2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 近代物理初步配套教案.doc

《2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 近代物理初步配套教案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 近代物理初步配套教案.doc（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 近代物理初步配套教案 一、光電效應(yīng)及其規(guī)律 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下，金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來的電子叫光電子． 2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光的頻率大于金屬的極限頻率． 3．光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)． (2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大． (3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s. (4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比． 二、愛因斯坦光電效應(yīng)方程 1．光子說 在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每—份叫做一個光子，光子的能量ε＝hν. 2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值． 3．最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值． 4．光電效應(yīng)方程 (1)表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能． 三、光的波粒二象性 1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性． 2．光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性． 3．光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． [自我診斷] 1．判斷正誤 (1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)．() (2)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功．(√) (3)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比．() (4)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性．(√) (5)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律．() (6)美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實了光的粒子性．(√) (7)法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子具有波動性．(√) 2．當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時(　　) A．鋅板帶負電 B．有正離子從鋅板逸出 C．有電子從鋅板逸出 D．鋅板會吸附空氣中的正離子 解析：選C.發(fā)生光電效應(yīng)時，有光電子從鋅板中逸出，逸出光電子后的鋅板帶正電，對空氣中的正離子有排斥作用，C正確． 3．(多選)一單色光照到某金屬表面時，有光電子從金屬表面逸出，下列說法中正確的是(　　) A．無論增大入射光的頻率還是增大入射光的強度，金屬的逸出功都不變 B．只延長入射光照射時間，光電子的最大初動能將增大 C．只增大入射光的頻率，光電子的最大初動能將增大 D．只增大入射光的頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時間將縮短 解析：選AC.金屬逸出功只與極限頻率有關(guān)，A正確．根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動能由入射光的頻率和逸出功決定，只延長入射光照射時間，光電子的最大初動能將不變，B錯誤，C正確．發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時間幾乎同時，D錯誤． 4．關(guān)于光的本性，下列說法正確的是(　　) A．光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的 B．光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點 C．大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性 D．由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的—切行為，只能認為光具有波粒二象性 解析：選D.光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機械波和機械粒子，波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客體的兩個不同的側(cè)面、不同屬性，只能認為光具有波粒二象性，A、B、C錯誤，D正確． 5．在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，則普朗克常量可表示為________，所用材料的逸出功可表示為________． 解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb. 答案：ek?。璭b 考點一　光電效應(yīng)的理解 1．光電效應(yīng)中的幾個概念比較 (1)光子與光電子 光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子． (2)光電子的動能與光電子的最大初動能 光照射到金屬表面時，電子吸收光子的全部能量，可能向各個方向運動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能． (3)光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)． (4)光的強弱與飽和光電流 頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強，飽和光電流越大． 2．對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 對應(yīng)規(guī)律 對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋 光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強度無關(guān) 電子吸收光子能量后，一部分克服原子核引力做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，逸出功W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大 光電效應(yīng)具有瞬時性 光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要能量積累的過程 光較強時飽和電流大 光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大 1．