2020年高考物理二轮提分攻略专题09 原子物理

第第页共12页2020年物理二轮专题过关宝典专题九：原子物理知识回扣】一、光电效应光电效应规律存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应。光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9s。光电效应方程：Ek=hv—W0。光子的能量£=hv，其中h=6.626xl0-34J・s(称为普朗克常量)。逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。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动能的最大值。hW遏止电压U与入射光频率V、逸出功Wo间的关系:U=-v-0c0cee截止频率与逸出功的关系：hVc=W0二、原子的跃迁自发跃迁：高能级-低能级，释放能量，发出光子，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时两能级间的AEE亠一能量差，辐射出的光子的频率v=h=茴h低。受激跃迁：低能级f高能级，吸收能量。吸收光子：光子的能量必须恰等于能级差hv=AE，即对光子的吸收具有选择性。碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E>AEO外当入射光子能量大于该能级的的能量值的绝对值时，原子对光子吸收不再具有选择性，可以被吸收使氢原子发生电离。一群处在高能级n的氢原子向低能级跃迁时发射光子的种类N=C2；而一个处于高能级n的氢原子向n低能级跃迁时，释放出的光子的种类最多为n-1。三、衰变、半衰期1．衰变规律及实质(l)a衰变和卩衰变的比较衰变类型a衰变卩衰变衰变方程MX—Zf弓Y+$HeMXfMz+iY+_0e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2iH+20n—4He0nf1H+0e

匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(2)y射线：Y射线经常是伴随着a衰变或卩衰变同时产生的。2．三种射线的成分和性质名称构成符号电何量质量电离能力贯穿本领a射线氦核+2e4u最强最弱卩射线电子je—e11837u较强较强Y射线光子Y00最弱最强半衰期的理解半衰期的公式：N余=N原£k，m余=血原(1)以.式中N原、m原表示衰变前的放射性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，t表示半衰期。余四、原子核与核能1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变a衰变自发238Uf23fTh+2He卩衰变自发2?fPa+ye人工转变人工控制l^N+gHef殳0+1H（卢瑟福发现质子）gHe+4BefifC+on（查德威克发现中子）27AI+乡日点—这卩+护（约里奥•居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子）汨14貯++0e重核裂变比较容易进行人工控制235U+1)n^54Ba+86Kr+31)n235U+om56Xe+98Sr+10护轻核聚变很难控制?H+jHpHe+on核反应方程式的书写：“两个守恒”质量数守恒核电荷数守恒。【热门考点透析】考点一光电效应的规律（2016•全国卷I）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，饱和光电流变大入射光的频率变高，饱和光电流变大保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关【答案】AD【解析】根据光电效应实验得出的结论：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，故A正确，B错误；遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关，保持入射光的光强不变,若低于截止频率，则没有光电流产生，故C错误，D正确。（2019•天津卷）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（）【答案】cU_hvW【解析】由光电效应的方程Ek_加-W，动能定理eU_Ek，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率Vb>Vc>Va，则可知三种光的折射率的关系为"b>"c>na，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误。（2017-全国卷III）在光电效应实验中，分别用频率为va、vb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和EKb。h为普朗克常量。下列说法正确的是（）A•若Va>Vb，则一定有Ua<UbB•若Va>Vb，则一定有Eka>EkbC•若Ua<Ub，则一定有Eka<EkbD•若va>vb，则一定有花一亿>佗一匚【答案】BC【解析】光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU=Ek，根据光电效应方程可知Ek=hv-W0，若va>vb，则Eka>Ekb，Ua>Ub，选项A错误，选项B正确；若Ua<Ub，则Eka<Ekb，选项C正确；由光电效应方程可得W0=hv-Ek，则hva-Eka=hvb-Ekb，选项D错误。