2025高考物理复习波粒二象性原子结构与原子核教案练习题

三年考情光电效应2023·浙江1月选考·T15、2022·河北卷·T4、2021·海南卷·T3、2021·江苏卷·T8能级跃迁、光子的动量2023·辽宁卷·T6、2023·山东卷·T1、2023·新课标卷·T16、2023·湖北卷·T1、2023·浙江1月选考·T15、2023·海南卷·T10、2023·江苏卷·T14、2023·浙江1月选考·T11、2022·广东卷·T5、2022·浙江6月选考·T7、2022·北京卷·T1、2022·重庆卷·T6黑体辐射、原子的核式结构、物质波2023·浙江6月选考·T15、2022·浙江1月选考·T16、2020·天津卷·T1、2020·江苏卷·T12(1)原子核的衰变、半衰期2023·湖南卷·T1、2023·浙江1月选考·T9、2023·浙江6月选考·T5、2023·海南卷·T1、2022·全国甲卷·T17、2022·山东卷·T1、2022·浙江6月选考·T14、2021·全国甲卷·T17、2021·全国乙卷·T17、2021·山东卷·T1、2021·广东卷·T1、2021·湖南卷·T1、2021·河北卷·T1、2021·福建卷·T9、2021·重庆卷·T2核反应、核能2023·全国甲卷·T15、2023·全国乙卷·T16、2023·湖南卷·T1、2022·浙江1月选考·T14、2022·湖北卷·T1、2022·辽宁卷·T2、2021·浙江6月选考·T14、2021·北京卷·T1、2021·海南卷·T5、2021·江苏卷·T1命题规律目标定位本章主要考查光电效应、能级跃迁、原子核的衰变、半衰期、核反应与核能。原子的核式结构考查较少，能级跃迁、原子核的衰变考查频次增加。该知识模块综合性不强。常见的综合点有：能级跃迁与光电效应、衰变次数与半衰期的计算、核反应方程与核能的计算等。第1讲光电效应波粒二象性[课标要求]1．通过实验，了解光电效应现象，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，能根据实验结论说明光的波粒二象性。2．知道实物粒子具有波动性，了解微观世界的量子化特征。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。考点一黑体辐射能量子1．热辐射(1)定义：周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体温度的不同而有所不同。2．黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。(2)黑体辐射的实验规律①对于一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，如图所示。学生用书第336页3．能量子(1)定义：普朗克认为，当带电微粒辐射或吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值ε的整数倍，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量(一般取h＝6.63×10－34J·s)。自主训练1黑体和黑体辐射(多选)关于黑体与黑体辐射，下列说法正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案：BD解析：黑体能100%地吸收入射到其表面的电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射，这样的物体称为黑体，但不一定是黑色的，故A错误；黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料种类及表面状况无关，故C错误，B正确；如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从空腔射出，就相当于吸收了所有电磁波，因此空腔成了一个黑体，故D正确。故选BD。自主训练2黑体辐射的规律四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系如图所示。有关黑体辐射的实验规律和科学家们对黑体辐射的研究，下列说法正确的是()A．在同一温度下，波长越短的电磁波辐射强度越大B．随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动C．随着温度升高，波长短的辐射强度增大，波长长的辐射强度减小D．德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符答案：D解析：由题图可知，随着温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，B错误；随着温度升高，各种波长的辐射强度都增大，C错误；在同一温度下，随着波长变短，电磁波辐射强度先增大后减小，A错误；德国物理学家普朗克借助于能量子假说，提出的黑体辐射强度公式与实验相符，D正确。自主训练3能量子公式ε＝hν的应用(多选)(2023·海南高考)已知一个激光发射器功率为P，发射波长为λ的光，光速为c，普朗克常量为h，则()A．光的频率为eq\f(c,λ)B．光子的能量为eq\f(h,λ)C．光子的动量为eq\f(h,λ)D．在时间t内激光器发射的光子数为eq\f(Ptc,hλ)答案：AC解析：光的频率ν＝eq\f(c,λ)，A正确；光子的能量E＝hν＝eq\f(hc,λ)，B错误；光子的动量p＝eq\f(h,λ)，C正确；在时间t内激光器发射的光子数n＝eq\f(Pt,E)＝eq\f(Ptλ,hc)，D错误。考点二光电效应的规律1．光电效应及其规律(1)光电效应现象在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象，发射出来的电子叫作光电子。(2)光电效应的产生条件入射光的频率大于金属的极限频率。(3)光电效应规律①每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。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光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。④当入射光的频率大于极限频率时，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－W0。(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，在这些能量中一部分大小为W0的能量被电子用来脱离金属，剩下的是逸出后电子的初动能。(3)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。学生用书第337页【基础知识判断】1．光子和光电子都是实物粒子。(×)2．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(×)3．要想在光电效应实验中测到光电流，入射光子的能量必须大于金属的逸出功。(√)4．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。(×)1．光电效应的两条对应关系入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→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．光电效应中的三个重要关系式(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。(2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。(3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。3．四点提醒(1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。(2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。(3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。(4)光电子不是光子，而是电子。考向1光电效应的规律(2023·广西柳州二模)已知能使某金属产生光电效应的极限频率为νc，则()A．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，则逸出功随之增大B．当用频率为2νc的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hνcC．