2019-2020年高考物理大一轮复习 第12章 近代物理初步教学案.doc

2019-2020年高考物理大一轮复习 第12章 近代物理初步教学案一、光电效应及其规律1光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫光电子2光电效应的产生条件入射光的频率大于金属的极限频率3光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限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，只随入射光频率的增大而增大(3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109s.(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比二、爱因斯坦光电效应方程1光子说在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每份叫做一个光子，光子的能量h.2逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值3最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值4光电效应方程(1)表达式：hEkW0或EkhW0.(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能三、光的波粒二象性1光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性2光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性3光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性自我诊断1判断正误(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应()(2)要使某金属发生光电效应，入射光子的能量必须大于金属的逸出功()(3)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比()(4)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性()(5)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律()(6)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性()(7)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子具有波动性()2当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A锌板带负电B有正离子从锌板逸出C有电子从锌板逸出 D锌板会吸附空气中的正离子解析：选C.发生光电效应时，有光电子从锌板中逸出，逸出光电子后的锌板带正电，对空气中的正离子有排斥作用，C正确3(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是()A无论增大入射光的频率还是增大入射光的强度，金属的逸出功都不变B只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增大C只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短解析：选AC.金属逸出功只与极限频率有关，A正确根据光电效应方程EkhW0可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变，B错误，C正确发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，光电子逸出所经历的时间几乎同时，D错误4关于光的本性，下列说法正确的是()A光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的切行为，只能认为光具有波粒二象性解析：选D.光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同的侧面、不同属性，只能认为光具有波粒二象性，A、B、C错误，D正确5在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示若该直线的斜率和截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_解析：根据光电效应方程EkmhW0及EkmeUc得Uc，故k，b，得hek，W0eb.答案：ekeb考点一光电效应的理解1光电效应中的几个概念比较(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能(3)光电流和饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关(4)光的强弱与饱和光电流频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大2对光电效应规律的解释对应规律对规律的产生的解释光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服原子核引力做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，逸出功W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大1(xx高考全国乙卷)(多选)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：选AC.产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误2(xx广东深圳模拟)(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，都能发生光电效应对于这两个过程，下列物理过程中一定不同的是()A遏止电压B饱和光电流C光电子的最大初动能 D逸出功解析：选ACD.