专题原子物理

1、专题 原子物理【专题考向】 在原子物理这一部分内容中，主要考查光电效应，原子结构、原子核与核能。虽然对光电效应、原子 结构原子核与核能的考查频率比较高，但是在复习的过程中，原子的能级和跃迁也应该引起高度的重视。高频考点：光电效应、原子的能级和跃迁、原子结构原子核与核能。光电效应1光电效应的实验规律(1) 任何一种金属都有一个截止频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。(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) 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或等于截止频率时，饱和光电流的大小与入射

2、光的强度成正比。2光电效应方程(1)光电子的最大初动能 Ek 跟入射光子的能量 h和逸出功 W0的关系为： EkhW0。W0(2)截止频率 c h 。【夯实考点】考点一 光电效应的理解1. 光子说 :爱因斯坦提出 :空间传播的光不是连续的 ,而是一份一份的 ,每一份称为一个光子 ,光子具有 的能量与光的频率成正比 ,即 =h,其中 h=6.63 ×10-34 J·s。2. 光电流与饱和电流入射光强度 : 指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量 , 可以理解为频率一定时 , 光强越大 , 光子 数越多。光电流 : 指光电子在电路中形成的电流。光电流有最大值 ,未达到最大值

3、以前 , 其大小和光强、电压都有 关,达到最大值以后 ,光电流只和光强有关 ,光强强 ,光电流就大。饱和电流 : 指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流, 饱和电流不随电路中电压的增大而增大。3. 两条分析线索(1) 通过频率分析 : 光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大。(2) 通过光的强度分析 :对确定的某种光而言 , 入射光强度大光子数目多产生的光电子多光电流 大。4. 光强指单位时间内在垂直于光的传播方向上,单位面积上光子的总能量 ,即n·h(其中 n为光子数 ,h指一个光子的能量 ) 。例 1、 现有 a,b,c 三种单色光 , 其波长关系为 a>b>

4、c。用 b 光照射某种金属时 , 恰好能发生光电效 应。若分别用 a光和 c 光照射该金属 ,则()A. a 光照射时 , 不能发生光电效应B. c 光照射时 , 不能发生光电效应C. a 光照射时 , 释放出的光电子的最大初动能最大D. c 光照射时 , 释放出的光电子的最大初动能最小 解析:只有当光的频率大于或等于极限频率时才会发生光电效应,由=c 可判断 a,b,c 三种单色光的频率关系为 a<b<c,用 b 光照射某种金属恰好能发生光电效应 ,故 a 光照射时不能发生光电效应 ,c 光照射, 频率越大 , 初动能越大 ,c,即 h0=h c =W0。0时能发生光电效应 ,A

5、 正确,B 错误; 光电效应释放出的光电子的初动能与频率有关 光照射时 , 释放出的光电子的最大初动能最大 ,C,D 错误。答案： A 考点二 光电效应方程方程 Ek=h-W0 应用1. 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-192. 应用光电效应方程 Ek=h-W0时,注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1 eV=1.6 ×10-19 J) 。3. 照射光的频率决定着是否发生光电效应及光电子的最大初动能。4. 光电效应方程研究的对象是从金属表面逸出的光电子 , 其列式依据为能量的转化和守恒定律。例 2、 如图甲所示 , 合上开关 , 用光子能量为 2.

6、5 eV 的一束光照射阴极 K, 发现电流表读数不为零。调 节滑动变阻器 , 发现当电压表读数小于 0.60 V时, 电流表读数仍不为零 ,当电压表读数大于或等于 0.60 V时,则能发生光电效应电流表读数为零。把电路改为图乙 ,当电压表读数为 2 V 时,电子到达阳极时的最大动能为 ( C )A. 0.6 eVB.1.9 eV解析 :光子能量 h =2.5 eV的光照射阴极 , 电流表读数不为零由光电效应方程 hC.2.6 eVD.4.5 eV= 12 mvm2 +W,当电压表读数大于等于 0.6 V时,电流表读数为零 ,则电子不能到达阳极 , 由动能定理 eU=12 mvm2知,11最大初

7、动能 21 mvm 2 =eU=0.6 eV, 对题图乙当电压表读数为 2 V 时, 电子到达阳极的最大动能 Ek=12 mvm2 +eU =0.6 eV+2 eV=2.6 eV, 故 C 正确。考点三 光电效应图象的应用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 1 mv2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 0逸出功 : 图线与 1 mv2 轴交点的纵坐标的值 W=|-E|=E2普朗克常量 : 图线的斜率 k=h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电流 I m: 电流的最大值 最大初动能 :

