PAGE30-波粒二象性和原子物理高考熱點統(tǒng)計要求2015年2024年2024年2024年高考基礎要求及冷點統(tǒng)計ⅠⅡⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ光電效應Ⅰ35(1)35(1)35(1)1917氫原子光譜(Ⅰ)氫原子的能級結(jié)構、能級公式(Ⅰ)放射性同位素(Ⅰ)射線的危害和防護(Ⅰ)氫原子光譜、放射性同位素、射線的危害和防護屬于了解類學問,一般不會單獨出題;氫原子的能級結(jié)構和能級公式屬于難點、冷點.愛因斯坦光電效應方程Ⅰ35(1)35(1)35(1)19原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期Ⅰ35(1)35(1)15核力、核反應方程Ⅰ35(1)35(1)14結(jié)合能、質(zhì)量虧損Ⅰ35(1)1715裂變反應和聚變反應、裂變反應堆Ⅰ35(1)35(1)17考情分析1.從近幾年高考試題來看,高考對本章內(nèi)容的考查涉及的考點較多,具有不確定性.考題可能依據(jù)某一考點命題,也可能同時涉及多個考點,題型為選擇題的幾率很高,很少出現(xiàn)計算題.2.從整體命題趨勢上看,高考對本部分的命題基本會保持原有命題思路,仍將以光電效應、能級躍遷、核反應方程、核能的分析與計算為命題重點,在復習中應多加關注.第30講光電效應波粒二象性一、光電效應1.光電效應現(xiàn)象在光的照耀下,金屬中的從表面逸出的現(xiàn)象,放射出來的電子叫.

2.光電效應的產(chǎn)生條件入射光的頻率金屬的極限頻率.

3.光電效應規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率,入射光的頻率必需這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應.

(2)光電子的最大初動能與入射光的無關,只隨入射光頻率的增大而.

(3)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的,一般不超過10-9s.(4)當入射光的頻率大于極限頻率時,飽和光電流的大小與入射光的強度成.

【辨別明理】(1)光子和光電子都是實物粒子. ()(2)只要入射光的強度足夠大,就可以使金屬發(fā)生光電效應. ()(3)要使某金屬發(fā)生光電效應,入射光子的能量必需大于金屬的逸出功. ()(4)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比. ()(5)光的頻率越高,光的粒子性二、愛因斯坦光電效應方程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=.

2.逸出功W0:電子從金屬中逸出所需做功的.

3.最大初動能:發(fā)生光電效應時,金屬表面上的汲取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.光電效應方程(1)表達式:Ek=.

(2)物理意義:金屬表面的電子汲取一個光子獲得的能量是hν,這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的.

三、光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有性.

(2)光電效應說明光具有性.

(3)光既具有波動性,又具有粒子性,稱為光的性.

2.物質(zhì)波(1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達概率的地方,暗條紋是光子到達概率的地方,因此光波又叫概率波.

