仑力做功判断电势能的变化：半径减小时，库仑力做正功，电势能89减小；反之，半径增大时，电势能90增大(2)原子能级跃迁的条件：原子跃迁条件只适用于91光子和原子作用而使

47、原子在各定态之间跃迁的情况。不适用：对于光子和原子作用使氢原子电离时，只要入射光的能量92E13.6eV,氢原子就能吸收光子的能量而电离，入射光子能量越大，电离后电子具有的动能越大。实物粒子与原子作用使氢原子激发时，实物粒子的能量93大于或等于能极差即可(3)光谱线条数一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数为：94一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为95n-1例15 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

48、的能级图14.2-4可以判断，n 和 E 的可能值为( ) An=1，13.22eVE13.32eV Bn=2，13.22eVE13.32eV Cn=1，12.75eVE13.06eV Dn=2，12.75eVE13.06 eV例16 欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是（ ）A.用10.2 eV的光子照射B.用11 eV的光子照射C.用14 eV的光子照射D.用11 eV的电子碰撞2.衰变次数的判断对于a衰变和衰变次数的判断顺序，应先由反应质量数变化判断a衰变的次数，再由电荷数变化判断衰变的次数。例17（2012全国）经过m次a衰变和n次衰变，变成，则（ ）Am=7,n=3 Bm=7,

49、n=4 Cm=14,n=9 Dm=14,n=183.核反应中的能量的计算.(1)在研究原子核的转变时，核反应中质量数、电荷数守恒，能量的变化要应用质能方程.所以这方面问题一般要根据核反应前后质量数、核电荷数守恒，正确写出聚(裂)变反应方程，依据爱因斯坦质能方程求热核反应(或裂变)释放的能量.(2)正确写出核反应方程，由质量亏损和质能方程，求核反应中放出的能量.应注意所有的核反应都遵守质量数和电荷数守恒；质量亏损应该是反应前、后原子核质量之差，质量单位用“u”表示，能量单位一般用“eV”表示，其中1 u1.10-27 kg1 eV1.602210-19 J.(3)根据动量守恒定律和能量转化和守恒定律，求解核反应中生成粒子的动能.在核反应中，总伴随能量的转化，而动量守恒定律和能量守恒定律不仅适用于宏观世界，也同样适用于微观世界粒子的运动.例18三个原子核X、Y、Z，X核放出一个正电子后变为Y核，Y核与质子发生核反应后生成Z核并放出一个氦核（）,则下面说法正确的是（ ）A.X核比Z核多一个质子B.X核比Z核少一个中子C.X核的质量数比Z核质量数大3D.X核与Z核的总电荷是Y核电荷的2倍例19