高三物理二轮复习（通用版）第一部分 专题复习教师用书：专题四 近代物理初步 word版

专题四近代物理初步第一讲光电效应__波粒二象性考点一光电效应规律和光电效应方程1．考查光电效应现象](多选)(汕头模拟)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A．有光子从锌板逸出B．有电子从锌板逸出C．验电器指针张开一个角度D．锌板带负电解析：选BC用紫外线照射锌板是能够发生光电效应的，锌板上的电子吸收紫外线的能量从锌板表面逸出，称之为光电子，故A错误、B正确；锌板与验电器相连，带有相同电性的电荷，锌板失去电子应该带正电，且失去电子越多，带正电的电荷量越多，验电器指针张角越大，故C正确、D错误。2．考查对光电效应的理解](上海高考)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，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，光子数量增多，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。3．考查光电效应的基本规律]关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A．发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内从金属内逸出的光电子数目增多B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7sD．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生解析：选A发生光电效应时，不改变入射光的频率，增大入射光强度，则单位时间内打到金属上的光子个数增加，则从金属内逸出的光电子数目增多，选项A正确；光电子的最大初动能跟入射光强度无关，随入射光的频率增大而增大，选项B错误；发生光电效应的反应时间一般都不超过10－9s，选项C错误；只有入射光的频率大于该金属的极限频率时，即入射光的波长小于该金属的极限波长时，光电效应才能产生，选项D错误。4．考查对光电效应方程的理解](昆明模拟)关于光电效应，下列说法中正确的是()A．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大B．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的C．金属内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，就能发生光电效应D．如果入射光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解析：选D根据光电效应方程可得Ek＝hν－W0，光子的能量与光照强度无关，A错误；每种金属都有自己的极限频率，B错误；金属内的每个电子一次只能吸收一个光子，而且是不能积累的，C错误；当入射光光子的能量小于金属的逸出功时，不能发生光电效应，D正确。5．考查光电效应规律及光电效应方程](多选)(广东高考)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应。下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消失C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大解析：选AD增大入射光强度，使单位时间内逸出的光电子数增加，因此光电流增大，选项A正确；光电效应与照射光的频率有关，与强度无关，选项B错误；当照射光的频率小于ν，大于极限频率时发生光电效应，选项C错误；由Ekm＝hν－W，增加照射光的频率，光电子的最大初动能变大，选项D正确。6．考查光电效应方程的应用](北京高考)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如图。用频率为ν的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应。换用同样频率ν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：选B用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在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。由题意知最大初动能Ek＝eU，根据光电效应方程有：nhν＝W＋Ek＝W＋eU(n≥2)，得：U＝eq\f(nhν－W,e)(n≥2)，则B项正确，其他选项错误。7．考查光电管的工作原理及光电效应方程](多选)(西工大附中三模)如图所示，用某单色光照射光电管的阴板K，会发生光电效应。在阳极A和阴极K之间加上反向电压，通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大加在光电管上的电压，直至电流表中电流恰为零，此时电压表的电压值U称为反向遏止电压。现分别用频率为ν1和ν2的单色光照射阴极，测得反向遏止电压分别为U1和U2，设电子的质量为m、电荷量为e，下列说法正确的是()A．频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为eq\r(\f(2eU1,m))B．频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为eq\r(\f(eU2,2m))C．阴极K金属的逸出功为W＝eq\f(eU1ν2－U2ν1,ν1－ν2)D．阴极K金属的极限频率是ν0＝eq\f(U1ν2－U2ν1,U1－U2)解析：选ACD在阳极A和阴极K之间加上反向电压，逸出的光电子在反向电场中做减速运动，根据动能定理可得－eU＝0－eq\f(1,2)mvm2，解得光电子的最大初速度为vm＝eq\r(\f(2eU,m))，所以频率为ν1的光照射时，光电子的最大初速度为eq\r(\f(2eU1,m))，用频率为ν2的光照射时，光电子的最大初速度为eq\r(\f(2eU2,m))，故A正确，B错误；根据光电效应方程可得hν1＝eU1＋W，hν2＝eU2＋W，联立可得W＝eq\f(eU1ν2－U2ν1,ν1－ν2)，h＝eq\f(eU1－U2,ν1－ν2)，阴极K金属的极限频率ν0＝eq\f(W,h)＝eq\f(U1ν2－U2ν1,U1－U2)，C、D正确。考点二与光电效应现象有关的图像问题8．考查Ek­ν图像](多选)如图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像，由图像可知()A．该金属的逸出功等于EB．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2ED．入射光的频率为eq\f(ν0,2)时，产生的光电子的最大初动能为eq\f(E,2)解析：选AB根据爱因斯坦光电效应方程，结合题给光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图像知，该金属的逸出功等于E，等于hν0，选项A、B正确。入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为E，入射光的频率为eq\f(ν0,2)时，不能产生光电效应，选项C、D错误。9．考查Uc­ν图像](北京市朝阳区模拟)从1907年起，密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图甲所示的电路中电流表○的读数减小到零时加在电极K、A之间的反向电压)与入射光的频率ν，由此算出普朗克常量h，并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较，以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性。