同一束光照射不同的金属，一定相同的是入射光的光子能量，不同金属的逸出功不同，根据光电效应方程EkmhW0知，最大初动能不同，则遏止电压不同，选项A、C、D正确；同一束光照射，单位时间内射到金属表面的光子数目相等，所以饱和光电流是相同的，选项B错误3(xx广东省湛江一中高三模拟)(多选)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么()Aa光的频率一定大于b光的频率B只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转D用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c解析：选AB.由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大；因为b光不能发生光电效应，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转；用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d.选项A、B正确光电效应实质及发生条件(1)光电效应的实质是金属中的电子获得能量后逸出金属表面，从而使金属带上正电(2)能否发生光电效应，不取决于光的强度，而是取决于光的频率只要照射光的频率大于该金属的极限频率，无论照射光强弱，均能发生光电效应考点二光电效应方程及图象的理解1爱因斯坦光电效应方程EkhW0h：光子的能量W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服原子核引力所做的功Ek：光电子的最大初动能2四类图象图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkmeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2=遏止电压Uc与入射光频率的关系图线截止频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即hke.(注：此时两极之间接反向电压)典例(xx重庆万州二中模拟)(多选)某金属在光的照射下产生光电效应，其遏止电压Uc与入射光频率的关系图象如图所示则由图象可知()A该金属的逸出功等于h0B若已知电子电荷量e，就可以求出普朗克常量hC遏止电压是确定的，与照射光的频率无关D入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为h0解析当遏止电压为零时，最大初动能为零，则入射光的能量等于逸出功，所以W0h0，A正确；根据光电效应方程EkhW0和eUc0Ek得，Uc，可知当入射光的频率大于极限频率时，遏止电压与入射光的频率呈线性关系，C错误；因为Uc，知图线的斜率等于，从图象上可以得出斜率的大小，已知电子电荷量e，可以求出普朗克常量h，B正确；从图象上可知逸出功W0h0，根据光电效应方程Ekh20W0h0，D正确答案ABD应用光电效应方程时的注意事项(1)每种金属都有一个截止频率，光频率大于这个截止频率才能发生光电效应(2)截止频率是发生光电效应的最小频率，对应着光的极限波长和金属的逸出功，即h0hW0.(3)应用光电效应方程EkhW0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV1.61019 J)1(多选)甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示下列判断正确的是()A图线a与b不一定平行B乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率C改变入射光强度不会对图线产生任何影响D图线的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关解析：选BCD.根据光电效应方程EkhW0hh0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量，因此a与b一定平行，且两斜率是固定值，与入射光和金属材料皆无关系，A错误，D正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，由图可知乙金属的极限频率大，故B正确；纵截距对应0的时候，此时纵截距就是逸出功的相反数，根据W0h0可求出，与入射光强度无关，C正确2(多选)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示则这两种光()A照射该光电管时，a光使其逸出的光电子最大初动能大B从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大解析：选BC.从b的反向遏止电压更高可知b光频率更高，使逸出的光电子最大初动能大，A错误a光频率低，则折射率小，临界角大，B正确a光频率低，则波长长，干涉时相邻条纹间距大，C正确a光频率低，折射率小，通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度小，D错误3从1907年起，美国物理学家密立根开始以精湛的技术测量光电效应中几个重要的物理量他通过如图所示的实验装置测量某金属的遏止电压Uc与入射光频率，作出Uc的图象，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射测出的h相比较，以检验爱因斯坦方程的正确性图中频率1、2，遏止电压Uc1、Uc2及电子的电荷量e均为已知，求：(1)普朗克常量h；(2)该金属的截止频率0.解析：根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0及动能定理eUcEk得Uc0结合图象知k普朗克常量h，0.答案：(1)(2)考点三光的波粒二象性物质波光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性(2)从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象(3)从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性(4)波动性与粒子性的统一：由光子的能量Eh、光子的动量表达式p也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子1(多选)如图甲所示为实验小组利用100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看出每一个电子都是一个点；如图乙所示为该小组利用70 000多个电子通过双缝后的干涉图样，为明暗相间的条纹则对本实验的理解正确的是()A图甲体现了电子的粒子性B图乙体现了电子的粒子性C单个电子运动轨道是确定的D图乙中明条纹是电子到达概率大的地方解析：选AD.