(2)物質(zhì)波:任何一個運動著的物體,小到微觀粒子,大到宏觀物體,都有一種波與它對應,其波長λ=hp,p為運動物體的動量,h為普朗克常量越明顯,但仍具有波動性. ()(6)德國物理學家普朗克提出了量子假說,勝利地說明白光電效應規(guī)律. ()(7)美國物理學家康普頓發(fā)覺了康普頓效應,證明白光的粒子性. ()(8)法國物理學家德布羅意大膽預言了實物粒子在肯定條件下會表現(xiàn)為波動性. ()考點一對光電效應的理解1.(多選)[人教版選修3-5改編]如圖30-1所示,用導線把驗電器與鋅板相連接,當用紫外線照耀鋅板時,發(fā)生圖30-1的現(xiàn)象是 ()A.有光子從鋅板逸出B.有電子從鋅板逸出C.驗電器指針張開一個角度D.鋅板帶負電2.(多選)[人教版選修3-5改編]在光電效應試驗中,用頻率為ν的光照耀光電管陰極,發(fā)生了光電效應,下列說法正確的是 ()A.增大入射光的強度,光電流增大B.減小入射光的強度,光電效應現(xiàn)象消逝C.改用頻率小于ν的光照耀,肯定不發(fā)生光電效應D.改用頻率大于ν的光照耀,光電子的最大初動能變大3.(多選)[2024·全國卷Ⅲ]在光電效應試驗中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照耀到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb.h為普朗克常量.下列說法正確的是 ()A.若νa>νb,則肯定有Ua<UbB.若νa>νb,則肯定有Eka>EkbC.若Ua<Ub,則肯定有Eka<EkbD.若νa>νb,則肯定有hνa-Eka>hνb-Ekb4.如圖30-2甲所示,合上開關,用光子能量為2.5eV的一束光照耀陰極K,發(fā)覺電流表讀數(shù)不為零.調(diào)整滑動變阻器,發(fā)覺當電壓表讀數(shù)小于0.60V時,電流表讀數(shù)仍不為零,當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60V時,電流表讀數(shù)為零.把電路改為圖乙,當電壓表讀數(shù)為2V時,則逸出功及電子到達陽極時的最大動能分別為 ()圖30-2A.1.5eV、0.6eV B.1.7eV、1.9eVC.1.9eV、2.6eV D.3.1eV、4.5eV■要點總結(jié)分析光電效應問題應抓住兩條對應關系和三個關系式(1)兩條對應關系①光強大→光子數(shù)目多→放射光電子多→光電流大.②光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大.(2)三個關系式①愛因斯坦光電效應方程:Ek=hν-W0.②最大初動能與遏止電壓的關系:Ek=eUc.③逸出功與極限頻率的關系:W0=hνc.考點二光電效應的圖像問題常見的四類圖像圖像名稱圖線形態(tài)由圖線干脆(間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖線①極限頻率:圖線與ν軸交點的橫坐標νc②逸出功:圖線與Ek軸交點的縱坐標的肯定值W0=|-E|=E③普朗克常量:圖線的斜率k=h顏色相同、強度不同的光,光電流與電壓的關系①遏止電壓Uc:圖線與橫軸的交點②飽和光電流Im:光電流的最大值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的關系圖線①極限頻率νc:圖線與橫軸交點的橫坐標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)例1[人教版選修3-5改編]用如圖30-3甲所示的電路探討光電效應中光電流大小與照耀光的強弱、頻率等物理量的關系.圖中A、K兩極間的電壓大小可調(diào),電源的正負極也可以對調(diào).分別用a、b、c三束單色光照耀,調(diào)整A、K間的電壓U,得到光電流I與電壓U的關系如圖乙所示.由圖可知 ()圖30-3A.單色光a和c的頻率相同,但a更強些B.單色光a和c的頻率相同,但a更弱些C.單色光b的頻率小于a的頻率D.變更電源的極性不行能有光電流產(chǎn)生變式題1(多選)如圖30-4所示是用光照耀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更圖線(直線與橫軸交點的橫坐標為4.27×1014Hz,與縱軸交點的縱坐標為0.5eV).由圖可知 ()圖30-4A.該金屬的截止頻率為4.27×1014HzB.該金屬的截止頻率為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變式題2(多選)如圖30-5甲所示,在“光電效應”試驗中,某同學用相同頻率的單色光分別照耀陰極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管,結(jié)果都能發(fā)生光電效應.圖乙為其中一個光電管的遏止電壓Uc隨照耀光頻率ν變更的函數(shù)關系圖像.對于這兩個光電管,下列推斷正確的是 ()圖30-5A.因為不同材料的逸出功不同,所以遏止電壓Uc不同B.光電子的最大初動能不同C.因為光強不確定,所以單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)可能相同,飽和光電流也可能相同D.兩個光電管的Uc-ν圖像的斜率可能不同考點三波粒二象性1.對光的波粒二象性的理解光既有波動性,又有粒子性,兩者不是孤立的,而是有機的統(tǒng)一體,其表現(xiàn)規(guī)律為:(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,越簡單看到光的干涉和明顯的衍射現(xiàn)象;頻率越高粒子性越顯著,越不簡單看到光的干涉和明顯的衍射現(xiàn)象,貫穿本事越強.(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)出粒子性.(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p=hλ表達式也可以看出,光的波動性和粒子性并不沖突,表示粒子性的能量和動量的計算式中分別含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(5)理解光的波粒二象性時不行把光當成宏觀概念中的波,也不行把光當成微觀概念中的粒子.2.概率波與物質(zhì)波(1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達概率大的地方,暗條紋是光子到達概率小的地方,因此光波是一種概率波.(2)物質(zhì)波:任何一個運動著的物體,小到微觀粒子,大到宏觀物體,都有一種波與它對應,其波長λ=hp,p為運動物體的動量,h為普朗克常量例2[2024·紹興魯迅中學月考]電子顯微鏡的最高辨別率高達0.2nm(波長越短,辨別率越高),假如有人制造出質(zhì)子顯微鏡,在加速到相同的速度狀況下,質(zhì)子顯微鏡的最高辨別率將 ()A.小于0.2nm B.大于0.2nmC.等于0.2nm D.以上說法均不正確變式題1關于對微觀粒子的相識,下列說法中正確的是 ()A.粒子的位置和動量可以同時確定B.粒子的運動沒有確定的軌跡C.單個粒子的運動沒有規(guī)律D.粒子在某一時刻的加速度由該時刻粒子受到的合力確定變式題2(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征,以下說法正確的是 ()A.光電效應現(xiàn)象揭示了光的粒子性B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C.黑體輻射的試驗規(guī)律可用光的波動性說明D.動能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長也相等變式題3(多選)[人教版選修3-5改編]1927年戴維孫和湯姆孫分別完成了電子衍射試驗,該試驗是榮獲諾貝爾獎的近代重大物理試驗之一.如圖30-6所示是該試驗裝置的簡化圖,下列說法正確的是 ()圖30-6A.亮條紋是電子到達概率大的地方B.該試驗說明物質(zhì)波理論是正確的C.該試驗再次說明光子具有波動性D.該試驗說明實物粒子具有波動性變式題4[人教版選修3-5改編]物理學家做了一個好玩的雙縫干涉試驗:在光屏處放上照相用的底片,若減弱光的強度,使光子只能一個一個地通過狹縫.試驗結(jié)果表明,假如曝光時間不太長,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點;假如曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋.對這個試驗結(jié)果有下列相識,其中正確的是 ()圖30-7A.曝光時間不太長時,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點,表現(xiàn)出光的波動性B.單個光子通過雙縫后的落點可以預料C.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出光的粒子性D.干涉條紋中光明的部分是光子到達概率較大的地方完成課時作業(yè)(三十)第31講原子和原子核原子結(jié)構【辨別明理】(1)原子中絕大部分是空的,原子核很小. ()(2)核式結(jié)構模型是盧瑟福在α粒子散射試驗的基礎上提出的. ()(3)氫原子光譜是由一條一條亮線組成的. ()(4)玻爾理論勝利地說明白氫原子光譜,也成原

