PAGEPAGEPAGE1第十二章eq\a\vs4\al(近代物理初步)考綱要求考情分析光電效應(yīng)Ⅰ放射性同位素Ⅰ1.命題規(guī)律高考對本章內(nèi)容多為單獨考查，有時與電磁學(xué)或動量知識進(jìn)行簡單交匯命題。題型一般為選擇題，難度中等。2.考查熱點本章知識點較多，考查熱點有光電效應(yīng)、原子的躍遷、原子核的衰變、核反響及核能的計算等。3.特別提醒?考試大綱?將選修3-5調(diào)整為必考內(nèi)容后，對本章知識的考查難度應(yīng)該不會有太大變化，但考查范圍很有可能會擴(kuò)大。此外，原子物理屬于前沿科學(xué)知識，復(fù)習(xí)時應(yīng)側(cè)重對根本概念和規(guī)律的理解和識記。愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ⅰ核力、核反響方程Ⅰ氫原子光譜Ⅰ結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式Ⅰ裂變反響和聚變反響、裂變反響堆Ⅰ原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期Ⅰ射線的危害和防護(hù)Ⅰ第67課時波粒二象性(雙基落實課)[命題者說]本課時包括光電效應(yīng)規(guī)律、愛因斯坦光電效應(yīng)方程、波粒二象性等內(nèi)容，高考對本課時的考查多為單獨命題，題型一般為選擇題，難度不大。對本課時的學(xué)習(xí)，重在識記和理解，不必做過深的挖掘。一、對光電效應(yīng)的理解1.光電效應(yīng)現(xiàn)象在光的照射下，金屬中的電子從外表逸出的現(xiàn)象。發(fā)射出來的電子叫光電子。2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件入射光的頻率大于金屬的極限頻率。3．光電效應(yīng)規(guī)律(1)光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。(2)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。(3)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強(qiáng)，飽和電流越大。4．對光電效應(yīng)規(guī)律的解釋對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的解釋光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無關(guān)電子吸收光子能量后，一局部克服阻礙作用做功，剩余局部轉(zhuǎn)化為光電子的初動能，只有直接從金屬外表飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，逸出功W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大光電效應(yīng)具有瞬時性光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要能量積累的過程光較強(qiáng)時飽和電流大光較強(qiáng)時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大[小題練通]1．用一束紫外線照射某金屬時不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)的措施是()A．改用頻率更小的紫外線照射B．改用X射線照射C．改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射D．延長原紫外線的照射時間解析：選B某種金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，與入射光的強(qiáng)度和照射時間無關(guān)。不能發(fā)生光電效應(yīng)，說明入射光的頻率小于金屬的極限頻率，所以要使金屬發(fā)生光電效應(yīng)，應(yīng)增大入射光的頻率，X射線的頻率比紫外線頻率高，所以此題答案為B。2．(多項選擇)(2022·全國乙卷節(jié)選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實驗，當(dāng)用某一頻率的光入射時，有光電流產(chǎn)生。以下說法正確的選項是()A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大B．入射光的頻率變高，光電子的最大初動能變大C．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生D．遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的光強(qiáng)無關(guān)解析：選ABD產(chǎn)生光電效應(yīng)時，光的強(qiáng)度越大，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說法A正確。光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，說法B正確。減小入射光的頻率，如低于極限頻率，那么不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流產(chǎn)生，說法C錯誤。遏止電壓的大小與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān)，說法D正確。3．入射光照到某金屬外表發(fā)生光電效應(yīng)，假設(shè)入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么以下說法中正確的選項是()A．從光照射到金屬外表上到金屬發(fā)射出光電子之間的時間間隔將明顯增加B．逸出的光電子的最大初動能減小C．單位時間內(nèi)從金屬外表逸出的光電子數(shù)目將減少D．有可能不發(fā)生光電效應(yīng)解析：選C光電效應(yīng)瞬時(10－9s)發(fā)生，與光強(qiáng)無關(guān)，A錯誤。光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，入射光的頻率越大，最大初動能越大，B錯誤。光電子數(shù)目多少與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，光強(qiáng)減弱，單位時間內(nèi)從金屬外表逸出的光電子數(shù)目減少，C正確。能否發(fā)生光電效應(yīng)，只取決于入射光的頻率是否大于極限頻率，與光強(qiáng)無關(guān)，D錯誤。光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索(2)兩條對應(yīng)關(guān)系①光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大；②光強(qiáng)大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大。二、愛因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用1.光子說：在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光子，光子的能量ε＝hν。2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值。3．最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬外表上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。4．光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek＝hν－W0。(2)物理意義：金屬外表的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一局部用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能Ek。5．