题图甲中的每一个电子都是一个点，说明少数粒子体现粒子性，到达的位置不同，说明单个电子的运动轨道不确定，A正确，C错误；题图乙中明暗相间的条纹说明大量的粒子表现为波动性，B错误；明条纹是电子到达概率大的地方，D正确2(多选)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解析：选ACD.电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项A正确. 射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项B错误人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，选项C正确电子显微镜是利用电子束工作的，体现了波动性，选项D正确3如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的_也相等A速度B动能C动量 D总能量解析：选C.由德布罗意波长知二者的动量应相同，故C正确，由pmv可知二者速度不同，Ekmv2，二者动能不同，由Emc2可知总能量也不同，A、B、D均错课时规范训练基础巩固题组1在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是()A光电效应是瞬时发生的B所有金属都存在极限频率C光电流随着入射光增强而变大D入射光频率越大，光电子最大初动能越大解析：选C.光具有波粒二象性，即光既具有波动性又具有粒子性光电效应证实了光的粒子性因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量和能量都增大，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误2(多选)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解析：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确、选项C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由德布罗意波长公式和p22mEk知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D错误3(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是()A对于同种金属，Ek与照射光的强度无关B对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比C对于同种金属，Ek与光照射的时间成正比D对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系解析：选AD.根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0.可得：Ek与照射光的强度和照射时间无关，与照射光的频率成线性关系，与波长不成反比，所以A、D正确，B、C错误4在利用光电管研究光电效应的实验中，入射光照到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B饱和光电流将会减弱C遏止电压将会减小D有可能不再发生光电效应解析：选B.发生光电效应时，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔将保持不变，选项A错误；入射光的强度减弱，则单位时间内逸出的光电子的数目将减小，则饱和光电流将会减弱，选项B正确；根据eUcmv，入射光的频率不变，则最大初动能不变，则遏止电压不变，选项C错误；因为光电效应能否发生取决于光的频率，故仍能发生光电效应，选项D错误5(多选)下列说法正确的是()A用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变BX射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光的频率成正比D在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长解析：选AD.根据光电效应方程可知，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，选项A正确；电子的衍射说明粒子具有波动性，证实了物质波的存在，选项B错误；根据光电效应方程EkhW0，可知光电子的最大初动能与入射光的频率有关，是线性关系，不是成正比，选项C错误；在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，则动量减小，根据知波长变长，选项D正确6如图所示电路可研究光电效应的规律图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数，若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为_，若增大入射光的强度，电流计的读数_(填“为零”或“不为零”)解析：根据爱因斯坦光电效应方程得：EkhW，EkUe6 eV，解得逸出功W10.5 eV6 eV4.5 eV，若增大入射光的强度，电流计的读数仍为零答案：4.5 eV为零7(1)已知光速为c，普朗克常量为h，则频率为的光子的动量为_用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_(2)几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(1019 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金属能发生光电效应已知该可见光的波长的范围为4.01077.6107 m，普朗克常量h6.631034Js.解析：(1)光子的动量为p，光速c，所以动量p，动量的变化量pp2p1.