按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验，得到了某金属的Uc­ν图像如图乙所示。下列说法正确的是()A．该金属的截止频率约为4．27×1014HzB．该金属的截止频率约为5．50×1014HzC．该图线的斜率为普朗克常量D．该图线的斜率为这种金属的逸出功解析：选A设金属的逸出功为W0，截止频率为νc，则W0＝hνc。光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系是Ek＝eUc，光电效应方程为Ek＝hν－W0，联立两式可得：Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，故Uc­ν图像的斜率为eq\f(h,e)，C、D错误；当Uc＝0时，可解得ν＝eq\f(W0,h)＝νc，此时读图可知，ν≈4．3×1014Hz，即金属的截止频率约为4．3×1014Hz，在误差允许范围内，可以认为A正确，B错误。10．考查光电流I与电压U的关系图像](多选)(济宁一模)图甲是光电效应的实验装置图，图乙是光电流与加在阴极K和阳极A上的电压的关系图像，下列说法正确的是()A．由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大B．由图线①、②、③可知对某种确定的金属来说，其遏止电压只由入射光的频率决定C．只要增大电压，光电流就会一直增大D．遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大解析：选ABD由图线①、③可知在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大，故A正确；根据光电效应方程知，Ekm＝hν－W0＝eUc，可知入射光频率越大，最大初动能越大，遏止电压越大，可知对于确定的金属，遏止电压与入射光的频率有关，故B正确；增大电压，当电压增大到一定值，电流达到饱和电流，不再增大，故C错误；根据Ekm＝eUc中，遏止电压越大，说明从该金属中逸出的光电子的最大初动能越大，故D正确。考点三光的波粒二象性和物质波11．考查光的波粒二象性与光子数量的关系]用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()A．光只有粒子性没有波动性B．光只有波动性没有粒子性C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：选D由这些照片可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。12．考查对物质的波粒二象性的理解](多选)关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A．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B．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C．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D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性解析：选ABC由德布罗意波可知A、C正确；运动的微观粒子，达到的位置具有随机性，而没有特定的运动轨道，B正确；由德布罗意理论知，宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性，D错误。13．考查实物粒子的波动性](多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性解析：选ABD电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确。14．考查德布罗意波波长的计算](宁波期末)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为()A．eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2) B．eq\f(λ1λ2,λ1－λ2)C．eq\f(λ1＋λ2,2) D．eq\f(λ1－λ2,2)解析：选A中子的动量p1＝eq\f(h,λ1)，氘核的动量p2＝eq\f(h,λ2)，同向正碰后形成的氚核的动量p3＝p2＋p1，所以氚核的德布罗意波波长λ3＝eq\f(h,p3)＝eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)，A正确。考点一光电效应规律和光电效应方程本考点主要考查光电效应现象、规律及爱因斯坦的光电效应方程的有关应用，试题难度一般，多为选择题。在二轮复习中，注意打牢基础知识，细化审题，就可轻松取分。建议考生适当关注即可先记牢]再用活]1．能否发生光电效应，由入射光的频率大小决定，与入射光的强度和照射时间无关。如诊断卷第5题，减小入射光的强度，光电效应现象不会消失，减小入射光的频率，只要其不小于极限频率，光电效应仍能发生。2．光电子的最大初动能随入射光的频率的增大而增大，但二者间不是正比关系。3．饱和光电流与入射光的强度有关，入射光的强度越大，饱和光电流也越大，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目也越多。如诊断卷第3题中的A选项。4．光电子的最大初动能与反向遏止电压的关系：Ekm＝eUc，因此光电效应方程可以写为：eUc＝hν－W0。如诊断卷第6题，有电子同时吸收几个光子的情况下：eU＝nhν－W，则U＝eq\f(nhν,e)－eq\f(W,e)，因n≥2，故选项B正确。1．某激光器能发射波长为λ的激光，发射功率为P，c表示光速，h为普朗克常量，则激光器每秒发射的光量子数为()A．eq\f(λP,hc) B．eq\f(hP,λc)C．eq\f(cPλ,h) D．λPhc解析：选A每个光量子的能量ε＝hν＝eq\f(hc,λ)，每秒发射的总能量为Pt，则n＝eq\f(Pt,ε)＝eq\f(λP,hc)，故A正确。2．入射光照射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．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D．有可能不发生光电效应解析：选C根据光电效应的实验规律知，从光照到金属表面上到产生光电效应时间间隔极短，与入射光的强度无关，A错误；逸出光电子的最大初动能与入射光频率有关，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多，故B、D错误，C正确。3．(多选)(河北保定一模)如图所示，这是一个研究光电效应的电路图，下列叙述中正确的是()A．只调换电源的极性，移动滑片P，当电流表示数为零时，电压表示数为遏止电压Uc的数值B．保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，电流表示数将一直增大C．不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，电流表示数会增大D．图中入射光束的频率减小到某一数值ν0时，无论滑片P怎样滑动，电流表示数都为零，则ν0是阴极K的极限频率解析：选ACD只调换电源的极性，移动滑片P，电场力对电子做负功，当电流表示数为零时，则有qU＝eq\f(1,2)mv2－0，那么电压表示数为遏止电压Uc的数值，故A正确；保持光照条件不变，滑片P向右滑动的过程中，导致电压增大，则电场力做功增大，则电流表示数会增大，若电流达到饱和电流，则电流表示数不再增大，故B错误；不改变光束颜色和电路，增大入射光束强度，则光电子数目增多，那么电流表示数会增大，故C正确；入射光束的频率减小到某一数值ν0时，无论滑片P怎样滑动，电流表示数都为零，则不会发生光电效应，可知ν0是阴极K的极限频率，故D正确。