8、1 mv2=eUc2颜色不同时 , 光电流与电压的关系遏止电压 :U c1,Uc2饱和电流最大初动能 : 1 mv12 =eUc1, 1 mv22 =eUc22 1 2 2遏止电压 Uc 与入 射 光频 率的 关 系图线极限频率 0: 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荷量的乘 积,即 h=ke（注:此时两极之间接反向电压 ）例 3 、 在光电效应实验中 , 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线 （ 甲光、乙光、丙光 ）, 如图所示。则可判断出 （ B ）A. 甲光的频率大于乙光的频率B. 乙光

9、的波长大于丙光的波长C. 乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D. 甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能解析:由于是同一光电管 ,因而不论对哪种光 ,截止频率和逸出功都相同 ,C 项错误 ;对于甲、乙两种光 遏止电压相同 , 因而频率相同 ,A 项错误 ; 丙光对应的遏止电压较大 , 因而丙光的频率较高 , 波长较短 , 对应的 光电子的最大初动能较大 ,故 D错误, B项正确解析:由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W0和 W0=h 0（W0为金属的逸出功 ）可得,E k=h -h 0, 可见图象的 斜率表示普朗克常量 ,D 正确 ;只有 0时才会发生光电效应 ,C 错误 ;金

10、属的逸出功只和金属的极限频率 有关,与入射光的频率无关 ,A错误;最大初动能取决于入射光的频率 ,而与入射光的强度无关 ,B 错误。答案: D真题练习1. ( 多选 )对光电效应的理解正确的是 ( BD )A. 金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子 , 当它积累的动能足够大时 , 就能逸出金属B. 如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功 , 便不能发生 光电效应C. 发生光电效应时 , 入射光越强 , 光子的能量就越大 , 光电子的最大初动能就越大D. 由于不同金属的逸出功是不相同的 , 因此使不同金属产生光电效应 , 入射光的最低频率也不同 解析:

11、按照爱因斯坦的光子说 ,光子的能量由光的频率决定 ,与光强无关 ,入射光的频率越大 , 发生光电 效应时产生的光电子的最大初动能越大。但要使电子离开金属, 须使电子具有足够的动能 , 而电子增加的动能只能来源于入射光的光子能量 , 且电子只能吸收一个光子 , 不能吸收多个光子。电子从金属逸出时只有从 金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小。综上所述 ,选项 B,D 正确。2. 下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为 400 nm 的单色光照射上述材料 ,能产生光电效应的材料 最多有几种 (普朗克常量 h=6.63 × 10-34 J ·s,光速 c=3.0

12、×108 m/s)()A.2 种B.3 种材料铯钙镁铍钛C.4 种D.5 种逸出功 (10 -19 J)3.04.35.96.26.6解析:根据公式 E= hc可得,用波长为 400 nm的单色光照射时 ,光子的能量为 E 4.97 ×10-19 J, 当光子能 量大于金属材料的逸出功 , 才能发生光电效应 , 所以只有铯和钙两种金属会发生光电效应。答案 :A3. 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得 1921 年诺贝尔物理学奖。某种金 属逸出光电子的最大初动能 Ekm与入射光频率的关系如图所示 , 其中 0 为极限频率。从图中可以确定的是 ( )A.

13、 逸出功与有关B. Ekm与入射光强度成正比C. 当<0时, 会逸出光电子D. 图中直线的斜率与普朗克常量有关解析:由爱因斯坦光电效应方程 Ek=h-W0和 W0=h 0(W0为金属的逸出功 )可得,E k=h -h 0, 可见图象的 斜率表示普朗克常量 ,D 正确 ;只有 0时才会发生光电效应 ,C 错误 ;金属的逸出功只和金属的极限频率 有关,与入射光的频率无关 ,A错误;最大初动能取决于入射光的频率 ,而与入射光的强度无关 ,B 错误。答案:D4. ( 光电效应的理解 )要使金属逸出光电子 , 入射光的频率必须大于 (等于)极限频率。已知铯、钠、锌、14 14 14 15铂的极限频

14、率分别为 4.500 ×1014 Hz,6.000 ×1014 Hz,8.065 ×1014 Hz,1.592 ×1015 Hz, 根据你所学的知识综 合判断 : 铝、银、钾、镁四种金属极限频率最小的是 ( C )A. 铝B.银C.钾D. 镁解析: 分析题中列出的四种金属材料的极限频率这一信息可得: 活泼性较强的金属 , 其极限频率较小 ,据此判断得 , 选项 C正确。5. ( 光电效应方程及其应用 )以往我们认识的光电效应是单光子光电效应 , 即一个电子在极短时间内只 能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识 , 用强

