2019届二轮复习　波粒二象性　原子与原子核课件（53张）（全国通用） 53页

专题五　近代物理 第 11 讲　波粒二象性　原子与原子核 答案 回忆知识 构建体系 ② 汤姆孙　卢瑟福　 hν ＝ E m － E n ( m > n ) 　 ③ 贝可勒尔　半衰期　卢瑟福　查德威克　约里奥－居里夫妇　 E ＝ mc 2 研究高考真题 突破高频考点 栏目索引 研究高考真题 1.(2018· 全国卷 Ⅱ ·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 1.28 × 10 － 19 J. 已知普朗克常量为 6.63 × 10 － 34 J·s ，真空中的光速为 3.00 × 10 8 m·s － 1 . 能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约 为 A.1 × 10 14 Hz B.8 × 10 14 Hz C.2 × 10 15 Hz D.8 × 10 15 Hz 【考点定位】 光电效应、逸出功、截止频率 【难度】 中等 解析 答案 √ 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 解析 　 设单色光的最低频率为 ν 0 ，由 E k ＝ hν － W 0 知 【考点定位】 核反应方程 【难度】 较易 2.(2018· 全国卷 Ⅲ ·14)1934 年，约里奥 — 居里夫妇用 α 粒子轰击铝 核 Al ，产生了第一个人工放射性核素 X ： α ＋ Al → n ＋ X.X 的原子序数和质量数分别 为 A.15 和 28 B.15 和 30 C.16 和 30 D.17 和 31 √ 解析 答案 1 2 3 4 5 3.(2017· 全国卷 Ⅰ ·17) 大科学工程 “ 人造太阳 ” 主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电 . 氘核聚变反应方程是 ： 已知 的 质量为 2.013 6 u ， 的 质量为 3.015 0 u ， 的 质量为 1.008 7 u,1 u ＝ 931 MeV/ c 2 . 氘核聚变反应中释放的核能约 为 A.3.7 MeV 　　　　　　 B.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV 【考点定位】 核聚变、核能计算 【难度】 中等 解析 答案 √ 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 解析 　 根据质能方程，释放的核能 Δ E ＝ Δ mc 2 ， Δ m ＝ 2 m H － m He － m n ＝ 0.003 5 u ，则 Δ E ＝ 0.003 5 × 931 MeV ＝ 3.258 5 MeV ≈ 3.3 MeV ，故 B 正确， A 、 C 、 D 错误 . 4.(2017· 全国卷 Ⅱ ·15) 一静止的铀核放出一个 α 粒子衰变成钍核，衰变方程 为 下列 说法正确的 是 A. 衰变后钍核的动能等于 α 粒子的动能 B. 衰变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小 C. 铀核的半衰期等于其放出一个 α 粒子所经历的时间 D. 衰变后 α 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 【考点定位】 原子核衰变、动量守恒、半衰期、核能 【难度】 中等 1 2 3 4 5 解析 答案 √ 解析 　静止的铀核在 α 衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得 p Th ＋ p α ＝ 0 ，即钍核的动量和 α 粒子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确 ； 根据 E k ＝ 可知 ，选项 A 错误 ； 半衰期 的定义是统计规律，对于一个 α 粒子不适用，选项 C 错误 ； 铀 核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后 α 粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项 D 错误 . 