高考物理总复习 专题十六 波粒二象性 原子物理课件

专题十六波粒二象性原子物理高考物理 (江苏省专用)一、单项选择题一、单项选择题1.2014江苏单科,12C(1)已知钙和钾的截止频率分别为7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应,比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子,钙逸出的光电子具有较大的()A.波长 B.频率 C.能量 D.动量A组 自主命题江苏卷题组五年高考答案 A由光电效应方程Ekm=h-W=h-h0钙的截止频率大,因此钙中逸出的光电子的最大初动能小,因动量p=,故动量小,由=,可知波长较大,则频率较小,选项A正确。2mEkmhp考查点 本题考查光电效应等知识,属于中等难度题。错解分析本题推理过程用到的公式有Ekm=h-h0、p=、=,部分考生因忘记公式而猜答案造成错答。因此,学习过程中一定要打牢基础。2mEkmhp2.2017江苏单科,12C(1)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线,下列判断正确的有()AHe核的结合能约为14 MeVBHe核比Li核更稳定C.两个H核结合成He核时释放能量DU核中核子的平均结合能比Kr核中的大42.42.63214223592.8936二、多项选择题二、多项选择题答案 BC本题考查原子核的相关知识。由图像可知He的比结合能约为7 MeV,其结合能应为28 MeV,故A错误。比结合能较大的核较稳定,故B正确。比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量,故C正确。比结合能就是平均结合能,故由图可知D错误。42,知识归纳 对比结合能的理解比结合能较小的核结合成比结合能大些的核为轻核聚变; 比结合能较小的重核,分裂成几个比结合能较大的中等质量的核,为重核裂变。上述两类核反应均放出核能。比结合能越大的核越稳定。3.2015江苏单科,12C(1)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的有()A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等答案 AB黑体辐射的实验规律可用光的粒子性解释,C错误;由=,p=,得=,动能相等的质子和电子质量相差很多,所以德布罗意波长不相等,D错误。hp2mEkh2mEk考查点 本题考查波粒二象性、光电效应、黑体辐射、德布罗意波长等知识,属于中等难度题。错解分析漏选B的较多,说明这部分考生对该知识点掌握不清。4.2017江苏单科,12C(2)质子H)和粒子He)被加速到相同动能时,质子的动量 (选填“大于”、“小于”或“等于”)粒子的动量,质子和粒子的德布罗意波波长之比为 。11(42(三、非选择题三、非选择题答案小于2 1解析由动量与动能的关系p=可知,Ek相同时,质量小的动量也较小,故质子的动量小于粒子的动量。德布罗意波长=,而p,故,则H =2 1。2mEkhpm1mmmH5.2015江苏单科,12C(2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电U是核电站常用的核燃料U受一个中子轰击后裂变成Ba和Kr两部分,并产生 个中子。要使链式反应发生,裂变物质的体积要 (选填“大于”或“小于”)它的临界体积。23592,23592。144568936答案3大于解析由UnBaKr+n可知,会产生3个中子,要使裂变持续进行(链式反应),裂变物质的体积需大于它的临界体积。2359210144568936103考查点 本题考查原子核反应方程、链式反应等知识,属于中等难度题。友情提醒原子核反应方程中若两端有相同的粒子,写方程时不可约掉。6.2013江苏单科,12C(2)根据玻尔原子结构理论,氦离子(He+)的能级图如图所示。电子处在n=3轨道上比处在n=5轨道上离氦核的距离 (选填“近”或“远”)。当大量He+处在n=4的激发态时,由于跃迁所发射的谱线有 条。 答案近6解析量子数小的轨道半径小,因此n=3的轨道比n=5的轨道离核近;能级跃迁发射的谱线条数为=6条。