当照射光的频率ν增大时，光电流强度也随之增大D．当照射光的频率ν大于νc时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案：B解析：金属中电子的逸出功为W0＝hνc，是一定的，νc称为金属的极限频率，与入射光的频率无关，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0＝2hνc－hνc＝hνc，故B正确；发生光电效应时，光电流的大小与入射光的频率无关，与入射光的强度有关，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能不和入射光的频率成正比，故D错误。故选B。(2023·山东济南模拟)光电管是一种利用光照产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可以形成光电流。下表中记录了某同学进行光电管实验时的数据。次数入射光子的能量/eV光的强弱饱和电流的大小/mA逸出光电子的最大初动能/eV14.0弱290.824.0中430.834.0强600.8由表中数据得出的以下论断正确的是()A．三次实验采用了不同频率的入射光B．三次实验光电管中的金属板材质不同C．若入射光子的能量为5.0eV，不论光照多强，饱和电流一定大于60mAD．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大初动能为1.8eV答案：D解析：由于入射光子能量相同，根据光子能量公式ε＝hν，可知三次实验入射光子的频率相同，A错误；由于入射光子能量相同，逸出光电子的最大初动能相同，根据爱因斯坦光电效应方程，可知逸出功相同，可知三次实验光电管中的金属板材质相同，B错误；饱和电流只与光照强度有关，与照射光的光子能量无关，C错误；若入射光子的能量为4.0eV，逸出光电子的最大初动能为0.8eV，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，则有W0＝ε1－Ek1＝4.0eV－0.8eV＝3.2eV，若入射光子的能量为5.0eV，代入数据解得Ek2＝5.0eV－3.2eV＝1.8eV，D正确。故选D。考向2光电效应的电路分析(2023·湘豫名校联盟)光电传感器是智能技术领域不可或缺的关键器件，而光电管又是光电传感器的重要元件。如图所示，某光电管K极板的逸出功W0＝hν，若分别用频率为2ν的a光和频率为5ν的b光照射该光电管，则下列说法正确的是()A．a光和b光的波长之比为2∶5B．用a光和b光分别照射该光电管，逸出光电子的最大初动能之比为2∶5C．加反向电压时，对应的遏止电压之比为1∶4D．加正向电压时，对应形成的饱和电流之比为1∶4答案：C解析：根据c＝λν，a光和b光的波长之比等于频率的反比，即为5∶2，故A错误；根据Ek＝hν－W0，逸出光电子的最大初动能之比eq\f(Eka,Ekb)＝eq\f(2hν－W0,5hν－W0)＝eq\f(1,4)，故B错误；根据eUc＝Ek，加反向电压时，对应的遏止电压之比eq\f(Uca,Ucb)＝eq\f(Eka,Ekb)＝eq\f(1,4)，故C正确；不知光照强度的关系，无法判断饱和电流的关系，故D错误。故选C。学生用书第338页

考点三光电效应的图像光电效应的四类图像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①极限频率νc：图线与ν轴交点的横坐标②逸出功W0：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值，即W0＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(－E))＝E③普朗克常量h：图线的斜率，即k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系①极限频率νc：图线与横轴交点的横坐标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荷量的乘积，即h＝ke④逸出功W0：图线与Uc轴交点的纵坐标的绝对值与电荷量的乘积，即W0＝eUm颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Uc1、Uc2②饱和电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2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：图线与横轴交点的横坐标②饱和电流Im1、Im2：光电流的最大值③最大初动能Ek＝eUc考向1Ek-ν图像甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的关系分别如图中的a、b所示。下列判断正确的是()A．图线a与b不一定平行B．图线a与b的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系C．乙金属的极限频率小于甲金属的极限频率D．甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率大答案：B解析：根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，图线的斜率代表普朗克常量，两直线一定平行，A错误；普朗克常量与入射光和金属材料均无关系，B正确；横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，也就是金属的极限频率，故乙金属的极限频率大于甲金属的极限频率，C错误；甲、乙两种金属发生光电效应时，若光电子的最大初动能相同，甲金属的入射光频率小，D错误。考向2Uc-ν图像用光电管探究光电效应规律的实验中，当用不同频率的光照射两种光电管的阴极时，得到的遏止电压Uc与入射光的频率ν的关系分别为图中a、b图线所示。由图中数据可知()A．eq\f(U1,ν1)＞eq\f(U2,ν2)B．eq\f(U1,ν1)＜eq\f(U2,ν2)C．普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1)D．a图线对应的阴极材料的逸出功为W0＝eU2答案：C解析：由光电效应方程Ek＝hν－W0和Ek＝eUc，可得Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，结合题图可知图像的斜率k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,ν1)＝eq\f(U2,ν2)，故A、B错误；由k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,ν1)，可得普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1)，故C正确；a图线对应的阴极材料的逸出功为W0＝eU1，故D错误。故选C。考向3I-U图像(多选)(2023·安徽马鞍山)分别用a、b两种单色光照射同一金属，测得的光电流和电压的关系如图所示，则()A．a、b两种光从同种介质射入空气发生全反射时，a光的临界角大B．光b的光子动量大于光a的光子动量C．该金属被光a照射时的逸出功小于被光b照射时的逸出功D．该金属被光a照射时射出的光电子的动能一定大于被光b照射时射出的光电子的动能答案：AB解析：根据eUc＝Ek＝hν－W0可知，频率越大的截止电压越大，所以a光的频率比b光的小，同种介质对a光的折射率更小，根据全反射临界角公式sinC＝eq\f(1,n)，可知a光的临界角大，故A正确；由于a光的频率比b光的小，则a光的波长比b光大，根据p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(hν,c)，可知单色光a的光子动量比单色光b的光子动量小，故B正确；逸出功是金属的自身属性，与入射光无关，故C错误；b光照射时的最大初动能比a光照射时的大，但是动能介于零和最大初动能之间，因此无法比较，故D错误。故选AB。规律总结1．光电流为零时对应的电压为遏止电压Uc。2．结合光电效应方程Ek＝hν－W0和遏止电压计算公式eUc＝Ek分析求解。学生用书第339页考点四光的波粒二象性物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。(2)光电效应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2．