1 2 3 4 5 5.( 多选 )(2017· 全国卷 Ⅲ ·19) 在光电效应实验中，分别用频率为 ν a 、 ν 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 U a 和 U b ，光电子的最大初动能分别为 E k a 和 E k b . h 为普朗克常量 . 下列说法正确的 是 A. 若 ν a ＞ ν b ，则一定有 U a ＜ U b B. 若 ν a ＞ ν b ，则一定有 E k a ＞ E k b C. 若 U a ＜ U b ，则一定有 E k a ＜ E k b D. 若 ν a ＞ ν b ，则一定有 hν a － E k a ＞ hν b － E k b 【考点定位】 光电效应、遏止电压 【难度】 较易 1 2 3 4 5 解析 答案 √ √ 解析 　 由爱因斯坦光电效应方程得 E k ＝ hν － W 0 ，由动能定理得 E k ＝ eU ，若用 a 、 b 单色光照射同种金属时，逸出功 W 0 相同 . 当 ν a ＞ ν b 时，一定有 E k a ＞ E k b ， U a ＞ U b ，故选项 A 错误， B 正确 ； 若 U a ＜ U b ，则一定有 E k a ＜ E k b ，故选项 C 正确 ； 因 逸出功相同，有 W 0 ＝ h νa － E k a ＝ h νb － E k b ，故选项 D 错误 . 1 2 3 4 5 分析近 2 年的高考试题，光电效应、氢原子能级跃迁、核反应方程等是高考重点 . 一般以选择题为主，难度不大，以考查对基础知识的掌握为主 . 考情分析 突破高频考点 考点 1 　光电效应　波粒二象性 1. 三个关系式 ( 1) 爱因斯坦光电效应方程： E k ＝ hν － W 0 (2) 最大初动能与遏止电压： E k ＝ eU c (3) 逸出功与极限频率： W 0 ＝ hν c 2. 两个图象 (1) 光电流与电压的关系，如图 1 所 示 ① I m 为饱和电流，由光照强度决定 . ② U c 为遏止电压，对应光电子的 最大 初动 能，由光的频率决定 . 图 1 ( 2) 用图象表示光电效应方程，如图 2 所 示 ① 极限频率：图线与 ν 轴的交点的横坐标 ν c ② 逸出功：图线与 E k 轴交点的纵坐标的绝对值 W 0 ③ 普朗克常量：图线的斜率 k ＝ h . 3. 处理光电效应问题的两条线索：光强和光的频率 (1) 光强大 → 光子数目多 → 发射光电子数多 → 光电流大 (2) 光子频率高 → 光子能量大 → 产生光电子的最大初动能 大 图 2 　　　 ( 2018· 河南省新乡市第三次模拟 ) 如图 3 甲所示，用频率为 ν 0 的光照射某种金属发生光电效应，测出光电流 i 随电压 U 的变化图象如图乙所示，已知普朗克常量为 h ，电子电荷量为 e . 下列说法中正确的 是 A. 入射光越强，光电子的能量越高 B. 光电子的最大初动能为 hν 0 C. 该金属的逸出功为 hν 0 － eU c 例 1 答案 √ 解析 图 3 解析 　根据光电效应的规律可知，入射光的频率越大，则逸出光电子的能量越大，与光强无关，选项 A 错误 ； 根据 光电效应的规律，光电子的最大初动能为 E km ＝ hν 0 － W 逸出功 ，选项 B 错误 ； 由 题图乙可知 E km ＝ eU c ，则该金属的逸出功为 hν 0 － eU c ，选项 C 正确 ； 频率为 的 光的能量为 hν ＝ eU c ，当大于等于金属的逸出功 ( hν 0 － eU c ) 时，同样可发生光电效应，选项 D 错误 . 　　　 ( 2018· 山西省孝义市第一次模拟 ) 从 1907 年起，美国物理学家密立根就开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量 . 他通过如图 4 甲所示的实验装置测量某金属的遏止电压 U c 与入射光频率 ν ，作出图乙所示的 U c － ν 的图象，由此算出普朗克常量 h ，并与普朗克根据黑体辐射测出的 h 相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性 . 已知电子的电荷量 e ，则下列普朗克常量 h 的表达式正确的 是 例 2 图 4 √ 解析 　 根据爱因斯坦光电效应方程： E k ＝ hν － W 0 . 答案 解析 1.