子

核組成功地說明白氦原子光譜. ()(5)依據(jù)玻爾理論,核外電子勻稱分布在各個不連續(xù)的軌道上. ()(6)人們相識原子具有困難結(jié)構是從英國物理學家湯姆孫探討陰極射線發(fā)覺電子起先的. ()(7)人們相識原子核具有困難結(jié)構是從盧瑟福發(fā)覺質(zhì)子起先的. ()(8)假如某放射性元素的原子核有100個,經(jīng)過一個半衰期后還剩50個. ()(9)質(zhì)能方程表明在肯定條件下,質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量. ()考點一原子的核式結(jié)構1.α粒子散射試驗1909~1911年,英國物理學家盧瑟福和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的試驗,試驗發(fā)覺絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進,但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°,也就是說它們幾乎被“撞”了回來.圖31-12.原子的核式結(jié)構模型在原子中心有一個很小的核,原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里,帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn).例1如圖31-2所示是盧瑟福的α粒子散射試驗裝置.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,形成很細的一束射線,射到金箔上,最終打在熒光屏上產(chǎn)生閃耀的光點.下列說法正確的是 ()圖31-2A.該試驗是盧瑟福建立原子核式結(jié)構模型的重要依據(jù)B.該試驗證明白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)變式題1在α粒子散射試驗中,電子對α粒子運動的影響可以忽視.這是因為與α粒子相比,電子的 ()A.電荷量太小 B.速度太小C.體積太小 D.質(zhì)量太小變式題2[2015·安徽卷]如圖31-3所示是α粒子(氦原子核)被重金屬原子核散射的運動軌跡,M、N、P、Q是軌跡上的四點,在散射過程中可以認為重金屬原子核靜止不動.圖中所標出的α粒子在各點處的加速度方向正確的是 ()圖31-3A.M點 B.N點 C.P點 D.Q點考點二玻爾理論和氫原子能級結(jié)構(1)氫原子從高能級(能量為E1)向低能級(能量為E2)躍遷,輻射的光子能量hν=E1-E2;反之,原子從低能級汲取光子能量hν,則向高能級躍遷,hν=E1-E2.輻射或汲取的光子能量肯定等于原子的能級差.(2)氫原子由激發(fā)態(tài)向基態(tài)或其他較低能級躍遷,具有隨機性,一個原子會有多種可能的躍遷.一群氫原子處于激發(fā)態(tài),則各種可能的躍遷都會發(fā)生,所以會同時得到氫原子輻射的全部光子種類.如一群處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷到基態(tài)時,可能輻射出的光譜條數(shù)(即頻率數(shù))為n(n-1)2,而單個處于量子數(shù)為n(3)只有光子能量恰好等于躍遷所需的能量(hν=E1-E2)時,原子才汲取光子并躍遷到激發(fā)態(tài);當照耀光子的能量大于基態(tài)能級的肯定值(即電離能)時,光子肯定能被原子汲取并使之電離,剩余能量為自由電子的動能.實物粒子與原子作用時,若使原子獲得足夠的能量,則也能使原子電離.例2(多選)如圖31-4所示是氫原子的能級圖,一群氫原子處于n=3能級,下列說法中正確的是 ()圖31-4A.這群氫原子躍遷時能夠發(fā)出3種不同頻率的光子B.這群氫原子發(fā)出的光子中,能量最大為10.2eVC.從n=3能級躍遷到n=2能級時發(fā)出的光波長最大D.這群氫原子能夠汲取隨意光子的能量而向更高能級躍遷變式題1圖31-5甲為氫原子的能級圖,圖乙為氫原子的光譜圖.已知譜線b是氫原子從n=5的能級干脆躍遷到n=2的能級時發(fā)出的光譜線,則譜線a可能是氫原子 ()乙圖31-5A.從n=2的能級躍遷到n=1的能級時發(fā)出的光譜線B.從n=3的能級干脆躍遷到n=1的能級時發(fā)出的光譜線C.從n=4的能級干脆躍遷到n=1的能級時發(fā)出的光譜線D.從n=4的能級干脆躍遷到n=2的能級時發(fā)出的光譜線變式題2[2024·浙江金華十校聯(lián)考]如圖31-6所示是氫原子的能級圖.處于基態(tài)的氫原子被某外來單色光激發(fā)后躍遷到n=5能級,然后發(fā)出光線.已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,則 ()圖31-6A.該外來單色光的能量為12.75eVB.該氫原子放射的全部譜線中,最長的波長為4000nmC.該氫原子放射的全部譜線中,最短波長的光子動量為6.97×10-27kg·m/sD.該氫原子放射的光照耀逸出功為3.34eV的金屬鋅,光電子最大初動能約為9.72eV■要點總結(jié)氫原子能級圖與氫原子躍遷問題的解答技巧(1)能級之間發(fā)生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(汲取)光子的頻率由hν=Em-En求得,而波長可由公式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)條.(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)學中的組合學問求解:N=Cn2=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狀況一一畫出,然后相加.考點三原子核的衰變及射線1.衰變規(guī)律及實質(zhì)(1)α衰變、β衰變的比較衰變類型α衰變β衰變衰變過程