考点二与光电效应现象有关的图像问题本考点在高考中所设计的题目，知识综合性较强，难度较大，但只要清楚四类图像的特点及图线斜率、截距等的意义，问题便可轻松解决。建议考生灵活掌握先记牢]四类图像对比图像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ν的关系图线①极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0＝|－E|＝E③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①遏止电压Uc：图线与横轴的交点②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点②遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大③普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke。(注：此时两极之间接反向电压)再用活]1．Ek­ν图线是一条倾斜直线，但不过原点，其与横轴、纵轴交点的坐标值分别表示极限频率和金属逸出功。由此可知诊断卷第8题中，A、B选项正确。2．在I­U图线上可以得出的结论：同一频率的光，即使强度不同，反向遏止电压也相同，不同频率的光，反向遏止电压不同，且频率越高，反向遏止电压越大。3．由I­U图线可以看出，光电流并不是随加速电压的增大而一直增大。如诊断卷第10题，当光电流达到饱和值时，电压再增大，电流也不再增大了。故选项C错误。1．(西工大附中模拟)爱因斯坦提出了光量子概念并成功的解释了光电效应的规律，因此而获得1921年的诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是()A．逸出功与ν有关B．Ekm与入射光强度成正比C．ν<ν0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：选D金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，A错误；光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关，B错误；只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν>ν0时，才会有光电子逸出，C错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，可知Ekm­ν图线的斜率与普朗克常量有关，D正确。2．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek随入射光频率ν变化的Ek­ν图像。已知钨的逸出功是3．28eV，锌的逸出功是3．24eV，若将二者的图线画在同一个Ek­ν坐标图中，用实线表示钨，虚线表示锌，则能正确反映这一过程的是选项图中的()解析：选B图像斜率代表普朗克常量h，因此两条线应平行；横截距代表了极限频率ν0，ν0＝eq\f(W0,h)，因此钨的ν0大些，故B正确。3．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流强度与照射光的强弱、频率等物理量的关系。图中A、K两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调。分别用a、b、c三束单色光照射，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。由图可知()A．单色光a和c的频率相同，但a光强度更强些B．单色光a和c的频率相同，但a光强度更弱些C．单色光b的频率小于a的频率D．改变电源的极性不可能有光电流产生解析：选A由题图乙可知，a、c的遏止电压相同，根据光电效应方程可知单色光a和c的频率相同，但a产生的光电流大，说明a光的强度大，选项A正确，B错误；b的遏止电压大于a、c的遏止电压，所以单色光b的频率大于a的频率，选项C错误；只要光的频率不变，改变电源的极性，仍可能有光电流产生，选项D错误。考点三光的波粒二象性和物质波本考点主要考查对光的波粒二象性的理解和对物质波的理解与计算，题型为选择题，难度一般，只要考生多记忆并理解相关知识，便可轻松应对高考中的相关问题。建议考生自学为主先记牢]1．对光的波粒二象性的理解实验基础说明光的波动性干涉、衍射和偏振现象①光的波动性不同于宏观观念的波②光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的粒子性光电效应、康普顿效应①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性，粒子性的含义是“不连续”②光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的对立、统一①大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出粒子性②波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强①光子说并未否定波动说，E＝hν＝hc/λ中，ν和λ就是波的概念②波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的2．物质波(1)定义：任何一个运动着的物体，都有一种波与之对应，这种波称为物质波。(2)公式：物质波的波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。再用活]1．少量光子具有粒子性，大量光子具有波动性。如诊断卷第11题，通过实验可以证明光既具有粒子性，也具有波动性，只是在不同情形下，呈现出了不同的特性。2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。如诊断卷第12题，选项D显然是错误的。3．电子属于实物粒子，诊断卷第13题中，电子衍射实验就证实了电子具有波动性，是物质波理论的强有力的证据。4．在计算物质波的波长时，关键是求运动物体的动量大小p，然后由λ＝eq\f(h,p)，便可求得结果。如诊断卷第14题，由动量守恒可知，氚核的动量为中子和氘核动量之和，结合p＝eq\f(h,λ)便得出：λ3＝eq\f(h,\f(h,λ1)＋\f(h,λ2))＝eq\f(λ1λ2,λ1＋λ2)，A正确。1．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性D．光只有波动性没有粒子性解析：选AC单个光子的运动具有不确定性，但其落点的概率分布还是遵循一定的统计规律的，根据统计规律可以显示出光的波动性的一面。选项A、C正确。2．(多选)关于物质波，下列说法错误的是()A．任何运动的物体都伴随着一种波，这种波叫做物质波B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D．宏观物体尽管具有波动性，但它们不具有干涉、衍射等现象解析：选BD据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射实验，并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落的位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后所落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故D选项错误。3．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是()A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝eq\f(h,\r(2meU))C．