2019-2020年高考物理大二轮复习与增分策略专题八波粒二象性原子和原子核.doc

2019-2020年高考物理大二轮复习与增分策略专题八波粒二象性原子和原子核专题定位高考对本专题内容考查的重点和热点有：原子能级跃迁和原子核的衰变规律；核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算；原子物理部分的物理学史和、三种射线的特点及应用等.应考策略由于本专题内容琐碎，考查点多，因此复习时应抓住主干知识，梳理出知识点，进行理解性记忆.1.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，可能辐射出的光谱线条数：NC.2.原子核的衰变衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe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2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒3.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：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差，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(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大.(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，光电流的强度与入射光的强度成正比.5.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：mv2hW0.(2)极限频率c.解题方略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2例1(多选)(xx全国乙卷35(1)改编)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，当频率变高时，最大初动能Ek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.答案AC预测1(多选)在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应.对于这两个过程，下列四个物理量中，一定不同的是()A.遏制电压 B.饱和光电流C.光电子的最大初动能 D.逸出功答案ACD解析不同的金属具有不同的逸出功，遏制电压为Uc，光电子的最大初动能为EkhW0，饱和光电流由单位时间内入射光子数决定，综上可知A、C、D正确.预测2(多选)用如图3所示的装置研究光电效应现象.当用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零；移动变阻器的触头c，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为0，则下列说法正确的是()图3A.光电子的最大初动能始终为1.05 eVB.光电管阴极的逸出功为1.05 eVC.当滑动触头向a端滑动时，反向电压增大，电流增大D.改用能量为2.5 eV的光子照射，移动变阻器的触头c，电流表G中也可能有电流答案BD解析由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，同种金属的逸出功相同，所以光电子逸出后的初动能取决于获得的能量，A错误.当电压表示数大于或等于1.7 V时，电流表无示数，说明遏止电压为1.7 V，由eUmv2，可求得光电管的逸出功为1.05 eV，B正确.若光的频率不变，反向电压大于遏止电压后电路中就不再有电流，C错误.当入射光频率超过截止频率，且反向电压小于遏止电压，电路中就会有电流，D正确.预测3(多选)用某单色光照射金属钛表面，发生光电效应.从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图4所示.则下列说法正确的是()图4A.钛的逸出功为6.631019 JB.钛的极限频率为1.01015 HzC.光电子的最大初动能为1.01018 JD.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比答案AB解析当最大初动能为零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则c1.01015 Hz，可知逸出功W0hc6.631019 J，故A、B正确.入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，根据该图无法得出光电子的最大初动能，故C错误.由图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，故D错误.解题方略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).例2(多选)如图5所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06 eV的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是()图5A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光B.氢原子可能辐射出10种不同波长的光C.氢原子从n4的能级向n3的能级跃迁时辐射光的波长最短D.辐射光中，光子能量为0.31 eV的光波长最长解析氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光.故A错误；因为(13.613.06) eV0.54 eV，知氢原子能够跃迁到第5能级，根据C10知可能观测到氢原子辐射的不同波长的光有10种.故B正确；从n5能级跃迁到n1能级辐射的光子能量最大，波长最短.故C错误；从n5能级跃迁到n4能级辐射的光子能量最小，波长最长.光子能量为E5E40.54(0.85) eV0.31 eV.故D正确.答案BD预测4(多选) 1913年丹麦物理学家玻尔把微观世界中的物理量取分立值的观念应用到原子系统，提出了新的原子结构，下列有关玻尔的原子结构的说法正确的是()A.原子核外电子的运行轨道半径只能是一些特定的值B.电子在定态轨道上运动时会向外辐射电磁波C.玻尔的原子模型能解释氢原子光谱，但不能解释氦原子光谱D.玻尔的原子模型否定了卢瑟福的原子模型答案AC预测5(多选)下列的若干叙述中，正确的是()A.黑体辐射电磁波的强度只与黑体的温度有关B.对于同种金属产生光电效应时，逸出光电子的最大初动能与照射光的频率成线性关系C.一块纯净的放射性元素的矿石，经过一个半衰期以后，它的总质量仅剩下一半D.