(xx高考全國乙卷)(多選)現(xiàn)用某一光電管進行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生．下列說法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大 D．保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 解析：選AC.產(chǎn)生光電效應(yīng)時，光的強度越大，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法A正確．飽和光電流大小與入射光的頻率無關(guān)，說法B錯誤．光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強度無關(guān)，說法C正確．減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，說法D錯誤． 2．(xx廣東深圳模擬)(多選)在光電效應(yīng)實驗中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能發(fā)生光電效應(yīng)．對于這兩個過程，下列物理過程中一定不同的是(　　) A．遏止電壓　　 B．飽和光電流 C．光電子的最大初動能 D．逸出功 解析：選ACD.同一束光照射不同的金屬，一定相同的是入射光的光子能量，不同金屬的逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，最大初動能不同，則遏止電壓不同，選項A、C、D正確；同一束光照射，單位時間內(nèi)射到金屬表面的光子數(shù)目相等，所以飽和光電流是相同的，選項B錯誤． 3．(xx廣東省湛江一中高三模擬)(多選)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(　　) A．a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率 B．只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大 C．增加b光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c 解析：選AB.由于用單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明發(fā)生了光電效應(yīng)，而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，即a光的頻率一定大于b光的頻率；增加a光的強度可使單位時間內(nèi)逸出光電子的數(shù)量增加，則通過電流計G的電流增大；因為b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，所以即使增加b光的強度也不可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電子的方向是由d到c，所以電流方向是由c到d.選項A、B正確． 光電效應(yīng)實質(zhì)及發(fā)生條件 (1)光電效應(yīng)的實質(zhì)是金屬中的電子獲得能量后逸出金屬表面，從而使金屬帶上正電． (2)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強度，而是取決于光的頻率．只要照射光的頻率大于該金屬的極限頻率，無論照射光強弱，均能發(fā)生光電效應(yīng)． 考點二　光電效應(yīng)方程及圖象的理解 1．愛因斯坦光電效應(yīng)方程 Ek＝hν－W0 hν：光子的能量 W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服原子核引力所做的功． Ek：光電子的最大初動能． 2．四類圖象 圖象名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量 最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點 ②飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動能：Ekm＝eUc 顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 =遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點 ②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即h＝ke.(注：此時兩極之間接反向電壓) [典例]　(xx重慶萬州二中模擬)(多選)某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖所示．則由圖象可知(　　) A．該金屬的逸出功等于hν0 B．若已知電子電荷量e，就可以求出普朗克常量h C．遏止電壓是確定的，與照射光的頻率無關(guān) D．入射光的頻率為2ν0時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為hν0 解析　當(dāng)遏止電壓為零時，最大初動能為零，則入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和－eUc＝0－Ek得，Uc＝ν－，可知當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，遏止電壓與入射光的頻率呈線性關(guān)系，C錯誤；因為Uc＝ν－，知圖線的斜率等于，從圖象上可以得出斜率的大小，已知電子電荷量e，可以求出普朗克常量h，B正確；從圖象上可知逸出功W0＝hν0，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝h2ν0－W0＝hν0，D正確． 答案　ABD 應(yīng)用光電效應(yīng)方程時的注意事項 (1)每種金屬都有一個截止頻率，光頻率大于這個截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)． (2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對應(yīng)著光的極限波長和金屬的逸出功，即hν0＝h＝W0. (3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0時，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV＝1.610－19 J)． 1．(多選)甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光頻率間的關(guān)系分別如圖中的a、b所示．下列判斷正確的是(　　) A．圖線a與b不一定平行 B．乙金屬的極限頻率大于甲金屬的極限頻率 C．改變?nèi)肷涔鈴姸炔粫D線產(chǎn)生任何影響 D．圖線的斜率是定值，與入射光和金屬材料均無關(guān) 解析：選BCD.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0知，圖線的斜率表示普朗克常量，根據(jù)圖線斜率可得出普朗克常量，因此a與b一定平行，且兩斜率是固定值，與入射光和金屬材料皆無關(guān)系，A錯誤，D正確；橫軸截距表示最大初動能為零時的入射光頻率，此時的頻率等于金屬的極限頻率，由圖可知乙金屬的極限頻率大，故B正確；縱截距對應(yīng)ν＝0的時候，此時縱截距就是逸出功的相反數(shù)，根據(jù)W0＝hν0可求出，與入射光強度無關(guān)，C正確． 