物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝eq\f(h,p)，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。自主训练1波粒二象性图1是用很弱的光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图2是1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是()A．图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性B．图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性C．图2中该实验再次说明光子具有波动性D．图2中该实验说明实物粒子具有波动性答案：D解析：光具有波粒二象性，题图1说明少量光子粒子性表现明显，大量光子波动性表现明显，故A、B错误；题图2是电子束的衍射实验，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。自主训练2波粒二象性关于光的波粒二象性，下列说法正确的是()A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性答案：D解析：光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，并不矛盾和对立，故A、C错误；光是概率波，不同于机械波，光的粒子性也不同于质点，即单个光子既具有粒子性也具有波动性，故B错误；由于光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波动性与粒子性是光子本身的一种属性，故无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，故D正确。自主训练3物质波已知电子的质量约为9.1×10－31kg，一个电子和一个直径为4μm的油滴具有相同的动能，则电子与水滴的德布罗意波长之比的数量级为()A．10－8B．10－4C．102D．108答案：D解析：根据德布罗意波长公式λ＝eq\f(h,p)和p＝eq\r(2mEk)，解得λ＝eq\f(h,\r(2mEk))，由题意可知，电子与油滴的动能相同，则其波长与质量的二次方根成反比，所以有eq\f(λ电,λ油)＝eq\f(\r(m油),\r(m电))，油的密度比水的密度小，约为0.8×103kg/m3，由于已知油滴的直径，则油滴的质量为m油＝ρ·eq\f(1,6)πd3≈2.7×10－14kg，代入数据解得eq\f(λ电,λ油)≈eq\f(\r(2.7×10－14),\r(9.1×10－31))≈1.7×108，故选D。课时测评74光电效应波粒二象性eq\f(对应学生,用书P495)(时间：45分钟满分：60分)(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)(选择题1～10题，每题5分，共50分)1．如图为黑体辐射的实验规律，关于黑体辐射，以下叙述正确的是()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动D．黑体辐射电磁波的情况除与温度有关外还与材料的种类及表面状况有关答案：A解析：根据题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故A正确，B错误；根据题图可知，随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，故C错误；黑体辐射电磁波的情况只与温度有关，故D错误。2．(多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是()A．无论增大入射光的频率还是增加入射光的强度，金属的逸出功都不变B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增加C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短答案：AC解析：逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关，故A正确；根据光电效应方程Ek＝hν－W0可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，即使只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能也将不变，故B错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大，故C正确；发生光电效应的条件是入射光的频率大于截止频率，光电效应几乎是瞬时发生的，即光电子逸出所经历的时间不变，故D错误。3．频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为Ek。改为频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()A．Ek－hν B．2EkC．Ek＋hν D．Ek＋2hν答案：C解析：根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0可知，若入射光频率变为2ν，则Ek′＝h·2ν－W0＝2hν－(hν－Ek)＝Ek＋hν，故C正确。4．如图所示，分别用波长为λ、2λ的光照射光电管的阴极K，对应的遏止电压之比为3∶1，则光电管的极限波长是()A．2λ B．3λC．4λ D．6λ答案：C解析：根据eUc＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)＝eq\f(hc,λ)－eq\f(hc,λ0)，则eUc1＝eq\f(hc,λ)－eq\f(hc,λ0)，eUc2＝eq\f(hc,2λ)－eq\f(hc,λ0)，其中eq\f(Uc1,Uc2)＝eq\f(3,1)，解得λ0＝4λ，故选C。5．(多选)如图甲所示，合上开关，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极K，发现电流表示数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表示数小于0.60V时，电流表示数仍不为零，当电压表示数大于或等于0.60V时，电流表示数为零。把电路改为图乙，当电压表示数为2V时，下列说法正确的是()A．逸出功为1.9eVB．逸出功为1.7eVC．电子到达阳极时的最大动能为2.6eVD．电子到达阳极时的最大动能为4.5eV答案：AC解析：光子能量hν＝2.5eV的光照射阴极，电流表示数不为零，则能发生光电效应，当电压表示数大于0.6V时，电流表示数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,m)知，最大初动能Ek＝eU＝0.6eV，由hν＝Ek＋W0知，W0＝1.9eV，对题图乙，当电压表示数为2V时，电子到达阳极的最大动能Ek′＝Ek＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV，故A、C正确。6．用单色光去照射光电管中某种金属电极，发生光电效应，该金属逸出的光电子的最大初动能Ek与单色光的频率ν间关系图像如图所示。已知光电子的电荷量大小为e，图中a、b、c为已知量，则下列说法正确的是()A．该金属的截止频率为aB．普朗克常量h＝eq\f(a－b,c)C．该金属的光电子逸出功为eq\f(（a－b）b,c)D．当光照频率为a时，该金属光电效应的遏止电压为Uc＝eq\f(c,e)答案：D解析：该金属光电效应截止时，光电子的最大初动能为零，所以截止频率为b，故A错误；根据光电效应方程Ek＝hν＋W0，变形得ν＝eq\f(1,h)Ek＋eq\f(1,h)W0，对照题中图线可知斜率k＝eq\f(1,h)，即h＝eq\f(c,a－b)，故B错误；当Ek等于零时，即光子能量恰好等于光电子的逸出功W0＝hν＝eq\f(cb,a－b)，故C错误；当光照频率为a时，光电子具有最大初动能Ek＝c，eUc＝Ek，解得Uc＝eq\f(c,e)，故D正确。7．(多选)下列四幅图是与光电效应实验有关的图，则关于这四幅图的说法正确的是()A．图1中，如果先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，则验电器的张角先变小后变大B．图2中，同一频率的黄光越强，饱和电流越大C．图3中，图像的斜率为普朗克常量D．