(2)光束中光子的最大能量E J4.971019 J，大于钠、钾、铷的逸出功，即钠、钾、铷可以发生光电效应答案：(1)(2)钠、钾、铷综合应用题组8研究光电效应的电路如图所示，用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流则在如图所示的光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是()解析：选C.光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光照强度无关，因此在入射光频率相同的情况下，遏止电压相同，在能发生光电效应的前提下，光电流随着光照强度增大而增大，C正确A、B表示入射光频率相同的情况下，遏止电压不相同，均错误D表示在发生光电效应时，光电流随着光照强度增大而减小，D错误9如图所示，真空中有一平行板电容器，两极板分别用锌板和铜板制成(锌板和铜板的截止频率分别为1和2，且12)，极板的面积为S，间距为d.锌板与灵敏静电计相连，锌板和铜板原来都不带电现用频率为(12)的单色光持续照射两板内表面，假设光电子全部到达另一极板，则电容器的最终带电荷量Q正比于()A.(1)B.(12)C. D.(1)解析：选D.现用频率为(12)的单色光持续照射两板内表面，根据光电效应的条件，知该单色光照射锌板能发生光电效应，照射铜板不能发生光电效应通过光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekmhh1.临界状态是电子减速到负极板时速度刚好为零根据动能定理有eUEkmhh1.平行板电容器的电容C，而QCU，所以Q(1)，故D正确10美国物理学家密立根以精湛的技术测出了光电效应中几个重要的物理量若某次实验中，他用光照射某种金属时发现其发生了光电效应，且得到该金属逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图象如图所示，经准确测量发现图象与横轴的交点坐标为4.77，与纵轴交点坐标为0.5.已知电子的电荷量为1.61019 C，由图中数据可知普朗克常量为_ Js，金属的极限频率为_ Hz.(均保留两位有效数字)解析：根据爱因斯坦光电效应方程EkhW，Ek图象的横轴的截距大小等于截止频率，由图知该金属的截止频率为04.771014 Hz4.81014Hz.根据光电效应方程得EkmhW0，当入射光的频率为6.01014 Hz时，最大初动能为Ekm0.5 eV.当入射光的频率为04.771014 Hz时，光电子的最大初动能为0.即h6.01014HzW00.51.61019J，即h4.771014HzW00联立两式解得h6.51034Js.答案：6.510344.8101411图示是研究光电管产生的电流的电路图，A、K是光电管的两个电极，已知该光电管阴极的极限频率为0.现将频率为(大于0)的光照射在阴极上，则：(1)_是阴极，阴极材料的逸出功等于_(2)加在A、K间的正向电压为U时，到达阳极的光电子的最大动能为_，将A、K间的正向电压从零开始逐渐增加，电流表的示数的变化情况是_(3)为了阻止光电子到达阳极，在A、K间应加上U反_的反向电压(4)下列方法一定能够增加饱和光电流的是()A照射光频率不变，增加光强B照射光强度不变，增加光的频率C增加A、K电极间的电压D减小A、K电极间的电压解析：(1)被光照射的金属将有光电子逸出，故K是阴极，逸出功与极限频率的关系为W0h0.(2)根据光电效应方程可知，逸出的光电子的最大初动能为hh0，经过电场加速获得的能量为eU，所以到达阳极的光电子的最大动能为hh0eU，随着电压增加，单位时间内到达阳极的光电子数量将逐渐增多，但当从阴极逸出的所有光电子都到达阳极时，再增大电压，也不可能使单位时间内到达阳极的光电子数量增多所以，电流表的示数先是逐渐增大，直至保持不变(3)从阴极逸出的光电子在到达阳极的过程中将被减速，被电场消耗的动能为eUc，如果hh0eUc，就将没有光电子能够到达阳极，所以Uc.(4)要增加单位时间内从阴极逸出的光电子的数量，就需要增加照射光单位时间内入射光子的个数，所以只有A正确答案：(1)Kh0(2)hh0eU逐渐增大，直至保持不变(3)(4)A12如图甲所示是研究光电效应规律的光电管用波长0.50 m的绿光照射阴极K，实验测得流过G表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h6.631034 Js.结合图象，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能；(2)该阴极材料的极限波长解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n(个)4.01012(个)光电子的最大初动能为：EkmeU01.61019C0.6 V9.61020 J(2)设阴极材料的极限波长为0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekmhh，代入数据得00.66 m.答案：(1)4.01012个9.61020 J (2)0.66 m第2节原子和原子核一、原子结构1原子的核式结构(1)19091911年，英国物理学家卢瑟福进行了粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型(2)粒子散射实验实验装置：如下图所示；实验结果：粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度偏转，极少数偏转角度大于90，甚至被弹回 (3)核式结构模型：原子中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转2氢原子光谱氢原子光谱线是最早被发现、研究的光谱线，这些光谱线可用一个统一的公式表示：Rn3,4,5，3玻尔的原子模型(1)玻尔理论轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的可能轨道是不连续的；定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态因而具有不同的能量，即原子的能量是不连续的这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，处于基态的原子是稳定的，不向外辐射能量；跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要放出或吸收一定频率的光子，光子的能量等于这两个状态的能量差，即hEmEn.