（江蘇專用）2019版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12單元 原子物理學(xué)案

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1、 第12單元 原子物理 高考熱點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 要求 2014年 2015年 2016年 2017年 高考基礎(chǔ)要求及 冷點(diǎn)統(tǒng)計(jì) Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 光電效應(yīng) Ⅰ 35 (1) 35 (1) 35 (1) 19 氫原子光譜(Ⅰ) 氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式(Ⅰ) 放射性同位素(Ⅰ) 射線的危害與防護(hù)(Ⅰ) 氫原子光譜、放射性同位素、射線的危害與防護(hù)屬于了解類知識,一般不會單獨(dú)出題;氫原子的能級結(jié)構(gòu)和能級公式屬于難點(diǎn)、冷點(diǎn). 愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ⅰ 35 (

2、1) 35 (1) 35 (1) 19 原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期 Ⅰ 35 (1) 35 (1) 35 (1) 35 (1) 15 核力、核反應(yīng)方程 Ⅰ 35 (1) 35 (1) 結(jié)合能、質(zhì)量虧損 Ⅰ 35 (1) 17 15 裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆 Ⅰ 35 (1) 35 (1) 17 考情分析 1.從近幾年高考試題來看,高考對本章內(nèi)容的考查涉及的考點(diǎn)較多,具有不確定性

3、.考題可能根據(jù)某一考點(diǎn)命題,也可以同時涉及多個考點(diǎn),題型為選擇題的幾率很高,很少出現(xiàn)計(jì)算題. 2.從整體命題趨勢上看,高考對本部分的命題基本會保持原有命題思路,仍將以光電效應(yīng)、能級躍遷、核反應(yīng)方程、核能的分析與計(jì)算為命題重點(diǎn),在2019屆高考復(fù)習(xí)中應(yīng)多加關(guān)注. 第30講　波粒二象性　氫原子能級結(jié)構(gòu) 一、光電效應(yīng) 1.光電效應(yīng) 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現(xiàn)象,叫作光電效應(yīng),發(fā)射出來的電子叫作　　　　.? 2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)光子說:空間傳播的光的能量是不連續(xù)的,是一份一份的,每一份叫作一個光子.光子的能量為ε=　　　　,其中h是普朗克常量,其值為6

4、.63×10-34 J·s.? (2)光電效應(yīng)方程:　　　　　　.其中hν為入射光的能量,Ek為光電子的最大初動能,W0是金屬的逸出功.? 二、光的波粒二象性 1.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有　　　　性.? 2.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有　　　　性.? 3.光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的　　　　性.? 三、玻爾理論與氫原子的能級 1.玻爾理論 (1)定態(tài):原子只能處于一系列　　　　的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是　　　　的,電子雖然繞核運(yùn)動,但并不向外輻射能量.? (2)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時,它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這

5、兩個定態(tài)的能量差決定,即hν=　　　　.(h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s)? (3)軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng).原子的定態(tài)是　　　　的,因此電子的可能軌道也是　　　　的.? 2.氫原子的能級和軌道半徑 (1)氫原子的能級公式:En=E1(n=1,2,3,…),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為E1=　　　　eV.? (2)氫原子的半徑公式:rn=　　　　(n=1,2,3,…),其中r1為基態(tài)半徑,又稱玻爾半徑,其數(shù)值為r1=0.53×10-10 m.? (3)氫原子的能級圖:能級圖如圖30-1所示. 圖30-1 【思維辨析】 (1

6、)電子槍發(fā)射電子的現(xiàn)象就是光電效應(yīng). (　　) (2)不同的金屬對應(yīng)著相同的極限頻率. (　　) (3)核外電子雖然繞核運(yùn)動,但并不向外輻射能量. (　　) (4)核外電子可以吸收或放出任意頻率的光子. (　　) 【思維拓展】 玻爾的氫原子能級理論成功解釋了氫原子光譜不連續(xù)的特點(diǎn),解釋了當(dāng)時出現(xiàn)的“紫外災(zāi)難”.該理論也可解釋其他原子光譜現(xiàn)象嗎? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 考點(diǎn)一　對光電效應(yīng)的理解 1.光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì) 光子照射到金屬表面,某個電子吸收光子的能量后動能變大,當(dāng)電子的動能增大到足以克服原子核的引力時,便

7、飛出金屬表面成為光電子.光電效應(yīng)現(xiàn)象中,每個電子只能吸收一個光子的能量. 2.對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 (1)光照射金屬時,電子吸收一個光子(形成光電子)的能量后,動能立即增大,不需要積累能量的過程. (2)電子從金屬表面逸出,首先需克服金屬表面原子核的引力做功(逸出功W).要使入射光子的能量不小于W,對應(yīng)頻率νc=為極限頻率. (3)光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大. (4)入射光越強(qiáng),單位時間內(nèi)入射到金屬表面的光子數(shù)越多,產(chǎn)生的光電子數(shù)越多,射出的光電子做定向移動時形成的光電流越大. 3.概念辨析 4.用圖像表示光電效應(yīng)方程 (1)最大初動能Ek與入射光頻率ν的