(2018· 陕西省宝鸡市第一次质检 ) 分别用 a 、 b 、 c 三种颜色的光照射某金属板，当用 b 光照射时，发现从金属表面有光电子逸出，已知三种光的波长关系是 λ a < λ b < λ c ，则下列判断正确 是 A. 用 c 光照射这个金属板时，一定不会有光电子逸出 B. 用 a 光照射这个金属板时，可能没有光电子逸出 C. 如果 b 光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目 就 会 越多 D. 如果 b 光的照射强度越强，从金属表面逸出的光电子的动能就会越大 拓展练 √ 答案 解析 解析 　 波长关系为 λ a ＜ λ b ＜ λ c ，则由 λ ＝ 可知 ， ν a ＞ ν b ＞ ν c . b 光照射某金属板时，发现从金属表面有光电子逸出，则 b 光的频率大于极限频率， c 光照射可能发生光电效应， a 光照射一定能发生光电效应，故 A 、 B 错误 ； 相同 时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度有关，如果 b 光的照射强度越强，相同时间内从金属表面逸出的光电子数目就会越多，故 C 正确 ； 根据 光电效应方程： E km ＝ － W 0 ，知释放出的光电子的最大初动能与光的强度无关，故 D 错误 . 2.(2018· 河北省衡水中学模拟 ) 如图 5 所示为研究光电效应的实验装置，闭合开关，滑片 P 处于滑动变阻器中央位置，当一束单色光照到此装置的碱金属表面 K 时，电流表有示数，下列 说法 正确的 是 答案 解析 图 5 A. 若仅增大该单色光入射的强度，则光电子的最大 初动 能 增大，电流表示数也增大 B. 无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，碱 金 属 的逸出功都不变 C. 保持频率不变，当光强减弱时，发射光电子的时间 将 明显 增加 D. 若滑动变阻器滑片左移，则电压表示数减小， 电流表 示 数减小 √ 解析 　 若仅增大该单色光入射的强度，由于每个光子的能量不变，因此光电子的最大初动能不变，但单位时间内射出的光电子数增多，因此光电流增大，故选项 A 错误 ； 逸出功 由金属材料自身决定，与是否有光照无关，故 B 正确 ； 发生 光电效应不需要时间积累，只要入射光的频率大于等于极限频率即可，故选项 C 错误 ； 若 滑动变阻器滑片左移，则电压表所分配的电压减小，因电压是反向电压，因此电压减小时，光电子更容易到达 A 极形成电流，电流表示数增大，故选项 D 错误 . 3.(2018· 山西省太原市三模 ) 如图 6 所示，在研究光电效应的实验中，保持 P 的位置不变，用单色光 a 照射阴极 K ，电流计 G 的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光 b 照射 K ，电流计的指针发生偏转 . 那么 A. 增加 a 的强度一定能使电流计的指针发生偏转 B. 用 b 照射时通过电流计的电流由 d 到 c C. 只增加 b 的强度一定能使通过电流计的电流增大 D. a 的波长一定小于 b 的波长 答案 解析 图 6 √ 解析 　 用单色光 a 照射阴极 K ，电流计 G 的指针不发生偏转，说明 a 的频率低于阴极 K 的截止频率，增加 a 的强度也无法使电流计的指针发生偏转， A 错误； 电子运动方向从 d 到 c ，电流方向从 c 到 d ， B 错误； 只增加 b 的强度可以使光电流强度增大，使通过电流计的电流增大， C 正确； b 能使阴极 K 发生光电效应， b 的频率高于 a 的频率， b 的波长一定小于 a 的波长， D 错误 . 1. 玻尔理论的基本内容 考点 2 　氢原子模型与原子结构 (2) 跃迁假设：吸收或释放的能量 hν ＝ E m － E n ( m > n ). (3) 轨道假设：氢原子 r n ＝ n 2 r 1 ( n 为量子数 ). 2 . 解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧 (1) 原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差 . (2) 原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级的绝对值 . (4) 计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值 . 　　　 ( 2018· 辽宁省葫芦岛市一模 ) 如图 7 所示，氢原子在不同能级间发生的 a 、 b 、 c 三种跃迁时，释放光子的频率分别是 ν a 、 ν b 、 ν c ，下列关系式正确的 是 例 3 图 7 解析 　因为 E m － E n ＝ hν ，知 E b ＝ E a ＋ E c ，即 hν b ＝ hν a ＋ hν c ，解得 ν b ＝ ν a ＋ ν c ，故选 A. 答案 √ 解析 4.(2018· 湖北省 4 月调研 ) 在氢原子光谱中，电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.3 B.6 　　 C.10 D.15 拓展练 答案 √ 解析 解析 　 氢原子光谱中只有两条帕邢系，即是从 n ＝ 5 、 n ＝ 4 能级跃迁到 n ＝ 3 能级，故电子的较高能级应该是在 n ＝ 5 的能级上，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. 　　　 ( 多选 )(2018· 山西省三区八校二模 ) 已知能使某种金属发生光电效应的光子的最小频率为 ν 0 . 一群氢原子处于量子数 n ＝ 4 的激发态，这些氢原子能够自发地跃迁到较低的能量状态，并向外辐射多种频率的光，且氢原子从量子数 n ＝ 3 的激发态跃迁到量子数 n ＝ 2 的能量状态时向外辐射频率为 ν 0 的光子 . 下列说法正确的 是 A. 这些氢原子向外辐射的光子频率有 6 种 B . 当照射光的频率 ν 大于 ν 0 时，若 ν 增大，则逸出功增大 C. 当用频率为 2 ν 0 的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动 能 为 hν 0 D. 当照射光的频率 ν 大于 ν 0 时，若光强增大一倍，则光电子的最大初动 能 也 增大一倍 例 4 √ 答案 解析 √ 解析 　 根据 ＝ 6 知，这些氢原子向外辐射的光子频率有 6 种，故 A 正确 . 金属 的逸出功与入射光的频率无关，由金属本身性质决定，故 B 错误 . 该 金属发生光电效应的光子的最小频率为 ν 0 ，则逸出功为 hν 0 ，用频率为 2 ν 0 的单色光照射该金属时，根据光电效应方程得，所产生的光电子的最大初动能 E km ＝ h ·2 ν 0 － hν 0 ＝ hν 0 ，故 C 正确 . 光电子 的最大初动能与光强无关，故 D 错误 . 5.(2018· 广东省七校联合体第三次联考 ) 在某种条件下，铬原子的 n ＝ 2 能级上的电子跃迁到 n ＝ 1 能级上时释放的能量转交给 n ＝ 4 能级上的电子，使之脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电子叫做俄歇电子 . 已知铬原子的能级公式可简化表示为 E n ＝－ ， 式中 n ＝ 1,2,3 … 表示不同的能级， A 是正的已知常数 . 上述俄歇电子的动能 是 拓展练 答案 解析 √ 6. 如图 8 所示为氢原子的能级分布图，已知可见光光子的能量在 1.62 eV ～ 3.11 eV 范围内，由图 可知 A. 基态氢原子吸收能量为 10.3 eV 的光子能从 n ＝ 1 能 级 跃迁到 n ＝ 2 能级 B. 基态氢原子的电离能为 13.6 eV 图 8 √ 答案 解析 C. 一群处于 n ＝ 5 能级的氢原子向低能级跃迁时， 可辐射 6 种不同频率的 光子 D . 氢原子从 n ＝ 4 能级跃迁到 n ＝ 3 能级，辐射的 光子是 可见光光子 解析 　 根据玻尔理论可知，氢原子能级跃迁时，吸收的光子能量必须严格等于能级差， A 项错误 ； 基态 氢原子电离时的电离能为 13.6 eV ， B 项正确 ； 一群 处于 n ＝ 5 能级的氢原子向低能级跃迁时，可 辐射 ＝ 10 种不同频率的光子， C 项错误 ； 氢原子 从 n ＝ 4 能级跃迁到 n ＝ 3 能级，辐射的光子的能量为－ 0.85 eV － ( － 1.51 eV) ＝ 0.66 eV ，能量比可见光光子的能量小，不可能是可见光光子， D 项错误 . 考点 3 　核反应与核能 1. 