(2)几个概念能级：在玻尔理论中，原子各个状态的能量值；基态：原子能量最低的状态；激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他能量较高的状态；量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数(3)氢原子的能级和轨道半径氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，r10.531010m；氢原子的能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，E113.6 eV.二、原子核1原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，两者统称为核子(2)原子核常用X表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的电荷数(原子序数)(3)同位素是具有相同的质子数而中子数不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置2天然放射现象(1)天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素(2)三种射线的本质：射线是氦核，射线是电子，射线是光子3原子核的衰变(1)衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化可分为衰变、衰变，并伴随着射线放出(2)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间4放射性同位素的应用(1)利用射线：放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等(2)作示踪原子5核反应、核力与核能(1)核反应规律：在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒(2)核力概念：组成原子核的核子之间存在的作用力核力特点a核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多b核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内c每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性(3)质量亏损爱因斯坦质能方程：Emc2.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(4)结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成原子核时需要的能量6核裂变和核聚变(1)重核裂变定义：使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为：UnBaKr3n.链式反应：由重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程叫做核裂变的链式反应链式反应的条件：a.要有足够浓度的U；b.铀块体积需大于临界体积，或铀块质量大于临界质量(2)轻核聚变定义：两个轻核结合成较重的核，这样的核反应叫聚变聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温自我诊断1判断正误(1)卢瑟福做粒子散射实验时发现粒子绝大多数穿过只有少数发生大角度偏转()(2)氢原子发射光谱是由一条一条亮线组成的()(3)氢原子由能量为En的定态向低能级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hEn.()(4)氢原子吸收光子后，将从高能级向低能级跃迁()(5)发生衰变时，新核的核电荷数不变()(6)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒()(7)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化()2(多选)如图所示为卢瑟福和他的助手做粒子散射实验的装置示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的A、B、C三个位置时，关于观察到的现象，下列说法中正确的是()A相同时间内放在A位置时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内放在B位置时观察到屏上的闪光次数最少C相同时间内放在C位置时观察到屏上的闪光次数最少D放在C位置时观察不到屏上有闪光解析：选AC.卢瑟福粒子散射实验的结论是绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数粒子发生了大角度偏转，偏转的角度大于90，甚至被弹回，A、C正确3(多选)以下关于玻尔原子理论的说法正确的是()A电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射C电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收解析：选AD.根据玻尔原子理论知，氢原子的轨道是不连续的，只有半径大小符合一定条件，电子才能稳定转动，A正确；电子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会出现，B错误电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要吸收光子，C错误由于氢原子发射的光子的能量：EEnEmE1E1h，不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，D正确4(xx高考全国甲卷)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.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen解析：衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出粒子的现象，选项C为衰变；衰变为衰变过程中释放出粒子的现象，选项A、B均为衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程答案：CABEF5氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，该反应方程为：HHHex，式中x是某种粒子已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和 1.008 7 u；1 u931.5 MeV/c2，c是真空中的光速由上述反应方程和数据可知，粒子x是_，该反应释放出的能量为_MeV(结果保留三位有效数字)解析：根据质量数和电荷数守恒得：x的电荷数为0，质量数为(234)1，可知x为中子由爱因斯坦质能方程得Emc2(2.014 1 u3.016 1 u4.002 6 u1.008 7 u)c20.018 9 u931.5 MeV17.6 MeV.