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：选AB得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波波长公式λ＝eq\f(h,p)，而动量p＝eq\r(2mEk)＝eq\r(2meU)，两式联立得λ＝eq\f(h,\r(2meU))，B正确；从公式λ＝eq\f(h,\r(2meU))可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故D错误。一、练高考典题——每练一次都有新发现1．(上海高考)某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示，表中给出了一些材料的极限波长，用该光源发出的光照射表中材料()材料钠铜铂极限波长(nm)541268196A．仅钠能产生光电子B．仅钠、铜能产生光电子C．仅铜、铂能产生光电子D．都能产生光电子解析：选D由题图可知，该光源发出的光的波长大约在20nm到440nm之间，而三种材料中，极限频率最大的铂的极限波长是196nm，大于20nm，所以该光源能使三种材料都产生光电效应，选项D正确。2．(江苏高考)已知钙和钾的截止频率分别为7．73×1014Hz和5．44×1014Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的()A．波长 B．频率C．能量 D．动量解析：选A金属的逸出功W＝hν0，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W可知，从金属钾表面飞出的光电子的最大初动能较金属钙的大，金属钙表面飞出的光电子能量E小，因λ＝eq\f(hc,E)，所以从钙表面逸出的光电子具有较大的波长，选项A正确。3．(多选)(全国乙卷)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E．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解析：选ACE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。遏止电压的大小与入射光的频率有关，与光的强度无关，说法E正确。4．(全国卷Ⅰ)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Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，故eq\f(h,e)＝k，b＝－eq\f(W0,e)，得h＝ek，W0＝－eb。答案：ek－eb二、练名校模拟好题——一题能通一类题5．(龙海联考)关于光的理解，下列说法正确的是()A．光电效应和康普顿效应都表明光具有粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．德布罗意是历史上第一个实验验证了物质波存在的人D．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的解析：选A物体在光的照射下发射出电子的现象叫光电效应，根据爱因斯坦光子说的理论可知，光电效应说明了光具有粒子性，康普顿效应也揭示了光具有粒子性，A正确；光同时具有波粒二象性，B错误；德布罗意是历史上第一个提出物质波的人，C错误；牛顿认为光是一种实物，是一些硬的小球，是按照牛顿运动定律运动的。爱因斯坦的光子说认为，光子是一种不连续的，分离的粒子状的波动，D错误。6．(多选)(琼海模拟)如图所示，把一块不带电的锌板接在验电器上，用紫外灯照射锌板，验电器金属箔张开。下列说法正确的是()A．紫外线是不连续的B．验电器金属箔带正电C．从锌板逸出电子的动能都相等D．改用红外灯照射，验电器金属箔一定张开解析：选AB根据普朗克量子理论，在空间传播的光是一份一份的不连续的，选项A正确；从锌板中打出电子，故锌板带正电，所以验电器金属箔带正电，选项B正确；从锌板逸出电子的动能不都是相等的，选项C错误；因红外线的频率小于紫外线的频率，而且已经小于锌板的截止频率，故改用红外灯照射不会发生光电效应，验电器金属箔不会张开，选项D错误。7．(多选)(新乡月考)关于光电效应和康普顿效应的规律，下列说法正确的是()A．光电效应中，金属板向外发射的光电子又可以叫做光子B．用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属的截止频率C．对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率无关D．石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应解析：选BD光电效应中，金属板向外发射的电子又可以叫做光电子，不是光子，选项A错误；用光照射金属不能发生光电效应是因为该入射光的频率小于金属发生光电效应的极限频率，也叫截止频率，选项B正确；对于同种金属而言，遏止电压与入射光的频率有关，因为入射光的频率越大，则光电子的最大初动能越大，则遏止电压也越大，选项C错误；石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应，选项D正确。8．(多选)(大庆期末)下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是()A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性解析：选CD选项A解释光电效应现象，不能说明粒子的波动性；选项B是康普顿效应，说明X射线具有粒子性；选项C干涉现象说明电子具有波动性；选项D衍射现象说明电子具有波动性。9．(多选)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2．5eV的光照射到光电管上时，电流表G的示数为0．2mA。移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0．7V时，电流表示数为0。则()A．光电管阴极的逸出功为1．8eVB．开关K断开后，没有电流流过电流表GC．光电子的最大初动能为0．7eVD．改用能量为1．5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小解析：选AC该装置所加的电压为反向电压，发现当电压表的示数大于或等于0．7V时，电流表示数为0，则知光电子的最大初动能为0．7eV，根据光电效应方程Ek0＝hν－W0，得逸出功W0＝1．8eV，故A、C正确；当开关K断开后，用光子能量为2．5eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，有光电子逸出，则有电流流过电流表，故B错误；改用能量为1．5eV的光子照射，由于光电子的能量小于逸出功，不能发生光电效应，无光电流，D错误。10．下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为400nm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＝6．6×10－34J·s，光速c＝3．00×108m/s)()材料铯钙镁铍钛逸出功(10－19J)3．04．35．96．26．6A．2种 B.3种C．4种 D．5种解析：选A光电效应发生的条件是入射光的频率大于金属的极限频率，入射光的能量大于金属的逸出功，光子的能量为ε＝hν＝heq\f(c,λ)，代入计算得ε＝6．6×10－34×eq\f(3×108,400×10－9)J＝4．95×10－19J，可以看出光子能量大于逸出功的金属有两种，所以A项正确。11．(海南文昌中学模拟)如图甲所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为5eV的光照射到光电管上时，测得电流计上的示数随电压变化的图像如图乙所示。则光电子的最大初动能为__________J，金属的逸出功为________J。解析：由图线可知，光电子的截止电压为2V，由动能定理可知光电子的最大初动能为Ekm＝Ue＝2×1．