2nC24C考查点 本题考查玻尔的原子结构理论等知识,属于中等难度题。知识链接原子的结构模型与天体运动的行星模型有许多相似之处,注意采用类比学习法掌握原子的结构。7.2016江苏单科,12C(1)(3)(1)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象,如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是 。ACNe BUnIY+nCHHHen DHeAlPn(3)几种金属的逸出功W0见下表:146.1470123592.1013953953910221.31421042.2713301510金属钨钙钠钾铷W0(10-19 J)7.265.123.663.603.41用一束可见光照射上述金属的表面,请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为 4.010-77.610-7 m,普朗克常量h=6.6310-34 Js。答案(1)A(3)见解析解析(1)A是衰变,B是核裂变,C是核聚变,D是原子核的人工转变,所以A符合题意。(3)光子的能量E=,取=4.010-7 m,则E5.010-19 J根据EW0判断,钠、钾、铷能发生光电效应。hc考查点 本题考查放射性元素的衰变、光电效应、光子的能量等知识,属于中等难度题。知识拓展核反应分为衰变、人工转变、轻核聚变和重核裂变,如本题中B选项为重核裂变,C选项为轻核聚变,D选项为人工转变。8.2015江苏单科,12C(3)取质子的质量mp=1.672 610-27 kg,中子的质量mn=1.674 910-27 kg,粒子的质量m=6.646 710-27 kg,光速c=3.0108 m/s。请计算粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)答案4.310-12 J解析组成粒子的核子与粒子的质量差为m=(2mp+2mn)-m结合能E=mc2代入数据得E=4.310-12 J考查点 本题考查结合能等知识,属于中等难度题。友情提醒计算结果一定要注意有效数字位数的要求。考点一波粒二象性考点一波粒二象性一、单项选择题一、单项选择题1.(2017北京理综,18,6分)2017年年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)()A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 JB组 统一命题、省（区、市）卷题组答案 B本题考查光子能量。由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E=h=h=210-18 J,故选项B正确。c审题指导 题目信息提取此题为新科技背景下的信息题,从题中提取有用信息,成为解答此题的关键,从题中应提取到如下有用信息:照射并使分子电离的激光波长为=100 nm=10-7m,照射不会把分子打碎,说明光子能量几乎全部用来使分子电离,所以只要计算激光脉冲光子能量即可。2.(2017上海单科,2,3分)光子的能量与其()A.频率成正比 B.波长成正比C.速度成正比 D.速度平方成正比答案 A由E=h、c=得E=h=h,可见光子的能量与其频率成正比、与其波长成反比,A正确,B错误。由于任意能量的光子在真空中传播的速度都是相同的,故C、D皆错误。c易错点拨关于光子的能量光子的能量不能理解为动能,不能由动能的定义式Ek=mv2来处理光子能量的问题,谨记爱因斯坦的光子说、质能方程是关键。123.(2016天津理综,2,6分)如图是a、b两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样,则()A.在同种均匀介质中,a光的传播速度比b光的大B.从同种介质射入真空发生全反射时a光临界角大C.照射在同一金属板上发生光电效应时,a光的饱和电流大D.若两光均由氢原子能级跃迁产生,产生a光的能级能量差大答案 D由a、b两光的干涉图样结合x=知,ab、nanb,由n=知vavb,A项错误。sin C=,故Cab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb 二、多项选择题二、多项选择题答案 BC本题考查对光电效应方程h-W0=Ek的理解。