8、關(guān)系圖線如圖30-2所示. 圖30-2 (2)由圖線可以得到的物理量: ①極限頻率:圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc. ②逸出功:圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的絕對值W0=|-E|=E. ③普朗克常量:圖線的斜率k=h. 1 (多選)[2017·全國卷Ⅲ] 在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應(yīng)的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量.下列說法正確的是 (　　) A.若νa>νb,則一定有Uaνb,則一定有Eka>Ekb C.若Uaν

9、b,則一定有hνa-Eka>hνb-Ekb 式題 (多選)[2017·湖北八校一聯(lián)] 如圖30-3甲所示,在“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)用相同頻率的單色光,分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管,結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng).圖乙為其中一個光電管的遏止電壓Uc隨照射光頻率ν變化的函數(shù)關(guān)系圖像.對于這兩個光電管,下列判斷正確的是 (　　) 圖30-3 A.因?yàn)椴煌牧系囊莩龉Σ煌?所以遏止電壓Uc不同 B.光電子的最大初動能不同 C.因?yàn)楣鈴?qiáng)不確定,所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同,飽和光電流也可能相同 D.兩個光電管的Uc-ν圖像的斜率可能不同 ■ 要點(diǎn)總結(jié) 分析光電效應(yīng)問題抓

10、住兩條對應(yīng)關(guān)系和三個關(guān)系式 (1)兩條對應(yīng)關(guān)系 ①光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大. ②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大. (2)三個關(guān)系式 ①愛因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=hν-W0. ②最大初動能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc. ③逸出功與極限頻率的關(guān)系:W0=hν0. 考點(diǎn)二　光的波粒二象性 1.對光的波粒二象性的理解 光既有波動性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機(jī)的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為: (1)從數(shù)量上看:個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性;大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性. (2)從頻率上看:頻率越低波動性越顯著,越容易看到光的干涉和

11、明顯的衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不容易看到光的干涉和明顯的衍射現(xiàn)象,貫穿本領(lǐng)越強(qiáng). (3)從傳播與作用上看:光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性;在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)出粒子性. (4)波動性與粒子性的統(tǒng)一:由光子的能量E=hν,光子的動量p=表達(dá)式也可以看出,光的波動性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的粒子能量和動量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ. (5)理解光的波粒二象性時不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波,也不可把光當(dāng)成微觀概念中的粒子. 2.概率波與物質(zhì)波 (1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光

12、子到達(dá)概率小的地方,因此光波是一種概率波. (2)物質(zhì)波:任何一個運(yùn)動著的物體,小到微觀粒子,大到宏觀物體,都有一種波與它對應(yīng),其波長λ=,p為運(yùn)動物體的動量,h為普朗克常量. 2 能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是 (　　) A.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng) B.光的衍射和光的色散 C.光的折射和透鏡成像 D.光的干涉和康普頓效應(yīng) 式題 (多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征,以下說法正確的有 (　　) A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性 C.黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動性解釋 D.動能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長也相

13、等 考點(diǎn)三　能級的分析與計(jì)算 1.氫原子躍遷條件 氫原子躍遷條件hν=Em-En只適用于光子和氫原子作用而使氫原子在各定態(tài)之間躍遷的情況.對于光子和氫原子作用而使氫原子電離時,只要入射光的能量E≥13.6 eV,氫原子就能吸收光子的能量,對于實(shí)物粒子與原子作用使氫原子激發(fā)時,實(shí)物粒子的能量大于或等于能級差即可. 2.氫原子躍遷時能量的變化 (1)氫原子能量:En=Ekn+Epn=,隨n增大而增大,其中E1=-13.6 eV. (2)電子動能:電子繞氫原子核運(yùn)動時庫侖力提供向心力,即k,所以Ek=隨r增大而減小. (3)電勢能:通過庫侖力做功判斷電勢能的增減.當(dāng)軌道半徑減小時,庫侖

14、力做正功,電勢能減小;反之,軌道半徑增大時,電勢能增加. 3.光譜線條數(shù) (1)一群氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)為N=. (2)一個氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n-1). 3 如圖30-4所示為氫原子的能級圖,以下判斷正確的是 (　　) 圖30-4 A.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的光子 B.欲使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā),可用能量為12.09 eV的光子照射 C.當(dāng)氫原子從n=5能級躍遷到n=3能級時,要吸收光子 D.用氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光照射金屬鉑(逸出功為6.34 eV)時不能發(fā)生光電效應(yīng) 式題1 (多選)[2017·山西