6×10－19J＝3．2×10－19J；金属的逸出功为W＝hν－Ekm＝3eV＝4．8×10－19J。答案：3．2×10－194．8×10－1912．小明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。已知普朗克常量h＝6．63×10－34J·s。(1)图甲中电极A为光电管的______(填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W0＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7．00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J。解析：(1)题图甲为利用光电管产生光电流的实验电路，光电子从K极发射出来，故K为光电管的阴极，A为光电管的阳极。(2)遏止电压对光电子做负功，根据爱因斯坦光电效应方程有eUc＝Ek＝hν－W0。结合题图乙可知，当Uc＝0时，ν＝5．15×1014Hz，故铷的截止频率νc＝5．15×1014Hz，逸出功W0＝hνc≈3．41×10－19J。(3)若入射光的频率ν＝7．00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝hν－W0≈1．23×10－19J。答案：(1)阳极(2)5．15×10143．41×10－19(3)1．23×10－19第二讲原子结构与原子核考点一原子结构与原子光谱1.考查α粒子散射实验装置及结论]如图是卢瑟福的α粒子散射实验装置，在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋，它发出的α粒子从铅盒的小孔射出，形成很细的一束射线，射到金箔上，最后打在荧光屏上产生闪烁的光点。下列说法正确的是()A．该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B．该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C．α粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D．绝大多数的α粒子发生大角度偏转解析：选A卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型，选项A正确，B错误；电子质量太小，对α粒子的影响不大，选项C错误；绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原方向前进，D错误。2．考查α粒子散射实验轨迹分析](北京市通州模拟)关于α粒子散射实验，α粒子的运动轨迹如图所示，在其中一条α粒子的运动轨迹上标出a、b、c三点。原子核对α粒子的作用力在哪个点最大()A．a点 B．b点C．c点 D．三个点一样大解析：选Bα粒子与金原子核间存在静电斥力，即库仑力，根据库仑定律，该力与距离的二次方成反比，故在b点位置作用力最大，B正确。3．考查对玻尔氢原子模型的理解](北京市丰台区二模)关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是()A．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大B．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子C．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小D．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小解析：选C氢原子处于基态时，电子的轨道半径最小，故A错误；由hν＝Em－En知氢原子在不同能量态之间跃迁时只可以吸收特定频率的光子，故B错误；氢原子从基态向较高能量态跃迁，电子距离氢原子核的距离增大，匀速圆周运动的半径增大，线速度减小，动能减小，C正确；氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子距离氢原子核的距离增大，电场力做负功，电势能增大，D错误。4．考查氢原子能级分布图](龙岩模拟)1995年科学家“制成”了反氢原子，它是由一个反质子和一个围绕它运动的正电子组成。反质子和质子有相同的质量，带有等量异种电荷。反氢原子和氢原子有相同的能级分布，氢原子能级如图所示。下列说法中正确的是()A．反氢原子光谱与氢原子光谱不相同B．基态反氢原子的电离能是13.6eVC．基态反氢原子能吸收11eV的光子发生跃迁D．在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子的波长最长解析：选B反氢原子和氢原子有相同的能级分布，所以反氢原子光谱与氢原子光谱相同，故A错误；处于基态的氢原子的电离能是13.6eV，具有大于等于13.6eV能量的光子可以使氢原子电离，故B正确；基态的反氢原子吸收11eV光子，能量为－13.6eV＋11eV＝－2.6eV，不能发生跃迁，所以该光子不能被吸收，故C错误；在反氢原子谱线中，从n＝2能级跃迁到基态辐射光子能量很大，频率很大，波长很小，故D错误。5．考查玻尔氢原子模型的应用]许多情况下光是由原子内部电子的运动产生的，因此光谱研究是探索原子结构的一条重要途径。利用氢气放电管可以获得氢原子光谱，根据玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱的产生机理。已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量为En＝eq\f(E1,n2)，其中n＝2,3,4，…。1885年，巴尔末对当时已知的在可见光区的四条谱线做了分析，发现这些谱线的波长能够用一个公式表示，这个公式写作eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，n＝3,4,5，…。式中R叫做里德伯常量，这个公式称为巴尔末公式。用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则里德伯常量R可以表示为()A．－eq\f(E1,2hc) B.eq\f(E1,2hc)C．－eq\f(E1,hc) D.eq\f(E1,hc)解析：选C氢原子若从n＞2的能级跃迁到n＝2的能级，由玻尔理论可得：eq\f(E1,n2)－eq\f(E1,22)＝hν＝eq\f(hc,λ)，按照巴尔末公式，原子由n＞2的能级跃到n＝2的能级，放出的谱线的波长满足：eq\f(1,λ)＝Req\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))，以上两式相比较可得：－E1＝hcR，故里德伯常量R可表示为R＝－eq\f(E1,hc)，C选项正确。考点二原子核的衰变半衰期6.考查三种射线的特性]如图所示，一天然放射性物质发出三种射线，经过一个匀强电场和匀强磁场共存的区域(方向如图所示)。调整电场强度E和磁感应强度B的大小，使得在MN上只有两个点受到射线的照射，则下面判断正确的是()A．射到b点的一定是α射线B．射到b点的一定是β射线C．射到b点的一定是α射线或β射线D．射到b点的一定是γ射线解析：选Cγ射线不带电，在电场和磁场中它都不受力的作用，只能射到a点，选项D错误；调整E和B的大小，既可以使带正电的α射线沿直线前进，也可以使带负电的β射线沿直线前进，沿直线前进的条件是电场力与洛伦兹力平衡，即qE＝qBv。已知α粒子的速度比β粒子的速度小得多，当α粒子沿直线前进时，速度较大的β粒子向右偏转；当β粒子沿直线前进时，速度较小的α粒子也向右偏转，故选项C正确，A、B错误。7．考查α、β衰变次数的计算](上海高考)在一个eq\o\al(238,92)U原子核衰变为一个eq\o\al(206,82)Pb原子核的过程中，发生β衰变的次数为()A．6次 B．10次C．22次 D．