答案：(1)n(或中子)17.6考点一氢原子能级及能级跃迁1对氢原子的能级图的理解(1)氢原子的能级图(如下图)(2)氢原子能级图的意义：能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态横线左端的数字“1,2,3”表示量子数，右端的数字“13.6，3.4”表示氢原子的能级相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为：hEmEn.2关于能级跃迁的三点说明(1)当光子能量大于或等于13.6 eV时，也可以被处于基态的氢原子吸收，使氢原子电离；当处于基态的氢原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氢原子电离后，电子具有一定的初动能(2)当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，电子动能增大，原子能量减小，反之轨道半径增大时，原子电势能增大、电子动能减小，原子能量增大(3)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.典例1(多选)如图所示为氢原子能级图下列说法正确的是()A一个处于n3能级的氢原子，可以吸收一个能量为0.7 eV的光子B一个处于n3能级的氢原子，可以吸收一个能量为2 eV的光子C大量处于n3能级的氢原子，跃迁到基态的过程中可以释放出3种频率的光子D氢原子从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量不可能大于13.6 eV解析根据EEmEn，可知0.7 eV不在E范围内，A错误n3能级的氢原子，E31.51 eV，当吸收能量为2 eV的光子时，出现电离现象，B正确根据C3知，这些n3能级的氢原子可以辐射出三种不同频率的光子，C正确根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差，可知，从高能级向低能级跃迁的过程中释放的光子的能量最大值小于13.6 eV，D正确答案BCD氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn求得若求波长可由公式c求得(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n1)(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法用数学中的组合知识求解：NC.利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加1(多选)如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34 eV，下列对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()A用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能发生光电效应现象B一群处于n3能级的氢原子向基态跃迁时，能放出3种不同频率的光C一群处于n3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75 eVD用能量为10.3 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态解析：选BC.从高能级向基态跃迁最小能量值为10.2 eV3.34 eV一定能产生光电效应，A错；n3向基态跃迁时，辐射的光子频率种类为C3种，B对；从n3跃迁到n1辐射光子的能量为EE3E112.09 eV，照射锌板最大初动能Ek(12.093.34) eV8.75 eV，C对；10.3 eV的光子能量不满足能级差公式，不会使基态的氢原子跃迁，D错2(xx东北四校联考)(多选)如图所示，氢原子可在下列各能级间发生跃迁，设从n4到n1能级辐射的电磁波的波长为1，从n4到n2能级辐射的电磁波的波长为2，从n2到n1能级辐射的电磁波的波长为3，则下列关系式中正确的是()A13B32C32 D.解析：选AB.已知从n4到n1能级辐射的电磁波的波长为1，从n4到n2能级辐射的电磁波的波长为2，从n2到n1能级辐射的电磁波的波长为3，则1、2、3的关系为hhh，即，13，32，又hhh，即，则，即正确选项为A、B.3(xx湖北荆门模拟)(多选)氢原子核外电子发生了两次跃迁，第一次从外层轨道跃迁到n3轨道；第二次核外电子再从n3轨道跃迁到n2轨道，下列说法中正确的是()A两次跃迁原子的能量增加相等B第二次跃迁原子的能量减小量比第一次的大C两次跃迁原子的电势能减小量均大于电子的动能增加量D两次跃迁原子均要放出光子，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：选BC.氢原子核外电子从外层轨道跃迁到内层轨道这一过程中，原子的能量减小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的电势能减小量大于电子的动能增加量又由氢原子能级图知因跃迁到n3轨道放出的光子能量(或原子的能量减小量)最多为1.51 eV，而氢原子核外电子从n3轨道跃迁到n2轨道放出的光子的能量(或原子的能量减小量)为1.89 eV，B、C正确4(1)(多选)用大量具有一定能量的电子轰击大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线，如图调高电子的能量再次进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条用n表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示调高后电子的能量根据图所示的氢原子的能级图可以判断，n和E的可能值为()An1,13.22 eVE13.32 eVBn2,13.22 eVE13.32 eVCn1,12.75 eVE13.06 eVDn2,12.75 eVE13.06 eV(2)如图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，可能观测到氢原子发射的不同波长的光有_种，其中最短波长为_ m(已知普朗克常量h6.631034 Js)解析：(1)由原子在某一级级跃迁最多发射谱线数C可知C1，C3，C6，C10，C15.