15、太原模擬] 氫原子的能級圖如圖30-5所示,已知可見光的光子能量范圍約為1.62~3.11 eV.下列說法正確的是 (　　) 圖30-5 A.處于n=3能級的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線,并發(fā)生電離 B.大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,可能發(fā)出可見光 C.大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時,可能發(fā)出6種不同頻率的光 D.一個處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷時,最多能發(fā)出3種不同頻率的光 式題2 氫原子的能級圖如圖30-6所示.氫原子從n=3能級直接向n=1能級躍遷所放出的光子,恰能使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),則該金屬的截止頻率為　　　　Hz;用一群處于n=4能級的氫

16、原子向低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬,產(chǎn)生的光電子最大初動能為　　　　eV.(普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)? 圖30-6 第31講　核反應(yīng)、核能 一、原子核與衰變 1.原子核的組成:原子核是由　　　　和中子組成的,原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的　　　　.? 2.天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象 元素　　　　地放出射線的現(xiàn)象,首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn).天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),說明　　　　具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu).? (2)放射性和放射性元素 物質(zhì)發(fā)射某種看不見的射線的性質(zhì)叫　　　　.具有放射性的元素叫放射性元素.? (3)三種射線:放射性元素放射

17、出的射線共有三種,分別是　　　　、β射線、γ射線.? (4)放射性同位素:有　　　　放射性同位素和人工放射性同位素兩類,放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同.? 3.原子核的衰變 (1)衰變:原子核放出α粒子或β粒子,變成另一種　　　　的變化稱為原子核的衰變.? (2)分類 α衰變XY+　　　　.? β衰變XY+　　　　.? (3)半衰期:放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間.半衰期由原子核內(nèi)部的因素決定,跟原子所處的　　　　、　　　　狀態(tài)無關(guān).? 二、核力與核能 1.核力 核子間的作用力.核力是　　　　力,作用范圍在1.5×10-15 m之內(nèi),只在相鄰的核子間發(fā)生作用.?

18、2.核能 (1)結(jié)合能:核子結(jié)合為原子核時　　　　的能量或原子核分解為核子時　　　　的能量,叫作原子核的結(jié)合能,亦稱核能.? (2)比結(jié)合能: ①定義:原子核的結(jié)合能與　　　　之比,稱作比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能.? ②特點(diǎn):不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核　　　　.? 3.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損 愛因斯坦質(zhì)能方程E=　　　　,原子核的質(zhì)量比組成它的核子的質(zhì)量和小Δm,這就是質(zhì)量虧損.由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能ΔE=　　　　.? 三、裂變與聚變 1.重核裂變 (1)定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的

19、原子核的過程. (2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件:裂變物質(zhì)的體積　　　　臨界體積.? (3)典型的裂變方程n. (4)裂變的應(yīng)用:原子彈、核反應(yīng)堆. 2.輕核聚變 (1)定義:兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量數(shù)較大的原子核的反應(yīng)過程. (2)條件:使核發(fā)生聚變需要幾百萬度以上的高溫,因此聚變又叫　　　　.? (3)典型的聚變方程n. (4)聚變的應(yīng)用:氫彈. 【思維辨析】 (1)天然放射現(xiàn)象說明原子是可分的. (　　) (2)人們認(rèn)識原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的. (　　) (3)如果某放射性元素的原子核有100個,經(jīng)過一個半衰期后還剩50個. (　　) (4)質(zhì)能方程表明在一定條

20、件下,質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量. (　　) 【思維拓展】 核能的計(jì)算是原子物理的重點(diǎn)知識和高考的熱點(diǎn)問題,都有哪些方法可以求核反應(yīng)中的能量呢? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　? 【物理學(xué)史】 1896年,法國物理學(xué)家貝可勒爾用鈾鹽樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象. 1897年,英國物理學(xué)家湯姆孫從陰極射線的研究中證實(shí)了電子的存在. 1898年,居里夫婦證明含有鈾元素的化合物都具有放射性,并由此發(fā)現(xiàn)了“鐳”. 1911年,盧瑟福公開α粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)論,建立原子核式結(jié)構(gòu)模型. 1919年,盧瑟福首次實(shí)現(xiàn)人工核反應(yīng),用α粒子轟擊

21、氮核,結(jié)果打出了“質(zhì)子”. 1932年,英國物理學(xué)家查德威克從α粒子轟擊鈹?shù)暮朔磻?yīng)過程中發(fā)現(xiàn)了“中子”. 考點(diǎn)一　核反應(yīng)方程 1.核反應(yīng)的四種類型 類型 可控性 核反應(yīng)方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) He β衰變 自發(fā) e 人工轉(zhuǎn)變 人工控制 H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子) n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子) n 約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素及正電子 e 重核裂變 比較容易進(jìn)行人工控制　　 n n 輕核聚變 除氫彈外無法控制 n 2.關(guān)于核反應(yīng)的三點(diǎn)說明 (1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的,所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向,不能用等號連接