32次解析：选A一个eq\o\al(238,92)U原子核衰变为一个eq\o\al(206,82)Pb原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A正确。8．考查对半衰期概念的理解]将半衰期为5天、质量为64g的铋分成四份分别投入：(1)开口容器中；(2)100atm的密封容器中；(3)100℃的沸水中；(4)与别的元素形成化合物。经10天后，四种情况下剩下的铋的质量分别为m1、m2、m3、m4，则()A．m1＝m2＝m3＝m4＝4gB．m1＝m2＝m3＝4g，m4<4gC．m1>m2>m3>m4，m1＝4gD．m1＝4g，其余无法知道解析：选A放射性元素的半衰期是一定的，与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关，故四种情况下铋剩余的质量相等，剩余的铋的质量为m余＝16×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(10,5)g＝4g，所以A正确。9．考查半衰期公式的应用]14C是碳的一种半衰期为5730年的放射性同位素，2010年2月科学家发现了曹操墓，若考古工作者探测到其棺木中14C的含量约为原来的eq\f(4,5)，则该古木死亡的时间距今大约为eq\b\lc\[\rc\](\a\vs4\al\co1(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\f(1,3)≈0.8))()A．22900年 B．11400年C．5700年 D．1900年解析：选D假设古木死亡时14C的质量为m0，现在的质量为m，从古木死亡到现在所含14C经过了n个半衰期，由题意可知：eq\f(m,m0)＝(eq\f(1,2))n＝eq\f(4,5)，所以n≈eq\f(1,3)，即古木死亡的时间距今约为5730×eq\f(1,3)年＝1910年，D正确。考点三核反应方程与核能计算10.考查核反应的分类]对下列各原子核变化的方程，表述正确的是()A.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是核聚变反应B.eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是α衰变C.eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是核裂变反应D.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)n是β衰变解析：选Aeq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，属于核聚变反应，A正确，B错误；eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)Kr＋2eq\o\al(0,－1)e是β衰变，C错误；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)n是核裂变反应，D错误。11．考查核反应方程遵守的规律及核能的理解](多选)(广东高考)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV和eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋17.6MeV，下列表述正确的有()A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒，则由eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋17.6MeV知X为eq\o\al(1,0)n，由X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV知Y为eq\o\al(6,3)Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误；两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误；X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋4.9MeV是原子核的人工转变，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV为轻核聚变，选项D正确。12．考查核反应方程的书写和质能方程的应用](黄冈高三期末)某些建筑材料可产生放射性气体——氡，氡可以发生α或β衰变，如果人长期生活在氡浓度过高的环境中，那么，氡经过人的呼吸道沉积在肺部，并放出大量的射线，从而危害人体健康。原来静止的氡核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(222,)86Rn))发生一次α衰变生成新核钋(Po)，并放出一个能量为E0＝0.09MeV的光子。已知放出的α粒子动能为Eα＝5.55MeV；忽略放出光子的动量，但考虑其能量；1u＝931.5MeV/c2。(1)写出衰变的核反应方程；(2)衰变过程中总的质量亏损为多少？(保留三位有效数字)解析：(1)衰变方程为：eq\o\al(222,)86Rn→eq\o\al(218,)84Po＋eq\o\al(4,2)He＋γ；(2)忽略放出光子的动量，根据动量守恒定律，0＝pα＋pPo即新核钋(Po)的动量与α粒子的动量大小相等，又Ek＝eq\f(p2,2m)，可求出新核钋(Po)的动能为EPo＝eq\f(4,218)Eα，由题意，质量亏损对应的能量以光子的能量和新核、α粒子动能形式出现，衰变时释放出的总能量为ΔE＝Eα＋EPo＋E0＝Δmc2故衰变过程中总的质量亏损是Δm≈0.00616u。答案：(1)eq\o\al(222,)86Rn→eq\o\al(218,)84Po＋eq\o\al(4,2)He＋γ(2)0.00616u13．考查核能的计算]设氢弹内装的是氘和氚，试求在氢弹中当合成1kg的氦时所释放出的能量。(氘核eq\o\al(2,1)H的质量为2.0136u，氚核eq\o\al(3,1)H的质量为3.0166u，氦核eq\o\al(4,2)He的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u)。解析：氢弹内装的氘和氚在高温下聚变生成氦，核聚变方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n。当一个氘核eq\o\al(2,1)H与一个氚核eq\o\al(3,1)H发生反应时放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(2.0136＋3.0166－4.0026－1.0087)×931.5MeV≈17.6MeV。1kg氦(eq\o\al(4,2)He)中所含的原子核数目为N＝nNA＝eq\f(1000,4.0026)×6.02×1023个＝1.5×1026个。这样合成1kgeq\o\al(4,2)He时所放出的总能量为：E＝NΔE＝1.5×1026×17.6MeV＝2.64×1027MeV。答案：2.64×1027MeV考点一原子结构与原子光谱本考点是对原子结构模型及原子光谱问题的考查，题型为选择题，难度一般，主要考查考生的理解和分析能力。建议考生自学为主先记牢]再用活]1．原子核与原子体积相比，原子核体积太小，故α粒子靠近原子核受到大的库仑斥力的机会太小，故发生大角度散射的α粒子数也很少。如诊断卷第1题，只有极少数的α粒子发生了大角度偏转，且该偏转也不是α粒子与质量很小的电子碰撞产生的。2．按照玻尔的氢原子模型，电子在各轨道上稳定运动时eq\f(ke2,r2)＝meq\f(v2,r)，可得eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)，可知，氢原子向远离原子核的轨道跃迁时，电子动能减小，但因库仑力做负功，系统电势能增大。如诊断卷第3题，由以上理论可知，C正确，D错误。