ZAX→Z

ZAX→Z衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出1個中子轉(zhuǎn)化為1個質(zhì)子和1個電子211H+20

01n→1勻強磁場中軌跡形態(tài)衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒(2)γ射線:γ射線常常伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生.其實質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過程中,產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(原子核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子.2.確定衰變次數(shù)的方法因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響,所以先由質(zhì)量數(shù)的變更確定α衰變的次數(shù),然后再依據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù).3.半衰期(1)公式:N余=N原12tτ,m余=m(2)影響因素:放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素確定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關.例3[2024·全國卷Ⅱ]一靜止的鈾核放出一個α粒子衰變成釷核,衰變方程為

92238U→90234Th+2A.衰變后釷核的動能等于α粒子的動能B.衰變后釷核的動量大小等于α粒子的動量大小C.鈾核的半衰期等于其放出一個α粒子所經(jīng)驗的時間D.衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量變式題一個靜止的鈾核放在勻強磁場中,它發(fā)生一次α衰變后變?yōu)殁Q核,α粒子和釷核都在勻強磁場中做勻速圓周運動.某同學作出如圖31-7所示的運動徑跡示意圖,以下推斷正確的是 ()圖31-7A.1是α粒子的徑跡,2是釷核的徑跡B.1是釷核的徑跡,2是α粒子的徑跡C.3是α粒子的徑跡,4是釷核的徑跡D.3是釷核的徑跡,4是α粒子的徑跡例4[2024·寧波中學模擬]如圖31-8所示是盧瑟福設計的一個試驗:他在鉛塊上鉆了一個小孔,孔內(nèi)放入一點鐳,使射線只能從這個小孔里發(fā)出,隨后他將射線引入磁場中,發(fā)覺射線馬上分成三股,他把三束射線分別命名為α射線、β射線、γ射線.基于對這三種射線的深化分析,盧瑟福獲得了1907年的諾貝爾獎.以下對這三束射線描述精確的是 ()圖31-8A.α射線的穿透實力最弱,簡單被物體汲取B.β射線在真空中的運動速度是光速C.γ射線本質(zhì)上是波長極短的電磁波,電離實力極強D.β射線帶負電,是來自鐳原子的核外電子變式題在許多裝飾材料中都不同程度地含有放射性元素.下列說法正確的是 ()A.α射線、β射線和γ射線都是電磁波B.在α、β、γ三種射線中,γ射線的電離實力最強C.氡的半衰期為3.8天,4個氡原子核經(jīng)過7.6天后肯定只剩下1個氡原子核D.放射性元素發(fā)生β衰變時所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時產(chǎn)生的■要點總結(jié)三種射線的比較種類α射線β射線γ射線組成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2e-e0(續(xù)表)種類α射線β射線γ射線質(zhì)量4mp,mp=1.67×10-27kgm靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc(光速)在電磁場中偏轉(zhuǎn)與α射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本事最弱,用紙能攔住較強,能穿透幾毫米厚的鋁板最強,能穿透幾厘米厚的鉛板對空氣的電離作用很強較弱很弱考點四核反應類型及核能計算1.核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變α衰變自發(fā)