15、激光照射金属 , 由于其光子密度极大 ,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能 ,从而形成多光子光电效应 , 这已被实 验证实。 光电效应实验装置示意图如图所示。 用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应 , 换用同样频率为的强激光照射阴极 K,则发生了光电效应 ;此时,若加上反向电压 U,即将阴极 K接电源正极 ,阳极 A 接电源负极 , 在 KA之间就形成了使光电子减速的电场。 逐渐增大 U,光电流会逐渐减小 ; 当光电流恰好减小到 零时 ,所加反向电压 U可能是下列的 ( 其中 W为逸出功 ,h 为普朗克常量 ,e 为电子电量 )( B )A. U=h -W B.U= 2h -

16、W e e e eC.U=2h -W D.U=5h - W2e e解析:以从阴极 K逸出的且具有最大初动能的光电子为研究对象,由动能定理得 -Ue=0- 1 mvm2 ，由光电2m 效应方程得 nh=1 mvm2 +W(n=2,3,4, ) ，由式解得 U=nh - W (n=2,3,4, ), 故选项 B正确。2 e e6. ( 光电效应图象的应用 )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在真I 与 A,K 之间的电压空管中的阴极 K,阴极 K发射出的电子被阳极 A吸收, 在电路中形成光电流 .下列光电流UAK的关系图象中 , 正确的是 ( C )解析: 根据光

17、电效应方程知 ,频率相同的光照射同一金属, 电子的最大初动能相等2, 根据 1 mv =eUc, 知遏2止电压相等 , 光越强 ,光电流越大 , 故选项 C正确7. (2017 ·北京卷 ,18)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

18、（ 取普朗克常 量 h=6.6 ×10-34J· s, 真空光速 c=3×108 m/s）（ B ）A. 10 -21 J B.10 -18 JC.10 -15 J D.10 -12 J 解析:光子能量 E=h=h c ,将 h=6.6 ×10-34 J·s,c=3×108 m/s 代入得 E=1.98 × 10 -18 J, 故选项 B正确。8. （2019 ·天津卷 ,5） 如图为 a,b,c 三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。 由 a,b,c组成的复色光通过三棱镜时 , 下述光路图中正确的是

19、 （ C ）解析:由爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0和动能定理 -eU=0-E k得 eU=h-W0, 知遏止电压大 , 则光的频率大, b> c> a,由光的色散现象知频率越大 ,折射率越大 , 光的偏折角越大 .选项 C正确。3. （2016 ·浙江 4 月选考,13）（ 多选）在光电效应实验中 ,采用极限频率为 c=5.5 ×1014 Hz 钠阴极 ,已知 普朗克常量 h=6.6 ×10-34 J· s,电子质量 m=9.1× 10-31 kg。用频率 =7.5 ×1014 Hz的紫光照射钠阴极产生光 电子的 （

20、AD ）A. 动能的数量级为 10-19 JB. 速率的数量级为 108 m/sC. 动量的数量级为 10-27 kg · m/s-9D. 德布罗意波长的数量级为 10-9 m解析:光电子最大初动能为 Ek=h-W0,入射紫光的光子能量为 49.5 × 10-20 J, 逸出功 36.3 × 10-20 J, 所以2 光电子的动能数量级为 10-19 J, 选项 A正确;根据 1 mv2=Ek,速率的数量级为 105 m/s, 可知选项 B错误; p =Ek2 2m 将数量级代入可知 ,选项 C错误;德布罗意波长 = h ,可知波长数量级为 10-9 m,选项 D

21、正确。p原子结构、原子结构1. 电子的发现 :1897 年, 英国物理学家汤姆孙发现了电子。2. 粒子散射实验19091911 年, 英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验, 实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿直线方向前进 , 但有少数粒子发生了大角度偏转 , 偏转的角度甚至大于 90° , 也就是说它们几乎被“撞”了回来。3. 原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核 ,原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里, 带负电的电子在核外空间绕核旋转。二、氢原子光谱与玻尔理论1. 光谱(1) 光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开 , 获得光的波长 (频率)和强度

22、分布的记录 , 即光谱。(2) 光谱分类：有些光谱是一条条的亮线 , 这样的光谱叫做线状谱。有的光谱是连在一起的光带,这样的光谱叫做连续谱。2. 氢原子光谱的实验规律巴耳末系是氢原子光谱在可见光区的谱线 , 其波长公式 1 = R( 12 - 12 )(n=3,4,5, ),R 是里德伯常2 氢原子的半径公式 :r n=n2r 1(n=1,2,3, ), 其中 r 1 为基态半径 , 又称玻尔半径 ,r 1=0.53 ×10-10 m。 n 2量,R=1.10 ×107 m-1,n 为量子数。3. 玻尔理论(1) 轨道 : 原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相