22、. (2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程. (3)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒(而不是質(zhì)量守恒),核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化. 1 [2017·天津卷] 我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證,這是我國對國際熱核聚變項(xiàng)目的重大貢獻(xiàn).下列核反應(yīng)方程中屬于聚變反應(yīng)的是 (　　) 圖31-1 A.n B.H C.n D.n 式題 下列有關(guān)原子結(jié)構(gòu)和原子核的認(rèn)識,正確的是 (　　) A.γ射線是高速運(yùn)動的電子流 B.氫原子輻射光子后,其繞核運(yùn)動的電子動能增大 C.太陽輻射

23、能量的主要來源是太陽中發(fā)生的重核裂變 D.Bi的半衰期是5天,100克Bi經(jīng)過10天后還剩下50克 考點(diǎn)二　對天然放射現(xiàn)象的理解 1.α衰變、β衰變的比較 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 He e 衰變實(shí)質(zhì) 2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成氦核 nHe 1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子 e 勻強(qiáng)磁場中軌跡形狀 衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒 2.三種射線的比較 　　　射線名稱 比較項(xiàng)目　　　 α射線 β射線 γ射線 組成 高速氦核流 高速電子流 光子流 (高頻電磁波) 帶電荷量　 2e -e 0 質(zhì)量

24、 4mp 靜止質(zhì)量為零 符號 He e γ 速度 0.1c 0.99c c 垂直進(jìn)入電場或磁場的偏轉(zhuǎn)情況 偏轉(zhuǎn) 偏轉(zhuǎn) 不偏轉(zhuǎn) 貫穿本領(lǐng) 最弱 較強(qiáng) 最強(qiáng) 對空氣的電離作用　　　　 很強(qiáng) 較弱 很弱 [說明] γ射線是伴隨著α衰變或β衰變產(chǎn)生的,γ射線不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù),其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變時,產(chǎn)生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出的光子. 2 [2017·全國卷Ⅱ] 一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核,衰變方程為He.下列說法正確的是 (　　) A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能 B

25、.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小 C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)歷的時間 D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量 式題 實(shí)驗(yàn)觀察到,靜止在勻強(qiáng)磁場中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變,衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,運(yùn)動方向和軌跡示意圖如圖31-2所示,則軌跡1為　　　　的軌跡,軌跡2是　　　　的軌跡,磁場方向　　　　　　　　.? 圖31-2 考點(diǎn)三　核能的計(jì)算 1.對質(zhì)能方程的理解 (1)質(zhì)能方程E=mc2給出了物體的能量和質(zhì)量之間的關(guān)系,質(zhì)量為m的物體具有的總能量為mc2,質(zhì)量和能量不能互相轉(zhuǎn)化. (2)“質(zhì)量與能量間存在著簡單的正比

26、關(guān)系”,即物體的質(zhì)量(這里指動質(zhì)量)越大,能量越多,反之物體的質(zhì)量越小,能量也越少;當(dāng)物體放出能量時,滿足ΔE=Δmc2. 2.求核能的三種方法: (1)根據(jù)ΔE=Δmc2計(jì)算.若Δm的單位是 kg,計(jì)算時,c的單位是 m/s,ΔE的單位是J;若Δm的單位是原子質(zhì)量單位u, 利用1 u相當(dāng)于931.5 MeV,用ΔE=Δm×931.5 MeV進(jìn)行計(jì)算,ΔE的單位是MeV,1 MeV=1.6×10-13 J. (2)根據(jù)比結(jié)合能計(jì)算.原子核的結(jié)合能=比結(jié)合能×核子數(shù). (3)結(jié)合動量守恒定律和能量守恒定律進(jìn)行分析計(jì)算,此時要注意動量與動能關(guān)系式p2=2mEk的應(yīng)用. [溫馨提示] 利用

27、質(zhì)能方程計(jì)算核能時,不能用質(zhì)量數(shù)代替質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算. 3 [2017·全國卷Ⅰ] 大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電.氘核聚變反應(yīng)方程是H的質(zhì)量為2.013 6 u,n的質(zhì)量為1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚變反應(yīng)中釋放的核能約為 (　　) A.3.7 MeV B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 式題 太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著4個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應(yīng),這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源.(mp=1.007 3 u,mα=4.001 5 u,me=0.000 55 u,太陽的質(zhì)量為2×1030 kg)

28、 (1)這一核反應(yīng)能釋放出多少能量? (2)已知太陽每秒釋放能量為3.8×1026 J,則太陽每秒減小的質(zhì)量為多少? (3)若太陽質(zhì)量減小萬分之三時熱核反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行,則太陽上的熱核反應(yīng)還能發(fā)生多少年? 考點(diǎn)四　核反應(yīng)中的動量守恒問題 (1)核反應(yīng)過程遵循能量守恒定律:在無光子輻射的情況下,核反應(yīng)中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能;有光子輻射的情況下,核反應(yīng)中釋放的核能將轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能及光子的能量.一般認(rèn)為核反應(yīng)放出的能量與反應(yīng)前原子核的動能之和等于反應(yīng)后原子核的總動能. (2)

29、核反應(yīng)過程遵循動量守恒定律:即反應(yīng)前原子核的總動量等于反應(yīng)后原子核的總動量. (3)解決核反應(yīng)與動量及能量綜合的問題時,首先應(yīng)用質(zhì)能方程求出核反應(yīng)釋放出的核能,其次根據(jù)動量守恒定律和能量守恒定律列出相應(yīng)的方程,最后聯(lián)立求解. 4 [2017·北京卷] 在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次α衰變.放射出的α粒子He)在與磁場垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動,其軌道半徑為R.用m、q分別表示α粒子的質(zhì)量和電荷量. (1)放射性原子核用X表示,新核的元素符號用Y表示,寫出該α衰變的核反應(yīng)方程. (2)α粒子的圓周運(yùn)動可以等效成一個環(huán)形電流,求圓周運(yùn)動的周期和環(huán)形電流大小.