3．一群处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的谱线条数为Ceq\o\al(2,n)，而一个处于较高能级n的氢原子向低能级跃迁时，释放出的光谱线条数最多为n－1。4．氢原子在能级之间发生跃迁时，吸收或放出的光子频率是某些特定值，但使处于某能级的氢原子发生电离，吸收的能量或光子的频率可以是高于某一特定值的任意值。如诊断卷第4题，反氢原子不能吸收能量为11eV的光子发生跃迁，但可以吸收13.6eV以上的能量发生电离，故B正确，C错误。1．人们在研究原子结构时提出过许多模型，其中比较有名的是枣糕模型和核式结构模型，它们的模型示意图如图所示。下列说法中正确的是()A．α粒子散射实验与枣糕模型和核式结构模型的建立无关B．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型，建立了核式结构模型C．科学家通过α粒子散射实验否定了核式结构模型，建立了枣糕模型D．科学家通过α粒子散射实验否定了枣糕模型和核式结构模型，建立了玻尔的原子模型解析：选Bα粒子散射实验与核式结构模型的建立有关，通过该实验，否定了枣糕模型，建立了核式结构模型。2.如图所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若氢原子A处于激发态E2，氢原子B处于激发态E3，则下列说法正确的是()A．原子A可能辐射出3种频率的光子B．原子B可能辐射出3种频率的光子C．原子A能够吸收原子B发出的光子并跃迁到能级E1D．原子B能够吸收原子A发出的光子并跃迁到能级E4解析：选B原子A处于激发态E2，因此其辐射光子频率数目只能有1种，A错误；原子B处于n＝3的能级，能辐射出Ceq\o\al(2,n)＝3种频率的光子，B正确；据氢原子能级的量子性、吸收光子必须满足hν＝Em－En，故C、D错误。3．(多选)欲使处于基态的氢原子激发，下列措施可行的是()A．用10.2eV的光子照射 B．用11eV的光子照射C．用14eV的光子照射 D．用10eV的光子照射解析：选AC由氢原子能级图算出只有10.2eV为第2能级与基态之间的能级差，而大于13.6eV的光子能使氢原子电离。考点二原子核的衰变半衰期本考点常考原子核α衰变和β衰变的规律、三种射线的特性及有关半衰期问题的计算，多以选择题的形式命题，难度一般，考生只要记忆并理解相关知识，再做一些对应练习，便可轻松应对。建议考生适当关注即可先记牢]再用活]1．α粒子、β粒子、γ射线粒子分别为eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(0,－1)e、光子，在电场、磁场中的偏转规律也不相同。如诊断卷第6题，γ射线不带电，不会偏转，一定射到a点，但因磁感应强度B和电场强度E的大小关系不确定，故α射线和β射线均有可能射到b点，故选项C正确。2．α衰变和β衰变次数的确定方法：由于β衰变不改变质量数，故可以先由质量数改变确定α衰变的次数，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。如诊断卷第7题，α衰变的次数m＝eq\f(238－206,4)＝8，由92－2×8＋n＝82可得β衰变次数为n＝6，故A正确。3．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核，此规律不适用，半衰期大小与放射性元素所处的物理环境和化学环境无关。如诊断卷第8题，四种情况下，铋的半衰期不变，故10天后，剩余铋的质量相同。选项A正确。1．(福建高考)如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ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()A．①表示γ射线，③表示α射线B．②表示β射线，③表示α射线C．④表示α射线，⑤表示γ射线D．⑤表示β射线，⑥表示α射线解析：选Cγ射线为电磁波，在电场、磁场中均不偏转，故②和⑤表示γ射线，A、B、D项错误；α射线中的α粒子为氦的原子核，带正电，在匀强电场中，沿电场方向偏转，故③表示α射线，由左手定则可知在匀强磁场中α射线向左偏，故④表示α射线，C项正确。2．(多选)(哈尔滨三校联考)eq\o\al(238,92)U是一种放射性元素，能够自发地进行一系列放射eq\a\vs4\al(\o\al(238,92)U)性衰变，如图所示，判断下列说法正确的是()A．图中a是84，b是206B.eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比结合能大C．Y是β衰变，放出电子，电子是由中子转变成质子时产生的D．Y和Z是同一种衰变E．从X衰变中放出的射线电离性最强解析：选ABD由eq\o\al(210,83)Bieq\o\al(210,a)Po，质量数没变，则X是β衰变，所以a＝84，由eq\o\al(210,83)Bieq\o\al(b,81)Tl，电荷数减少2，则Y是α衰变，所以b＝206，A正确，C错误；由衰变的过程知，eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U稳定，则eq\o\al(206,82)Pb比eq\o\al(238,92)U的比结合能大，B正确；由eq\o\al(210,a)Po,Zeq\o\al(206,82)Pb及a＝84知，Z为α衰变，D正确；从β衰变中放出的是β射线，其电离性最弱，E错误。3．(多选)(山东高考)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5700年。已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减小。现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是()A．该古木的年代距今约5700年B．12C、13C、14C具有相同的中子数C．14C衰变为14N的过程中放出β射线D．增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变解析：选AC古木样品中14C的比例是现代植物所制样品的二分之一，根据半衰期的定义知该古木的年代距今约5700年，选项A正确；同位素具有相同的质子数，不同的中子数，选项B错误；14C的衰变方程为eq\o\al(14,)6C→eq\o\al(14,)7N＋eq\o\al(0,－1)e，所以此衰变过程放出β射线，选项C正确；放射性元素的半衰期与核内部自身因素有关，与原子所处的化学状态和外部条件无关，选项D错误。考点三核反应方程与核能计算本考点常考核反应方程的书写、分类及核能的计算问题，多以选择题的形式出现，若与动量守恒定律及能量守恒定律相交汇，也可以计算题的形式出现，难度中等偏上。建议考生灵活掌握先记牢]再用活]1．核反应方程的书写与分类(1)必须遵循的两个规律：质量数守恒、电荷数守恒。由此可以确定具体的反应物或生成物，如诊断卷第11题，可由两守恒定律确定X为eq\o\al(1,0)n，Y为eq\o\al(6,3)Li。(2)必须熟记基本粒子的符号：如质子(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)、正电子(eq\o\al(0,1)e)、氘核(eq\o\al(2,1)H)、氚核(eq\o\al(3,1)H)等。(3)并不是生成物中有eq\o\al(4,2)He的就为α衰变，有eq\o\al(0,－1)e的就为β衰变，如诊断卷第10题，eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n为轻核聚变，而不是α衰变，A正确，B错误。2．核能的理解与计算(1)比结合能越大，原子核结合的越牢固。(2)到目前为止，核能发电还只停留在利用裂变核能发电。(3)核能的计算方法：①根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)。