23、对应。原子的定态是不连续的, 因此电子的可能轨道也是不连续的。(2) 定态 :原子只能处于一系列不连续的能量状态中, 在这些能量状态中原子是稳定的 , 电子虽然绕核运动 , 但并不向外辐射能量。(3) 跃迁 : 原子从一种定态跃迁到另一种定态时, 它辐射或吸收一定频率的光子 , 光子的能量由这两个定态的能量差决定。即 h=Em-En。(h 是普朗克常量 ,h=6.626 ×10-34 J ·s)三、氢原子的能级、能级公式1. 氢原子的能级和轨道半径(1) 氢原子的能级公式 :En= 12 E1(n=1,2,3, ), 其中基态能量 E1=-13.6 eV 。n22. 氢原子

24、的能级图线(1)氢原子能级图如右图所示。(2)一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时， 最多可能辐射出的光谱 条数： NC2nn(n21)。【夯实考点】 考点一 原子的结构例 1、 ( 多选)如图为卢瑟福和他的同事们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,D 四个位置时 , 关于观察到的现象 , 下列说法正确的是 ( )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比放在A 位置时稍微少些C. 放在 C,D 位置时屏上观察不到闪光D. 放在 D位置时屏上仍能观察到一些闪光 , 但次数极少解析: 卢

25、瑟福和他的同事们做粒子散射实验时 , 得到以下结论 : 大部分粒子都能直接穿过金箔 ,个别 的发生偏转 , 极少数发生大角度的偏转 , 故 A,D 正确 ,B,C 错误。答案 :AD 考点二 氢原子光谱1. 各种原子的发射光谱都是线状谱 , 说明原子只发出几种特定频率的光。2. 卢瑟福的原子核式结构模型很好地解释了粒子散射实验 , 但无法解释原子光谱的分立特征。例 2、 氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H,H,H和 H, 都是氢原子中电子从量子数 n>2的能级跃迁到 n=2的能级时发出的光 , 它们在真空中的波长由长到短 , 可以判定 ( )A. H对应的前后能级之差最小B. 同一介质

26、对 H 的折射率最大C. 同一介质中 H的传播速度最大D. 用 H照射某一金属能发生光电效应 ,则 H也一定能解析:根据 E=h=h c ,波长越长 ,光子的频率越低 ,由Em-En=h,知H对应的两能级之差最小 ,A正确;光在同一介质中传播 ,频率越高,折射率越大,故H的折射率最大 ,H的折射率最小,B错误;根据 n=c得v=c, vn则折射率越大 ,传播速度越小 ,故在同一介质中 H的传播速度最小 ,C 错误;光的频率越高 ,越容易发生光电效应, 由于 H的频率小于 H的频率 ,H 能使某一金属发生光电效应 , 而 H则不一定能 ,D错误。答案 :A考点三 玻尔理论、氢原子能级1. 氢原子

27、从低能级向高能级跃迁时 , 必须吸收确定能量的光子 , 该光子能量必须满足 h =Em-E n, 大于或 小于 Em-En都不能被吸收。2. 氢原子可以吸收大于或等于其电离能量的光子 , 使其成为氢离子。3. 氢原子吸收实物粒子 ( 如电子 ) 的能量时 , 可以根据需要吸收其中的一部分能量, 也即对电子等实物粒子的能量没有限制条件 , 只要实物粒子的能量足够就可以。4. 氢原子的电子的动能 Ekn 随 r 的增大而减小 , 而总能量 En 随 n 的增大而增大 , 故电势能 Epn随 n 的增大 而增大 , 当 r 减小时 , 电场力做正功 , 电势能减小 , 电子的动能增加。例 2、如图是

28、氢原子的能级图。一个氢原子从n=4的能级向低能级跃迁 , 则以下判断正确的是 ( )A. 该氢原子最多可辐射出 6 种不同频率的光子B. 该氢原子跃迁到基态时需要吸收 12.75 eV 的能量C. 该氢原子只有吸收 0.85 eV 的光子时才能电离D. 该氢原子向低能级跃迁时 , 向外辐射的光子的能量是特定值解析:本题研究的是单个氢原子 ,单个处于 n=4 能级的氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出 n-1 种不同频率的光子 , 故该氢原子向低能级跃迁时最多可辐射出3种不同频率的光子 , 选项 A错误 ; 该氢原子跃迁到基态时需要释放 -0.85 eV-(-13.6 eV)=12.75 eV 的能