2．(多選)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示．則這兩種光(　　) A．照射該光電管時，a光使其逸出的光電子最大初動能大 B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大 C．通過同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大 D．通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度大 解析：選BC.從b的反向遏止電壓更高可知b光頻率更高，使逸出的光電子最大初動能大，A錯誤．a(chǎn)光頻率低，則折射率小，臨界角大，B正確．a(chǎn)光頻率低，則波長長，干涉時相鄰條紋間距大，C正確．a(chǎn)光頻率低，折射率小，通過同一玻璃三棱鏡時，a光的偏折程度小，D錯誤． 3．從1907年起，美國物理學(xué)家密立根開始以精湛的技術(shù)測量光電效應(yīng)中幾個重要的物理量．他通過如圖所示的實驗裝置測量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc－ν的圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測出的h相比較，以檢驗愛因斯坦方程的正確性．圖中頻率ν1、ν2，遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知，求： (1)普朗克常量h； (2)該金屬的截止頻率ν0. 解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動能定理eUc＝Ek得Uc＝ν－ν0 結(jié)合圖象知k＝＝＝ 普朗克常量h＝，ν0＝. 答案：(1)　(2) 考點三　光的波粒二象性　物質(zhì)波 光既有波動性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機的統(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衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象． (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)為粒子性． (4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動量表達式p＝也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和動量的計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)成宏觀概念中的粒子． 1．(多選)如圖甲所示為實驗小組利用100多個電子通過雙縫后的干涉圖樣，可以看出每一個電子都是一個點；如圖乙所示為該小組利用70 000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣，為明暗相間的條紋．則對本實驗的理解正確的是(　　) A．圖甲體現(xiàn)了電子的粒子性 B．圖乙體現(xiàn)了電子的粒子性 C．單個電子運動軌道是確定的 D．圖乙中明條紋是電子到達概率大的地方 解析：選AD.題圖甲中的每一個電子都是一個點，說明少數(shù)粒子體現(xiàn)粒子性，到達的位置不同，說明單個電子的運動軌道不確定，A正確，C錯誤；題圖乙中明暗相間的條紋說明大量的粒子表現(xiàn)為波動性，B錯誤；明條紋是電子到達概率大的地方，D正確． 2．(多選)實物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是(　　) A．電子束通過雙縫實驗裝置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．人們利用慢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) 解析：選ACD.電子束具有波動性，通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣，選項A正確. β射線在云室中高速運動時，徑跡又細又直，表現(xiàn)出粒子性，選項B錯誤．人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出波動性，選項C正確．電子顯微鏡是利用電子束工作的，體現(xiàn)了波動性，選項D正確． 3．如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的________也相等． A．速度 B．動能 C．動量 D．總能量 解析：選C.由德布羅意波長λ＝知二者的動量應(yīng)相同，故C正確，由p＝mv可知二者速度不同，Ek＝mv2＝，二者動能不同，由E＝mc2可知總能量也不同，A、B、D均錯． 課時規(guī)范訓(xùn)練 [基礎(chǔ)鞏固題組] 1．在光電效應(yīng)的實驗結(jié)果中，與光的波動理論不矛盾的是(　　) A．光電效應(yīng)是瞬時發(fā)生的 B．所有金屬都存在極限頻率 C．光電流隨著入射光增強而變大 D．入射光頻率越大，光電子最大初動能越大 解析：選C.光具有波粒二象性，即光既具有波動性又具有粒子性．光電效應(yīng)證實了光的粒子性．因為光子的能量是一份一份的，不能積累，所以光電效應(yīng)具有瞬時性，這與光的波動性矛盾，A項錯誤；同理，因為光子的能量不能積累，所以只有當(dāng)光子的頻率大于金屬的極限頻率時，才會發(fā)生光電效應(yīng)，B項錯誤；光強增大時，光子數(shù)量和能量都增大，所以光電流會增大，這與波動性無關(guān)，C項正確；一個光電子只能吸收一個光子，所以入射光的頻率增大，光電子吸收的能量變大，所以最大初動能變大，D項錯誤． 2．(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．黑體輻射的實驗規(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等 解析：選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實驗規(guī)律都可以用光的粒子性解釋，選項A正確、選項C錯誤；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，選項B正確；由德布羅意波長公式λ＝和p2＝2mEk知動能相等的質(zhì)子和電子動量不同，德布羅意波長不相等，選項D錯誤． 3．(多選)產(chǎn)生光電效應(yīng)時，關(guān)于逸出光電子的最大初動能Ek，下列說法正確的是(　　) A．對于同種金屬，Ek與照射光的強度無關(guān) B．對于同種金屬，Ek與照射光的波長成反比 C．對于同種金屬，Ek與光照射的時間成正比 D．對于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系 解析：選AD.根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0.可得：Ek與照射光的強度和照射時間無關(guān)，與照射光的頻率成線性關(guān)系，與波長不成反比，所以A、D正確，B、C錯誤． 4．在利用光電管研究光電效應(yīng)的實驗中，入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，那么(　　) A．從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加 B．