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专题八 波粒二象性 原子与原子核知识回扣高考题型2原子结构和能级跃迁高考题型3核反应和核能的计算高考题型1光电效应与光的粒子性高考题精选精练知识回扣知识回扣1.氢原子能级图氢原子能级图(1)能级图如图1所示.图1(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数：N .答案2.原子核的衰变原子核的衰变衰变类型衰变衰变衰变方程衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出中子转化为质子和电子衰变规律电荷数守恒、 守恒质量数3.核能核能(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量.(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象.注意质量数与质量是两个不同的概念.(3)质能方程：Emc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比.4.光电效应的实验规律光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个 ，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的 增大而增大.(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过109 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成 比.答案极限频率频率正5.光电效应方程光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量h和逸出功W0的关系为：EkhW0.(2)极限频率c .光电效应与光的粒子性高考题型1例例1(多选)(2017全国卷19)在光电效应实验中，分别用频率为a、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Ua和Ub，光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是A.若ab，则一定有UaUbB.若ab，则一定有EkaEkbC.若UaUb，则一定有EkaEkbD.若ab，则一定有haEkahbEkb答案解析解析解析由爱因斯坦光电效应方程得EkmhW0，由动能定理得EkmeU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同.当ab时，一定有EkaEkb，UaUb，故选项A错误，B正确；若UaUb，则一定有EkaEkb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0 ha Eka hb Ekb，故选项D错误.技巧点拨技巧点拨1.处理光电效应问题的两条线索一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：(1)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大.(2)光强光子数目多发射光电子数多光电流大.2.爱因斯坦光电效应方程EkhW0的研究对象是金属表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图2所示)，直线的斜率为h，直线与轴的交点的物理意义是极限频率c，直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值.图21.(2017广东广州市模拟)入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光强度减弱，而频率不变，则A.有可能不发生光电效应B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加对点拓展练答案21解析解析解析入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应.故A错误.根据光电效应方程EkhW0知，入射光的频率不变，则最大初动能不变.故B错误.光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，入射光强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小.故C正确.发射出光电子的时间非常短，可认为是瞬时的，故D错误.21A.A图中无光电子射出B.B图中光电子到达金属网时的动能大小为1.5 eVC.C图中的光电子能到达金属网D.D图中光电子到达金属网时的最大动能为3.5 eV2.(多选)(2017山东临沂市模拟)如图3所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，己知金属板的逸出功为4.8 eV.现分别用不同频率的光照射金属板(各光子的能量已在图上标出)，则下列说法正确的是图321答案解析解析解析因入射光的能量3.8 eV小于金属板的逸出功4.8 eV，依据光电效应发生条件，不能发生光电效应，故A正确；因入射光的能量为4.8 eV(等于金属板的逸出功4.8 eV)，因此光电子逸出时的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属网的动能为1.5 eV，故B正确；入射光的能量为5.8 eV，大于金属板的逸出功4.8 eV，依据光电效应方程EkhW0，逸出来的光电子最大初动能为1.0 eV，根据动能定理，知光电子不能到达金属网，故C错误；逸出的光电子最大初动能为：EkmE光W06.8 eV4.8 eV2.0 eV，到达金属网时最大动能为2.0 eV1.5 eV0.5 eV，故D错误.21原子结构和能级跃迁高考题型2例例2(2017辽宁大连市3月模拟)如图4为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.25 eV的金属钾，下列说法正确的是A.这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n3跃迁到n2所发出 的光波长最短B.这群氢原子能发出2种频率不同的光，其中从n3跃迁到n1所发出 的光频率最小C.金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为9.84 eVD.金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为12.86 eV答案解析图4解析解析这群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论hEmEn(mn)得知，从n3跃迁到n2所发出的光能量最小，由Ehh得知，频率最低，波长最长，故A、B错误；从n3跃迁到n1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.60 eV1.51 eV12.09 eV，根据光电效应方程得，EkmhW012.09 eV2.25 eV9.84 eV，故C正确，D错误.规律总结规律总结1.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据粒子散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律.卢瑟福用粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素.2.原子的核式结构模型(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动；(2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转.3.能级和能级跃迁：(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rnn2r1(n1,2,3，)(2)能量量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En (n1,2,3，)(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn(mn).3.(2017湖北武汉市2月调考)关于原子结构，下列说法错误的是A.汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流B.卢瑟福粒子散射实验表明：原子中带正电部分的体积很小，但几乎 占有全部质量，电子在正电体的外面运动C.各种原子的发射光谱都是连续谱D.玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出 了玻尔的原子模型对点拓展练答案解析解析解析各种原子的发射光谱都是明线光谱.4534.关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是A.原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力B.电子绕核运动的轨道半径是任意的C.原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只 能取某些特定值D.