29、量 ,选项 B错误;只要吸收的光子的能量大于 0.85 eV, 该 氢原子就能电离 , 选项 C 错误; 氢原子向低能级跃迁时 , 向外辐射的光子的能量等于两能级的能量差,此能量差为特定值 , 选项 D正确。C. 如果用质子代替原实验中的粒子 , 则不会发生散射现象D. 如果用阴极射线代替原实验中的粒子, 则不会发生散射现象解析:用铝箔代替原实验中的金箔 ,或用质子代替原实验中的粒子 ,粒子仍受斥力作用 , 仍会发生散射 现象;只是铝核的核电荷数较金核小 ,质子的带电荷量较粒子小 ,根据库仑定律 ,斥力相对减小 , 故散射现 象相对不明显。而用阴极射线 (电子)代替原实验中的粒子 , 电子将受

30、引力作用而不会发生散射现象。2. 原子处于基态时最稳定 , 处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁 , 用 n 表示氢原子所处能级状态的 量子数 ,N 表示由该能级状态发生跃迁时可能发出的不同波长的光谱线的数目, 则 ( C )A.当 n=1时,N=1 B.当 n=2时,N=2C.当 n=3时,N=3 D.当 n=4时,N=4解析:根据玻尔理论 , 处在 n能级的氢原子向低能级跃迁时辐射光子的频率种类N=n(n 1)。23. ( 多选)氢原子能级如图 ,当氢原子从 n=3跃迁到 n=2的能级时 ,辐射光的波长为 656 nm。以下判断正 确的是 ( CD )A.氢原子从 n=2跃迁到 n=1的能

31、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 n=1跃迁到 n=2 的能级C. 一群处于 n=3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 n=2跃迁到 n=3的能级解析 :根据氢原子的能级图和能级跃迁规律,当氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1的能级时 ,辐射光的波长 定小于 656 nm,反之 , 使氢原子从 n=2 跃迁到 n=3 的能级 , 只能吸收波长为 656 nm的光子 , 因此 A 选项错误 ,D选项正确 ;氢原子从 n=1 跃迁到 n=2,需要吸收的光子能量为 10.2

32、 eV, 根据 =h= hc ,入射光波长 =hc =6.63 10 34 3 103 * 510.2 1.6 1019m=1.22 ×10-7 m,可知 B选项错误 ; 一群处于 n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时可以产生错误;光在同种介质中频率大的折射率大,以相同的入射角射向一平行玻璃砖 ,a 光的侧移量大于 b光的,A 错 误;根据波速和波长、频率的关系 ,有 a<b,单缝衍射时 a 光的中央亮纹小于 b光的,B 正确;光子的动量为 p= h , 所以 a 光子的动量大于 b 光子的动量 ,D 正确。5. （2018 ·浙江 4月选考 ,15）（ 多选）氢原子的

33、能级图如图所示 ,关于大量氢原子的能级跃迁 ,下列说法正 确的是 （可见光的波长范围为4.0 ×10-7 m 7.6 ×10-7 m, 普朗克常量 h=6.6 × 10-34 J ·s, 真空中的光速c=3.0 ×108 m/s）（ BC ）A. 氢原子从高能级跃迁到基态时 , 会辐射射线B. 氢原子处在 n=4能级 , 会辐射可见光C. 氢原子从高能级向 n=3能级跃迁时 , 辐射的光具有显著的热效应D. 氢原子从高能级向 n=2 能级跃迁时 , 辐射的光在同一介质中传播速度最小的 光子能量为 1.89 eV解析: 射线是原子核受激发而产生的

34、 ,故氢原子的核外电子跃迁是不会辐射射线的 ,A 错误 ;氢原子 在 n=4 能级时会向低能级跃迁 , 当跃迁到 n=2 能级时 , E=2.55 eV, 产生的波长为 =4.85 ×10-7m,属于可见 光区域 ,B 正确;从高能级向 n=3能级跃迁时 ,发出的光在红外线部分 ,故有显著的热效应 ,C 正确;不同的光在 同一介质中传播速度相同 ,D 错误。6. （2015 ·浙江 10 月选考 ,14）（ 多选）氢原子从 n=6 跃迁到 n=2 能级时辐射出频率为 1的光子 ,从 n=5 跃迁到 n=2 能级时辐射出频率为 2的光子。下列说法正确的是 （ ABD ）A.