飽和光電流將會減弱 C．遏止電壓將會減小 D．有可能不再發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選B.發(fā)生光電效應(yīng)時，若入射光的強度減弱，而頻率保持不變，則從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時間間隔將保持不變，選項A錯誤；入射光的強度減弱，則單位時間內(nèi)逸出的光電子的數(shù)目將減小，則飽和光電流將會減弱，選項B正確；根據(jù)eUc＝mv，入射光的頻率不變，則最大初動能不變，則遏止電壓不變，選項C錯誤；因為光電效應(yīng)能否發(fā)生取決于光的頻率，故仍能發(fā)生光電效應(yīng)，選項D錯誤． 5．(多選)下列說法正確的是(　　) A．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動能不變 B．X射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的 C．發(fā)生光電效應(yīng)時，光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比 D．在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后波長變長 解析：選AD.根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強度無關(guān)，選項A正確；電子的衍射說明粒子具有波動性，證實了物質(zhì)波的存在，選項B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，是線性關(guān)系，不是成正比，選項C錯誤；在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時，把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，則動量減小，根據(jù)λ＝知波長變長，選項D正確． 6．如圖所示電路可研究光電效應(yīng)的規(guī)律．圖中標有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽極．理想電流計可檢測通過光電管的電流，理想電壓表用來指示光電管兩端的電壓．現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K，電流計中有示數(shù)，若將滑動變阻器的滑片P緩慢向右滑動，電流計的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時電流計的讀數(shù)恰好為零，讀出此時電壓表的示數(shù)為6.0 V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，光電管陰極材料的逸出功為________，若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)________(填“為零”或“不為零”)． 解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ek＝hν－W，Ek＝Ue＝6 eV，解得逸出功W＝10.5 eV－6 eV＝4.5 eV，若增大入射光的強度，電流計的讀數(shù)仍為零． 答案：4.5 eV　為零 7．(1)已知光速為c，普朗克常量為h，則頻率為ν的光子的動量為________．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動量改變量的大小為________． (2)幾種金屬的逸出功W0見下表： 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0(10－19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計算說明哪些金屬能發(fā)生光電效應(yīng)．已知該可見光的波長的范圍為4.010－7～7.610－7 m，普朗克常量h＝6.6310－34Js. 解析：(1)光子的動量為p＝，光速c＝λν，所以動量p＝，動量的變化量Δp＝p2－p1＝－＝. (2)光束中光子的最大能量 E＝＝ J＝4.9710－19 J，大于鈉、鉀、銣的逸出功，即鈉、鉀、銣可以發(fā)生光電效應(yīng)． 答案：(1)　　(2)鈉、鉀、銣 [綜合應(yīng)用題組] 8．研究光電效應(yīng)的電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流．則在如圖所示的光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是(　　) 解析：選C.光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與光照強度無關(guān)，因此在入射光頻率相同的情況下，遏止電壓相同，在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，光電流隨著光照強度增大而增大，C正確．A、B表示入射光頻率相同的情況下，遏止電壓不相同，均錯誤．D表示在發(fā)生光電效應(yīng)時，光電流隨著光照強度增大而減小，D錯誤． 9．如圖所示，真空中有一平行板電容器，兩極板分別用鋅板和銅板制成(鋅板和銅板的截止頻率分別為ν1和ν2，且ν1＜ν2)，極板的面積為S，間距為d.鋅板與靈敏靜電計相連，鋅板和銅板原來都不帶電．現(xiàn)用頻率為ν(ν1＜ν＜ν2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，假設(shè)光電子全部到達另一極板，則電容器的最終帶電荷量Q正比于(　　) A.(ν1－ν)　　　　　 B.(ν1－ν2) C. D.(ν－ν1) 解析：選D.現(xiàn)用頻率為ν(ν1＜ν＜ν2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，根據(jù)光電效應(yīng)的條件，知該單色光照射鋅板能發(fā)生光電效應(yīng)，照射銅板不能發(fā)生光電效應(yīng)．通過光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能Ekm＝hν－h(huán)ν1.臨界狀態(tài)是電子減速到負極板時速度剛好為零．根據(jù)動能定理有eU＝Ekm＝hν－h(huán)ν1.平行板電容器的電容C∝，而Q＝CU，所以Q∝(ν－ν1)，故D正確． 10．美國物理學(xué)家密立根以精湛的技術(shù)測出了光電效應(yīng)中幾個重要的物理量．若某次實驗中，他用光照射某種金屬時發(fā)現(xiàn)其發(fā)生了光電效應(yīng)，且得到該金屬逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖象如圖所示，經(jīng)準確測量發(fā)現(xiàn)圖象與橫軸的交點坐標為4.77，與縱軸交點坐標為0.5.已知電子的電荷量為1.610－19 C，由圖中數(shù)據(jù)可知普朗克常量為________ Js，金屬的極限頻率為________ Hz.(均保留兩位有效數(shù)字) 解析：根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，Ek－ν圖象的橫軸的截距大小等于截止頻率，由圖知該金屬的截止頻率為ν0＝4.771014 Hz≈4.81014Hz.根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ekm＝hν－W0，當(dāng)入射光的頻率為ν＝6.01014 Hz時，最大初動能為Ekm＝0.5 eV.