30、(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為α粒子和新核的動能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過程的質(zhì)量虧損Δm. 式題1 海水中含有豐富的氘,完全可充當(dāng)未來的主要能源.兩個氘核的核反應(yīng)方程為n,其中氘核的質(zhì)量為2.013 0 u,氦核的質(zhì)量為3.015 0 u,中子的質(zhì)量為1.008 7 u.(1 u相當(dāng)于931.5 MeV) (1)求核反應(yīng)中釋放的核能. (2)在兩個氘核以相等的動能0.35 MeV進(jìn)行對心碰撞并且核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況下,求反應(yīng)中產(chǎn)生的中子和氦核的動能.

31、 式題2 (多選)[2018·武漢一中月考] 云室能顯示射線的徑跡,把云室放在磁場中,從帶電粒子運(yùn)動軌跡的彎曲方向和半徑大小就能判斷粒子的屬性.放射性元素的原子核A靜止放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.5 T的勻強(qiáng)磁場中,該原子核發(fā)生衰變,放射出粒子并變成新原子核B,放射出的粒子與新核運(yùn)動軌跡如圖31-3所示,測得兩圓的半徑之比R1∶R2=42∶1,且R1=0.2 m.已知α粒子質(zhì)量mα=6.64×10-27 kg,β粒子質(zhì)量mβ=9.1×10-31 kg,普朗克常量h取6.6×10-34 J·s,下列說法正確的是 (　　) 圖31-3 A.新原子

32、核B的核電荷數(shù)為84 B.原子核A發(fā)生的是β衰變 C.衰變放出的粒子的速度大小為2.4×107 m/s D.如果原子核A衰變時釋放出一種頻率為1.2×1015 Hz的光子,那么這種光子能使逸出功為4.54 eV的金屬鎢發(fā)生光電效應(yīng) 教師詳解(聽課手冊) 第十二單元　原子物理 第30講　波粒二象性　氫原子能級結(jié)構(gòu) 【教材知識梳理】 核心填空 一、1.光電子　2.(1)hν　(2)Ek=hν-W0 二、1.波動　2.粒子　3.波粒二象 三、1.(1)不連續(xù)　穩(wěn)定　(2)Em-En　(3)不連續(xù)

33、　不連續(xù) 2.(1)-13.6　(2)n2r1 思維辨析 (1)(×)　(2)(×)　(3)(√)　(4)(×) 思維拓展 玻爾的氫原子能級理論本身是以經(jīng)典理論為基礎(chǔ),其理論又與經(jīng)典理論相抵觸.它只能解釋氫原子的光譜,在解決其他原子的光譜上就遇到了困難,如把理論用于非氫原子時,理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符,且不能求出譜線的強(qiáng)度及相鄰譜線之間的寬度.這些缺陷主要是由于把微觀粒子(電子、原子等)看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn),從而把經(jīng)典力學(xué)規(guī)律強(qiáng)加于微觀粒子上(如軌道概念)而導(dǎo)致的. 【考點(diǎn)互動探究】 考點(diǎn)一 例1　BC　[解析] 由光電效應(yīng)方程可知Ek=hν-W0,該動能又會在遏止電壓下恰好減為零

34、,則eU=hν-W0,其中W0為逸出功,同種金屬的W0相同.若νa>νb,則Ua>Ub,故A錯誤;若νa>νb,根據(jù)Ek=hν-W0,可得Eka>Ekb,故B正確;若Uaνb,根據(jù)Ek=hν-W0可知hν-Ek=W0,由于是照射到同種金屬上,逸出功W0相同,故D錯誤. 變式題　ABC　[解析] 　不同的材料有不同的逸出功,所以遏止電壓Uc不同,選項(xiàng)A正確;由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得hν=W0+Ek,故選項(xiàng)B正確;在照射光的頻率大于極限頻率的情況下,發(fā)射出的光電子數(shù)與照射光的強(qiáng)度成正比,光強(qiáng)不確定,所以單位時間逸出的光電子數(shù)可能相同,