四類圖像圖像名稱圖線形狀由圖線直接(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標(biāo)νc②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標(biāo)的值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h＝ke。(注：此時兩極之間接反向電壓)[小題練通]1．(2022·北京高考)以往我們認(rèn)識的光電效應(yīng)是單光子光電效應(yīng)，即一個電子在極短時間內(nèi)只能吸收到一個光子而從金屬外表逸出。強(qiáng)激光的出現(xiàn)豐富了人們對于光電效應(yīng)的認(rèn)識，用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在極短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)，這已被實驗證實。光電效應(yīng)實驗裝置示意如圖。用頻率為ν的普通光源照射陰極K，沒有發(fā)生光電效應(yīng)。換用同樣頻率ν的強(qiáng)激光照射陰極K，那么發(fā)生了光電效應(yīng)；此時，假設(shè)加上反向電壓U，即將陰極K接電源正極，陽極A接電源負(fù)極，在KA之間就形成了使光電子減速的電場，逐漸增大U，光電流會逐漸減小；當(dāng)光電流恰好減小到零時，所加反向電壓U可能是以下的(其中W為逸出功，h為普朗克常量，e為電子電荷量)()A．U＝eq\f(hν,e)－eq\f(W,e) B．U＝eq\f(2hν,e)－eq\f(W,e)C．U＝2hν－W D．U＝eq\f(5hν,2e)－eq\f(W,e)解析：選B用強(qiáng)激光照射金屬，由于其光子密度極大，一個電子在短時間內(nèi)吸收多個光子成為可能，從而形成多光子光電效應(yīng)。由題意知最大初動能Ek＝eU，根據(jù)光電效應(yīng)方程有：nhν＝W＋Ek＝W＋eU(n≥2)，得：U＝eq\f(nhν－W,e)(n≥2)，那么B項正確，其他選項錯誤。2．(多項選擇)如下圖是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，由圖可知()A．該金屬的極限頻率為4.27×1014HzB．該金屬的極限頻率為5.5×1014HzC．該圖線的斜率表示普朗克常量D．該金屬的逸出功為0.5eV解析：選AC由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知圖線與橫軸交點為金屬的極限頻率，即ν0＝4.27×1014Hz，A正確，B錯誤；由Ek＝hν－W0可知，該圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功W0＝hνc＝eq\f(6.63×10－34×4.27×1014,1.6×10－19)eV≈1.8eV，D錯誤。3.研究光電效應(yīng)的電路如下圖。用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。以下光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖像中，正確的選項是()解析：選C由于光的頻率相同，所以對應(yīng)的反向遏止電壓相同，A、B錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)時，在同樣的加速電壓下，光強(qiáng)度越大，逸出的光電子數(shù)目越多，形成的光電流越大，C正確，D錯誤。4．(2022·江蘇高考)(1)光速為c，普朗克常數(shù)為h，那么頻率為ν的光子的動量為________。用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，那么光子在反射前后動量改變量的大小為________。(2)幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×10－19J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的外表，請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。該可見光的波長范圍為4.0×10－7～7.6×10－7m，普朗克常數(shù)h＝6.63×10－34解析：(1)頻率為ν的光子的波長λ＝eq\f(c,ν)，動量p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)。用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被垂直反射，那么光子在反射前后動量方向相反，取反射后的方向為正方向，那么反射前后動量改變量Δp＝p2－p1＝eq\f(2hν,c)。(2)光子的能量E＝eq\f(hc,λ)取λ＝4.0×10－7m，那么E≈5.0×10－19根據(jù)E＞W(wǎng)0判斷，鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。答案：(1)eq\f(hν,c)eq\f(2hν,c)(2)見解析利用光電效應(yīng)分析問題，應(yīng)把握的三個關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0。(2)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管用實驗的方法測得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率νc的關(guān)系是W0＝hνc。三、對波粒二象性的理解1.光的波粒二象性(1)光的干預(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。(2)光電效應(yīng)說明光具有粒子性。(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。2對光的波粒二象性的理解(1)從數(shù)量上看：個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性。(2)從頻率上看：頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干預(yù)和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干預(yù)和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)。(3)從傳播與作用上看：光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)為粒子性。(4)波動性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動量表達(dá)式p＝eq\f(h,λ)也可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ。(5)理解光的波粒二象性時不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子。[小題練通]1．用很弱的光做雙縫干預(yù)實驗，把入射光減弱到可以認(rèn)為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如下圖是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。這些照片說明()A．光只有粒子性沒有波動性B．光只有波動性沒有粒子性C．少量光子的運動顯示波動性，大量光子的運動顯示粒子性D．少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性解析：選D光具有波粒二象性，這些照片說明少量光子的運動顯示粒子性，大量光子的運動顯示波動性，故D正確。2．(多項選擇)關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性，以下說法中正確的選項是()A．不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性B．運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道C．波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D．