當(dāng)入射光的頻率為ν0＝4.771014 Hz時，光電子的最大初動能為0. 即h6.01014Hz－W0＝0.51.610－19J， 即h4.771014Hz－W0＝0 聯(lián)立兩式解得h＝6.510－34Js. 答案：6.510－34　4.81014 11．圖示是研究光電管產(chǎn)生的電流的電路圖，A、K是光電管的兩個電極，已知該光電管陰極的極限頻率為ν0.現(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，則： (1)________是陰極，陰極材料的逸出功等于________． (2)加在A、K間的正向電壓為U時，到達陽極的光電子的最大動能為__________________，將A、K間的正向電壓從零開始逐漸增加，電流表的示數(shù)的變化情況是________________． (3)為了阻止光電子到達陽極，在A、K間應(yīng)加上U反＝________的反向電壓． (4)下列方法一定能夠增加飽和光電流的是(　　) A．照射光頻率不變，增加光強 B．照射光強度不變，增加光的頻率 C．增加A、K電極間的電壓 D．減小A、K電極間的電壓 解析：(1)被光照射的金屬將有光電子逸出，故K是陰極，逸出功與極限頻率的關(guān)系為W0＝hν0. (2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，逸出的光電子的最大初動能為hν－h(huán)ν0，經(jīng)過電場加速獲得的能量為eU，所以到達陽極的光電子的最大動能為hν－h(huán)ν0＋eU，隨著電壓增加，單位時間內(nèi)到達陽極的光電子數(shù)量將逐漸增多，但當(dāng)從陰極逸出的所有光電子都到達陽極時，再增大電壓，也不可能使單位時間內(nèi)到達陽極的光電子數(shù)量增多．所以，電流表的示數(shù)先是逐漸增大，直至保持不變． (3)從陰極逸出的光電子在到達陽極的過程中將被減速，被電場消耗的動能為eUc，如果hν－h(huán)ν0＝eUc，就將沒有光電子能夠到達陽極，所以Uc＝. (4)要增加單位時間內(nèi)從陰極逸出的光電子的數(shù)量，就需要增加照射光單位時間內(nèi)入射光子的個數(shù)，所以只有A正確． 答案：(1)K　hν0　(2)hν－h(huán)ν0＋eU　逐漸增大，直至保持不變　(3)　(4)A 12．如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管．用波長λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，實驗測得流過○G表的電流I與AK之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.6310－34 Js.結(jié)合圖象，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時的最大動能； (2)該陰極材料的極限波長． 解析：(1)光電流達到飽和時，陰極發(fā)射的光電子全部到達陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個數(shù) n＝＝(個)＝4.01012(個) 光電子的最大初動能為： Ekm＝eU0＝1.610－19C0.6 V＝9.610－20 J (2)設(shè)陰極材料的極限波長為λ0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm＝h－h(huán)，代入數(shù)據(jù)得λ0＝0.66 μm. 答案：(1)4.01012個　9.610－20 J (2)0.66 μm 第2節(jié)　原子和原子核 一、原子結(jié)構(gòu) 1．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，英國物理學(xué)家盧瑟福進行了α粒子散射實驗，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型． (2)α粒子散射實驗 ①實驗裝置：如下圖所示；②實驗結(jié)果：α粒子穿過金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90，甚至被彈回． (3)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 2．氫原子光譜 氫原子光譜線是最早被發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線，這些光譜線可用一個統(tǒng)一的公式表示： ＝Rn＝3,4,5，… 3．玻爾的原子模型 (1)玻爾理論 ①軌道假設(shè)：原子中的電子在庫侖引力的作用下，繞原子核做圓周運動，電子繞核運動的可能軌道是不連續(xù)的； ②定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態(tài)．因而具有不同的能量，即原子的能量是不連續(xù)的．這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個定態(tài)中，處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量； ③躍遷假設(shè)：原子從一個能量狀態(tài)向另一個能量狀態(tài)躍遷時要放出或吸收一定頻率的光子，光子的能量等于這兩個狀態(tài)的能量差，即hν＝Em－En. (2)幾個概念 ①能級：在玻爾理論中，原子各個狀態(tài)的能量值； ②基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)； ③激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他能量較高的狀態(tài)； ④量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)． (3)氫原子的能級和軌道半徑 ①氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，r1＝0.5310－10m； ②氫原子的能級公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，E1＝－13.6 eV. 二、原子核 1．原子核的組成 (1)原子核由質(zhì)子和中子組成，兩者統(tǒng)稱為核子． (2)原子核常用X表示，X為元素符號，上角標A表示核的質(zhì)量數(shù)，下角標Z表示核的電荷數(shù)(原子序數(shù))． (3)同位素是具有相同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置． 2．天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象：某些元素自發(fā)放射某些射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象，這些元素稱為放射性元素． (2)三種射線的本質(zhì)：α射線是氦核，β射線是電子，γ射線是光子． 3．原子核的衰變 (1)衰變：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化．可分為α衰變、β衰變，并伴隨著γ射線放出． (2)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間． 4．放射性同位素的應(yīng)用 (1)利用射線：放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等． (2)作示蹤原子． 5．