35、飽和光電流也可能相同,選項(xiàng)C正確;由Ek=hν-hν0=eUc,可得Uc=(ν-ν0),故圖線的斜率為相同的常數(shù),選項(xiàng)D錯誤. 考點(diǎn)二 例2　D　[解析] 光的干涉、光的衍射和光的折射現(xiàn)象證明了光的波動性,光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)證明了光的粒子性. 變式題　AB　[解析] 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律只能用光的粒子性解釋,普朗克用能量子理論分析,結(jié)果與事實(shí)完全相符,選項(xiàng)C錯誤;由于Ek=mv2,p=mv,因此p=,質(zhì)子和電子動能相等,但質(zhì)量不等,故動量p也不等,根據(jù)德布羅意波長λ=可知,二者的德布羅意波長不同,選項(xiàng)D錯誤. 考點(diǎn)三 例3　B　[解析] 氫原子躍遷時,輻射或吸收一定頻率的光子,選項(xiàng)A

36、錯誤;用能量為12.09 eV的光子照射時,n=1能級與n=3能級能量之差為-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,所以能發(fā)生躍遷,選項(xiàng)B正確;氫原子從高能級躍遷到低能級時放出光子,選項(xiàng)C錯誤;氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級輻射出的光子的能量E=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV>6.34 eV,而使金屬發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子的能量大于電子的逸出功,故可以發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)D錯誤. 變式題1　AC　[解析] 由于E3=-1.51 eV,紫外線的能量大于可見光的光子的能量,即E紫>E∞-E3=1.51 eV,故可以使處于n=3能級的氫原子電

37、離,A正確;大量氫原子從高能級向n=3能級躍遷時,輻射出的光子能量最大為1.51 eV,小于可見光的光子的能量,B錯誤;大量處于n=4能級的氫原子向低能級躍遷時發(fā)出=6種不同頻率的光,C正確;一個處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷時最多能發(fā)出(3-1)=2種不同頻率的光,D錯誤. 變式題2　2.9×1015　0.66 [解析] 氫原子在能級間躍遷輻射的光子能量等于兩能級間的能量差,氫原子從n=3能級直接向n=1能級躍遷輻射出的光子的能量為E=E3-E1=12.09 eV,因所放出的光子恰能使某種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),則有hν0=12.09 eV,解得ν0=2.9×1015 Hz.當(dāng)光子能量等

38、于金屬的逸出功時,恰好發(fā)生光電效應(yīng),所以該金屬的逸出功W0=12.09 eV,氫原子從n=4能級向低能級躍遷所放出的光子能量最大為hνm=13.60 eV-0.85 eV=12.75 eV,根據(jù)光電效應(yīng)方程得光電子的最大初動能Ekm=hνm-W0=12.75 eV-12.09 eV=0.66 eV. 1.(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),當(dāng)用某一頻率的光照射時,有光電流產(chǎn)生.下列說法正確的是 (　　) A.保持照射光的頻率不變,照射光的強(qiáng)度變大,飽和光電流變大 B.照射光的頻率變高,飽和光電流變大 C.照射光的頻率變高,光電子的最大初動能變大 D.保持照射光的光強(qiáng)不

39、變,不斷減小照射光的頻率,始終有光電流產(chǎn)生 [解析] AC　根據(jù)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論,保持照射光的頻率不變,照射光的強(qiáng)度變大,飽和光電流變大;照射光的頻率變高,飽和光電流不變,故A正確,B錯誤.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得,照射光的頻率變高,光電子的最大初動能變大,故C正確.不斷減小照射光的頻率,若其低于截止頻率,則沒有光電流產(chǎn)生,故D錯誤. 2.(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性,下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動性的是 (　　) A.電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)后可以形成干涉圖樣 B.β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡 C.人們利用中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu) D.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)

40、 [解析] ACD　干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象,選項(xiàng)A、C正確;β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡不能反映波動性,選項(xiàng)B錯誤;電子顯微鏡利用了電子束波長短的特性,選項(xiàng)D正確. 3.(多選)氫原子能級圖如圖所示,當(dāng)氫原子從n=3能級躍遷到n=2能級時,輻射光的波長為656 nm.以下判斷正確的是 (　　) A.氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級時,輻射光的波長小于656 nm B.用波長為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1能級躍遷到n=2能級 C.一群處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線 D.用波長為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2能級躍遷到n=3能

41、級 [解析] ACD　根據(jù)氫原子的能級圖和能級躍遷規(guī)律,當(dāng)氫原子從n=2能級躍遷到n=1能級時,釋放的能量為=[-3.4-(-13.6)]×1.6×10-19 J,解得輻射光的波長λ=122 nm<656 nm,因此選項(xiàng)A正確;根據(jù)發(fā)生躍遷時只能吸收或輻射一定頻率的光子,可知選項(xiàng)B錯誤,選項(xiàng)D正確;一群處于n=3能級的氫原子向低能級躍遷時可以產(chǎn)生3種不同頻率的光子,所以選項(xiàng)C正確. 4.如圖甲所示,合上開關(guān),用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零.調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時,電流表讀數(shù)仍不為零,當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時,電流表讀