實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性解析：選ABC波粒二象性是微觀世界特有的規(guī)律，不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性，A正確；由于微觀粒子的運動遵守不確定關(guān)系，所以運動的微觀粒子與光子一樣，當(dāng)它們通過一個小孔發(fā)生衍射時，都沒有特定的運動軌道，B正確；波粒二象性適用于微觀高速領(lǐng)域，故C正確；雖然宏觀物體運動形成的德布羅意波的波長太小，很難被觀察到，但它仍有波粒二象性，D錯。3．(多項選擇)(2022·全國卷Ⅱ節(jié)選)實物粒子和光都具有波粒二象性。以下事實中突出表達(dá)波動性的是()A．電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干預(yù)圖樣B．β射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C．人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)D．光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)解析：選AC電子束具有波動性，通過雙縫實驗裝置后可以形成干預(yù)圖樣，選項A正確。β射線在云室中高速運動時，徑跡又細(xì)又直，表現(xiàn)出粒子性，選項B錯誤。電子顯微鏡是利用電子束衍射工作的，表達(dá)了波動性，選項C正確。光電效應(yīng)實驗，表達(dá)的是光的粒子性，選項D錯誤。波粒二象性的“三個易錯點〞(1)光子表現(xiàn)為波動性，并不否認(rèn)光子具有粒子性。(2)宏觀物體也具有波動性。(3)微觀粒子的波動性與機(jī)械波不同，微觀粒子的波是概率波。eq\a\vs4\al([課時達(dá)標(biāo)檢測])一、單項選擇題1．以下有關(guān)光的波粒二象性的說法中正確的選項是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著，波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性解析：選C一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干預(yù)、衍射)表現(xiàn)出波動性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，A、B錯誤；光的波粒二象性說明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反響，所以其粒子性就很顯著，C正確，D錯誤。2．對光的認(rèn)識，以下說法不正確的選項是()A．個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性了D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種情況下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在另外的某種情況下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯解析：選C光是一種概率波，少量光子的行為易顯示出粒子性，而大量光子的行為往往顯示出波動性，A正確；光的波動性不是由于光子之間的相互作用引起的，而是光的一種屬性，這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實驗所證實，B正確；粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性，C錯誤，D正確。3．頻率為ν的光照射某金屬時，產(chǎn)生光電子的最大初動能為Ekm。改用頻率為2ν的光照射同一金屬，所產(chǎn)生光電子的最大初動能為(h為普朗克常量)()A．Ekm－h(huán)ν B．2EkmC．Ekm＋hν D．Ekm＋2hν解析：選C頻率為ν的光照射某金屬時，有Ekm＝hν－W0；同理，改用頻率為2ν的光照射同一金屬產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E＝2hν－W0＝Ekm＋hν，C正確。4.如下圖是研究光電管產(chǎn)生的電流的電路圖，A、K是光電管的兩個電極，該光電管陰極的極限頻率為ν0?，F(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，那么以下方法一定能夠增加飽和光電流的是()A．照射光頻率不變，增加光強(qiáng)B．照射光強(qiáng)度不變，增加光的頻率C．增加A、K電極間的電壓D．減小A、K電極間的電壓解析：選A要增加單位時間內(nèi)從陰極逸出的光電子的數(shù)量，就需要增加照射光單位時間內(nèi)入射光子的個數(shù)，所以只有A正確。5．現(xiàn)有a、b、c三束單色光，其波長關(guān)系為λa∶λb∶λc＝1∶2∶3。當(dāng)用a光束照射某種金屬板時能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為Ek，假設(shè)改用b光束照射該金屬板，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,3)Ek，當(dāng)改用c光束照射該金屬板時()A．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,6)EkB．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,9)EkC．能發(fā)生光電效應(yīng)，飛出的光電子最大動能為eq\f(1,12)EkD．由于c光束光子能量較小，該金屬板不會發(fā)生光電效應(yīng)解析：選B對a、b兩束光由光電效應(yīng)方程有eq\f(hc,λa)－W0＝Ek，eq\f(hc,2λa)－W0＝eq\f(1,3)Ek，聯(lián)立解得eq\f(hc,λa)＝eq\f(4,3)Ek，W0＝eq\f(1,3)Ek。當(dāng)改用c光束照射該金屬板時有eq\f(hc,3λa)－W0＝eq\f(4,9)Ek－eq\f(1,3)Ek＝eq\f(1,9)Ek，B正確。二、多項選擇題6．以下說法正確的選項是()A．盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結(jié)構(gòu)模型B．宏觀物體的物質(zhì)波波長非常大，極易觀察到它的波動性C．愛因斯坦在對光電效應(yīng)的研究中，提出了光子說D．對于任何一種金屬都存在一個“最大波長〞，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)解析：選ACD盧瑟福通過α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，故A正確。根據(jù)λ＝eq\f(h,p)，知宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，不易觀察到它的波動性，故B錯誤。受普朗克量子論的啟發(fā)，愛因斯坦在對光電效應(yīng)的研究中，提出了光子說，故C正確。對于任何一種金屬都存在一個“最大波長〞，入射光的波長必須小于這個波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，故D正確。7．在光電效應(yīng)實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應(yīng)。以下說法正確的選項是()A．增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大 B．減小入射光的強(qiáng)度，光電效應(yīng)現(xiàn)象消失C．改用頻率小于ν的光照射，一定不發(fā)生光電效應(yīng)D．改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大解析：選AD根據(jù)光電效應(yīng)規(guī)律可知，增大入射光的強(qiáng)度，光電流增大，A項正確；減小入射光的強(qiáng)度，光電流減小，光電效應(yīng)現(xiàn)象并不消失，B項錯誤；改用小于ν的入射光照射，如果入射光的頻率仍然大于光電管陰極材料的極限頻率，仍能發(fā)生光電效應(yīng)，C項錯誤；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，增大入射光的頻率，光電子的最大初動能增大，D項正確。