核反應(yīng)、核力與核能 (1)核反應(yīng)規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒． (2)核力 ①概念：組成原子核的核子之間存在的作用力． ②核力特點 a．核力是強相互作用(強力)的一種表現(xiàn)，在它的作用范圍內(nèi)，核力比庫侖力大得多． b．核力是短程力，作用范圍在1.510－15 m之內(nèi)． c．每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性． (3)質(zhì)量虧損 ①愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2. ②質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象． (4)結(jié)合能：克服核力束縛，使原子核分解為單個核子時需要的能量，或若干個核子在核力作用下結(jié)合成原子核時需要的能量． 6．核裂變和核聚變 (1)重核裂變 ①定義：使重核分裂成幾個質(zhì)量較小的原子核的核反應(yīng)． ②鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，一種典型的反應(yīng)是生成鋇和氪，同時放出三個中子，核反應(yīng)方程為：U＋n→Ba＋Kr＋3n. ③鏈式反應(yīng)：由重核裂變產(chǎn)生中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫做核裂變的鏈式反應(yīng)． ④鏈式反應(yīng)的條件：a.要有足夠濃度的U；b.鈾塊體積需大于臨界體積，或鈾塊質(zhì)量大于臨界質(zhì)量． (2)輕核聚變 ①定義：兩個輕核結(jié)合成較重的核，這樣的核反應(yīng)叫聚變． ②聚變發(fā)生的條件：使物體達到幾百萬度的高溫． [自我診斷] 1．判斷正誤 (1)盧瑟福做α粒子散射實驗時發(fā)現(xiàn)α粒子絕大多數(shù)穿過只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(√) (2)氫原子發(fā)射光譜是由一條一條亮線組成的．(√) (3)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級躍遷時，氫原子輻射的光子能量為hν＝En.() (4)氫原子吸收光子后，將從高能級向低能級躍遷．() (5)發(fā)生β衰變時，新核的核電荷數(shù)不變．() (6)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒．(√) (7)愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化．() 2．(多選)如圖所示為盧瑟福和他的助手做α粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C三個位置時，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說法中正確的是(　　) A．相同時間內(nèi)放在A位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．相同時間內(nèi)放在B位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最少 C．相同時間內(nèi)放在C位置時觀察到屏上的閃光次數(shù)最少 D．放在C位置時觀察不到屏上有閃光 解析：選AC.盧瑟福α粒子散射實驗的結(jié)論是絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大于90，甚至被彈回，A、C正確． 3．(多選)以下關(guān)于玻爾原子理論的說法正確的是(　　) A．電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑不是任意的 B．電子在繞原子核做圓周運動時，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射 C．電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要輻射光子 D．不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收 解析：選AD.根據(jù)玻爾原子理論知，氫原子的軌道是不連續(xù)的，只有半徑大小符合一定條件，電子才能穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，A正確；電子在繞原子核做圓周運動時，不會產(chǎn)生電磁輻射，只有躍遷時才會出現(xiàn)，B錯誤．電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要吸收光子，C錯誤．由于氫原子發(fā)射的光子的能量：E＝En－Em＝E1－E1＝hν，不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收，D正確． 4．(xx高考全國甲卷)在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標號) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 解析：α衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過程，選項E是常見的一種裂變；聚變是兩個較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，選項F是典型的核聚變過程． 答案：C　AB　E　F 5．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：H＋H→He＋x，式中x是某種粒子．已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和 1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是________，該反應(yīng)釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：x的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為(2＋3－4)＝1，可知x為中子．由愛因斯坦質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u)c2＝0.018 9 u931.5 MeV＝17.6 MeV. 答案：(1)n(或中子)　17.6 考點一　氫原子能級及能級躍遷 1．對氫原子的能級圖的理解 (1)氫原子的能級圖(如下圖)． (2)氫原子能級圖的意義： ①能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)． ②橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能級． ③相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越小． ④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷條件為：hν＝Em－En. 2．關(guān)于能級躍遷的三點說明 (1)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動能． (2)當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小，電子動能增大，原子能量減小，反之．