92238U→90β衰變自發(fā)

90234Th→91人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯は拗?/p>

714N+24He→8

24He+49Be→6

1327Al+

1530P約里奧-居里夫婦發(fā)覺放射性同位素,同時發(fā)覺正電子

1530P→14重核裂變簡單限制

92235U+01n→56144

92235U+01n→54136Xe輕核聚變很難限制

12H+13H2.核能的計算方法(1)依據(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)依據(jù)ΔE=Δm×931.5MeV計算時,Δm的單位是u,ΔE的單位是MeV.(3)依據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能:原子核的結(jié)合能=核子的比結(jié)合能×核子數(shù).核反應前系統(tǒng)內(nèi)全部原子核的總結(jié)合能與反應后生成的全部新核的總結(jié)合能之差,就是該核反應所釋放(或汲取)的核能.例5[2024·全國卷Ⅱ]在下列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.(填正確答案標號)

A.

614C→7B.

1532P→16C.

92238U→90D.

714N+24HeE.

92235U+01n→54140F.

13H+12H變式題[2024·天津卷]我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上領先通過權威機構認證,這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻.下列核反應方程中屬于聚變反應的是 ()圖31-9A.

12H+13HB.

714N+24HeC.

24He+1327AlD.

92235U+01n→56144例6[2024·全國卷Ⅰ]大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電.氘核聚變反應方程是:12H+12H→23He+01n.已知

12H的質(zhì)量為2.0136u,23He的質(zhì)量為3.0150u,01n的質(zhì)量為1.0087A.3.7MeV B.3.3MeV C.2.7MeV D.0.93MeV變式題1(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖31-10所示.依據(jù)該曲線,下列推斷正確的是 ()圖31-10A.

24He核的結(jié)合能約為14B.

24He核比

C.兩個

12H核結(jié)合成

D.

92235U核中核子的平均結(jié)合能比

變式題2盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)覺質(zhì)子.發(fā)覺質(zhì)子的核反應為