42、數(shù)為零.把電路改為圖乙,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時,逸出功及電子到達(dá)陽極時的最大動能分別為 (　　) A.1.5 eV,0.6 eV B.1.7 eV,1.9 eV C.1.9 eV,2.6 eV D.3.1 eV,4.5 eV [解析] C　對圖甲,用光子能量hν=2.5 eV的光照射陰極,電流表讀數(shù)不為零,則說明能發(fā)生光電效應(yīng),當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時,電流表讀數(shù)為零,則說明電子不能到達(dá)陽極,由動能定理知,最大初動能Ek=eU=0.6 eV,由光電效應(yīng)方程hν=Ek+W0,知W0=1.9 eV;對圖乙,當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時,電子到達(dá)陽極的最大動能Ek'=Ek+eU'=0

43、.6 eV+2 eV=2.6 eV,故C正確. 5.1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一.如圖所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡化圖,下列說法錯誤的是 (　　) A.亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方 B.該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的 C.該實(shí)驗(yàn)再次說明光子具有波動性 D.該實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動性 [解析] C　亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方,該實(shí)驗(yàn)說明物質(zhì)波理論是正確的,說明實(shí)物粒子具有波動性,但該實(shí)驗(yàn)不能說明光子具有波動性,選項(xiàng)C錯誤,A、B、D正確. 6.用頻率為ν的光照射光電管陰極時,產(chǎn)生的光電流隨陽極與陰極間所加電壓的變化規(guī)律

44、如圖所示,Uc為遏止電壓.已知電子電荷量為-e,普朗克常量為h,求: (1)光電子的最大初動能Ekm; (2)該光電管發(fā)生光電效應(yīng)的極限頻率νc. [答案] (1)eUc　(2)ν- [解析] (1)光電子在光電管內(nèi)減速,由動能定理有 -eUc=-Ekm 光電子的最大初動能Ekm=eUc. (2)由光電效應(yīng)方程得Ekm=hν-W 其中逸出功W=hνc 解得νc=ν-. 第31講　核反應(yīng)、核能 【教材知識梳理】 核心填空 一、1.質(zhì)子　質(zhì)子數(shù) 2.(1)自發(fā)　原子核　(2)放射性　(3)α射線　(4)天然 3.(1)原子核　(2e　(3)物理　化學(xué) 二、1.短

45、程 2.(1)釋放　吸收　(2)①核子數(shù)?、谠椒€(wěn)定 3.mc2　Δmc2 三、1.(2)大于或等于　(3)10 2.(2)熱核反應(yīng)　(3He 思維辨析 (1)(×)　(2)(×)　(3)(×)　(4)(×) 思維拓展 1.根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,注意:這里質(zhì)量單位要用 kg,能量單位用J. 2.利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算,1 u=1.660×10-27 kg,1 eV=1.6×10-19 J,1 u相當(dāng)于931.5 MeV. 3.根據(jù)能量守恒定律和動量守恒定律計(jì)算核能. 【考點(diǎn)互動探究】 考點(diǎn)一 例1　A　[解析]n是核聚變反應(yīng)方程,A正確H是原子核的人工轉(zhuǎn)

46、變反應(yīng)方程,B錯誤n是居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性的核反應(yīng)方程,C錯誤;n是鈾核裂變的反應(yīng)方程,D錯誤. 變式題　B　[解析] γ射線是光子流,選項(xiàng)A錯誤;太陽輻射能量主要來源于核聚變,選項(xiàng)C錯誤;100 g g=25 g,選項(xiàng)D錯誤. 考點(diǎn)二 例2　B　[解析] 衰變過程動量守恒,生成的釷核的動量與α粒子的動量等大反向,根據(jù)Ek=,可知衰變后釷核的動能小于α粒子的動能,所以B正確,A錯誤;半衰期是一半數(shù)量的鈾核衰變需要的時間,C錯誤;衰變過程放出能量,質(zhì)量發(fā)生虧損,D錯誤. 變式題　電子　新核　垂直于紙面向里 [解析] 帶電粒子在磁場中只受洛倫茲力,洛倫茲力充當(dāng)向心力,即qvB=m,則

47、半徑R=.β衰變過程動量守恒,而qβR新,所以軌跡1為電子的軌跡,軌跡2是新核的軌跡.由左手定則可以判斷,磁場方向垂直于紙面向里. 考點(diǎn)三 例3　B　[解析] 氘核聚變反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=2.013 6 u×2-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能E=0.003 5×931 MeV≈3.3 MeV,選項(xiàng)B正確. 變式題　(1)24.78 MeV　(2)4.2×109 kg (3)4.4×109年 [解析] (1)太陽內(nèi)部的核反應(yīng)方程為e 這一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=4mp-mα-2me=0.026 6 u 釋放