光照射到同种金属上,同种金属的逸出功相同。若ab,据h-W0=Ek,得EkaEkb,则B项正确。由h-W0=Ek=eU,可知当ab时UaUb,则A项错误。若UaUb说明EkaE2E3 B.(E3-E2)(E2-E1)C.b光的波长最长 D.c光的频率最高答案 DE1为基态能量,其值最小,故A错。由能级图可以看出(E3-E2)E4-E2,E3-E1E4-E2,E2-E1E4-E2,故共4种。(3)UThHe设钍核的质量为M,反冲速度为v,由动量守恒定律:0=m(0.1c)-Mv其中=,v=c1E161E4c116hc3E238922349042mM42341585考查点本题考查能级跃迁、核反应方程、动量守恒,涉及知识点较多,为中等难度题。友情提醒在(2)中,因为E1为负值,故波长应为-,切不可丢掉负号。116hc3E4.(2017江苏六市二模)(10分)2017年1月,我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究。在量子理论中,有共同来源的两个微观粒子,不论它们相距多远,它们总是相关的,一个粒子的行为会立即影响到另一个粒子的状态,这就是所谓的量子纠缠。(1)关于量子理论,下列说法中正确的有 。A.玻尔氢原子理论,第一次提出了能量量子化的概念B.爱因斯坦研究光电效应提出光子说,光子说属于量子理论的范畴C.量子理论中,实物粒子具有波粒二象性D.微观粒子在受力情况和初速度确定的前提下,可以确定它此后运动状态和位置(2)设一对静止的正、负电子湮灭后产生两个光子A和B,已知电子质量为m,真空中光速为c,普朗克常量为h,则光子A的频率是 ;若测得光子A的波长为,则光子B的动量大小为 。(3)原子核的能量也是量子化的,钍核Th)的能级图如图所示Ac发生衰变产生钍核,钍核处于n=3的能级。22690(22689。写出Ac发生衰变的方程;发生上述衰变时,探测器能接收到射线谱线有几条?求波长最长的光子的能量E。22689解析(1)能量量子化概念首先由普朗克提出,A错。D选项违反了不确定性关系。选B、C。(2)由质能方程得:E=mc2=2mc2又因为E=2h所以=B光子动量p=(A、B光子频率相等,波长也相等)。(3)AcThe在三个能级间跃迁有3条谱线。波长最长对应能级差最小,E=E2-E1=0.072 1 MeV2mchh226892269001答案(1)BC(2) (3)见解析2mchh考查点本题考查光的波粒二象性、能级跃迁、光电效应、核反应方程、物质波、质能方程等知识,为中等难度题。命题研究本题情景设置新颖,不落俗套,而且紧扣基础知识和基本能力,为一道好题。5.2016江苏苏锡常镇三模,12C(1)(2)(10分)(1)下列符合物理历史事实的有()A.卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子核有复杂的结构B.德布罗意认为电子也有波动性,且电子的波长与它的动量成反比C.贝可勒尔发现天然放射现象,揭开了原子可再分的序幕D.结合能越大,原子核越稳定(2)光电效应是光具有粒子性的有力证据。如图所示,是测定最大初动能和阴极材料的逸出功的实验装置。当开关S断开时,用光子能量为3.11 eV的一束光照射阴极K,发现电流表读数不为零。合上开关,调节滑动变阻器,发现当电压表读数小于1.21 V时,电流表读数不为零;当电压表读数大于或等于1.21 V时,电流表读数为零。从上述实验数据可知,此时光电子的最大初动能为 eV,该阴极材料的逸出功为 eV。 解析(1)卢瑟福的粒子散射实验建立了原子的核式结构模型,故A错。德布罗意认为电子也具有波动性,波长=,故B正确。贝可勒尔发现天然放射现象,揭示了原子核有复杂的结构,故C错。比结合能越大原子核越稳定,而结合能大的原子核比结合能不一定大,故D错。(2)由mv2=eUc可知,光电子的最大初动能为1.21 eV。由mv2=h-W,得W=3.11 eV-1.21 eV=1.90 eV。hp1212答案(1)B(2)1.211.90考查点 本题考查粒子的散射实验、原子的核式结构模型、德布罗意波、天然放射现象、结合能、光电效应等知识,属于中等难度题。