8．分別用波長為λ和2λ的光照射同一種金屬，產(chǎn)生的速度最快的光電子速度之比為2∶1，普朗克常量和真空中光速分別用h和c表示，那么以下說法正確的有()A．該種金屬的逸出功為eq\f(hc,3λ)B．該種金屬的逸出功為eq\f(hc,λ)C．波長超過2λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)D．波長超過4λ的光都不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)解析：選AD由hν＝W0＋Ek知heq\f(c,λ)＝W0＋eq\f(1,2)mv12，heq\f(c,2λ)＝W0＋eq\f(1,2)mv22，又v1＝2v2，得W0＝eq\f(hc,3λ)，A正確，B錯誤。光的波長小于或等于3λ時都能發(fā)生光電效應(yīng)，C錯誤，D正確。9.在光電效應(yīng)實驗中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如下圖。那么可判斷出()A．甲光的頻率大于乙光的頻率B．乙光的波長大于丙光的波長C．乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D．甲光對應(yīng)的光電子最大初動能小于丙光的光電子最大初動能解析：選BD因光電管不變，所以逸出功不變。由圖像知甲光、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等，且小于丙光對應(yīng)的遏止電壓，所以甲光和乙光對應(yīng)的光電子最大初動能相等且小于丙光的光電子最大初動能，故D正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知甲光和乙光的頻率相等，且小于丙光的頻率，故A錯誤，B正確；截止頻率是由金屬決定的，與入射光無關(guān)，故C錯誤。第68課時原子結(jié)構(gòu)與原子核(雙基落實課)[命題者說]本課時主要包括原子的核式結(jié)構(gòu)、原子的躍遷、氫原子光譜、原子核的衰變、核反響方程的書寫、核能的計算等。高考對本課時知識點的考查一般為單獨命題，有時會把原子核的衰變和動量結(jié)合進(jìn)行綜合命題。對本課時的學(xué)習(xí)，應(yīng)側(cè)重理解和識記。一、原子的核式結(jié)構(gòu)1.電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學(xué)家湯姆孫在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)了電子，提出了原子的“棗糕模型〞。2．α粒子散射實驗(1)α粒子散射實驗裝置(2)α粒子散射實驗的結(jié)果：絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后根本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)α粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來〞。3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)α粒子散射實驗結(jié)果分析①核外電子不會使α粒子的速度發(fā)生明顯改變。②湯姆孫模型不能解釋α粒子的大角度散射。③絕大多數(shù)α粒子沿直線穿過金箔，說明原子中絕大局部是空的；少數(shù)α粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對α粒子有斥力的正電荷；極少數(shù)α粒子甚至被“撞了回來〞，反映了個別α粒子正對著質(zhì)量比α粒子大得多的物體運動時，受到該物體很大的斥力作用。(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)。(3)核式結(jié)構(gòu)模型的局限性盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋α粒子散射實驗現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性。[小題練通]1．(2022·福建高考)在盧瑟福α粒子散射實驗中，金箔中的原子核可以看作靜止不動，以下各圖畫出的是其中兩個α粒子經(jīng)歷金箔散射過程的徑跡，其中正確的選項是()解析：選Cα粒子與原子核均帶正電荷，所以α粒子受到原子核的作用力為斥力，據(jù)此可排除選項A、D；α粒子不可能先受到吸引力，再受到排斥力，B錯誤。2．(2022·上海高考)盧瑟福通過對α粒子散射實驗結(jié)果的分析，提出了原子內(nèi)部存在()A．電子 B．中子C．質(zhì)子 D．原子核解析：選D盧瑟福在α粒子散射實驗中觀察到絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后幾乎不改變運動方向，只有極少數(shù)的α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，說明在原子的中央存在一個體積很小的帶正電的物質(zhì)，將其稱為原子核。應(yīng)選項D正確。3．如圖是盧瑟福的α粒子散射實驗裝置，在一個小鉛盒里放有少量的放射性元素釙，它發(fā)出的α粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到金箔上，最后打在熒光屏上產(chǎn)生閃爍的光點。以下說法正確的選項是()A．該實驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構(gòu)模型的重要依據(jù)B．該實驗證實了湯姆孫原子模型的正確性C．α粒子與原子中的電子碰撞會發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)D．絕大多數(shù)的α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)解析：選A盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項A正確，B錯誤；電子質(zhì)量太小，對α粒子的影響不大，選項C錯誤；絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后，根本上仍沿原方向前進(jìn)，D錯誤。二、能級躍遷1.氫原子光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4,5，…，R是里德伯常量，R＝1.10×107m－1)。(4)光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。2．氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式(1)玻爾理論①定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量。②躍遷：電子從能量較高的定態(tài)軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時，會放出能量為hν的光子，這個光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝Em－En。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)③軌道：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。(2)幾個概念①能級：在玻爾理論中，原子的能量是量子化的，這些量子化的能量值，叫作能級。②基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)。③激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他的狀態(tài)。④量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)。(3)氫原子的能級公式：En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝－13.6eV。(4)氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m3．氫原子的能級圖能級圖如下圖[小題練通]1.(2022·北京高考)處于n＝3能級的大量氫原子，向低能級躍遷時，輻射光的頻率有()A．