35、频率为 1的光子的能量较大B. 频率为 1的光子的动量较大C. 做双缝干涉实验时 ,频率为 1的光产生的条纹间距较大D. 做光电效应实验时 , 频率为 1 的光产生的光电子的最大初动能较大解析: 由Em-En=h可知 , 1> 2,波长 1<2, 而光子的动量 p=h ,所以频率为 1的光子的能量及动量较大;由x= l ,1<2,知x1<x2;由爱因斯坦光电效应方程h=Ek+W0 知,频率越大的光产生光电子的最d大初动能越大。7. （2016 ·浙江 10 月选考 ,15）（ 多选）如图为氢原子能级图 ,氢原子中的电子从 n=5 能级跃迁到 n=2能级 可产生

36、 a光; 从 n=4能级跃迁到 n=2能级可产生 b光,a 光和 b光的波长分别为 a和b, 照射到逸出功为 2.29 eV的金属钠表面均可产生光电效应 ,遏止电压分别为 Ua和 Ub。则（ BCD ）A. a> bB.Ua>UbC.a 光的光子能量为 2.86 eVD. b 光产生的光电子最大初动能 Ek=0.26 eV2.86 eV, 并Ua>Ub, 选项 B解析 :E5-E2=ha=h c ,E4-E2=hb=h c ,E 5-E 2=2.86 eV,E 4-E2=2.55 eV, 故 a 光的光子能量为 ab且 a<b, 选项 C正确,A 错误; 遏止电压与最大

37、初动能的关系eUc=Ek,E k=h -W0, 由 a>b, 则得正确 ;由 Ek=h b-W0,得 Ek=0.26 eV, 选项 D正确。原子核、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 ZAX 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 ( 即原子序 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。二、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

38、子 , 射线是光子。三、原子核的衰变和放射性同位素的应用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。3. 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。四、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(1) 概念 : 组成原子核的核子之间存在的作用力。(2) 核力特点 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。 核力是短程力

39、, 作用范围在 1.5 ×10-15 m 之内。 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(1) 爱因斯坦质能方程 :E=mc2。(2) 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 原子核时放出的能量。五、核裂变和核聚变1. 重核裂变(1) 定义 : 使重核分裂成几个质量较小的原子核的核反应。(2) 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 2

40、3982 U +10n 14546 Ba + 8396 Kr +310n。(3) 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。(4) 链式反应的条件 : 要有足够浓度的铀 235; 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(1) 定义 : 两个轻核结合成较重的核 , 这样的核反应叫聚变。(2) 聚变发生的条件 : 使物体达到几百万度的高温。夯实考点考点一 天然放射现象、原子核的组成1. 天然放射现象天然放射现象是元素自发地放出射线的现象, 首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现, 说明原子核具有复杂的结构。2. 三种射线的比

41、较种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流高频电磁波带电荷量2e-e0符号42He001e质量-274mp(mp=1.67 × 10-27mpkg)1836静止质量为零速度0.1c0.99cc( 光速 )在电磁场中偏转偏转不偏转最弱, 用纸能挡住较强 , 穿透几毫米的最强 , 穿透几厘米的贯穿本领铝板铅板电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长例 1 、 如图 , 放射性元素镭衰变过程中释放出, 三种射线 , 分别进入匀强电场和匀强磁场中 , 下列说法正确的是 ( C )A. 表示射线 , 表示射线B. 表示射线 , 表示射线C. 表示射线 , 表示射线D. 表

42、示射线 , 表示射线解析 : 射线光子流 , 不带电 , 故在电场与磁场中均不受力 , 即为 , 射线是氦核流 , 带正电 , 在电场中的受力方向与电场方向一致 , 为射线 ,在磁场中根据左手定则可以判断为射线, 射线是电子流在电场中与电场方向相反 , 带负电 , 在磁场中根据左手定则 , 带负电。答案： C 考点二 原子核的衰变、半衰期1. 原子核衰变规律衰变类型衰变衰变衰变方程ZAX AZ 42Y + 24HeZA X Z A1Y + 01e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1 1 421H +20n 2 He10n 11H + 10e衰变规律电荷数守

43、恒、质量数守恒、动量守恒2. 对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念 ,可总结出公式 N余=N原( 1) t/ ,m余=m原( 1 )t/ ，式中 N原、m原表示衰变前的放射性 22元素的原子数和质量 ,N 余 、m余 表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量,t 表示衰变时间 , 表 示半衰期。(2) 影响因素 :放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的, 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。(3) 半衰期是大量原子核衰变时的统计规律 , 对个别或少数原子核 , 无半衰期可言。例 2、 碘 131的半衰期约为 8天,若某药物含有质量为 m