由图4可知，E等于该金属的逸出功答案：ABD解析：题图1中，先让锌板带负电，再用紫外线灯照射锌板，由于光电效应逸出电子，锌板电荷量减少，所以验电器的张角会变小，等锌板电荷量为零时，验电器就无法张开，如果紫外线灯继续照射锌板，就会使锌板带正电，验电器的张角又增大，故A正确；由题图2可知，电压相同时，光照越强，饱和电流越大，故B正确；光电效应方程为Ek＝hν－W0，根据动能定理可得－eUc＝0－Ek，联立解得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知Uc-ν图像的斜率为eq\f(h,e)，故C错误；根据光电效应方程Ek＝hν－W0，可知Ek-ν图线的纵轴截距为－W0＝－E，可知E等于该金属的逸出功，故D正确。故选ABD。8．某实验小组研究光电效应的规律时，用不同频率的光照射同一光电管并记录数据，得到遏止电压与频率的关系图线如图甲所示，当采用绿色强光、绿色弱光、紫色弱光三种光照射同一光电管时，得到的光电流与电压的关系如图乙所示。已知电子的电荷量为e，结合图中数据可知()A．普朗克常量h＝eq\f(eU1,ν1－ν0)B．光电管的K极材料的逸出功为eq\f(U1ν0,ν1－ν0)C．a光为紫色弱光D．c光为绿色强光答案：A解析：光电效应方程Ek＝hν－W0，根据动能定理可得－eUc＝0－Ek，联立可得Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知Uc-ν图像的斜率为k＝eq\f(h,e)＝eq\f(U1,ν1－ν0)，解得h＝eq\f(eU1,ν1－ν0)，故A正确；根据Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，由Uc-ν图像可知当Uc＝0时ν＝ν0，则有0＝eq\f(hν0,e)－eq\f(W0,e)，解得该实验所用光电管的K极材料的逸出功为W0＝hν0＝eq\f(eU1ν0,ν1－ν0)，故B错误；入射光频率越大，遏止电压越大，所以a、b为同一种光，且a、b的频率小于c的频率，则a、b为绿光，c为紫色弱光，而入射光越强，饱和电流越大，所以a为强绿光，故C、D错误。故选A。9．(2024·山东潍坊模拟)光电继电器是一种利用光电效应工作的仪器。当光照射到光电管阴极时，阴极会逸出光电子，此时放大器中有电流流过，进而使得电磁继电器工作，实现自动控制。下列说法正确的是()A．只要入射光的强度足够大，光电管就能发生光电效应，与光的频率无关B．保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，放大器中的电流将变小C．若将电源的正负极对调，放大器中的电流将减为零D．若入射光的频率为ν，阴极材料的逸出功为W0，普朗克常量为h，则电子逸出时的动能为hν－W0答案：B解析：根据光电效应的条件可知，入射光的频率必须大于阴极金属的截止频率才能发生光电效应，A错误；保持入射光的强度不变，增大入射光的频率，则单位时间照射到阴极单位面积上的入射光的光子数目减少，即阴极单位时间单位面积上接收到的光子数将减少，故而阴极单位时间内逸出的电子数减少，放大器中的电流也将减小，B正确；若将电源的正负极对调，电源将提供反向减速电压，该反向电压可能没有达到遏止电压，故而电流不一定为零，C错误；根据Ek＝hν－W0可知，hν－W0为光电子的最大初动能，实际上电子逸出时的动能可能比hν－W0小，D错误。故选B。10．(2023·江苏苏锡常一模)用如图所示的电路研究光电管的特性，入射光频率为ν，U为光电管K、A两极的电势差，取A端电势高时为正值。若光电管K极材料的极限频率为νc，普朗克常量为h，电子电量为e，则在U-ν坐标系中，阴影部分表示能产生光电流的U和ν取值范围，下列阴影标识完全正确的是()答案：A解析：根据动能定理有eU＝Ek，根据光电效应方程有Ek＝hν－W0＝hν－hνc，所以U＝eq\f(h,e)ν－eq\f(h,e)νc，当入射光的频率大于极限频率时，才可以发生光电效应，故选A。11．(10分)(2023·江苏高考)“夸父一号”太阳探测卫星可以观测太阳辐射的硬X射线。硬X射线是波长很短的光子，设波长为λ。若太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，卫星探测仪镜头正对着太阳，每秒接收到N个该种光子。已知探测仪镜头面积为S，卫星离太阳中心的距离为R，普朗克常量为h，光速为c，求：(1)每个光子的动量p和能量E；(2)太阳辐射硬X射线的总功率P。答案：(1)eq\f(h,λ)heq\f(c,λ)(2)eq\f(4πR2Nhc,Sλ)解析：(1)由题意可知每个光子的动量为p＝eq\f(h,λ)每个光子的能量为E＝hν＝heq\f(c,λ)。(2)太阳均匀地向各个方向辐射硬X射线，根据题意设t秒发射总光子数为n，则eq\f(n,t)＝eq\f(4πR2N,S)可得n＝eq\f(4πR2Nt,S)所以t秒辐射光子的总能量W＝E′＝nheq\f(c,λ)＝eq\f(4πR2Nthc,Sλ)太阳辐射硬X射线的总功率P＝eq\f(W,t)＝eq\f(4πR2Nhc,Sλ)。第2讲原子结构[课标要求]1．了解人类探索原子及其结构的历史。2．知道原子的核式结构模型。3．通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。考点一电子的发现原子的核式结构1．电子的发现：英国物理学家J.J.汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。2．原子的核式结构(1)1909年，英国物理学家卢瑟福指导他的助手盖革和马斯顿进行了α粒子散射实验，实验装置如图甲所示。1911年卢瑟福提出了原子的核式结构模型。学生用书第340页(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说，它们几乎被“撞了回来”，如图乙所示。(3)原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。自主训练1电子的发现如图为J.J.汤姆孙做阴极射线实验时用到的气体放电管，在K、A之间加高电压，便有阴极射线射出；C、D间不加电压时，光屏上O点出现亮点，当C、D之间加如图所示电压时，光屏上P点出现亮点。(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则K应接高压电源________(选填“正极”或“负极”)；要使光屏上P处的亮点再回到O点，可以在C、D间加垂直纸面________(选填“向里”或“向外”)的匀强磁场；(2)J.J.汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是________(选填“相同”或“不同”)的。答案：(1)负极向外(2)相同解析：(1)要使K、A之间有阴极射线射出，则K应接高压电源负极；要使光屏上P处的亮点再回到O点，则洛伦兹力向上，根据左手定则可知，可以在C、D间加垂直纸面向外的匀强磁场。(2)J.J.汤姆孙换用不同材料的阴极做实验，发现不同阴极发出的射线的比荷是相同的。自主训练2α粒子散射实验(多选)α粒子散射实验中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，少数发生了大角度偏转，只有极少数被反弹回来，如图所示。若反弹回来的α粒子速度大小几乎不变，则下列说法正确的是()A．碰撞反弹过程中，α粒子的动量变化量Δp＝0B．碰撞反弹过程中，α粒子的动能变化量ΔEk＝0C．极少数α粒子被反弹回来，是因为受到了核力的作用D．少数α粒子大角度偏转，是因为受到了金原子核的库仑力作用答案：BD解析：设α粒子的质量为m，速度为v，反弹回来的α粒子速度大小不变，方向反向，以反弹速度方向为正方向，则动量变化量为Δp＝mv－(－mv)＝2mv，故A错误；动能为标量，大小与速度方向无关，所以动能变化量ΔEk＝0，故B正确；极少数α粒子被反弹回来，是因为受到金原子核的库仑力作用，故D正确，C错误。故选BD。自主训练3原子的核式结构模型(多选)(2023·天津模拟预测)如图甲是J.J.汤姆孙的原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地分布在整个球体内，电子镶嵌在其中。甲图中的小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。J.J.汤姆孙的原子模型无法解释α粒子散射实验。如图乙是卢瑟福为解释α粒子散射实验假设的情景：占原子质量绝大部分的带正电的那部分物质应集中在很小的空间范围。下列说法中正确的是()A．α粒子的质量远大于电子的质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略B．入射方向的延长线越接近原子核的α粒子发生散射时的偏转角越大C．由不同元素对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的质量D．