按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子的能量也减小了答案AB解析由黑体辐射规律可知，辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关，故A正确；根据光电效应方程EkhW0可知，逸出光电子的最大初动能Ek与照射光的频率成线性关系，故B正确；经过一个半衰期以后，有一半的质量发生衰变，但产生新核，故C错误；氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，库仑力对电子做负功，所以动能变小，电势能变大(动能转为电势能)，而因为吸收了光子，总能量变大.故D错误.预测6(多选)氢原子能级如图6所示，当氢原子从n3能级跃迁到n2能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是()图6A.氢原子从n2能级跃迁到n1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能级跃迁到n2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能级跃迁到n3能级答案CD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C3可知，C正确.解题方略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：NHeOH查德威克发现中子的核反应方程为：BeHe6Cn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：AlHePn，PSie例3(xx全国甲卷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)A.CNe B.PSeC.UThHe D.NHeOHE.UnXeSr2n F.HHHen解析衰变的反应物只有一个，生成物有He或e；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于衰变的是C；属于衰变的是A、B；属于裂变的是E；属于聚变的是F.答案CABEF预测7(多选)下列说法中正确的是()A.质子与中子结合成氘核的过程中需要吸收能量B.Ra(镭)衰变为Rn(氡)要经过1次衰变C.射线是原子核外电子挣脱原子核的束缚后而形成的电子流D.放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间答案BD解析质子与中子结合成氘核有质量亏损，释放能量，故A错误；核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒，故B正确；射线是原子核中的中子转化为质子时产生的，故C错误；放射性元素的半衰期是指大量该元素的原子核中有半数发生衰变所需要的时间，故D正确.预测8(多选) U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射性衰变，如图7所示，下列说法正确的是()图7A.图中a是84，b是206B.Pb比U的比结合能大C.Y是衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D.Y和Z是同一种衰变答案ABD解析PoPb，质量数少4，知发生了一次衰变，则电荷数少2，所以a84，BiTi，知发生了一次衰变，则b206.故A、D正确，C错误.比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时会出现质量亏损，根据爱因斯坦质能方程得知，一定释放核能.因此核反应放出能量，则Pb比U的比结合能大，选项B正确.预测9在某些恒星内部，3个氦核(He)结合成1个碳核(6C).已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2,1个质子的质量为mp,1个中子的质量为mn，真空中的光速为c.(1)核反应方程为_；(2)核反应的质量亏损为_；(3)碳核的比结合能为_.答案(1)3HeC(2)3m1m2(3)专题强化练1.不能用卢瑟福原子核式结构模型得出的结论是()A.原子中心有一个很小的原子核B.原子核是由质子和中子组成的C.原子质量几乎全部集中在原子核内D.原子的正电荷全部集中在原子核内答案B解析卢瑟福原子核式结构模型是原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子内部一个很小的核上，带负电的电子绕原子核高速旋转，质量几乎忽略不计，可知选项A、C、D正确.对于原子核是由质子和中子组成的结论是涉及原子核的结构，与核式结构无关，核式结构说的是原子结构，不是原子核结构，选项B错.2.(多选)下列说法正确的是()A.爱因斯坦在光的粒子性的基础上，建立了光电效应方程B.康普顿效应表明光子只具有能量，不具有动量C.玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律D.卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型答案ACD解析爱因斯坦提出了光子假说，建立了光电效应方程，故选项A正确；康普顿效应表明光不仅具有能量，还具有动量，故选项B错误；玻尔的原子理论成功地解释了氢原子光谱的实验规律，故C正确；卢瑟福根据粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，故D正确.3.用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图1所示，该实验表明()图1A.光的本质是波B.光的本质是粒子C.光的能量在胶片上分布不均匀D.光到达胶片上不同位置的概率相同答案C4.(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A.增大入射光的强度，光电流增大B.减小入射光的强度，光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光子数增加，则光电流增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B错误.用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C错误；根据hW0mv2可知，增大照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确.5.(多选)关于近代物理学，下列说法正确的是()A.射线、射线和射线是三种波长不同的电磁波B.一群处于n4能级的氢原子向低能级跃迁时能辐射出6种不同频率的光C.重核裂变过程生成中等质量的核，反应前后质量数守恒，但质量一定减少D.10个放射性元素的原子核在经一个半衰期后，一定有5个原子核发生衰变答案BC解析射线是电磁波，而射线、射线不是电磁波，故A错误；根据数学组合C6，故B正确；核子结合成原子核时一定有质量亏损，释放出能量，故C正确；半衰期是大量原子核显现出来的统计规律，对少数的原子核没有意义，故D错误.6.(xx北京理综14)下列核反应方程中，属于衰变的是()A.NHeOH B.UThHeC.HHHen D.ThPae答案B解析衰变是重核自发的发出粒子的天然放射现象，其中粒子是He，所以B正确；A为原子核的人工转变，C为轻核的聚变，D是衰变，故A、C、D皆错误.7.