714N+24He→817O+11H.已知氮核的質(zhì)量為mN=14.00753u,氧核的質(zhì)量為mO=17.00454u,氦核質(zhì)量為mHe=4.00387u,質(zhì)子(氫核)質(zhì)量為mp=1.00815u.(1u(1)這一核反應是汲取能量還是放出能量的反應?相應的能量變更為多少?(2)若入射氦核以v0=3×107m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核,反應生成的氧核和質(zhì)子同方向運動,且速度大小之比為1∶50,求氧核的速度大小.■要點總結(jié)原子物理中兩個守恒定律的應用若兩原子核發(fā)生核反應生成兩種或兩種以上的原子核過程中滿意動量守恒的條件,則m1v1+m2v2=m3v3+m4v4+……若核反應過程中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新生原子核的動能,由能量守恒定律得12m1v12+12m2v22+ΔE=12m3v完成課時作業(yè)(三十一)第十二單元波粒二象性和原子物理第30講光電效應波粒二象性【教材學問梳理】一、1.電子光電子2.大于或等于3.(1)大于或等于(2)強度增大(4)正比二、1.hν2.最小值3.電子4.(1)hν-W0(2)最大初動能三、1.(1)波動(2)粒子(3)波粒二象2.(1)大小辨別明理(1)(×)(2)(×)(3)(√)(4)(×)(5)(√)(6)(×)(7)(√)(8)(√)【考點互動探究】考點一1.BC[解析]用紫外線照耀鋅板是能夠發(fā)生光電效應的,鋅板上的電子汲取紫外線的能量后從鋅板表面逸出,稱之為光電子,故選項A錯誤,B正確;鋅板與驗電器相連,帶有同種電荷,鋅板失去電子,應當帶正電,且失去電子越多,帶的電荷量越多,驗電器指針張角越大,故選項C正確,D錯誤.2.AD[解析]增大入射光強度,單位時間內(nèi)照耀到單位面積上的光子數(shù)增加,則光電流將增大,故選項A正確;光電效應是否發(fā)生取決于入射光的頻率,而與入射光強度無關,故選項B錯誤;用頻率為ν的光照耀光電管陰極,發(fā)生光電效應,用頻率小于ν的光照耀時,若光的頻率仍大于極限頻率,則仍會發(fā)生光電效應,選項C錯誤;依據(jù)hν-W0=Ek可知,增大入射光頻率,光電子的最大初動能也增大,故選項D正確.3.BC[解析]由光電效應方程可知Ek=hν-W0,該動能又會在遏止電壓下恰好減為零,則eU=hν-W0,其中W0為逸出功,同種金屬的W0相同.若νa>νb,則Ua>Ub,故A錯誤;若νa>νb,依據(jù)Ek=hν-W0,可得Eka>Ekb,故B正確;若Ua<Ub,依據(jù)Ek=eU,可得Eka<Ekb,故C正確;若νa>νb,依據(jù)Ek=hν-W0可知hν-Ek=W0,由于是照耀到同種金屬上,逸出功W0相同,故D錯誤.4.C[解析]光子能量hν=2.5eV的光照耀陰極,電流表讀數(shù)不為零,則能發(fā)生光電效應,當電壓表讀數(shù)大于或等于0.6V時,電流表讀數(shù)為零,則電子不能到達陽極,由動能定理eU=Ek知,最大初動能Ek=eU=0.6eV,由光電效應方程hν=Ek+W0知W0=1.9eV,對圖乙,當電壓表讀數(shù)為2V時,電子到達陽極的最大動能Ek'=Ek+eU'=0.6eV+2eV=2.6eV,故選項C正確.考點二例1A[解析]由圖像可知,a、c的遏止電壓相同,依據(jù)光電效應方程可知,單色光a和c的頻率相同,但a產(chǎn)生的光電流大,說明a光的強度大,選項A正確,B錯誤;b的遏止電壓大于a、c的遏止電壓,所以單色光b的頻率大于a的頻率,選項C錯誤;只要光的頻率不變,變更電源的極性,仍可能有光電流產(chǎn)生,選項D錯誤.變式題1AC[解析]圖線與橫軸交點的的橫坐標表示截止頻率,A正確,B錯誤;由光電效應方程Ek=hν-W0,可知圖線的斜率為普朗克常量,C正確;該金屬的逸出功為W0=hνc=6.63×10-34×4.27×1014變式題2ABC[解析]不同的材料有不同的逸出功,所以遏止電壓Uc不同,選項A正確;由愛因斯坦光電效應方程得hν=W0+Ek,故選項B正確;在照耀光的頻率大于極限頻率的狀況下,放射出的光電子數(shù)與照耀光的強度成正比,光強不確定,所以單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)可能相同,飽和光電流也可能相同,選項C正確;由Ek=hν-hν0=eUc,可得Uc=he(ν-ν0),故圖線的斜率為相同的常數(shù),選項D錯誤考點三例2A[解析]依據(jù)德布羅意波長公式λ=hp,質(zhì)子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量,相同速度的質(zhì)子比相同速度的電子動量大,則質(zhì)子的德布羅意波長小,辨別率高,其最高辨別率將小于0.2nm,故A正確,B、C、D錯誤變式題1B變式題2AB[解析]黑體輻射的試驗規(guī)律只能用光的粒子性說明,普朗克用能量子理論分析,結(jié)果與事實完全相符,選項C錯誤;由于Ek=12mv2,p=mv,因此p=2mEk,質(zhì)子和電子動能相等,但質(zhì)量不等,故動量p也不等,依據(jù)德布羅意波長λ=hp可知,二者的德布羅意波長不同變式題3ABD變式題4D[解析]依據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知,單個光子表現(xiàn)為粒子性,而大量光子表現(xiàn)為波動性,所以曝光時間不太長時,底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點,說明白單個光子表現(xiàn)為粒子性,故A錯誤;光子的粒子性并非宏觀實物粒子的粒子性,故單個光子通過雙縫后的落點無法預料,故B錯誤;假如曝光時間足夠長,底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋,說明白大量光子表現(xiàn)為波動性,故C錯誤;光子到達概率大的區(qū)域表現(xiàn)為亮條紋,而光子到達概率小的區(qū)域表現(xiàn)為暗條紋,故D正確.1.對于帶電微粒輻射和汲取能量時的特點,以下說法錯誤的是 ()A.以某一個最小能量值一份一份地輻射B.輻射和汲取的能量是某一最小值的整數(shù)倍C.輻射和汲取的能量是量子化的D.汲取的能量可以是連續(xù)的[解析]D依據(jù)量子化的理論,帶電微粒輻射和汲取的能量,只能是某一最小能量值的整數(shù)倍,故A、B正確.帶電粒子輻射和汲取的能量不是連續(xù)的,是量子化的,故C正確,D錯誤.2.[2024·浙江奉化中學模擬]人眼對綠光最為敏感,正常人的眼睛接收到波長為530nm的綠光時,只要每秒有6個綠光的光子射入瞳孔,眼睛就能察覺,普朗克常量為6.63×10-34J·s,光速為3.0×108m/s,則人眼能察覺到綠光時所接收到的最小功率是 ()A.2.3×10-18W B.3.8×10-19WC.7.0×10-48W D.1.2×10-48W[解析]A綠光光子能量E=hν=hcλ=6.63×10-34×3.0×108530×10-9=3.8×10-19J,每秒鐘最少有6個綠光的光子射入瞳孔,才能被察覺,所以P=6E1s3.下列關于光的波粒二象性的理解正確的是 ()A.大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性,個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B.光在傳播時是波,而與物質(zhì)相互作用時就轉(zhuǎn)變成粒子C.光在傳播時粒子性顯著,而與物質(zhì)相互作用時波動性顯著D.高頻光是粒子,低頻光是波[解析]A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性,個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性,故A正確;光在傳播時波動性顯著,而與物質(zhì)相互作用時粒子性顯著,故B、C錯誤;高頻光波長小,光的粒子性顯著,低頻光波長大,光的波動性顯著,故D錯誤.4.在某次光電效應試驗中,得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關系如圖30-1所示.若該直線的斜率和縱截距分別為k和b,電子電荷量的肯定值為e,則普朗克常量可表示為,所用材料的逸出功可表示為.