1種 B．2種C．3種 D．4種解析：選C大量氫原子從n＝3能級向低能級躍遷時，能級躍遷圖如下圖，有3種躍遷情況，故輻射光的頻率有3種，選項C正確。2．氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光的頻率為ν1，從能級n躍遷到能級k時吸收紫光的頻率為ν2，普朗克常量為h，假設(shè)氫原子從能級k躍遷到能級m，那么()A．吸收光子的能量為hν1＋hν2B．輻射光子的能量為hν1＋hν2C．吸收光子的能量為hν2－h(huán)ν1D．輻射光子的能量為hν2－h(huán)ν1解析：選D氫原子從能級m躍遷到能級n時輻射紅光，說明能級m高于能級n，而從能級n躍遷到能級k時吸收紫光，說明能級k也比能級n高，而紫光的頻率ν2大于紅光的頻率ν1，所以hν2>hν1，因此能級k比能級m高，所以假設(shè)氫原子從能級k躍遷到能級m，應(yīng)輻射光子，且光子能量應(yīng)為hν2－h(huán)ν1。應(yīng)選項D正確。3．(多項選擇)(2022·山東高考)氫原子能級圖如圖，當(dāng)氫原子從n＝3躍遷到n＝2的能級時，輻射光的波長為656nm。以下判斷正確的選項是()A．氫原子從n＝2躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長大于656nmB．用波長為325nm的光照射，可使氫原子從n＝1躍遷到n＝2的能級C．一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時最多產(chǎn)生3種譜線D．用波長為633nm的光照射，不能使氫原子從n＝2躍遷到n＝3的能級解析：選CD根據(jù)氫原子的能級圖和能級躍遷規(guī)律，當(dāng)氫原子從n＝2能級躍遷到n＝1的能級時，輻射光的波長一定小于656nm，因此A選項錯誤；根據(jù)發(fā)生躍遷只能吸收和輻射一定頻率的光子，可知B選項錯誤，D選項正確；一群處于n＝3能級上的氫原子向低能級躍遷時可以產(chǎn)生3種頻率的光子，所以C選項正確。解答氫原子能級圖與原子躍遷問題的考前須知(1)能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的。(2)能級之間發(fā)生躍遷時放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得，假設(shè)求波長可由公式c＝λν求得。(3)一個氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n－1。(4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝Cn2＝eq\f(nn－1,2)。②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。三、原子核的衰變規(guī)律1.原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)根本關(guān)系①核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)。②質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。(3)X元素的原子核的符號為ZAX，其中A表示質(zhì)量數(shù)，Z表示核電荷數(shù)。2．天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由貝可勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。(2)三種射線構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線氦核24He＋2e4u最強(qiáng)最弱β射線電子－10e－eeq\f(u,1840)較強(qiáng)較強(qiáng)γ射線光子γ00最弱最強(qiáng)(3)放射性同位素的應(yīng)用與防護(hù)①放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。②應(yīng)用：消除靜電、工業(yè)探傷、做示蹤原子等。③防護(hù)：防止放射性對人體組織的傷害。3．原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①定義：原子核放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核。②三類衰變α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，典型方程：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e，典型方程：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eγ衰變：當(dāng)放射性物質(zhì)連續(xù)發(fā)生衰變時，原子核中有的發(fā)生α衰變，有的發(fā)生β衰變，同時伴隨著γ輻射。(2)半衰期①定義：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間。②影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒有關(guān)系。③公式：N余＝N原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)(t表示衰變時間，τ表示半衰期)[小題練通]1．(2022·上海高考)放射性元素A經(jīng)過2次α衰變和1次β衰變后生成一新元素B，那么元素B在元素周期表中的位置較元素A的位置向前移動了()A．1位 B．2位C．3位 D．4位解析：選Cα粒子是eq\o\al(4,2)He，β粒子是eq\o\al(0,－1)e，因此發(fā)生一次α衰變電荷數(shù)減少2，發(fā)生一次β衰變電荷數(shù)增加1，據(jù)題意，電荷數(shù)變化為：－2×2＋1＝－3，所以新元素在元素周期表中的位置向前移動了3位。應(yīng)選項C正確。2．(多項選擇)(2022·全國卷Ⅰ)關(guān)于天然放射性，以下說法正確的選項是()A．所有元素都可能發(fā)生衰變B．放射性元素的半衰期與外界的溫度無關(guān)C．放射性元素與別的元素形成化合物時仍具有放射性D．α、β和γ三種射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)E．一個原子核在一次衰變中可同時放出α、β和γ三種射線解析：選BCD并不是所有的元素都可能發(fā)生衰變，原子序數(shù)越大，越易發(fā)生，A錯誤；放射性元素的半衰期與元素本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，與外界的溫度無關(guān)，B正確；放射性元素?zé)o論單質(zhì)還是化合物都具有放射性，C正確；在α、β、γ射線中，γ射線的穿透能力最強(qiáng)，D正確；一個原子核在一次衰變過程中，可以是α衰變或β衰變，同時伴隨γ射線放出，E錯誤。3．(2022·北京高考)實驗觀察到，靜止在勻強(qiáng)磁場中A點的原子核發(fā)生β衰變，衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運動，運動方向和軌跡示意圖如圖，那么()A．軌跡1是電子的，磁場方向垂直紙面向外B．軌跡2是電子的，磁場方向垂直紙面向外C．軌跡1是新核的，磁場方向垂直紙面向里D．軌跡2是新核的，磁場方向垂直紙面向里解析：選D根據(jù)動量守恒定律，原子核發(fā)生β衰變后產(chǎn)生的新核與電子的動量大小相等，設(shè)為p。根據(jù)qvB＝eq\f(mv2,r)，得軌道半徑r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(p,qB)，故電子的軌跡半徑較大，即軌跡1是電子的，軌跡2是新核的。根據(jù)左手定那么，可知磁場方向垂直紙面向里。選項D正確。4．(1)(多項選擇)eq\o\al(232,90)Th(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變，變成eq\o\al(208,82)Pb(鉛)。以下說法中正確的選項是()A．鉛核比釷核少8個質(zhì)子B．鉛核比釷核少16個中子C．共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變D．