(多选)(xx惠州市二调)下列说法正确的是()A.卢瑟福通过粒子散射实验建立了原子的核式结构模型B.衰变中产生的射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的C.任何金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率大于这个频率，才能产生光电效应D.入射光的强度增大，从金属表面逸出的光电子的最大初动能也会增大答案AC解析卢瑟福通过粒子散射实验否定了汤姆孙的枣糕模型，建立了原子的核式结构模型，故A正确；衰变中产生的射线实际上是原子核中的中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，故B错误；任何金属都存在一个“极限频率”，当入射光的频率大于金属的极限频率，才能发生光电效应，故C正确；发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，故D错误.8.(多选)下列说法中正确的是()A.玻尔理论完美的解释了氮原子光谱B.按照玻尔理论，氢原子的核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，但原子的能量增大C.电子云说明电子并非在一个特定的圆轨道上运动D.光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大答案BCD9.(多选)下列说法正确的是 ()A.德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，玻尔预言了实物粒子的波动性B.原子核内部某个中子转变为质子和电子，产生的电子从原子核中发射出来，这就是衰变C.氢原子吸收一个光子跃迁到激发态后，在向低能级跃迁时放出光子的频率不一定等于入射光的频率D.铀核裂变的核反应方程为：UBaKrn答案BC解析玻尔原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱实验规律，但局限性是只能解释氢原子光谱，而德布罗意预言了实物粒子的波动性，故A错误；由衰变知识知B正确；氢原子在向低能级跃迁过程中可能放出多种频率的光子，因此放出光子的频率不一定等于入射光的频率，故C正确；所谓核裂变是指重核俘获一个中子后分裂为几个中等质量的核的反应过程，故D错误.10. (多选)如图2所示是氢原子的能级图，对于一群处于n4能级的氢原子，下列说法中正确的是()图2A.这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁B.这群氢原子能够发出6种不同频率的光子C.这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVD.从n4能级跃迁到n3能级发出的光的波长最长答案BD解析 氢原子发生跃迁，吸收的能量必须等于两能级的能级差.故A错误；根据C6知，这群氢原子能够发出6种不同频率的光子.故B正确；一群处于n4能级的氢原子，由n4能级跃迁到n1能级，辐射的光子能量最大，E(13.60.85) eV12.75 eV.故C错误；从n4能级跃迁到n3能级辐射的光子能量最小，频率最小，则波长最长.故D正确.11.(多选)关于原子和原子核的说法中正确的是()A.电子的发现说明原子是可分的B.氢原子吸收光子能量后，核外电子由一个轨道跃迁到另一轨道时，原子的电势能增加C.氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子核，经过7.6天就只剩下一个D.放射性元素所放出的射线是原子核外的内层电子答案AB解析半衰期具有统计规律，对于大量的原子核适用，对于少数原子核不适用，故C错误；放射性元素所放出的射线是原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，不是来自核外电子，故D错误.12.(多选)关于原子结构及原子核的知识，下列判断正确的是()A.每一种原子都有自己的特征谱线B.处于n3能级的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子C.衰变中的电子来自原子的内层电子D.放射性元素的半衰期与压力、温度无关答案AD解析每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质.故A正确；处于n3能级的一个氢原子回到基态时可能会辐射一种频率，或两种不同频率的光子，处于n3能级的“一群”氢原子回到基态时可能会辐射三种不同频率的光子.故B错误；衰变的本质是原子内部的一个中子转化为一个质子同时释放出一个电子.故C错误；放射性元素的半衰期与压力、温度无关，故D正确.13.(多选)(xx全国丙卷35(1)改编)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si*.下列说法正确的是()A.核反应方程为pAlSi*B.核反应过程中系统能量不守恒C.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D.硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致答案AD解析根据质量数和电荷数守恒可得，核反应方程为pAlSi*，A正确；核反应过程中系统能量守恒，B错误；由于反应过程中，要释放大量的能量，并伴随着质量亏损，所以生成物的质量小于反应物的质量之和，C错误；由动量守恒可知，mv28mv，解得v3.6105 m/s，硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致，故D正确.14.(多选)如图3甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图象，下列说法正确的是()图3A.由图线、可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B.由图线、可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C.只要增大电压，光电流就会一直增大D.不论哪种颜色的入射光，只要光足够强，就能发生光电效应答案AB解析由图线、可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；根据光电效应方程知，EkhW0eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故B正确；当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，故C错误；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，与入射光的强度无关，故D错误.15.图4是某金属发生光电效应时光电子的最大初动能Ek与入射光频率 的关系图象，可知该金属的逸出功为_.若入射光的频率为20，则产生的光电子最大初动能为_.(已知普朗克常量为h)图4答案h0h0解析从图象上可知，逸出功W0h0.根据光电效应方程，EkhW0hh0.若入射光的频率为20，则产生的光电子的最大初动能为h0.