物理备课资料 七 原子与原子核

专题七原子与原子核专题七原子与原子核定位定位 五年考情分析五年考情分析2017年年2016年年2015年年2014年年2013年年卷卷T17(T17(核能的计算核能的计算) )T35(1)(T35(1)(光光电效应电效应) )T35(1)(T35(1)(光光电效应电效应) )T35(1)(T35(1)(原子原子核的衰变、核的衰变、半衰期半衰期) )T35(1)(T35(1)(核核反应方程反应方程) )卷卷T15(T15(衰变方程衰变方程) )T35(1)(T35(1)(核核反应方程反应方程) )T35(1)(T35(1)(光光电效应、波电效应、波粒二象性粒二象性) )T35(1)(T35(1)(物理物理学史学史) )T35(1)(T35(1)(核核能的计算能的计算) )卷卷T19(T19(光电效应光电效应方程方程) )T35(1)(T35(1)(核核反应方程、反应方程、质量亏损质量亏损) )专题定位专题定位本专题是原子和原子核本专题是原子和原子核, ,纵观近五年的高考题纵观近五年的高考题, ,全国三套卷全国三套卷, ,对于对于原子和原子核的考查原子和原子核的考查, ,前四年在选做部分的前四年在选做部分的3535题呈现题呈现, ,大多以选择大多以选择题或填空题的形式出现题或填空题的形式出现, ,但但20172017年该部分变为必考后年该部分变为必考后, ,考查形式变考查形式变为选择题在选择题部分呈现为选择题在选择题部分呈现, ,知识点内容琐碎知识点内容琐碎, ,考点较多考点较多, ,但主要但主要考查的方面是原子核的衰变、半衰期、核反应方程、质能方程、考查的方面是原子核的衰变、半衰期、核反应方程、质能方程、光电效应方程这些方面光电效应方程这些方面. .应考建议应考建议20182018年高考复习备考过程中年高考复习备考过程中, ,应注意原子物理仍会从以下方面命应注意原子物理仍会从以下方面命题题:(1):(1)原子的能级跃迁原子的能级跃迁;(2);(2)原子核的衰变规律原子核的衰变规律;(3);(3)核反应方程的核反应方程的书写书写;(4);(4)质量亏损和核能的计算质量亏损和核能的计算;(5);(5)三种射线的特点及应用三种射线的特点及应用; ;(6)(6)光电效应的规律及应用光电效应的规律及应用. .由于本部分内容知识点多由于本部分内容知识点多, ,且与科技且与科技相关相关, ,题目新颖题目新颖, ,因此因此, ,备考中加强对基本概念和规律的理解的同备考中加强对基本概念和规律的理解的同时时, ,注意与前沿科技有关的知识迁移注意与前沿科技有关的知识迁移. .整整 合合突突 破破实实 战战整合整合 网络要点重温网络要点重温【网络构建网络构建】【要点重温要点重温】 1.1.能级跃迁能级跃迁(1)(1)辐射条件辐射条件: :hh= = . .(2)(2)辐射光谱线条数辐射光谱线条数: :一群处于量子数为一群处于量子数为n n的激发态的氢原子的激发态的氢原子, ,可辐射出的光谱可辐射出的光谱线条数线条数N=N= . .2.2.光电效应光电效应(1)(1)光电效应的实验规律光电效应的实验规律: :存在着存在着 ; ;存在着存在着 和和 . .(2)(2)爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程: :E Ek k=h-W=h-W0 0. .3.3.核反应、核能的计算核反应、核能的计算(1)(1)两个守恒两个守恒: : 守恒、守恒、 守恒守恒. .(2)(2)质能方程质能方程:E=:E= . .E Em m-E-En n2nC饱和电流饱和电流遏止电压遏止电压截止频率截止频率质量数质量数电荷数电荷数mcmc2 2突破突破 热点考向聚焦热点考向聚焦热点考向一光电效应与光的粒子性热点考向一光电效应与光的粒子性【核心提炼核心提炼】1.1.光电效应的研究思路光电效应的研究思路(1)(1)两条线索两条线索: :2.2.爱因斯坦光电效应方程爱因斯坦光电效应方程E Ek k=h-W=h-W0 0的研究对象是金属表面的电子的研究对象是金属表面的电子, ,意义是说意义是说, ,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大( (如图所示如图所示),),直线的斜率为直线的斜率为h,h,直线与直线与轴的交点的物理意义是截止频率轴的交点的物理意义是截止频率c c, ,直线与直线与E Ek k轴交点的物理意义轴交点的物理意义是逸出功的负值是逸出功的负值. .【典例典例1 1】 ( (20172017安徽黄山模拟安徽黄山模拟) )关于光电效应关于光电效应, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.截止频率越大的金属材料逸出功越大截止频率越大的金属材料逸出功越大B.B.