圖30-1[答案]ek-eb[解析]光電效應中,入射光子能量為hν,克服逸出功W0后多余的能量轉(zhuǎn)化為電子最大初動能,eUc=hν-W0,整理得Uc=heν-W0e,斜率即he=k,所以普朗克常量h=ek,縱截距為b,即eb=-W0,5.(多選)圖30-2是某金屬在光的照耀下逸出的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率ν的關系圖像.由圖像可知 ()圖30-2A.該金屬的逸出功等于EB.該金屬的逸出功等于hν0C.入射光的頻率為2ν0時,逸出的光電子的最大初動能為ED.入射光的頻率為ν02時,[答案]ABC第31講原子和原子核【教材學問梳理】盧瑟福線狀n2r1E1n2質(zhì)子電子質(zhì)子N012tτm012辨別明理(1)(√)(2)(√)(3)(√)(4)(×)(5)(×)(6)(√)(7)(×)(8)(×)(9)(×)【考點互動探究】考點一例1A[解析]盧瑟福依據(jù)α粒子散射試驗,提出了原子核式結(jié)構模型,選項A正確;盧瑟福提出了原子核式結(jié)構模型的假設,從而否定了湯姆孫原子模型的正確性,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,幾乎仍沿原方向前進,D錯誤.變式題1D[解析]在α粒子散射試驗中,由于電子的質(zhì)量太小,電子的質(zhì)量只有α粒子的17300,它對α粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對槍彈的影響,完全可以忽視,故D正確,A、B、C錯誤變式題2C[解析]首先明確α粒子和重金屬原子核均帶正電荷,相互排斥,且作用力在二者連線上,再由牛頓其次定律知,被散射的α粒子的加速度由重金屬原子核的斥力產(chǎn)生,所以圖中加速度方向標示正確的僅有P點,故C正確.考點二例2AC[解析]依據(jù)C32=3知,這群氫原子能夠發(fā)出3種不同頻率的光子,故A正確;由n=3能級躍遷到n=1能級輻射的光子能量最大,ΔE=(13.6-1.51)eV=12.09eV,故B錯誤;從n=3能級躍遷到n=2能級輻射的光子能量最小,頻率最小,則波長最大,故C正確;一群處于n=3能級的氫原子向更高能級躍遷,汲取的能量必需等于兩能級之差,故D變式題1D[解析]由譜線a的光子的波長大于譜線b的光子的波長,可知譜線a的光子頻率小于譜線b的光子頻率,所以譜線a的光子能量小于n=5和n=2間的能級差,選項D正確,選項A、B、C錯誤.變式題2BCD[解析]依據(jù)躍遷理論,處于基態(tài)的氫原子被某外來單色光激發(fā)后躍遷到n=5能級,須要汲取的能量為ΔE=E5-E1=[-0.54-(-13.6)]eV=13.06eV,A錯誤;波長最長的譜線來自第5能級向第4能級的躍遷,依據(jù)ΔE=hcλ=E5-E4,解得λ=4000nm,B正確;波長最短的譜線來自第5能級向第1能級的躍遷,依據(jù)hcλmin=E5-E1,解得λmin=9.5×10-8m,依據(jù)λmin=hp,解得p=6.97×10-27kg·m/s,C正確;依據(jù)愛因斯坦光電效應方程得hν=W0+Ek,解得Ekmax=hcλmin-W0=9考點三例3B[解析]衰變過程動量守恒,生成的釷核的動量與α粒子的動量等大反向,依據(jù)Ek=p22m,可知衰變后釷核的動能小于α粒子的動能,所以B正確,A錯誤;半衰期是一半數(shù)量的鈾核衰變須要的時間,C錯誤;衰變過程放出能量,質(zhì)量發(fā)生虧損變式題B[解析]由動量守恒定律可知,靜止的鈾核發(fā)生α衰變后,生成的均帶正電的α粒子和釷核的動量大小相等,但方向相反,由左手定則可知它們的運動軌跡應為“外切”圓,又R=mvBq=pBq,在p和B大小相等的狀況下,R∝1q,因q釷>qα,則R釷<Rα,故例4A[解析]α射線穿透實力最弱,電離作用強,簡單被物體汲取,故A正確;β射線的速度約是光速的99%,故B錯誤;γ射線是一種波長很短的電磁波,電離實力極弱,故C錯誤;β射線(高速電子束)帶負電,是由一個中子轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)子后釋放的,故D錯誤.變式題D[解析]α射線是高速