②根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)。③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。如诊断卷第12题，氡核发生α衰变过程中释放的核能ΔE＝Eα＋EPo＋E0，质量亏损Δm＝eq\f(ΔE,c2)，且单位为u。1．(北京市朝阳区二模)下列核反应方程中，属于裂变的是()A.eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)HB.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)HeC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nD.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)n解析：选D核反应中，裂变反应是重原子核被中子轰击分裂为几个质量差不多的新原子核的过程，故D正确。2．朝鲜在2016年9月进行了第五次核试验，此举引起国际社会的广泛关注。据称，此次核试验材料为铀235，则下列说法正确的是()A.eq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，143个核子B.eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期会缩短C．核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律ΔE＝Δmc2D.eq\o\al(235,92)U的一种裂变可能为eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(130,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n解析：选Ceq\o\al(235,92)U原子核中有92个质子，235个核子，143个中子，选项A错误；eq\o\al(235,92)U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度后半衰期不变，选项B错误；核爆炸的能量来自于原子核的质量亏损，遵循规律ΔE＝Δmc2，选项C正确；选项D中给出的eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(130,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋3eq\o\al(1,0)n，不满足质量数守恒条件，选项D错误。3．一个静止的铀核eq\o\al(232,)92U(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核eq\o\al(228,90)Th(原子质量为228.0287u)。(已知：原子质量单位1u＝1.67×10－27kg,1u相当于931MeV)(1)写出核衰变反应方程；(2)算出该核衰变反应中释放出的核能；(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？解析：(1)eq\o\al(232,)92U→eq\o\al(228,)90Th＋eq\o\al(4,2)He。(2)质量亏损Δm＝0.0059uΔE＝Δmc2＝0.0059×931MeV≈5.49MeV。(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＝pαEkTh＝eq\f(p\o\al(2,Th),2mTh)Ekα＝eq\f(p\o\al(2,α),2mα)EkTh＋Ekα＝ΔE所以钍核获得的动能EkTh＝eq\f(mα,mα＋mTh)×ΔE＝eq\f(4,4＋228)×ΔE≈0.09MeV。答案：(1)eq\o\al(232,)92U→eq\o\al(228,)90Th＋eq\o\al(4,2)He(2)5.49MeV(3)0.09MeV一、练高考典题——每练一次都有新发现1．(全国甲卷)在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________。(填正确答案标号)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衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β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：CABEF2．(北京高考)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3。当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)cB．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2解析：选C一个质子和一个中子结合成氘核时，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，根据质能方程，释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确，A、B、D错误。3．(上海高考)23eq\o\al(2,9)0Th经过一系列α衰变和β衰变后变成20eq\o\al(8,8)2Pb，则20eq\o\al(8,8)2Pb比23eq\o\al(2,9)0Th少()A．16个中子，8个质子B．8个中子，16个质子C．24个中子，8个质子D．8个中子，24个质子解析：选A20eq\o\al(8,8)2Pb比23eq\o\al(2,9)0Th质子数少(90－82)＝8个，核子数少(232－208)＝24个，所以中子数少(24－8)＝16个，故A正确，B、C、D错误。4．(多选)(全国丙卷)一静止的铝原子核eq\o\al(27,13)Al俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*。下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致解析：选ABE核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，A正确；核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，B正确，C错误；核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，D错误；根据动量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度方向一致，E正确。5．(福建高考)下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是()A．γ射线是高速运动的电子流B．氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大C．太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变D.eq\o\al(210,83)Bi的半衰期是5天，100克eq\o\al(210,83)Bi经过10天后还剩下50克解析：选Bβ射线是高速电子流，而γ射线是一种电磁波，选项A错误；氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项B正确；太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项C错误；10天为两个半衰期，剩余的eq\o\al(210,83)Bi为100×eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))e