（2019-河北唐山市第一次模拟）用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图甲所示，实验中测得铷的遏止电压UC与入射光频率v之间的关系如图乙所示，图线与横轴交点的横坐标为5.15x1014Hz.已知普朗克常量h=6.63x10-4J.s.则下列说法中正确的是（）欲测遏止电压，应选择电源左端为正极当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动，电流表的示数持续增大增大照射光的强度，产生的光电子的最大初动能一定增大D•如果实验中入射光的频率卩=7.00x1014Hz,则产生的光电子的最大初动能Ek约为1.2x10-19J【答案】D【解析】由题图甲所示的实验装置测量铷的遏止电压Uc，因光电管左端为阳极，则电源左端为负极，故选项A错误；当电源左端为正极时，滑动变阻器的滑片向右滑动的过程中，光电管两端电压增大，光电流增大，当光电流达到饱和值，不再增大，即电流表读数的变化是先增大后不变，故选项B错误；光电子的最大初动能与入射光的频率和金属的逸出功有关，与入射光的强度无关，故选项C错误；根据题图乙可知，铷的截止频率^=5.15x1014Hz,根据hvc=W0，则可求出该金属的逸出功大小W0=6.63x10-34x5.15x1014Ju3.41xl0-19J,根据光电效应方程Ek=hv-W0，当入射光的频率为v=7.00x1014Hz时，则最大初动能为Ek=6.63x10-34x7.00x1014J—3.41x10-19J~1.2x10-19J,故选项D正确。(安徽安庆一中2019届模拟)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性【答案】ABC【解析】波粒二象性是微观世界特有的规律，一切运动的微粒都具有波粒二象性，A正确。由于微观粒子的运动遵守不确定关系，所以运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔发生衍射时，都没有特定的运动轨道，B正确。波粒二象性适用于微观高速领域，C正确。宏观物体运动形成的德布罗意波的波长很小，很难被观察到，但它仍有波粒二象性，D错误。【增分攻略】两条对应关系光强大f光子数目多f发射光电子多f光电流大；光子频率高-光子能量大-光电子的最大初动能大。2．定量分析时应抓住三个关系式爱因斯坦光电效应方程：Ek=hv-W0最大初动能与遏止电压的关系：Ek=eUc逸出功与极限频率的关系：W0=hvc光电效应的四类图象分析图象名称图线形状由图线直接(或间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率v的关系图线极限频率：图线与v轴交点的横坐标vc逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W=—E=E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U：图线与横轴交点的横坐标饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：Ek=eUc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⑶最大初动能Ek1=eUc1，Ek2=eUc2遏止电压U与入C射光频率v的关系图线极限频率vc：图线与横轴的交点的横坐标值遏止电压U：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考点二原子的跃迁、原子核的衰变及半衰期图示为氢原子能级图以及从n=3、4、5、6能级跃迁到n=2能级时辐射的四条光谱线，已知从n=3跃迁到n=2的能级时辐射光的波长为656nm,下列叙述正确的有（）四条谱线中频率最大的是Hj用633nm的光照射能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时，最多产生3种谱线如果H,可以使某种金属发生光电效应，只要照射时间足够长，光的强度足够大，也可以使该金属发生光电效应【答案】AC【解析】频率最大的光子对应的能量最大，即跃迁时能量差最大，故从n=6跃迁到n=2的频率最大，选项A正确；原子跃迁过程中，吸收光子的能量应刚好等于两能级的能量差，选项B错误；从n=3向低能级跃迁时，可以是从3—2、2—1或者是3—1,即有三种频率不同的光子，选项C正确；光电效应与光照的时间无关，Hj光子的能量最大，故其他光子不一定可以使该金属产生光电效应，选项D错误。2.（2019・新课标全国I卷）氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV〜3.10eV的光为可见光。要使处于基态（n=1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为（）17cV0-0.85-1.5L3.40113.60A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV〜3.10eV的可见光。故AE=_1-51-（-13-60）eV二12.09eV。故本题选ao（2017・高考全国卷II）一静止的铀核放出一个a粒子衰变成钍核，衰变方程为238U—234Th+2He。