44、的碘 131,经过 32 天后,该药物中碘 131的含 量大约还有 ( )A. mB. mC. mD. m4 8 16 32解析:半衰期为 8天,32 天为 4个半衰期 ,m( 1)4=m,故C正确。2 16考点三 核裂变、核聚变核能释放的途径裂变和聚变(1) 重核裂变 : 例如 23952 U +10n 14546 Ba + 8396 Kr +3 10n链式反应 : 在裂变反应中用产生的中子 , 再被其他铀核浮获使反应继续下去。链式反应的条件:裂变物质的体积大于其临界体积。一个 23952 U 裂变时释放的能量约 200 MeV。1 kg 23952 U 全部裂变放出的能量相当于 2 800

45、 吨标准煤完全燃 烧放出的能量。(2) 轻核聚变 : 例如 12H+31H 24 He +10 n +17.6 MeV一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时 ( 同时放出一个中子 ), 释放出 17.6 MeV 的能量 , 平均每个核子 放出 3 MeV 以上的能量。比裂变反应中平均每个核子放出的能量大34 倍。聚变反应的条件 : 几百万开尔文的高温。例 3、 关于核反应方程 12H+13H 42 He +X,以下说法中正确的是 ( )A. X 是10n, 该核反应属于聚变反应B. X 是11H, 该核反应属于裂变反应C. X 是10n, 该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料D. X 是11H

46、, 该反应中的核燃料是当前核电站采用的核燃料解析: 核反应方程满足电荷数守恒和质量数守恒,X 是10n ,该核反应属于轻核聚变反应 , 并不是当前核电站的发电原理 , 该反应中的核燃料也不是当前核电站采用的核燃料。答案 :A 考点四 核力、结合能、爱因斯坦质能方程1. 获得核能的途径(1) 重核裂变 : 某些重核分裂成中等质量的核的反应过程, 同时释放大量的核能。要使发生裂变时链式反应持续地输出能量 , 放射物的体积应大于它的临界体积。重核的裂变 : 如 23952 U +10n 9308 Sr + 13564 Xe +10 10 n应用 :原子弹、核反应堆。(2) 轻核聚变 : 某些轻核结合

47、成质量较大的核的反应过程 , 同时释放出大量的核能 , 要想使氘核和氚核结 合成氦核 ,必须达到几百万度以上的高温 , 因此聚变反应又叫热核反应。轻核的聚变 : 如12H+13H 24 He + 10n 。应用 :氢弹、可控热核反应。2. 核能的计算方法(1) 根据爱因斯坦质能方程列式计算 :即 E=mc2( m的单位:kg) 。(2) 根据 1 原子质量单位 (u) 相当于 931.5 兆电子伏能量 ,则E= m× 931.5 MeV( m的单位:u,1-27 u=1.660 6 × 10-27 kg) 。(3) 核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律 , 因此我们可以结合

48、动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。(1)质量数与质量是两个不同的概念。核反应中质量数、电荷数都守恒 , 但核反应中依然有质量亏损(2)核反应中的质量亏损 , 并不是这部分质量消失或质量转化为能量;质量亏损也不是核子个数的减少核反应中核子的个数是不变的。例4、太阳内部持续不断地发生着4个质子( 11 H )聚变为 1个氦核 ( 24He )的热核反应 ,核反应方程是 411H24 He +2X,这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X 的质量分别为 m1,m2,m3, 真空中的光速为 c。下列说法中正确的是 ( )A. 方程中的 X 表示中子 ( 10 n )B. 方程中的 X 表示电子

49、 ( 01 e)C. 这个核反应中质量亏损 m=4m1-m2D. 这个核反应中释放的核能 E=(4m1-m2-2m3)c解 析 :X 表 示 正 电 子 , 故 A,B 错 误 ; 质 量 亏 损 m=4m1-m2-2m3, 故 C 错 误 ; 释 放 的 核 能 为 E=22 mc=(4m1-m2-2m3)c , 故 D 正确。答案 :D 考点五 核反应方程及核反应类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发235 234 492 U 90Th + 2 He衰变自发234 234 090Th 91Pa+ 1e人工转变人工控制7N +2He 8O+1H (卢瑟福发现质子 )24He+94Be162

50、C+10n (查德威克发现中子 )27 4 3013Al +2He 15P+10n( 约里奥居里夫 妇发现放射性同位素 )3105 P 1340 Si + 10e15 14 1重核裂变比较容易进行人工控制235 1 144 89 192 U + 0 n 56 Ba + 36Kr +3 0n235 1 136 90 192 U + 0n 54Xe +38Sr +100 n轻核聚变正在逐步实现人工控制1 H + 1 H 2 He+ 0n例 5、 ( 多选)能源是社会发展的基础 , 发展核能是解决能源问题的途径之一。 下列释放核能的反应方程 表述正确的有 ( )A.1H+ 1H 2 He+ 0n是核