48、的能量ΔE=Δmc2=0.026 6×931.5 MeV≈24.78 MeV. (2)由E=mc2得,太陽每秒減少的質(zhì)量 m= kg≈4.2×109 kg. (3)太陽的質(zhì)量為2×1030 kg,太陽上的熱核反應(yīng)還能發(fā)生的時間 t= s≈1.4×1017s=4.4×109年. 考點(diǎn)四 例4　(1He (2)　(3) [解析] (2)設(shè)α粒子的速度大小為v,由qvB=m,T=,得α粒子在磁場中運(yùn)動周期T= 環(huán)形電流大小I= (3)由qvB=m,得v= 設(shè)衰變后新核Y的速度大小為v',系統(tǒng)動量守恒,得 Mv'-mv=0 則v'= 由Δmc2=mv2 得Δm= 說明:

49、若利用M=m解答,亦可. 變式題1　(1)2.14 MeV　(2)2.13 MeV　0.71 MeV [解析] (1)核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm=2mH-mHe-mn 由ΔE=Δmc2可知釋放的核能 ΔE=(2mH-mHe-mn)c2=2.14 MeV. (2)把兩個氘核作為一個系統(tǒng),碰撞過程系統(tǒng)的動量守恒,由于碰撞前兩氘核的動能相等,其動量等大反向,因此反應(yīng)后系統(tǒng)的總動量為零,即mHevHe+mnvn=0 反應(yīng)前后系統(tǒng)的總能量守恒,即=ΔE+2EkH 又因?yàn)閙He∶mn=3∶1 所以vHe∶vn=1∶3 解得EkHe=0.71 MeV,Ekn=2.13 MeV. 變式題2　

50、ACD　[解析] 軌跡呈現(xiàn)外切,所以放射出的粒子帶正電,即發(fā)生α衰變,B錯誤;因?yàn)閮蓤A的半徑之比R1∶R2=42∶1,R=,又衰變過程動量守恒,可得新原子核B的核電荷數(shù)為84,所以A正確;由R1=,得vα==2.4×107 m/s,所以C正確;根據(jù)E=hν可得,光子的能量為E光=7.92×10-19 J,鎢的逸出功為W逸=4.54×1.6×10-19 J≈7.26×10-19 J,光子能量大于鎢的逸出功,故鎢能發(fā)生光電效應(yīng),所以D正確. 1.下列核反應(yīng)方程中,屬于衰變的是 (　　) A. H B. He C. n D. n [解析] B　選項(xiàng)B屬于衰變,選項(xiàng)A屬于人工轉(zhuǎn)變,選項(xiàng)

51、C屬于輕核聚變,選項(xiàng)D屬于重核裂變,所以選項(xiàng)B正確. 2.(多選)[2017·江蘇卷] 原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示.根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有 (　　) A.He核的結(jié)合能約為14 MeV B.Li核更穩(wěn)定 C.兩個He核時釋放能量 D.Kr核中的大 [解析] BC　結(jié)合能等于比結(jié)合能乘以核子數(shù),故He核的結(jié)合能約為28 MeV,A錯誤;由圖像可知Li核的比結(jié)合能,故B正確;兩個He核,結(jié)合能增加,故一定存在質(zhì)量虧損,故要釋放能量,C正確Kr核中的,故D錯誤. 3.[2017·湖北武漢五月模擬] 下列說法正確的是 (　　) A.普朗克在研究黑體輻射問題時提出了光子說

52、B.康普頓在研究石墨中的電子對X射線的散射時發(fā)現(xiàn),有些散射波的波長比入射波的波長略大 C.由H可知,在密閉的容器中混合存放一定比例的氦氣和氮?dú)?幾天后將有氧氣生成 D.由HH+2.2 MeV可知,用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時,氘核將分解為一個質(zhì)子和一個中子 [解析] B　普朗克在研究黑體輻射問題時提出了能量子假說,選項(xiàng)A錯誤;核反應(yīng)不同于化學(xué)反應(yīng),選項(xiàng)C錯誤;核反應(yīng)方程不可逆,選項(xiàng)D錯誤. 4.圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的部分粒子的徑跡,氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里,則可判斷徑跡為a、b的粒子帶　　　　電,徑跡為c、d的粒子帶　　　　電

53、,所以徑跡為a、b的是　　　　粒子,徑跡為c、d的是　　　　粒子.? [答案] 正　負(fù)　α　β [解析] 磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里,根據(jù)左手定則推知,徑跡為a、b的粒子帶正電,徑跡為c、d的粒子帶負(fù)電,而α粒子帶正電,β粒子帶負(fù)電. 5.[2015·海南卷] 運(yùn)動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y.已知X、Y和α粒子的質(zhì)量分別是M、m1和m2,真空中的光速為c,α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速.求反應(yīng)后與反應(yīng)前的總動能之差以及α粒子的動能. [答案] (M-m1-m2)c2　 [解析] 設(shè)運(yùn)動的原子核Χ的速度為v1,放出的α 粒子速度為v2,由質(zhì)量虧損可得 =(M-m1-m2)c2 由動量守恒定律得 Mv1=m2v2 聯(lián)立解得 Ek= 18