只要光照射的时间足够长只要光照射的时间足够长, ,任何金属都能产生光电效应任何金属都能产生光电效应C.C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大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这种金属的逸出功越小D.D.入射光的光强一定时入射光的光强一定时, ,频率越高频率越高, ,单位时间内逸出的光电子数就越多单位时间内逸出的光电子数就越多解析解析: :由逸出功由逸出功W=hW=h0 0知知, ,截止频率越大截止频率越大, ,逸出功越大逸出功越大, ,故故A A正确正确. .光电效应的光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率条件是入射光的频率大于金属的截止频率, ,与入射光的强度无关与入射光的强度无关, ,故故B B错误错误. .根据光电效应方程根据光电效应方程E Ek k=h-W=h-W0 0知知, ,最大初动能与入射光的频率成一次函数关最大初动能与入射光的频率成一次函数关系系, ,不会影响金属的逸出功不会影响金属的逸出功, ,故故C C错误错误. .入射光的光强一定时入射光的光强一定时, ,频率越高频率越高, ,光子光子的能量越大的能量越大, ,入射光中的光子的数目越少入射光中的光子的数目越少, ,单位时间内逸出的光电子数就越单位时间内逸出的光电子数就越少少, ,故故D D错误错误. .A A【预测练习预测练习1 1】 ( (20172017安徽合肥模拟安徽合肥模拟) )从从19071907年起年起, ,密立根就开始测量金属的密立根就开始测量金属的遏止电压遏止电压U Uc c( (即图即图1 1所示的电路中电流表所示的电路中电流表G G的读数减小到零时加在电极的读数减小到零时加在电极K,AK,A之间之间的反向电压的反向电压) )与入射光的频率与入射光的频率,由此算出普朗克常量由此算出普朗克常量h,h,并与普朗克根据黑体并与普朗克根据黑体辐射得出的辐射得出的h h相比较相比较, ,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性. .按照密立根的方按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验法我们利用图示装置进行实验, ,得到了某金属的得到了某金属的U Uc c- -图像如图图像如图2 2所示所示. .下列说下列说法正确的是法正确的是( ( ) )A.A.该金属的截止频率约为该金属的截止频率约为4.274.2710101414 Hz HzB.B.该金属的截止频率约为该金属的截止频率约为5.505.5010101414 Hz HzC.C.该图线的斜率为普朗克常量该图线的斜率为普朗克常量D.D.该图线的斜率为这种金属的逸出功该图线的斜率为这种金属的逸出功A A热点考向二原子结构和能级跃迁热点考向二原子结构和能级跃迁【核心提炼核心提炼】1.1.原子结构的认识历程原子结构的认识历程2.2.原子能级跃迁问题的解题技巧原子能级跃迁问题的解题技巧(1)(1)原子跃迁时原子跃迁时, ,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)(2)原子电离时原子电离时, ,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值. .【典例典例2 2】 ( (20172017四川广元二模四川广元二模) )如图所示为氢原子的能级示意图如图所示为氢原子的能级示意图, ,一群氢原一群氢原子处于子处于n=3n=3的激发态的激发态, ,在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子, ,用这些光照射用这些光照射逸出功为逸出功为2.49 2.49 eVeV的金属钠的金属钠, ,说法正确的是说法正确的是( ( ) )A.A.这群氢原子能发出三种频率不同的光这群氢原子能发出三种频率不同的光, ,其中从其中从n=3n=3跃迁到跃迁到n=2n=2所发出的光波长所发出的光波长最短最短B.B.这群氢原子能发出两种频率不同的光这群氢原子能发出两种频率不同的光, ,其中从其中从n=3n=3跃迁到跃迁到n=1n=1所发出的光频率所发出的光频率最小最小C.C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 9.60 eVeVD.D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 11.11 eVeVC C解析解析: :一群氢原子处于一群氢原子处于n=3n=3的激发态的激发态, ,可能放出可能放出3 3种不同频率的光子种不同频率的光子, ,从从n=3n=3跃跃迁到迁到n=1n=1辐射的光子频率最大辐射的光子频率最大, ,波长最短波长最短. .