由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15m答案：ABD解析：α粒子的质量远大于电子的质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略，故A正确；入射方向的延长线越接近原子核的α粒子，所受库仑力就越大，发生散射时的偏转角就越大，故B正确；α粒子散射类似于碰撞，根据实验数据无法确定各种元素原子核的质量，故C错误；由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15m，故D正确。学生用书第341页考点二氢原子光谱1．光谱：用光栅或棱镜可以把物质发出的光按波长(频率)展开，获得波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。2．光谱分类3．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系，其波长公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\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．光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，因此可以用光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高，在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。自主训练1对光谱的认识(多选)对原子光谱，下列说法正确的是()A．线状谱和吸收光谱可用于光谱分析B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的发光光谱是相同的C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的发光光谱也不相同D．发光光谱可以用来鉴别物质中含哪些元素答案：AC解析：线状谱和吸收光谱都含有原子的特征谱线，因此可用于光谱分析，故A正确；各种原子都有自己的特征谱线，故B错误，C正确；发光光谱分为线状谱和连续谱，对线状谱进行光谱分析可鉴别物质组成，连续谱不能用于光谱分析，故D错误。自主训练2光谱分析(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是()A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱B．霓虹灯产生的是线状谱C．进行光谱分析时，只能用线状谱D．同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的答案：BD解析：太阳光谱是吸收光谱，可进行光谱分析，白炽灯光产生的是连续谱，不可进行光谱分析，故A错误；霓虹灯管内充有稀薄气体，产生的光谱为线状谱，故B正确；线状谱和吸收光谱均可进行光谱分析，且同一元素吸收光谱的暗线与线状谱的位置是一一对应的，故C错误，D正确。自主训练3巴耳末公式根据巴耳末公式，指出氢原子光谱在可见光范围内波长最长的2条谱线对应的n，它们的波长各是多少？氢原子光谱有什么特点？(结果保留1位小数，R∞＝1.10×107m－1)答案：654.5nm484.8nm见解析解析：能够引起人的视觉的可见光波长范围为400～700nm。由巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)知，当n＝3和4时对应波长较长当n＝3时，λ1≈654.5nm(λ1在可见光范围内)；当n＝4时，λ2≈484.8nm(λ2在可见光范围内)。氢原子在可见光范围内的谱线为不连续的亮线。1．三种光谱的比较产生条件光谱形式应用线状谱稀薄气体发光形成的光谱一些不连续的亮线组成，不同元素的亮线光谱不同(又叫特征光谱)可用于光谱分析连续谱炽热的固体、液体和高压气体发光形成的连续分布，一切波长的光都有不能用于光谱分析吸收光谱炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)可用于光谱分析2．氢原子光谱的特点在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。巴耳末对氢原子光谱在可见光区的四条谱线进行研究得到了下面的公式，该公式称为巴耳末公式。eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3，4，5，…)(1)公式中n只能取整数，不能连续取值，波长也只会是分立的值。(2)除了巴耳末系，氢原子光谱在红外光和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。学生用书第342页考点三玻尔理论能级跃迁1．玻尔原子理论(1)定态假设：当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，具有不同的能量，即原子的能量是量子化的。这些确定能量的稳定状态称为定态，在这些能量状态中，原子是稳定的，不向外辐射能量。(2)轨道量子化假设：原子不同的能量状态与电子绕核运动的不同轨道相对应，原子的能量是不连续的，电子的轨道也是不连续的。(3)频率条件当电子从能量较高的定态轨道(能量记为En)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为Em，m＜n)时，会放出能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝En－Em，此式称为频率条件，又称辐射条件。2．氢原子的能级图和能级公式(1)氢原子的能级图(2)能级和半径公式：①氢原子的能级公式：En＝eq\f(E1,n2)(n＝1，2，3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6_eV。②氢原子核外电子的轨道半径公式：rn＝n2r1(n＝1，2，3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r1＝0.53×10－10m。【高考情境链接】(2023·山东高考·改编)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。判断下列说法的正误：(1)原子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ吸收的光子能量为hν0。(√)(2)原子只要吸收的光子能量大于hν0就能跃迁至激发态能级Ⅱ。(×)(3)原子从能级Ⅱ跃迁至钟跃迁的上能级2放出光子的能量为hν1。(√)(4)该原子钟产生的钟激光的频率ν2＝ν0－ν1－ν3。(√)1．跃迁条件(1)从低能级(m)eq\o(→,\s\up10(跃迁))高能级(n)→吸收能量，hν＝En－Em。(2)从高能级(n)eq\o(→,\s\up10(跃迁))低能级(m)→放出能量，hν＝En－Em。2．电离(1)电离态：n＝∞，E＝0。(2)基态→电离态：E吸＞0－(－13.6eV)＝13.6eV。(3)激发态→电离态：E吸＞0－En＝eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(En))若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。学生用书第343页3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)。(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法。①用数学中的组合知识求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(n（n－1）,2)。②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。考向1一个氢原子与一群氢原子的能级跃迁(多选)氢原子能级图如图所示，可见光的光子能量范围为1.62～3.11eV。根据玻尔理论判断下列说法正确的是()A．一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光B．大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生3种不同频率的光C．大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，由n＝5能级向n＝4能级跃迁辐射出的光子的波长最长D．