24He核流,β射線是高速電子流,γ射線是能量很高的電磁波,A錯誤.在α、β、γ三種射線中,α射線的電離實力最強,γ射線的電離實力最弱,B錯誤.半衰期是對大量原子核的衰變行為作出的統(tǒng)計規(guī)律,對于少數(shù)原子核無意義,C考點四例5CABEF[解析]α衰變是原子核自發(fā)地放射出α粒子的核衰變過程,選C;β衰變是原子核自發(fā)地放射出β粒子的核衰變過程,選A、B;重核裂變選E;輕核聚變選F.變式題A[解析]

12H+13H→24He+01n是核聚變反應方程,A正確;714N+24He→817O+11H是原子核的人工轉(zhuǎn)變反應方程,B錯誤;24He+1327Al→例6B[解析]氘核聚變反應的質(zhì)量虧損Δm=2.0136u×2-3.0150u-1.0087u=0.0035u,由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能E=0.0035×931MeV≈3.3MeV,選項B正確.變式題1BC[解析]結(jié)合能等于比結(jié)合能乘以核子數(shù),故

24He核的結(jié)合能約為28MeV,A錯誤;由圖像可知

24He核的比結(jié)合能大于

36Li核的比結(jié)合能,故B正確;兩個

12H核結(jié)合成一個

24He核,結(jié)合能增加,故肯定存在質(zhì)量虧損,故要釋放能量,C正確;變式題2(1)汲取能量1.20MeV(2)1.8×106m/s[解析](1)Δm=mN+mHe-mO-mp=-0.00129uΔE=Δmc2≈-1.20MeV故這一核反應是汲取能量的反應,汲取的能量為1.20MeV(2)由動量守恒定律得mHev0=mpvp+mOvO又因為vO∶vH=1∶50解得vO≈1.8×106m/s1.依據(jù)圖31-1所給圖片,結(jié)合課本相關學問,下列說法正確的是 ()圖31-1A.圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,證明電子具有粒子性B.圖乙是利用不同氣體制成的五彩繽紛的霓虹燈,緣由是各種氣體原子的能級不同,躍遷時放射光子的能量不同,光子的頻率不同C.圖丙是工業(yè)上運用的用射線檢測金屬板厚度的裝置,在α、β、γ三種射線中,最有可能運用的射線是β射線D.圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關系圖像,由圖可知中等大小的核的比結(jié)合能最大,即(核反應中)平均每個核子的質(zhì)量虧損最小[解析]B圖甲是電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣,證明電子具有波動性,選項A錯誤;圖乙是利用不同氣體制成的五彩繽紛的霓虹燈,緣由是各種氣體原子的能級不同,躍遷時放射光子的能量不同,光子的頻率不同,選項B正確;圖丙是工業(yè)上運用的用射線檢測金屬板厚度的裝置,在α、β、γ三種射線中,由于γ射線穿透實力最強,最有可能運用的射線是γ射線,選項C錯誤;圖丁是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)A的關系圖像,可知中等大小的核的比結(jié)合能最大,即在核子結(jié)合成原子核時平均每個核子釋放的能量最大,平均每個核子的質(zhì)量虧損最大,選項D錯誤.2.據(jù)《世界網(wǎng)絡日報》報道,在埃及古城艾赫米姆不遠處,考古隊挖掘出埃及第十九王朝拉美西斯二世大神殿.通過分析發(fā)覺,殿內(nèi)古代木頭中的14C的含量約為自然界含量的22,已知植物死后其體內(nèi)的14C會漸漸削減,14C的半衰期為5730年,則由此可推斷拉美西斯神殿距今約為 (A.4000年 B.3000年 C.2000年 D.1000年[解析]B衰變后的質(zhì)量m=M12tT,其中t是時間,T是半衰期,由22=12tT,解得t=57302年3.[2024·浙江義烏模擬]核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不行缺少,我國在完善核電平安基礎上將加大核電站建設.核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,它可破壞細胞基因,提高罹患癌癥的風險.已知钚的一種同位素

94239Pu的半衰期為24100年,其衰變方程為

94239Pu→X+24HeA.