故故A,BA,B错误错误. .从从n=3n=3跃迁到跃迁到n=1n=1辐射辐射的光子能量最大的光子能量最大, ,为为12.09 12.09 eVeV. .则光电子的最大初动能则光电子的最大初动能E Ekmkm=h-W=h-W0 0=(12.09-=(12.09-2.49)eV=9.60 2.49)eV=9.60 eVeV. .故故C C正确正确,D,D错误错误. .【拓展延伸拓展延伸】 在典例在典例2 2中中, ,假若一个处于假若一个处于n=3n=3的激发态氢原子向低能级跃迁的的激发态氢原子向低能级跃迁的情况是怎样的情况是怎样的? ?最多有几种不同频率的光子最多有几种不同频率的光子? ?解析解析: :一个处于一个处于n=3n=3的激发态氢原子向较低能级跃迁时的激发态氢原子向较低能级跃迁时, ,可能情况是可能情况是3 3到到2,22,2再到再到1,1,或者或者3 3到到1;1;产生不同频率的光子是一种或两种产生不同频率的光子是一种或两种, ,最多有两种最多有两种. .答案答案: :3 3到到2,22,2再到再到1,1,或者或者3 3到到1;1;两种两种【预测练习预测练习2 2】 ( (20172017贵州遵义模拟贵州遵义模拟) )根据根据粒子散射实验粒子散射实验, ,卢瑟福提出了卢瑟福提出了原子的核式结构模型原子的核式结构模型. .如图表示了原子核式结构模型的如图表示了原子核式结构模型的粒子散射图景粒子散射图景. .图图中实线表示中实线表示粒子的运动轨迹粒子的运动轨迹. .其中一个其中一个粒子在从粒子在从a a运动到运动到b b、再运动到、再运动到c c的过程中的过程中(粒子在粒子在b b点时距原子核最近点时距原子核最近),),下列判断正确的是下列判断正确的是( ( ) )A.A.粒子的动能先增大后减小粒子的动能先增大后减小B.B.粒子的电势能先增大后减小粒子的电势能先增大后减小C.C.粒子的加速度先变小后变大粒子的加速度先变小后变大D.D.电场力对电场力对粒子先做正功后做负功粒子先做正功后做负功B B解析解析: :粒子受到斥力作用粒子受到斥力作用, ,根据电场力做功特点可知根据电场力做功特点可知, ,从从a a运动运动b b过程中电过程中电场力做负功场力做负功, ,电势能增加电势能增加, ,动能减小动能减小, ,从从b b运动到运动到c c过程中过程中, ,电场力做正功电场力做正功, ,电电势能减小势能减小, ,动能增加动能增加,A,D,A,D错误错误,B,B正确正确; ;根据点电荷周围电场可知根据点电荷周围电场可知, ,距离原子距离原子核近的地方电场强度大核近的地方电场强度大, ,故越靠近原子核加速度越大故越靠近原子核加速度越大, ,因此因此粒子加速度先粒子加速度先增大后减小增大后减小, ,故故C C错误错误. .热点考向三核反应和核能的计算热点考向三核反应和核能的计算【核心提炼核心提炼】1.1.四种核反应四种核反应2.2.半衰期半衰期(1)(1)特点特点: :由原子核本身决定由原子核本身决定, ,与原子所处的化学状态和外部环境无关与原子所处的化学状态和外部环境无关. .(3)(3)适用条件适用条件: :大量原子核大量原子核. .3.3.核能的理解与计算核能的理解与计算(1)(1)比结合能越大比结合能越大, ,原子核中核子结合的越牢固原子核中核子结合的越牢固. .(2)(2)到目前为止到目前为止, ,核能发电还只停留在利用裂变核能发电核能发电还只停留在利用裂变核能发电. .(3)(3)核能的计算方法核能的计算方法: :根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程, ,用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c c的平方的平方, ,即即E=mcE=mc2 2. .根据根据1 1原子质量单位原子质量单位(u)(u)相当于相当于931.5931.5兆电子伏兆电子伏(MeV)(MeV)能量能量, ,用核反应的质量用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以亏损的原子质量单位数乘以931.5 931.5 MeV,MeV,即即EE=m=m931.5 (931.5 (MeVMeV).).如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现, ,则核反应过程中系统动能的则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能增量即为释放的核能. .