下列说法正确的是（）衰变后钍核的动能等于a粒子的动能衰变后钍核的动量大小等于a粒子的动量大小铀核的半衰期等于其放出一个a粒子所经历的时间衰变后a粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【答案】B【解析】静止的原子核在衰变前后动量守恒，由动量守恒定律得0=m1v1+m2v2，可知m1v1=-m2v2，故衰变后钍核的动量大小等于a粒子的动量大小，选项B正确；而动能Ek=2m，由于钍核的质量（％］）大于a粒子的质量（m2），故其动能不等，选项A错误；铀核的半衰期是大量的铀核半数发生衰变所用的时间，而不是放出一个a粒子所经历的时间，选项C错误；原子核衰变前后质量数守恒，衰变时放出核能，质量亏损,选项D错误。（2019・山东济宁二模）铀核（235U）经过m次a衰变和n次卩衰变变成铅核（^Pb）。关于该过程，下列说法正TOC\o"1-5"\h\z确的是（）m=5n=4c•铀核（235U）的比结合能比铅核（282丹）的比结合能大D.铀核（235U）的衰变过程的半衰期与温度和压强有关【答案】B【解析】由题意可知衰变方程为：235U^207Pb+ma+nP，则235=207+4m，解得m=7,又92=82+7x2

—n得n=4,故A错误，B正确；原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，铀核(^U)的比结合能比铅核(207Pb)的比结合能小，故C错误；铀核(翔U)的衰变过程的半衰期与温度和压强无关，由原子核内部因素决定，故D错误。【增分攻略】确定衰变次数的方法：设放射性元素AX经过n次a衰变和m次卩衰变后，变成稳定的新元素a；Yo反应方程：AX—A；Y+n4He+m_0e。根据电荷数和质量数守恒列方程A=A；+4n,Z=Z；+2n—m.两式联立解得：A—A；A—A；,一一n=~4~，m=~2~+Z；—Zo注意：为了确定衰变次数，一般是由质量数的改变先确定a衰变的次数，这是因为卩衰变的次数的多少对质量数没有影响，然后再根据衰变规律确定卩衰变的次数。对半衰期的理解应注意(1)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、压强等)和化学状态(如单质、化合物等)无关；(2)半衰期是一个统计概念，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于少量原子核的衰变，上述规律不成立—群处在高能级n的氢原子向低能级跃迁时发射光子的种类N=Cn；而一个处于高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光子的种类最多为n-1。考点三核反应方程与核能1.(2017・天津卷)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.A.2H+3HT4He+m1120B.14N+4Het17O+1H7281D.235U+mt144Ba+89Kr+3m92056D.235U+mt144Ba+89Kr+3m92056360213150【答案】A【解析】2h+3ht2He+0n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应,故a正确；盘+4Het17o+1h是卢瑟福发现质子的核反应，他用a粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误;4He+27AlT30P+in是小居里夫妇用a粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故213150C错误；235U+inti44Ba+89Kr+3in是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误。92056360“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程是2H+3H^2He+1)n，反应原料氘(?H)富存于海水中，氚(jH)可以用中子轰击锂核©Li)得到，则关于中子轰击锂核©Li)产生一个氚(3H)和一个新核，下列说法正确的是()该核反应方程为6Li+on—2He+1H核反应生成物中的a粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱在中子轰击锂核(3Li)的核反应生成物中有a粒子，故该核反应属于a衰变核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能【答案】B【解析】根据题意以及质量数守恒和电荷数守恒可得中子轰击锂核的核反应方程为3Li+0n-4He+dH,A错误；核反应生成物中的a粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱，B正确；伴随着天然放射现象发生的衰变中产生a粒子，这样的核反应才是a衰变，而中子轰击锂核(3Li)的核反应是原子核的人工转变，故C错误；核反应中释放的核能来源于核反应过程中的质量亏损，与核反应的条件无关，故D错误。(2019・高考全国卷II)太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循环，循环的结果可表示为4iH-2He+2皆+2丫•已知iH和4He的质量分别为mp=i.0078u和ma=4.0026u，iu=93iMeV/c2,c