軌道半徑增大時，原子電勢能增大、電子動能減小，原子能量增大． (3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時，可能輻射出的光譜線條數(shù)：N＝C＝. [典例1]　(多選)如圖所示為氫原子能級圖．下列說法正確的是(　　) A．一個處于n＝3能級的氫原子，可以吸收一個能量為0.7 eV的光子 B．一個處于n＝3能級的氫原子，可以吸收一個能量為2 eV的光子 C．大量處于n＝3能級的氫原子，躍遷到基態(tài)的過程中可以釋放出3種頻率的光子 D．氫原子從高能級向低能級躍遷的過程中釋放的光子的能量不可能大于13.6 eV 解析　根據(jù)ΔE＝Em－En，可知0.7 eV不在ΔE范圍內(nèi)，A錯誤．n＝3能級的氫原子，E3＝－1.51 eV，當(dāng)吸收能量為2 eV的光子時，出現(xiàn)電離現(xiàn)象，B正確．根據(jù)C＝3知，這些n＝3能級的氫原子可以輻射出三種不同頻率的光子，C正確．根據(jù)輻射的光子能量等于兩能級間的能級差，可知，從高能級向低能級躍遷的過程中釋放的光子的能量最大值小于13.6 eV，D正確． 答案　BCD 氫原子能級圖與原子躍遷問題的解答技巧 (1)能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的． (2)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得．若求波長可由公式c＝λν求得． (3)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)． (4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法．①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝C＝. ②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加． 1．(多選)如圖為氫原子的能級示意圖，鋅的逸出功是3.34 eV，下列對氫原子在能級躍遷過程中發(fā)射或吸收光子的特征認識正確的是(　　) A．用氫原子從高能級向基態(tài)躍遷時發(fā)射的光照射鋅板一定不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 B．一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，能放出3種不同頻率的光 C．一群處于n＝3能級的氫原子向基態(tài)躍遷時，發(fā)出的光照射鋅板，鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為8.75 eV D．用能量為10.3 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) 解析：選BC.從高能級向基態(tài)躍遷最小能量值為10.2 eV＞3.34 eV一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)，A錯；n＝3向基態(tài)躍遷時，輻射的光子頻率種類為C＝3種，B對；從n＝3躍遷到n＝1輻射光子的能量為ΔE＝E3－E1＝12.09 eV，照射鋅板最大初動能Ek＝(12.09－3.34) eV＝8.75 eV，C對；10.3 eV的光子能量不滿足能級差公式，不會使基態(tài)的氫原子躍遷，D錯． 2．(xx東北四校聯(lián)考)(多選)如圖所示，氫原子可在下列各能級間發(fā)生躍遷，設(shè)從n＝4到n＝1能級輻射的電磁波的波長為λ1，從n＝4到n＝2能級輻射的電磁波的波長為λ2，從n＝2到n＝1能級輻射的電磁波的波長為λ3，則下列關(guān)系式中正確的是(　　) A．λ1＜λ3 B．λ3＜λ2 C．λ3＞λ2 D.＝＋ 解析：選AB.已知從n＝4到n＝1能級輻射的電磁波的波長為λ1，從n＝4到n＝2能級輻射的電磁波的波長為λ2，從n＝2到n＝1能級輻射的電磁波的波長為λ3，則λ1、λ2、λ3的關(guān)系為h＞h＞h，即＞，λ1＜λ3，＞，λ3＜λ2，又h＝h＋h，即＝＋，則＝－，即正確選項為A、B. 3．(xx湖北荊門模擬)(多選)氫原子核外電子發(fā)生了兩次躍遷，第一次從外層軌道躍遷到n＝3軌道；第二次核外電子再從n＝3軌道躍遷到n＝2軌道，下列說法中正確的是(　　) A．兩次躍遷原子的能量增加相等 B．第二次躍遷原子的能量減小量比第一次的大 C．兩次躍遷原子的電勢能減小量均大于電子的動能增加量 D．兩次躍遷原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量 解析：選BC.氫原子核外電子從外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道這一過程中，原子的能量減小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的電勢能減小量大于電子的動能增加量．又由氫原子能級圖知因躍遷到n＝3軌道放出的光子能量(或原子的能量減小量)最多為1.51 eV，而氫原子核外電子從n＝3軌道躍遷到n＝2軌道放出的光子的能量(或原子的能量減小量)為1.89 eV，B、C正確． 4．(1)(多選)用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測到了一定數(shù)目的光譜線，如圖．調(diào)高電子的能量再次進行觀測，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來增加了5條．用Δn表示兩次觀測中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示調(diào)高后電子的能量．根據(jù)圖所示的氫原子的能級圖可以判斷，Δn和E的可能值為(　　) A．Δn＝1,13.22 eV＜E＜13.32 eV B．Δn＝2,13.22 eV＜E＜13.32 eV C．Δn＝1,12.75 eV＜E＜13.06 eV D．Δn＝2,12.75 eV＜E＜13.06 eV (2)如圖所示為氫原子的能級圖．用光子能量為13.06 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可能觀測到氫原子發(fā)射的不同波長的光有________種，其中最短波長為________ m(已知普朗克常量h＝6.6310－34 Js)． 解析：(1)由原子在某一級級躍遷最多發(fā)射譜線數(shù)C可知C＝1，C＝3，C＝6，C＝10，C＝15. 由題意可知比原來增加5條光譜線，則調(diào)高電子能量前后，最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)分別可能為2和4,5和6……Δn＝2和Δn＝1. 當(dāng)Δn＝2時： 原子吸收了實物粒子(電子)的能量，則調(diào)高后電子的能量E≥E4－E1，E＜E5－E1 所以E≥[－0.85－(－13.60)]eV＝12.75 eV E＜[－0.54－(－13.60)]eV＝13.06 eV 所以12.75 eV≤E＜13.06 eV 故D正確． 同理當(dāng)Δn＝1時，使調(diào)高后電子的能量滿足 E6－E1≤E＜E7－E1 [－0.38－(－13.60)]eV≤E＜[－0.28－(－13.60)]eV 13．22 eV≤E＜13.32 eV 故A正確． (2)13.6 eV－13.06 eV＝0.54 eV，可見用光子能量為13.06 eV的光照射氫原子可使氫原子由基態(tài)躍遷到第5能級，氫原子由第5能級躍遷到低能級，能夠輻射的頻率種類為C＝10種，由ΔE＝hν＝h知，能級差最大對應(yīng)波長最短，最大能級差為13.06 eV，則λ＝＝ m＝9.510－8m. 答案：(1)AD　(2)10　9.510－8 考點二　原子核與原子核的衰變 1．