大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生3种不同频率的可见光答案：AC解析：一个处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可能发出5－1＝4种不同频率的光，故A正确；大量处在n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生Ceq\o\al(2,4)＝6种不同频率的光，故B错误；光子的频率越低，波长越长，大量处在n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，由n＝5能级向n＝4能级跃迁辐射出的光子的频率最低，则波长最长，故C正确；大量处在n＝3能级的氢原子向低能级跃迁时，能产生Ceq\o\al(2,3)＝3种不同频率的光子，可见光的光子能量范围为1.62～3.11eV，n＝3能级到n＝2能级跃迁释放的光子能量为[(－1.51)－(－3.4)]eV＝1.89eV，在可见光范围内，其他跃迁产生的光子能量不在1.62～3.11eV范围内，不属于可见光，故D错误。考向2两种氢原子的电离(2023·广东茂名一模)如图为氢原子能级示意图的一部分，已知当氢原子吸收能量大于或等于其所在能级与n＝∞能级的能级差时，氢原子将电离，吸收的多余能量将转化为电离的电子的动能，相反氢离子俘获电子时，可类似看为电离过程的“相反过程”。则下列说法正确的是()A．当处于基态的氢原子吸收光子能量发生电离时，光子能量必须恰好为13.6eVB．当处于基态的氢原子受到质子撞击时，当质子动能为13.6eV时，氢原子一定会电离C．当氢离子俘获电子形成氢原子时，会以光子形式释放能量，光子最大能量可能大于13.6eVD．当氢离子俘获电子形成氢原子时，会以光子形式释放能量，光子最小能量为0.54eV答案：C解析：氢原子吸收光子能量发生电离时，其吸收的光子能量大于或等于其所在能级与n＝∞能级的能级差，故A错误；当质子撞击氢原子时，质子的动能只有部分会被氢原子吸收，所以氢原子并不会电离，故B错误；当氢离子俘获电子形成氢原子时，相当于电子从n＝∞能级向低能级跃迁，当电子初始动能为零时，释放光子能量为能级差，当电子在n＝∞能级处动能不为零时，从n＝∞能级跃迁到n＝1能级时释放能量将大于13.6eV，故C正确；氢原子的激发态并不只有5个，释放光子的最小能量不一定是0.54eV，故D错误。故选C。考向3能级的多次跃迁问题氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.62～3.11eV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()A．12.09eV B．10.20eVC．1.89eV D．1.51eV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1.62～3.11eV的可见光，故ΔE＝－1.51eV－(－13.6)eV＝12.09eV，故选A。考向4能级跃迁与光电效应的综合(2023·辽宁高考)原子处于磁场中，某些能级会发生劈裂。某种原子能级劈裂前后的部分能级图如图所示，相应能级跃迁放出的光子分别设为①②③④。若用①照射某金属表面时能发生光电效应，且逸出光电子的最大初动能为Ek，则()A．①和③的能量相等B．②的频率大于④的频率C．用②照射该金属一定能发生光电效应D．用④照射该金属逸出光电子的最大初动能小于Ek答案：A解析：由题图可知①和③对应的跃迁能级差相同，可知①和③的能量相等，选项A正确；因②对应的能级差小于④对应的能级差，可知②的能量小于④的能量，根据E＝hν可知②的频率小于④的频率，选项B错误；因②对应的能级差小于①对应的能级差，可知②的能量小于①，②的频率小于①，则若用①照射某金属表面时能发生光电效应，用②照射该金属不一定能发生光电效应，选项C错误；因④对应的能级差大于①对应的能级差，可知④的能量大于①，即④的频率大于①，因用①照射某金属表面时能逸出光电子的最大初动能为Ek，根据Ek＝hν－W0，则用④照射该金属逸出光电子的最大初动能大于Ek，选项D错误。故选A。课时测评75原子结构eq\f(对应学生,用书P497)(时间：45分钟满分：60分)(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)(选择题1～6题，每题5分，7～11题，每题6分，共60分)1．根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图是α粒子散射实验的图景，图中实线表示α粒子的运动轨迹，下列说法正确的是()A．轨迹3是正确的B．轨迹2是正确的C．少部分的α粒子穿过金箔后仍沿原方向前进D．α粒子在轨迹3的电势能先减小后增大答案：A解析：在α粒子散射实验结果中，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来方向前进，极少数发生超过90°的大角度偏转，越靠近原子核，轨迹偏转越大，而题图中轨迹2的偏转程度超过轨迹3，故轨迹2错误，轨迹3正确；在轨迹3，原子核对α粒子先做负功再做正功，所以α粒子电势能先增大后减小，故A正确，B、C、D错误。2．(多选)将甲图的特殊楼梯的台阶编号比作乙图原子能级的量子数n，用一系列水平线表示原子的能级，相邻水平线之间的距离与相应的能级差成正比。这样的一系列水平线便构成乙图氢原子的能级图，下列说法正确的是()A．甲图台阶的间隔可以比作乙图的能级差B．乙图中的水平线呈现“上密下疏”的分布特点，当量子数很大时，水平线将很密集地“挤”在一起C．当量子数很大时，氢原子接近电离状态，量子化能量也逐渐趋于连续且接近某个正值D．对乙图，能量最低的状态为基态，高于基态的状态为激发态答案：ABD解析：题图甲台阶的间隔可以比作乙图的能级差，A正确；题图乙中的水平线呈现“上密下疏”的分布特点，当量子数很大时，水平线将很密集地“挤”在一起，B正确；当量子数很大时，氢原子接近电离状态，量子化能量也逐渐趋于连续且接近零，C错误；对题图乙，能量最低的状态为基态，高于基态的状态为激发态，D正确。故选ABD。3．(2023·湖北高考)2022年10月，我国自主研发的“夸父一号”太阳探测卫星成功发射。该卫星搭载的莱曼阿尔法太阳望远镜可用于探测波长为121.6nm的氢原子谱线(对应的光子能量为10.2eV)。根据如图所示的氢原子能级图，可知此谱线来源于太阳中氢原子()A．n＝2和n＝1能级之间的跃迁B．n＝3和n＝1能级之间的跃迁C．n＝3和n＝2能级之间的跃迁D．n＝4和n＝2能级之间的跃迁答案：A解析：由题图可知n＝2和n＝1的能级差之间的能量差值为ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－13.6eV))＝10.2eV，与探测器探测到的谱线能量相等，故可知此谱线来源于太阳中氢原子n＝2和n＝1能级之间的跃迁，A正确。4．2023年2月，我国自主研制的空间站双光子显微镜首获航天员皮肤三维图像。该种显微镜成像时，需要将介质分子从基态S0激发到激发态Sn，双光子显微镜是通过让介质分子同时吸收两个光子a实现此激发过程，如图甲所示；单光子显微镜是让介质分子只吸收一个光子b实现此激发过程，如图乙所示。则光子a和光子b的波长之比为()A．1∶1 B．2∶1C．4∶1 D．1∶2答案：B解析：将介质分子从基态S0激发到激发态Sn，两过程吸收的光子能量一样多2hνa＝hνb，则光子频率关系为eq\f(νa,νb)＝eq\f(1,2)，波长和频率成反比，故光子a和光子b的波长之比为2∶1。故选B。5．一群氢原子处于同一较高的激发态，它们向较低激发态或基态跃迁的过程中()A．可能吸收一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条暗线B．可能发出一系列频率不同的光子，形成光谱中的若干条亮线C．只吸收频率一定的光子，形成光谱中的一条暗线D．只发出频率一定的光子，形成光谱中的一条亮线答案：B解析：当原子由高能级向低能级跃迁时，原子将发出光子，由于不只是两个特定能级之间的跃迁，所以它可以发出一系列频率的光子，形成光谱中的若干条亮线，故B正确，A、C、D错误。6．如图为氢原子的能级示意图，现有一群氢原子处于n＝4的能级上，下列说法正确的是()A．该氢原子向低能级跃迁最多可发出8种频率的光子B．从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子波长最短C．该氢原子可以吸收能量为0.32eV的光子跃迁到n＝5的能级D．