51、聚变反应B.1H+ 1H 2 He+ 0n是衰变C. 29352 U + 10n14546Ba+3896Kr +310n是核裂变反应D. 29325 U + 10n14504Xe +3984Sr+210n是衰变解析: 衰变时释放出电子 ( 01e), 衰变时释放出氦原子核 ( 42 He ), 可知选项 B,D 错误 ;选项 A 中一个氚 核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应 ; 选项 C 中一个铀 235 原子核吸收一个 中子,生成一个 Ba原子核和一个 Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应 ,A,C 正确。答案 :AC 真题试做1. ( 多选)关于天然放射现象 ,

52、 下列说法正确的是 ( )A. 所有元素都可能发生衰变B. 放射性元素的半衰期与外界的温度无关C. 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D. , 和三种射线中 , 射线的穿透能力最强 解析:自然界中绝大部分元素没有放射现象而不发生衰变 ,选项 A错误; 放射性元素的半衰期只与原子核 结构有关 ,与温度、是单质还是化合物无关 ,选项 B,C正确; , 和三种射线电离能力依次减弱 , 穿透能力 依次增强 , 选项 D正确。答案 :BCD2. 曾任美国总统的老布什曾让医生们虚惊了一场 , 那是在访日宴会上突然昏厥 , 美国政府急忙将他送回 国, 医生用 123I 进行诊断 , 通过体外跟踪

53、, 迅速查出了病因。 123I 的特性是 ( C )A. 半衰期长 , 并迅速从体内清除B. 半衰期长 , 并缓慢从体内清除C. 半衰期短 , 并迅速从体内清除D. 半衰期短 , 并缓慢从体内清除3.（ 多选）铀核裂变是核电站核能的重要来源 ,其一种裂变反应式是 29325U + 10n 15446 Ba + 8369 Kr +3 10n 。下列说 法正确的有 （ AC ）A. 上述裂变反应中伴随着中子放出B. 铀块体积对链式反应的发生无影响C. 铀核的链式反应可人工控制D. 铀核的半衰期会受到环境温度的影响 解析:裂变反应式中的 10n为中子 ,铀块体积大于临界体积 ,才能发生链式反应 ,且

54、铀核的链式反应是可控 的,选项 A,C正确,选项 B错误;放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响,选项 D错误。4. （ 多选）我国核聚变反应研究大科学装置 “人造太阳” 2018 年获得重大突破 ,等离子体中心电子温度首次达到 1 亿摄氏度 , 为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是 （ AD ）A. 核聚变比核裂变更为安全、清洁B. 任何两个原子核都可以发生聚变C. 两个轻核结合成质量较大的核 , 总质量较聚变前增加D. 两个轻核结合成质量较大的核 , 核子的比结合能增加解析:核聚变没有放射性污染 ,安全、清洁 ,故 A正确;只有原子序数小的“轻”核才

55、能发生聚变,故 B错误; 轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加,总质量减小 ,故 C错误 ,D 正确。5. （ 多选）天然放射性元素 23940Th （钍）经过一系列衰变和衰变之后,变成 20882 Pb（铅） 。下列说法中正确的是（ AB ）A. 衰变过程共有 6 次衰变和 4 次衰变B. 铅核比钍核少 8 个质子C. 衰变所放出的电子来自原子核外轨道D. 钍核比铅核多 24 个中子解析 : 由于衰变不会引起质量数的减少, 故可先根据质量数的减少确定衰变的次数为x= 232 208 =6,4再结合核电荷数的变化情况和衰变规律来判定衰变的次数应满足 2x-y=90-82=8 ? y=2x-

56、8=4 。钍 232 核中 的中子数为 232-90=142, 铅 208 核中的中子数为 208-82=126, 所以钍核比铅核多 16 个中子 , 铅核比钍核少 8个质子。由于物质的衰变与元素的化学状态无关 ,所以衰变所放出的电子来自原子核内01n11H+ 01e,所以选项 A,B 正确。6. (2018 ·浙江 11 月选考 ,15)( 多选 )一个铍原子核 ( 47 Be)俘获一个核外电子 (通常是最靠近原子核的 K 层的电子 ) 后发生衰变 , 生成一个锂核 ( 73 Li), 并放出一个不带电的质量接近零的中微子e, 人们把这种衰变称为“ K 俘获”。静止的铍核发生了“ K 俘获” ,其核反应方程为 74 Be+ 01e 73 Li+ e,已知铍原子的质量为2MBe=7.016 929 u, 锂原子的质量为 MLi=7