核反应方程的书写要求 (1) 核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用 “→” 表示方向而不能用等号代替 . (2) 核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量会发生变化 . (3) 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而凭空杜撰出生成物 . 2. 原子核的衰变 (1) 衰变的实质： α 衰变 为 ， 即放出 α 射线； β 衰变 为 ， 即放出 β 射线，在 α 衰变或 β 衰变过程中放出 γ 射线 . (2) 衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义 . 　　　 ( 2018· 安徽省池州市上学期期末 ) 有关核反应方程，下列说法正确的 是 例 5 答案 解析 √ 根据质量数守恒： y ＝ 210 － 4 ＝ 206 ， X 的中子个数为 206 － 82 ＝ 124 ，故 C 错误； 　　　 ( 多选 )(2018· 广东省汕头市第二次模拟 ) 如图 9 ，静止 的 核发 生 α 衰变后生成反冲 Th 核，两个产物都在垂直于它们的速度方向的匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法正确的 是 A. 衰变方程可表示 为 B.Th 核和 α 粒子的圆周轨道半径之比为 1 ∶ 45 C.Th 核和 α 粒子的动能之比为 1 ∶ 45 D.Th 核和 α 粒子在匀强磁场中旋转的方向 相反 例 6 图 9 答案 √ √ 解析 Th 核和 α 粒子都带正电荷，所以，在题图匀强磁场中都是逆时针旋转，故 D 错误； 　 　　 ( 2018· 吉林省长春八中模拟 )2015 年诺贝尔物理学奖授予一名日本科学家和一名加拿大科学家，以表彰他们发现并证明了中微子 (ν e ) 振荡现象，揭示出中微子无论多小都具有质量，这是粒子物理学历史性的发现 . 已知中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为 ν e ＋ . 上述核反应中 B 粒子为 __________. 已知 核 的质量为 36.956 58 u ， 核 的质量为 36.956 91 u ， B 粒子的质量为 0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为 931.5 MeV. 根据以上数据，可以判断参与上述反应的中微子的最小能量为 ____ MeV( 结果保留两位有效数字 ). 例 7 答案 解析 0.82 解析 　根据质量数与电荷数守恒，核反应方程式 为 ν e ＋ . 式中 B 为 ； 反应过程需要能量为： Δ E ＝ Δ mc 2 ＝ (36.956 91 u ＋ 0.000 55 u － 36.956 58 u) c 2 ， 根据 1 u 质量对应的能量为 931.5 MeV ，得： Δ E ≈ 0.82 MeV ， 所以中微子的最小能量为 0.82 MeV. 7.( 多选 )(2018· 云南省统一检测 ) 原子核的比结合能随质量数的变化图象如图 10 所示，根据该曲线，下列判断正确的 是 A. 中等质量核的比结合能大，这些核较 稳定 拓展练 图 10 答案 解析 √ √ 解析 　 由题图可知，中等质量的原子核的比结合能大，所以中等质量的原子核稳定，故 A 正确 ； 重 核裂变成中等质量的核，有质量亏损，释放能量，故 C 正确 ； 8.(2018· 河北省定州中学承智班月考 ) 一个不稳定的原子核质量为 M ，处于静止状态 . 放出一个质量为 m 的粒子后反冲 . 已知放出的粒子的动能为 E 0 ，则原子核反冲的动能 为 答案 √ 解析 解析 　 放出质量为 m 的粒子后，剩余质量为 M － m ，该过程动量守恒， 有： m v 0 ＝ ( M － m ) v ① 故 A 、 B 、 D 错误， C 正确 . 答案 解析 √ 解析 　 经过一次 α 衰变，电荷数少 2 ，质量数少 4 ，故 A 错误 . 经过一次 β 衰变，电荷数多 1 ，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加 1 个，故 B 正确 . 本课结束 更多精彩内容请登录： www.91taoke.com