共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變(2)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性元素而獲得了1935年的諾貝爾化學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)的放射性元素eq\o\al(30,15)P衰變成eq\o\al(30,14)Si的同時放出另一種粒子，這種粒子是________。eq\o\al(32,15)P是eq\o\al(30,15)P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)，1mgeq\o\al(32,15)P隨時間衰變的關(guān)系如下圖，請估算4mg的eq\o\al(32,15)P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25mg?解析：(1)設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232＝208＋4x90＝82＋2x－y解得x＝6，y＝4，C錯、D對。鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A對。鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B對。(2)寫出衰變方程eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e，故這種粒子為eq\o\al(0,1)e(正電子)，由m-t圖知eq\o\al(32,15)P的半衰期為14天，由m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)得0．25mg＝4mg×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,14)，故t＝56天。答案：(1)ABD(2)正電子56天1．一個區(qū)別：靜止的原子核在磁場中發(fā)生α衰變和β衰變時的軌跡不同，分別為相外切圓和相內(nèi)切圓。2．兩個結(jié)論(1)原子核發(fā)生衰變時遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒。(2)每發(fā)生一次α衰變，原子核的質(zhì)量數(shù)減小“4”，每發(fā)生一次β衰變，原子核的質(zhì)子數(shù)增大“1”。四、核反響方程與核能計算1.核反響的四種類型類型可控性核反響方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性)eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e重核裂變比擬容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2．核反響方程式的書寫(1)熟記常見根本粒子的符號，是正確書寫核反響方程的根底。如質(zhì)子(eq\o\al(1,1)H)、中子(eq\o\al(1,0)n)、α粒子(eq\o\al(4,2)He)、β粒子(eq\o\al(0,－1)e)、正電子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(2)掌握核反響方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反響方程或判斷某個核反響方程是否正確的依據(jù)，由于核反響不可逆，所以書寫核反響方程式時只能用“→〞表示反響方向。(3)核反響過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。3．對質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即E＝mc2。方程的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其能量也要相應(yīng)減少，即ΔE＝Δmc2。(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。4．核能的計算方法(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算時，Δm的單位是“kg〞，c的單位是“m/s〞，ΔE的單位是“J〞。(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算時，Δm的單位是“u〞，ΔE的單位是“MeV〞。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子比結(jié)合能×核子數(shù)。[小題練通]1．(多項選擇)(2022·全國丙卷節(jié)選)一靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為1.0×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*。以下說法正確的選項是()A．核反響方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反響過程中系統(tǒng)動量守恒C．核反響前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反響物的質(zhì)量之和D．硅原子核速度的數(shù)量級為105解析：選ABD核反響過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反響方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，A正確。核反響過程中遵從動量守恒，B正確。核反響中發(fā)生質(zhì)量虧損，生成物的質(zhì)量小于反響物的質(zhì)量之和，C錯誤。根據(jù)動量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，D正確。2．(2022·全國甲卷)在以下描述核過程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________。(填正確答案標(biāo)號)A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeD.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HE.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)nF.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n解析：α衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過程，選項E是常見的一種裂變；聚變是兩個較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，選項F是典型的核聚變過程。答案：CABEF3．一個靜止的钚核eq\o\al(239,94)Pu自發(fā)衰變成一個鈾核eq\o\al(235,92)U和另一個原子核X，并釋放出一定的能量。其核衰變方程為：eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋X。(1)方程中的“X〞核符號為________；(2)钚核的質(zhì)量為239.0522u，鈾核的質(zhì)量為235.0439u，X核的質(zhì)量為4.0026u，1u相當(dāng)于931MeV，那么該衰變過程放出的能量是________MeV；(3)假設(shè)钚核衰變釋放的能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)殁櫤撕蚗核的動能，那么X核與鈾核的動能之比是________。解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，得X核的質(zhì)量數(shù)為239－235＝4，核電核數(shù)為94－92＝2，故“X〞核為氦核，符號為eq\o\al(4,2)He。(2)钚核衰變過程中的質(zhì)量虧損Δm＝239.0522u－235.0439u－4.0026u＝0.0057u，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，得出衰變過程中放出的能量E＝0.0057×931MeV≈5.31MeV。