电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子频率等 于电子绕核运动的频率答案解析453解析解析根据玻尔理论的基本假设知，原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，A项正确；电子绕核运动的轨道半径是一些特定的值，B项错误；原子的能量包括电子的动能和势能，由于轨道是量子化的，则电子动能也是一些特定的值，C项错误；电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射(或吸收)的光子能量等于两能级间的能量差，D项错误.4535.(2017山东青岛市模拟)原子从A能级跃迁到B能级时吸收波长为1的光子；原子从B能级跃迁到C能级时发射波长为2的光子.已知12，那么原子从A能级跃迁到C能级时将要A.发出波长为12的光子B.发出波长为 的光子C.吸收波长为12的光子D.吸收波长为 的光子答案解析453核反应和核能的计算高考题型3答案例例3(2017全国卷15)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为 ，下列说法正确的是A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析解析解析静止的铀核在衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pThp0，即钍核的动量和粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；根据Ek 可知，选项A错误；半衰期的定义是统计规律，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.技巧点拨技巧点拨1.射线、射线、射线之间的区别名称射线射线射线实质氦核流电子流光子速度 约为光速的约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强2.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律.(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即Emc2或Emc2.(3)把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变.(4)核能的计算：Emc2，其中m为核反应方程中的质量亏损；Em931.5 MeV，其中质量亏损m以原子质量单位u为单位.(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：查德威克发现中子的核反应方程为：约里奥居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：6.(2017四川宜宾市二诊)有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是A.居里夫人最先发现天然放射现象B.伦琴射线的发现揭示了原子具有核式结构C.在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关D.在衰变方程 X 中，X原子核的质量数是234对点拓展练答案解析786解析解析贝可勒尔最先发现天然放射现象.故A错误；粒子散射实验揭示了原子具有核式结构.故B错误；根据光电效应方程EkhW0可知，在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关.故C正确；根据质量数守恒可得，X的质量数：A2394235.故D错误.786答案786答案解析8.(多选)(2017贵州凯里市模拟)核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射射线，下列说法正确的是C.与铯137相比，碘131衰变更慢，且铯133和铯137含有相同的质子数D.铯137衰变时辐射出的光子能量大于可见光光子能量786解析解析射线实际是电子流，故A错误，B正确；半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，碘131的半衰期为8天，铯137半衰期为30年，碘131衰变更快，故C错误.射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光光子的能量，故D正确.786高考题精选精练题组题组1全国卷真题精选全国卷真题精选1.(2016全国卷35(1)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生.下列说法正确的是_.A.保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B.入射光的频率变高，饱和光电流变大C.入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关答案123456解析123456解析解析在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据EkhW0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，若入射光频率变高，则光电子最大初动能变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误；由EkeUc和EkhW0，得hW0eUc，遏止电压只与入射光频率有关，与入射光强度无关，因此E正确.2.(2016全国卷35(1)在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_.(填正确答案标号)答案123456CABEF3.(2015新课标全国35(1)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_.A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构E.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，与入 射光的强度无关答案123456解析解析解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，突出体现了电子的波动性，故A正确；射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，突出体现了射线的粒子性，故B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射突出体现了中子的波动性，故C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，突出体现了电子的波动性，故D正确；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，与入射光的强度无关，突出体现了光的粒子性，故E错误.123456答案123456解析4.(2014新课标全国35(1)关于天然放射性，下列说法正确的是_.A.所有元素都可能发生衰变B.放射性元素的半衰期与外界的温度无关C.放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D.、和三种射线中，射线的穿透能力最强E.一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线123456解析解析自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B、C正确；、和三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D正确；原子核发生衰变时，不能同时发生和衰变，射线伴随这两种衰变产生，故选项E错误.题组题组2各省市真题精选各省市真题精选5.(2015福建理综30(1)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是_.(填选项前的字母)A.射线是高速运动的电子流B.氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D. 的半衰期是5天，100克 经过10天后还剩下50克答案123456解析解析解析射线是高速电子流，而射线是一种电磁波，选项A错误.氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确.太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误.12345610天为两个半衰期，剩余的 为100 g100( )2 g25 g，选项D错误.1( )2ta.氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于 656 nmb.用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到 n2的能级c.一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d.用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级6.(2014山东理综39(1)氢原子能级如图5所示，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是_.答案123456解析图5123456解析解析能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小，a错误；由EmEnh可知，b错误，d正确；根据 3可知，辐射的光子频率最多3种，c正确.
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