由题意可知比原来增加5条光谱线，则调高电子能量前后，最高激发态的量子数分别可能为2和4,5和6n2和n1.当n2时：原子吸收了实物粒子(电子)的能量，则调高后电子的能量EE4E1，EE5E1所以E0.85(13.60)eV12.75 eVE0.54(13.60)eV13.06 eV所以12.75 eVE13.06 eV故D正确同理当n1时，使调高后电子的能量满足E6E1EE7E10.38(13.60)eVE0.28(13.60)eV1322 eVE13.32 eV故A正确(2)13.6 eV13.06 eV0.54 eV，可见用光子能量为13.06 eV的光照射氢原子可使氢原子由基态跃迁到第5能级，氢原子由第5能级跃迁到低能级，能够辐射的频率种类为C10种，由Ehh知，能级差最大对应波长最短，最大能级差为13.06 eV，则 m9.5108m.答案：(1)AD(2)109.5108考点二原子核与原子核的衰变1衰变规律及实质(1)两种衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeXYe衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律质量数守恒、电荷数守恒 (2)射线：射线经常是伴随着衰变或衰变同时产生的其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子2原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：NHeOH.(2)查德威克发现中子的核反应方程为：BeHeCn.(3)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.3确定衰变次数的方法因为衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定衰变的次数，然后再根据衰变规律确定衰变的次数4半衰期(1)公式：N余N原，m余m原(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关典例2(xx河南三门峡四校联考)(1)原子核U经放射性衰变变为原子核Th，继而经放射性衰变变为原子核Pa，再经放射性衰变变为原子核U.放射性衰变、和依次为()A衰变、衰变和衰变B衰变、衰变和衰变C衰变、衰变和衰变 D衰变、衰变和衰变(2)法国科学家贝可勒尔(H.A.Becquerel)在1896年发现了天然放射现象如图反映的是放射性元素铀核衰变的特性曲线由图可知，铀的半衰期为_年；请在下式的括号中，填入铀在衰变过程中原子核放出的粒子的符号UTh()解析(1)衰变过程中电荷数、质量数守恒，由题意可得衰变方程分别为：UThHe，ThPae，PaUe，所以A对(2)根据半衰期的定义，由题图坐标轴数据可知，铀的半衰期为1620年；由核反应所遵循的电荷数守恒和质量数守恒可知，衰变过程中放出的粒子的电荷数为Z92902，质量数为A2382344，符号为He.答案(1)A(2)1620He1(多选)放射性元素在衰变过程中，有些放出射线，有些放出射线，有些在放出射线或射线的同时，还以射线的形式释放能量例如Th核的衰变过程可表示为ThPae，关于此衰变，下列说法正确的是()A.Th核的质量等于Pa核的质量B.Th核的质量大于Pa核的质量C一个Th核衰变成一个Pa核后，中子数减少了1D射线是由Th原子的外层电子从高能级向低能级跃迁时释放出的解析：选BC.衰变前后有质量亏损，因为有能量释放，Th核的质量大于Pa核的质量，故A错误，B正确一个Th核有23490144个中子，一个Pa核有23491143个中子，中子数减少了1，故C正确放射性物质衰变时放出来的光子，来自原子核，D错误2(xx湖北鄂州三模)(多选)静止的镭原子核Ra经一次衰变后变成一个新核Rn，则下列相关说法正确的是()A该衰变方程为RaRnHeB若该元素的半衰期为，则经过2的时间，2 kg的Ra中有1.5 kg已经发生了衰变C随着该元素样品的不断衰变，剩下末衰变的原子核Ra越来越少，其半衰期也变短D若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度解析：选AB.由镭的衰变方程RaRnHe，可判断A正确由mm0，可知，t2时，m0.5 kg，则已衰变的镭为m衰2 kg0.5 kg1.5 kg，B正确放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C、D错误3(1)(多选)Th(钍)经过一系列衰变和衰变，变成Pb(铅)以下说法正确的是()A铅核比钍核少8个质子B铅核比钍核少16个中子C共经过4次衰变和6次衰变D共经过6次衰变和4次衰变(2)约里奥居里夫妇发现放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是_P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg的P随时间衰变的关系如图所示，请估算4 mg的P经多少天的衰变后还剩0.25 mg?解析：(1)设衰变次数为x，衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得2322084x,90822xy，解得x6，y4，C错、D对铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对(2)写出衰变方程为PSie，故这种粒子为e(正电子)由mt图知P的半衰期为14天，由m余m原()得0.25 mg4 mg()，故t56天答案：(1)ABD(2)正电子56天考点三核反应类型、核能1核反应类型(1)核反应的四种类型：衰变、人工转变、裂变和聚变(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程(4)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化(5)核反应遵循电荷数守恒2计算核能的几种方法(1)根据Emc2计算，计算时m的单位是“kg”，c的