易错警示第(1)小题中A、C、D选项的模糊性很强,极易被错选。如D选项只是少一个“比”字,所以审题一定要细心,切不可走马观花式的读题。6.2016苏北三市三模,12C(1)(2)(10分)(1)下列说法正确的是()A.光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B.天然放射现象说明原子具有复杂的结构C.一个氘核的质量小于一个质子和一个中子的质量和D.已知钴60的半衰期为5.27年,则任一个钴60原子核都将在5.27年内发生衰变(2)如图所示为氢原子的能级图,n为量子数。若氢原子由n=3能级跃迁到n=2能级的过程释放出的光子恰好能使某种金属发生光电效应,则一群处于n=4能级的氢原子在向基态跃迁时,产生的光子中有 种频率的光子能使该金属发生光电效应,其中光电子的最大初动能Ek= eV。 解析(1)光电效应是光照射到金属上时有电子逸出的现象,故A错。天然放射现象说明原子核具有复杂的结构,故B错。一个质子和一个中子结合成氘核时放出能量,由质能方程可知,对应存在质量亏损,故C正确。衰变规律为大量原子核表现出来的统计规律,对少量原子核并不成立,故D错。(2)如图所示,除了从n=4能级跃迁到n=3能级的辐射光不能使该金属发生光电效应外,其他均可以,故共有5种。从n=4能级跃迁到n=1能级的辐射光照到该金属上,产生的光电子的最大初动能最大,由光电效应方程有:Ek=(E4-E1)-(E3-E2)=-0.85 eV-(-13.6 eV)-(-1.51 eV)+(-3.4 eV)=10.86 eV。答案(1)C(2)510.86考查点 本题考查光电效应、天然放射现象、轻核聚变、半衰期、氢原子能级图及电子的跃迁等知识,属于中等难度题。解题方法对于电子跃迁的问题,画出氢原子能级图,并在图上标出跃迁的过程,可使抽象问题直观形象,降低解题难度。7.2015江苏南京、盐城二模,12C(2)(5分)用如图甲所示的装置研究光电效应现象,当用光子能量为5 eV的光照射到光电管上时,测得电流表的示数随电压变化的图像如图乙所示,则光电子的最大初动能为 J,金属的逸出功为 J。 解析由I-U图像可知,遏止电压Uc=2 V,则光电子的最大初动能Ek=eUc=1.610-192 J=3.210-19 J。由光电效应方程可得金属的逸出功W=h-Ek=51.610-19 J-3.210-19 J=4.810-19 J。答案3.210-194.810-19 考查点 本题考查光电效应的实验原理、I-U图像的理解、光电效应方程、动能定理、逸出功等知识,属于中等难度题。温馨提示光电管的阴极与阳极之间所加电压为遏止电压时,从阴极逸出的光电子恰好处于要到达阳极的临界状态,由动能定理可得光电子的最大初动能。1.2017江苏四市一联,12C(2)(3)(2)氢原子各定态能量为En=,E1为基态氢原子能量,现有大量氢原子处于n=4激发态。这些氢原子可以发出 种不同频率的光子,其中频率最大的光子能量为频率最小的光子能量的 倍(可保留分数)。(3)静止的锂核Li俘获一个速度为8106 m/s的中子,发生核反应后产生了两个新粒子,其中一个粒子为氦核He,它的速度大小是3.5106 m/s,方向与反应前的中子速度方向相同,试写出核反应方程,并求反应后产生的另一个粒子的速度大小。12En6342非选择题答案(2)6 (3)见解析1357C组 20152017年高考模拟创新题组解析(2)由=6可见,可以发出6种不同频率的光子。=。(3)核反应方程为LinHeH由动量守恒定律得:mnvn=mHevHe+mHvH得:-vH=2106 m/s速度大小为2106 m/s。24Chhmaxmin4143EEEE111111611169EEEE135763:104231mvmHeHennHvm考查点本题考查氢原子能级、核反应方程、动量守恒等知识,为中等难度题。思路点拨画出能级图,并在能级图上标出跃迁的各种情况,形象直观,易于解题。根据质量数守恒和电荷数守恒,书写核反应方程。2.(2017江苏三市二联)(1)汞原子的能级图如图所示,现让光子能量为E的一束光照射到大量处于基态的汞原子上,汞原子能发出3种不同频率的光,那么入射光光子的能量为 eV,发出光的最大波长为 m(普朗克常量h=6.6310-34 Js,计算结果保留两位有效数字)。