使该氢原子电离至少需要吸收0.85eV的能量答案：D解析：根据Ceq\o\al(2,4)＝6，可知一群处于n＝4能级的氢原子最多可发出6种频率的光子，故A错误；从n＝4能级跃迁到n＝3能级发出的光子的能量最小，根据ΔE＝hν＝heq\f(c,λ)，可知其波长最长，故B错误；该氢原子从低能级吸收能量跃迁到高能级，吸收光子的能量必须等于两个能级之间的差值，由能级示意图可知该氢原子可以吸收ΔE＝－0.54eV－(－0.85eV)＝0.31eV的光子跃迁到n＝5的能级，而不是0.32eV，故C错误；根据电离的定义，可得使该氢原子电离至少需要吸收的能量为ΔE′＝0－(－0.85eV)＝0.85eV，故D正确。故选D。7．如图所示，铯133原子基态有两个超精细能级，从能级2跃迁到能级1发出光子的频率约为9.2×109Hz，时间单位“秒”是根据该辐射光子的频率定义的。可见光波长范围为400～700nm。则()A．秒是国际单位制中的导出单位B．该跃迁辐射出的是γ射线C．铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于9.2×109HzD．用频率为9.2×109Hz的光照射锌板，能发生光电效应(锌板一般需要用紫外线照射才能发生光电效应)答案：C解析：秒是国际单位制中的基本单位，A错误；根据ν＝eq\f(c,λ)，可得可见光的频率范围为4.29×1014～7.5×1014Hz，该跃迁辐射出的电磁波频率小于可见光，所以该跃迁辐射出的电磁波不是γ射线，B错误；激发态与基态的能量差大于两个超精细能级之间的能量差，所以铯133从激发态向基态跃迁时辐射光子的频率大于9.2×109Hz，C正确；用可见光照射锌板，不能发生光电效应，因该光的频率小于可见光，故不能发生光电效应，D错误。8．(多选)为了解决光信号长距离传输中的衰减问题，常常在光纤中掺入铒元素。如图是铒离子的能级示意图，标识为4I13/2的铒离子处在亚稳态，不会立即向下跃迁：如果用光子能量约为2.03×10－19J的激光把处于基态能级4I15/2的铒离子激发到4I11/2能级，再通过“无辐射跃迁”跃迁到能级4I13/2，从而使该能级积聚的离子数远超过处于基态的离子数。当光纤中传输某波长的光波时，能使处在亚稳态能级的离子向基态跃迁，产生大量能量约为1.28×10－19J的光子，于是输出的光便大大加强了。根据上述资料你认为下列说法正确的是()A．无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为7.50×10－20JB．这种光纤传输任何频率的光信号衰减都能得到有效补偿C．大量处在4I11/2能级的铒离子向下跃迁能产生4种频率的光子D．上述情景发生时，光纤中传输的光信号波长约为1.55μm答案：AD解析：电子从轨道4I15/2跃迁到轨道4I11/2需要的能量E13＝2.03×10－19J，电子从轨道4I13/2跃迁到轨道4I15/2放出的能量E12＝1.28×10－19J，则无辐射跃迁中一个铒离子放出的能量约为E23＝E13－E12＝7.50×10－20J，故A正确；由E＝hν，可得这种光纤只有传输频率为eq\f(2.03×10－19J,h)的光信号衰减才能得到有效补偿，故B错误；大量处在4I11/2能级的铒离子向下跃迁有以下几种情况4I11/2→4I13/2、4I13/2→4I15/2、4I11/2→4I15/2，因为4I11/2能级跃迁到4I13/2能级是无辐射跃迁，所以不会放出光子，故处在4I11/2能级的铒离子向下跃迁能产生2种频率的光子，故C错误；由E12＝eq\f(hc,λ)，可得λ＝eq\f(hc,E12)，带入数据可解得光纤中传输的光信号波长约为1.55μm，故D正确。故选AD。9．(多选)处于较高能级的氢原子向较低能级跃迁时，能辐射出a、b两种可见光，a光照射某金属表面时有光电子逸出，b光照射该金属表面时没有光电子逸出，则()A．以相同的入射角射向一平行玻璃砖，a光的侧移量小于b光的B．垂直入射到同一单缝衍射装置，a光的衍射中央亮条纹宽度小于b光的C．a光和b光的频率之比可能是eq\f(20,27)D．a光子的动量大于b光子的答案：BD解析：根据题意可知a光频率高于b光频率，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，b光的折射率较小，以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光的折射角较大，所以b光侧移量小，即a光的侧移量大于b光的，A错误；频率越大，波长越小，通过同一单缝衍射装置时，中央亮条纹宽度越小，B正确；a光的频率大，故频率之比不可能为eq\f(20,27)，C错误；频率越大，波长越小，即λa＜λb，根据λ＝eq\f(h,p)可知pa＞pb，D正确。10．(多选)一定强度的激光(含有三种频率的复色光)沿半径方向入射到半圆形玻璃砖的圆心O点，如图甲所示。现让经过玻璃砖后的A、B、C三束光分别照射相同的光电管的阴极(如图乙所示)，其中C光照射时恰好有光电流产生，则()A．若用B光照射光电管的阴极，一定有光电子逸出B．若用A光和C光分别照射光电管的阴极，A光照射时逸出的光电子的最大初动能较大C．若入射光的入射角从图甲所示状态开始增大，C光比B光先消失D．若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光，则C光对应的激发态能级较低答案：BC解析：由题图甲可得，B光和C光为单色光，C光的折射率大，频率高；A光除了B、C光的反射光线外，还含有第三种频率的光，为三种光的复合光。C光照射光电管恰好有光电流产生，用B光照射同一光电管，不能发生光电效应，故A错误；A光为三种频率的复合光，但A光中某频率的光发生了全反射，其临界角最小，折射率最大，频率最高，则用A光和C光分别照射光电管的阴极时，A光照射时逸出的光电子的最大初动能较大，故B正确；根据sinC＝eq\f(1,n)可知，C光的临界角比B光小，若入射光的入射角从题图甲所示位置开始增大，C光比B光先消失，故C正确；C光的频率比B光大，根据能级跃迁规律可知，若是激发态的氢原子直接跃迁到基态辐射出B光、C光，则C光对应的激发态能级较高，故D错误。11．(多选)(2023·浙江1月选考)氢原子从高能级向低能级跃迁时，会产生四种频率的可见光，其光谱如图1所示。氢原子从能级6跃迁到能级2产生可见光Ⅰ，从能级3跃迁到能级2产生可见光Ⅱ。用同一双缝干涉装置研究两种光的干涉现象，得到如图2和图3所示的干涉条纹。用两种光分别照射如图4所示的实验装置，都能产生光电效应。下列说法正确的是()A．图1中的Hα对应的是ⅠB．图2中的干涉条纹对应的是ⅡC．Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量D．P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大答案：CD解析：根据题意和氢原子发生能级跃迁时的公式Em－En＝hν＝eq\f(hc,λ)，可知可见光Ⅰ的频率大、波长小，可见光Ⅱ的频率小、波长大，则题图1中的Hα对应的是可见光Ⅱ，故A错误；干涉条纹间距公式为Δx＝eq\f(l,d)λ，题图2中间距较小，则波长较小，对应的是可见光Ⅰ，故B错误；光子动量为p＝eq\f(h,λ)，可知Ⅰ的光子动量大于Ⅱ的光子动量，故C正确；根据光电效应方程及动能定理可得eUc＝hν－W0，可知频率越大，遏止电压越大，则P向a移动，电流表示数为零时Ⅰ对应的电压表示数比Ⅱ的大，故D正确。学生用书第344页第3讲原子核[课标要求]1．了解原子核的组成和核力的性质，知道四种基本相互作用，能根据质量数守恒和电荷数守恒写出核反应方程。2．了解放射性和原子核衰变，知道半衰期及其统计意义，了解放射性同位素的应用，知道射线的危害与防护。3．认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应，关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。考点一原子核的衰变半衰期1．天然放射现象(1)天然放射现象：放射性元素自发地发出射线的现象。首先由贝克勒尔发现，天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。放出的射线有α射线、β射线、γ射线三种。(2)放射性同位素的应用与防护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两类，放射性同位素的化学性质相同。②应用：工业测厚、放射治疗、作为示踪原子等。2．三种射线的比较名称构成符号电荷量质量电离能力穿透能力α射线氦核eq\o\al(4,2)He2e4u最强较弱β射线电子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u较弱较强γ射线光子γ00最弱最强3．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。