(3)钚核衰變成鈾核和X核，根據(jù)動量守恒定律，兩者動量大小相等，根據(jù)Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(p2,2m)，得X核和鈾核的動能之比eq\f(Ekm,EkM)＝eq\f(M,m)≈58.7。答案：(1)eq\o\al(4,2)He(2)5.31(3)58.7核能計算的思路方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖：eq\x(\a\al(正確書寫,核反響方程))→eq\x(\a\al(計算質(zhì)量,虧損Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,計算釋放的核能))(2)在動量守恒方程中，各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示。(3)核反響遵守動量守恒和能量守恒定律，因此我們可以結(jié)合動量守恒和能量守恒定律來計算核能。eq\a\vs4\al([課時達(dá)標(biāo)檢測])一、選擇題1．核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天，會釋放β射線；銫137是銫133的同位素，半衰期約為30年，發(fā)生衰變時會輻射γ射線。以下說法正確的選項是()A．碘131釋放的β射線由氦核組成B．銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C．與銫137相比，碘131衰變更慢D．銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)解析：選Dβ射線的本質(zhì)是電子，并非氦核，A錯誤。γ光子的頻率大于可見光光子的頻率，由E＝hν可知，γ光子的能量大于可見光光子的能量，B錯誤。半衰期越小表示元素衰變越快，C錯誤。同位素的中子數(shù)不同但含有相同的質(zhì)子數(shù)，D正確。2．(2022·重慶高考)圖中曲線a、b、c、d為氣泡室中某放射物發(fā)生衰變放出的局部粒子的徑跡，氣泡室中磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面向里。以下判斷可能正確的選項是()A．a(chǎn)、b為β粒子的徑跡 B．a(chǎn)、b為γ粒子的徑跡C．c、d為α粒子的徑跡 D．c、d為β粒子的徑跡解析：選D由于α粒子帶正電，β粒子帶負(fù)電，γ粒子不帶電，據(jù)左手定那么可判斷a、b可能為α粒子的徑跡，c、d可能為β粒子的徑跡，選項D正確。3.1995年科學(xué)家“制成〞了反氫原子，它是由一個反質(zhì)子和一個圍繞它運動的正電子組成。反質(zhì)子和質(zhì)子有相同的質(zhì)量，帶有等量異種電荷。反氫原子和氫原子有相同的能級分布，氫原子能級如下圖。以下說法中正確的選項是()A．反氫原子光譜與氫原子光譜不相同B．基態(tài)反氫原子的電離能是13.6eVC．基態(tài)反氫原子能吸收11eV的光子發(fā)生躍遷D．在反氫原子譜線中，從n＝2能級躍遷到基態(tài)輻射光子的波長最長解析：選B反氫原子和氫原子有相同的能級分布，所以反氫原子光譜與氫原子光譜相同，故A錯誤；處于基態(tài)的氫原子的電離能是13.6eV，具有大于等于13.6eV能量的光子可以使反氫原子電離，故B正確；基態(tài)的反氫原子吸收11eV光子，能量為－13.6eV＋11eV＝－2.6eV，不能發(fā)生躍遷，所以該光子不能被吸收，故C錯誤；在反氫原子譜線中，從n＝2能級躍遷到基態(tài)輻射光子能量很大，頻率很大，波長很小，故D錯誤。4．(多項選擇)(2022·海南高考)以下說法正確的選項是()A．愛因斯坦在光的粒子性的根底上，建立了光電效應(yīng)方程B．康普頓效應(yīng)說明光子只具有能量，不具有動量C．玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律D．盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型E．德布羅意指出微觀粒子的動量越大，其對應(yīng)的波長就越長解析：選ACD愛因斯坦提出了光子假說，建立了光電效應(yīng)方程，應(yīng)選項A正確；康普頓效應(yīng)說明光不僅具有能量，還具有動量，應(yīng)選項B錯誤；玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，應(yīng)選項C正確；盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)選項D正確；微觀粒子的德布羅意波長為λ＝eq\f(h,p)，其中p為微觀粒子的動量，故動量越大，那么對應(yīng)的波長就越短，選項E錯誤。5．(多項選擇)以下說法正確的選項是()A．湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，說明原子具有核式結(jié)構(gòu)B．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反響C．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，是因為該束光的波長太短D．將放射性元素?fù)诫s到其他穩(wěn)定元素中，并升高其溫度，增加壓強(qiáng)，它的半衰期也不會發(fā)生改變解析：選BD盧瑟福的α粒子散射實驗說明原子具有核式結(jié)構(gòu)，A錯誤；太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的熱核反響，B正確；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應(yīng)，說明光子的能量太小，該束光的波長太長，C錯誤；放射性元素的半衰期與它的物理狀態(tài)、化學(xué)狀態(tài)都沒有關(guān)系，也不會發(fā)生改變，D正確。二、非選擇題6．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，核反響方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某種粒子。：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u相當(dāng)于931.5MeV。由上述核反響方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X是________，該核反響釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保存三位有效數(shù)字)。解析：熱核聚變的核反響方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，所以X為eq\o\al(1,0)n(或中子)。ΔE＝Δmc2＝(2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087)×931.5MeV≈17.6MeV。答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)17.67．某些建筑材料可產(chǎn)生放射性氣體——氡，氡可以發(fā)生α或β衰變，如果人長期生活在氡濃度過高的環(huán)境中，那么，氡經(jīng)過人的呼吸道沉積在肺部，并放出大量的射線，從而危害人體健康。原來靜止的氡核(eq\o\al(222,86)Rn)發(fā)生一次α衰變生成新核釙(Po)，并放出一個能量為E0＝0.09MeV的光子。放出的α粒子動能為Eα＝5.55MeV；忽略放出光子的動量，但考慮其能量；1u＝931.5MeV/c2。(1)寫出衰變的核反響方程；(2)衰變過程中總的質(zhì)量虧損為多少？(保存三位有效數(shù)字)解析：(1)衰變方程為：eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He＋γ。(2)忽略放出光子的動量，根據(jù)動量守恒定律，0＝pα＋pPo即新核釙(Po)的動量與α粒子的動量大小相等，又Ek＝eq\f(p2,2m)，可求出新核釙(Po)的動能為EPo＝eq\f(4,218)Eα，由題意，質(zhì)量虧損對應(yīng)的能量以光子的能量和新核、α粒子動能形式出現(xiàn)，衰變時釋放出的總能量為ΔE＝Eα＋EPo＋E0＝Δmc2故衰變過程中總的質(zhì)量虧損是Δm＝0.00616u。