衰變規(guī)律及實質(zhì) (1)兩種衰變的比較 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰變實質(zhì) 2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 2H＋2n→He n→H＋e 衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒 (2)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的．其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子． 2．原子核的人工轉(zhuǎn)變 用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過程． (1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：N＋He→O＋H. (2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為： Be＋He→C＋n. (3)居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：Al＋He→P＋n. P→Si＋e. 3．確定衰變次數(shù)的方法 因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)． 4．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原 (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)． [典例2]　(xx河南三門峽四校聯(lián)考)(1)原子核U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薝.放射性衰變①、②和③依次為(　　) A．α衰變、β衰變和β衰變　 B．β衰變、α衰變和β衰變 C．β衰變、β衰變和α衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變 (2)法國科學(xué)家貝可勒爾(H.A.Becquerel)在1896年發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象．如圖反映的是放射性元素鈾核衰變的特性曲線．由圖可知，鈾的半衰期為________年；請在下式的括號中，填入鈾在衰變過程中原子核放出的粒子的符號． U→Th＋(　　) 解析　(1)衰變過程中電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，由題意可得衰變方程分別為： U→Th＋He，Th→Pa＋e，Pa→U＋e，所以A對． (2)根據(jù)半衰期的定義，由題圖坐標軸數(shù)據(jù)可知，鈾的半衰期為1620年；由核反應(yīng)所遵循的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變過程中放出的粒子的電荷數(shù)為Z＝92－90＝2，質(zhì)量數(shù)為A＝238－234＝4，符號為He. 答案　(1)A　(2)1620　He 1．(多選)放射性元素在衰變過程中，有些放出α射線，有些放出β射線，有些在放出α射線或β射線的同時，還以射線的形式釋放能量．例如Th核的衰變過程可表示為Th→Pa＋e＋γ，關(guān)于此衰變，下列說法正確的是(　　) A.Th核的質(zhì)量等于Pa核的質(zhì)量 B.Th核的質(zhì)量大于Pa核的質(zhì)量 C．一個Th核衰變成一個Pa核后，中子數(shù)減少了1 D．γ射線是由Th原子的外層電子從高能級向低能級躍遷時釋放出的 解析：選BC.衰變前后有質(zhì)量虧損，因為有能量釋放，Th核的質(zhì)量大于Pa核的質(zhì)量，故A錯誤，B正確．一個Th核有234－90＝144個中子，一個Pa核有234－91＝143個中子，中子數(shù)減少了1，故C正確．放射性物質(zhì)衰變時放出來的γ光子，來自原子核，D錯誤． 2．(xx湖北鄂州三模)(多選)靜止的鐳原子核Ra經(jīng)一次α衰變后變成一個新核Rn，則下列相關(guān)說法正確的是(　　) A．該衰變方程為Ra→Rn＋He B．若該元素的半衰期為τ，則經(jīng)過2τ的時間，2 kg的Ra中有1.5 kg已經(jīng)發(fā)生了衰變 C．隨著該元素樣品的不斷衰變，剩下末衰變的原子核Ra越來越少，其半衰期也變短 D．若把該元素放到密閉的容器中，則可以減慢它的衰變速度 解析：選AB.由鐳的α衰變方程Ra→Rn＋He，可判斷A正確．由m＝m0，可知，t＝2τ時，m＝0.5 kg，則已衰變的鐳為m衰＝2 kg－0.5 kg＝1.5 kg，B正確．放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系，C、D錯誤． 3．(1)(多選)Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變，變成Pb(鉛)．以下說法正確的是(　　) A．鉛核比釷核少8個質(zhì)子 B．鉛核比釷核少16個中子 C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變 D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變 (2)約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素P衰變成Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是________． P是P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)，1 mg的P隨時間衰變的關(guān)系如圖所示，請估算4 mg的P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg? 解析：(1)設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C錯、D對．鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A對．鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B對． (2)寫出衰變方程為P―→Si＋e，故這種粒子為e(正電子) 由m－t圖知P的半衰期為14天，由m余＝m原()得0.25 mg＝4 mg()，故t＝56天． 答案：(1)ABD　(2)正電子　56天 考點三　核反應(yīng)類型、核能 1．核反應(yīng)類型 (1)核反應(yīng)的四種類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變． (2)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連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接． (3)核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(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． (4)核反應(yīng)遵循質(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． (5)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒． 2．計算核能的幾種方法 (1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c