(2)基本关系①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝中性原子的核外电子数。②质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数。4．放射性元素的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。②规律：电荷数和质量数都守恒。③分类α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He，例：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(A,Z)X→AZ＋1Y＋eq\o\al(0,－1)e，例：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。②影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。③公式：N＝N0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(\f(t,τ))，m余＝m0·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(\f(t,τ))。【高考情境链接】(2023·浙江1月选考·改编)宇宙射线进入地球大气层与大气作用会产生中子，中子与大气中的氮14会产生以下核反应：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(14,6)C＋eq\o\al(1,1)H，产生的eq\o\al(14,6)C能自发进行β衰变，其半衰期为5730年，利用碳14的衰变规律可推断古木的年代。判断下列说法的正误：(1)eq\o\al(14,6)C发生β衰变时新原子核质量数不变，电荷数加1。(√)(2)发生β衰变时一个中子转化为一个质子和一个电子。(√)(3)高温高压会引起eq\o\al(14,6)C的半衰期发生微小变化。(×)(4)经过两个半衰期，古木样品的eq\o\al(14,6)C含量为活体植物的eq\f(1,4)。(√)学生用书第345页1．确定衰变次数的方法(1)设放射性元素eq\o\al(A,Z)X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素eq\o\al(A′,Z′)Y，则表示该核反应的方程为eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e。根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(A＝A′＋4n,Z＝Z′＋2n－m))(2)因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据电荷数确定β衰变的次数。2．α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒考向1半衰期的有关计算放射性同位素钍eq\o\al(232,90)Th经一系列α、β衰变后生成氡eq\o\al(220,86)Rn，以下说法正确的是()A．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2B．eq\o\al(220,86)Rn的半衰期约为1分钟，所以2分钟后1geq\o\al(220,86)Rn原子核就将全部衰变完C．放射性元素钍eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子数少4D．钍eq\o\al(232,90)Th衰变成氡eq\o\al(220,86)Rn一共经过3次α衰变和2次β衰变答案：D解析：每经过一次α衰变原子核的质量数会减少4，A错误；经过两个半衰期，eq\o\al(220,86)Rn原子核剩余的质量m余＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\s\up8(2)m＝eq\f(1,4)m，B错误；放射性元素钍eq\o\al(232,90)Th的原子核的中子数232－90＝142，氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子数220－86＝134，所以放射性元素钍eq\o\al(232,90)Th的原子核比氡eq\o\al(220,86)Rn原子核的中子数多8，故C错误；钍eq\o\al(232,90)Th衰变成氡eq\o\al(220,86)Rn，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D正确。考向2衰变次数的确定(多选)(2023·福建5月质检)eq\o\al(238,92)U经过若干次α衰变和β衰变后变为eq\o\al(206,82)Pb，下列说法正确的是()A．α射线的穿透能力比β射线的强B．α射线的电离能力比β射线的弱C．eq\o\al(238,92)U比eq\o\al(206,82)Pb多22个中子D．衰变过程中共发生了8次α衰变和6次β衰变答案：CD解析：根据α、β、γ三种射线特点可知，α射线的电离本领最强，穿透本领最低，故A、B错误；eq\o\al(238,92)U与eq\o\al(206,82)Pb的中子数之差(238－206)－(92－82)＝22个，故C正确；在α衰变的过程中，电荷数少2，质量数少4，在β衰变的过程中，电荷数多1，有2m－n＝10，4m＝32，解得m＝8，n＝6，故D正确。故选D。考向3磁场中原子核的衰变与动量守恒定律的综合(多选)(2023·湖南郴州二模)云室中能显示射线的径迹，加匀强磁场，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向和半径大小就能判断粒子的属性，天然放射性元素的原子核X静止在匀强磁场A点，发生衰变放射出粒子并变成新原子核Y，放射出的粒子与新核运动轨迹如图所示，测得两外切圆的半径之比R1∶R2＝42∶1；假设衰变释放的能量全部转化成粒子和新核的动能。下列说法正确的是()A．原子核X的核电荷数为86B．该衰变放出的是α粒子C．该衰变放出的是β粒子D．该核反应过程动量守恒答案：ABD解析：原子核衰变时，除了相互作用力之外，系统受到的合外力为零，动量守恒。由动量守恒定律得m1v1＋m2v2＝0，所以两新核衰变后运动方向相反，根据轨迹外切，说明两新核带同种电荷，所以该衰变属于α衰变，根据牛顿第二定律得qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)，所以有R1∶R2＝q2∶q1，因为α粒子电量较小，所以R1是α粒子半径，因为α粒子核电荷数为2，所以原子核Y的核电荷数为84，原子核X的核电荷数为86。故选ABD。学生用书第346页考点二核反应类型与核反应方程1．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。(2)特点①裂变过程中释放出巨大能量。②裂变的同时能够释放出2～3(或更多)个中子。③裂变的产物不是唯一的。对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小。(3)典型的裂变反应方程：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。(4)链式反应：由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。(5)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。(6)裂变的应用：原子弹、核反应堆。(7)反应堆构造：核燃料、慢化剂、控制棒、防护层。2．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。(2)特点①产能效率高；②燃料的储量丰富；③安全、清洁。(3)典型的聚变反应方程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。【高考情境链接】(2023·湖南高考·改编)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步。判断下列说法的正误：(1)相同质量的核燃料，轻核聚变比重核裂变释放的核能更多。(√)(2)氘氚核聚变的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(0,－1)e。(×)(3)核聚变的核反应燃料主要是铀235。(×)(4)核聚变反应过程中没有质量亏损。(×)1．核反应过程的四种类型类型可控性核反应方程典例衰