答案：(1)eq\o\al(222,86)Rn→eq\o\al(218,84)Po＋eq\o\al(4,2)He＋γ(2)0.00616u一、單項選擇題1．以下說法不正確的選項是()A．β射線與γ射線一樣都是電磁波，但β射線的穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱B．玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征C．氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時氫原子的能量減少D．在原子核中，比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固解析：選Aβ射線不是電磁波，但β射線的穿透本領(lǐng)遠(yuǎn)比γ射線弱，故A錯誤；玻爾將量子觀念引入原子領(lǐng)域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，B正確；氫原子的核外電子由離原子核較遠(yuǎn)的軌道躍遷到離核較近的軌道上時，軌道半徑減小，原子能量減小，C正確；在原子核中，比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固，D正確。2．如下圖為研究某未知元素放射性的實驗裝置，實驗開始時在薄鋁片和熒光屏之間有圖示方向的勻強(qiáng)電場E，通過顯微鏡可以觀察到，在熒光屏的某一位置上每分鐘閃爍的亮點數(shù)。假設(shè)撤去電場后繼續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)每分鐘閃爍的亮點數(shù)沒有變化；如果再將薄鋁片移開，觀察到每分鐘閃爍的亮點數(shù)大大增加，由此可以判斷，放射源發(fā)出的射線可能為()A．β射線和γ射線 B．α射線和β射線C．β射線和X射線 D．α射線和γ射線解析：選D放射性元素放射出的射線為α射線、β射線和γ射線，α射線貫穿能力弱，一張薄紙就可擋住，β射線貫穿能力較強(qiáng)，可貫穿鋁片，γ射線穿過能力極強(qiáng)。α射線帶正電，β射線帶負(fù)電，在電場中偏轉(zhuǎn)，γ射線不帶電。由此可知，放射源發(fā)出的射線可能為α射線和γ射線。選項D正確。3．鈾是常用的一種核燃料，假設(shè)它的原子核發(fā)生了如下的裂變反響：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→a＋b＋2eq\o\al(1,0)n，那么a＋b可能是()A.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(93,36)Kr B.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)KrC.eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(93,38)Sr D.eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr解析：選D此題考查了裂變反響的反響方程，在核反響中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，經(jīng)分析各項中只有D選項符合要求。4．如下圖是氫原子的能級圖，大量處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時，一共可以輻射出6種不同頻率的光子，其中巴耳末系是指氫原子由高能級向n＝2能級躍遷時釋放的光子，那么()A．6種光子中波長最長的是n＝4激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產(chǎn)生的B．6種光子中有3種屬于巴耳末系C．使n＝4能級的氫原子電離至少要0.85eV的能量D．假設(shè)從n＝2能級躍遷到基態(tài)釋放的光子能使某金屬板發(fā)生光電效應(yīng)，那么從n＝3能級躍遷到n＝2能級釋放的光子也一定能使該板發(fā)生光電效應(yīng)解析：選C由E4－E1＝heq\f(c,λ)，得6種光子中由n＝4能級躍遷到n＝1能級的能量差最大，波長最短，所以A項錯誤。由巴耳末系的定義，知在6種光子中只有n＝4躍遷到n＝2和n＝3躍遷到n＝2釋放的光子屬于巴耳末系，B項錯誤。由E∞－E4＝0－(－0.85eV)＝0.85eV，所以要使n＝4能級的氫原子電離至少需0.85eV的能量，C項正確。因為E2－E1＝10.2eV＝hν1，E3－E2＝1.89eV＝hν2，所以ν1>ν2，故D項錯。5．氫原子的基態(tài)能量為E1，激發(fā)態(tài)能量En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3，…。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。能使氫原子從第一激發(fā)態(tài)電離的光子的最大波長為()A．－eq\f(4hc,3E1) B．－eq\f(2hc,E1)C．－eq\f(4hc,E1) D．－eq\f(9hc,E1)解析：選C處于第一激發(fā)態(tài)時n＝2，故其能量E2＝eq\f(E1,4)，電離時吸收的能量ΔE＝0－E2＝－eq\f(E1,4)，而光子能量ΔE＝eq\f(hc,λ)，那么解得λ＝－eq\f(4hc,E1)，C正確。6．如下圖為氫原子能級示意圖，現(xiàn)有大量的氫原子處于n＝4的激發(fā)態(tài)，當(dāng)向低能級躍遷時輻射出假設(shè)干不同頻率的光，以下說法正確的選項是()A．這些氫原子總共可輻射出3種不同頻率的光B．由n＝2能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光頻率最小C．由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光最容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象D．用n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光照射逸出功為6.34eV的金屬鉑能發(fā)生光電效應(yīng)解析：選D這些氫原子向低能級躍遷時可輻射出Ceq\o\al(2,4)＝eq\f(4×3,2)＝6種光子，選項A錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝3能級產(chǎn)生的光子能量最小，所以頻率最小，選項B錯誤；由n＝4能級躍遷到n＝1能級產(chǎn)生的光子能量最大，頻率最大，波長最小，最不容易表現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，選項C錯誤；從n＝2能級躍遷到n＝1能級輻射出的光子能量為10.20eV>6.34eV，所以能使金屬鉑發(fā)生光電效應(yīng)，選項D正確。7．一靜止的原子核A發(fā)生α衰變后變成原子核B，原子核A、原子核B和α粒子的質(zhì)量分別為mA、mB和mα，光速為c，反響釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子的動能，那么()A．原子核B與α粒子的速度之比為mB∶mαB．原子核B與α粒子的動能之比為mB∶mαC．原子核B與α粒子的動能之和為(mA－mB－mα)c2D．原子核A比原子核B的中子數(shù)多2，質(zhì)子數(shù)多4解析：選C原子核A發(fā)生α衰變，設(shè)原子核B和α粒子的速度分別為vB和vα，由動量守恒定律有0＝mBvB－mαvα，那么eq\f(vB,vα)＝eq\f(mα,mB)，eq\f(EkB,Ekα)＝eq\f(mα,mB)，A、B錯誤。由質(zhì)能方程知原子核B和α粒子的動能之和ΔE＝Δmc2＝(mA－mB－mα)c2，C正確。由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，A比B質(zhì)子數(shù)多2，中子數(shù)多2，D錯誤。8．處于激發(fā)狀態(tài)的原子，在入射光的電磁場的影響下，從高能態(tài)向低能態(tài)躍遷，兩個狀態(tài)之間的能量差以輻射光子的形式發(fā)射出去，這種輻射叫做受激輻射。原子發(fā)生受激輻射時，發(fā)出的光子頻率、發(fā)射方向等，