【典例典例3 3】 ( (20162016全国全国卷卷,35,35) )在下列描述核过程的方程中在下列描述核过程的方程中, ,属于属于衰变的是衰变的是, ,属于属于衰变的是衰变的是, ,属于裂变的是属于裂变的是, ,属于聚变的是属于聚变的是.(.(填正确答案标号填正确答案标号) ) 答案答案: :C CABABE EF FBD BD 实战实战 高考真题演练高考真题演练1.1.光电效应光电效应(20172017全国全国卷卷,19,19) )在光电效应实验中在光电效应实验中, ,分别用频率为分别用频率为a a,b b的单色光的单色光a,ba,b照射到同种金属上照射到同种金属上, ,测得相应的遏止电压分别为测得相应的遏止电压分别为U Ua a和和U Ub b、光电子、光电子的最大初动能分别为的最大初动能分别为E Ekaka和和E Ekbkb.h.h为普朗克常量为普朗克常量. .下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.若若a a b b, ,则一定有则一定有U Ua a b b, ,则一定有则一定有E Ekaka E EkbkbC.C.若若U Ua a U Ub b, ,则一定有则一定有E Ekaka b b, ,则一定有则一定有hha a-E-Ekaka hhb b-E-EkbkbBCBC解析解析: :由爱因斯坦光电效应方程知由爱因斯坦光电效应方程知, ,E Ekaka=h=ha a-W-W0 0,E,Ekbkb=h=hb b-W-W0 0, ,当当a a b b时时, ,E Ekaka E Ekbkb, ,选项选项B B正确正确. .由最大初动能和遏止电压的关系由最大初动能和遏止电压的关系, ,eUeUa a= =E Ekaka知知eUeUb b= =E Ekbkb, ,若若a a b b, ,得得E Ekaka E Ekbkb进而知进而知U Ua a U Ub b, ,选项选项A A错误错误; ;若若U Ua a U Ub b, ,则一定有则一定有E Ekaka E Ekbkb, ,选选项项C C正确正确; ;对同一种金属对同一种金属, ,则有则有hha a-E-Ekaka= =hhb b-E-Ekbkb=W=W0 0, ,选项选项D D错误错误. .B B 解析解析: :氘核聚变反应中亏损的质量氘核聚变反应中亏损的质量m=2.013 6 um=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7u=2-3.015 0 u-1.008 7u=0.003 5 u,0.003 5 u,释放的核能释放的核能E=0.003 5E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,931 MeV3.3 MeV,选项选项B B正确正确. .B B 解析解析: :衰变前后动量守恒衰变前后动量守恒, ,衰变前动量为零衰变前动量为零, ,故衰变后钍核与故衰变后钍核与粒子动量大小粒子动量大小相等相等, ,方向相反方向相反, ,选项选项B B正确正确; ;又又E Ek k= ,= ,钍核与钍核与粒子动量大小相等粒子动量大小相等, ,但质量但质量不同不同, ,故动能不同故动能不同, ,选项选项A A错误错误; ;半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间变所需要的时间, ,而放出而放出粒子所经历的时间是一个原子核的衰变时间粒子所经历的时间是一个原子核的衰变时间, ,选选项项C C错误错误; ;衰变前后质量数不变衰变前后质量数不变, ,但有质量亏损但有质量亏损, ,选项选项D D错误错误. .22pm4.4.波粒二象性波粒二象性(20152015全国全国卷卷,35,35)()(多选多选) )实物粒子和光都具有波粒二象性实物粒子和光都具有波粒二象性. .下列事实中突出体现波动性的是下列事实中突出体现波动性的是( ( ) )A.A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.E.光电效应实验中光电效应实验中, ,光电子的最大初动能与入射光的频率有关光电子的最大初动能与入射光的频率有关, ,与入射光的强与入射光的强度无关度无关解析解析: :电子束通过双缝产生干涉图样电子束通过双缝产生干涉图样, ,体现的是波动性体现的是波动性,A,A正确正确;射线在云室射线在云室中留下清晰的径迹中留下清晰的径迹, ,不能体现波动性不能体现波动性,B,B错误错误; ;衍射体现的是波动性衍射体现的是波动性,C,C正确正确; ;电电子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构,D,D正确正确; ;光电效应体现光电效应体现的是光的粒子性的是光的粒子性,E,E错误错误. .ACDACD