(2)一个静止的氮核N俘获一个速度为1.1107 m/s的氦核生成B、C两个新核。设B的速度方向与氦核速度方向相同、大小为4106 m/s,B的质量数是C的17倍,B、C两原子核的电荷数之比为8 1。写出核反应方程;估算C核的速度大小。147解析(1)原子从第3能级跃迁时可以产生3种不同频率的光,所以,入射光子的能量E=E3-E1=7.7 eV。由第3能级向第2能级跃迁时,辐射的光波长最长,由h=E3-E2解得:=4.410-7 m。(2NHeOH由动量守恒定律:mHevHe=mOvO+mHvHvH=-2.4107 m/s即C核的速度大小为2.4107 m/s。c147)4217811答案(1)7.74.410-7(2)见解析考查点本题考查能级跃迁、光子的能量、核反应方程、动量守恒定律等知识,为中等难度题。温馨提示核反应过程中动量守恒,可以代入质量数求速度。3.(2017江苏南京六校联考)(1)关于下列四幅图的说法,正确的是 。A.甲图为放射源放出的三种射线在磁场中运动的轨迹,射线1为射线B.乙图中,电子处在n=2轨道上比处在n=4轨道上离核的距离远C.丙图为粒子散射实验示意图,卢瑟福根据此实验提出了原子的核式结构模型D.丁图为核反应堆示意图,它是利用了铀核聚变反应所释放的能量(2)在光电效应实验中,某金属的截止频率相应的波长为0,该金属的逸出功为 。若用波长为(0)的单色光做该实验,则其遏止电压为 。已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。(3)一个初速度为v0的氧核O)自发衰变成一个氮核N)和另外一个粒子,并释放出一定能量。已知氧核的质量为m0,氮核的质量为m1,速度为v1,方向与氧核方向相同,粒子的质量为m2,若不计光子的动量,写出该核反应的方程式;求出粒子的速度v2。158(157(解析(1)由左手定则判定粒子受力方向指向左侧,故A正确。量子数越小的轨道离原子核越近,故B错。C项所述正确。核反应堆利用的是铀核裂变,故D错。(2)逸出功W=h0=h由动能定理:eUc=mv2由光电效应方程:mv2=h-h联立二式得:Uc=(3)由质量数守恒和电荷数守恒写核反应方程,ONe由动量守恒得:m0v0=m1v1+m2v2解得v2=。0c1212c0chce0111581570100112m vm vm答案(1)AC(2)h (3)ONe 0chce0111581570100112m vm vm考查点本题考查三种射线、氢原子能级图、粒子散射实验、核反应、动量守恒定律等内容。为中等难度题。评析本题考查知识点多,难易适中,区分度明显,为一道好题。4.(2017江苏四市二模)(1)如图所示为研究光电效应现象的实验电路,电路中所有元件完好,当光照射到光电管上时,灵敏电流计中没有电流通过,可能的原因是 。A.入射光强度较弱B.入射光波长太长C.电源电压太高D.光照射时间太短(2)2010年11月17日欧洲核子研究中心的科学家通过大型强子对撞机俘获了少量反氢原子。反氢原子是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成。反质子和质子具有相同的质量,且带有等量异种电荷。反氢原子和氢原子具有相同的能级,其原子能级如图所示。根据玻尔原子结构理论,反氢原子n=3轨道处的电势比n=4轨道处的电势 (选填“高”或“低”);正电子处在n=3轨道上运动的动能比处在n=4轨道上的动能 (选填“大”或“小”)。(3)若有一静止的反氢原子从n=2的激发态跃迁到基态。已知光子动量p与能量E之间满足关系式p=E/c,元电荷e=1.610-19 C,光速c=3108 m/s。求放出光子的能量;放出光子时反氢原子获得的反冲动量大小。解析(1)可能原因是入射光频率太小,即波长太长,没有发生光电效应。(2)根据玻尔原子结构理论,反质子带负电,位于反氢原子中心,r3Ek4。(3)放出光子的能量E=E2-E1=10.2 eV。放出光子的动量p=5.4410-27 kgm/s,据动量守恒,反氢原子获得的动量与光子的动量大小相等,方向相反,所以p=p=5.4410-27 kgm/s。Ec答案(1)B(2)低大(3)10.2 eV5.4410-27 kgm/s考查点本题考查光电效应、能级跃迁、动量守恒等知识,为高考的热点内容,难度中等。