2025新高考方案一轮物理第十五章 原子物理

2025新高考方案一轮物理第十五章原子物理第十五章原子物理基础落实课第1讲光电效应波粒二象性第2讲原子结构原子核第1讲光电效应波粒二象性(基础落实课)一、黑体辐射能量子1．黑体、黑体辐射的实验规律(1)黑体：能够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有关，还与材料的及表面状况有关。②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有，另一方面，辐射强度的极大值向波长较的方向移动，如图所示。2．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，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大小：ε＝，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。h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。二、光电效应1．光电效应现象(1)定义：在光的照射下，金属中的从表面逸出的现象，逸出的电子叫作。(2)产生条件：入射光的频率金属的极限频率。2．光电效应的四条规律(1)每种金属都有一个频率，入射光的频率必须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无关，只随入射光频率的增大而。(3)光电效应的发生几乎是的。(4)当入射光的频率大于截止频率时，入射光越强，单位时间内逸出的电子数越多，饱和光电流。三、爱因斯坦的光电效应理论1．光子说在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光子，光子的能量ε＝。2．爱因斯坦光电效应方程(1)表达式：Ek＝hν－。(2)各量的意义：①ν：照射光的频率。②W0：为逸出功，指使电子脱离某种金属所做功的最小值。③Ek：为光电子的最大初动能，指发生光电效应时，金属表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。(3)公式的意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能Ek＝。四、光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有性。(2)光电效应说明光具有性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的性。2．物质波(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵循波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率的地方，暗条纹是光子到达概率的地方，因此光波又叫概率波。(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＝，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。理解判断(1)黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加，辐射强度极大值向波长较短的方向移动。()(2)光子和光电子都是实物粒子。()(3)只要入射光的强度足够大，或照射时间足够长，就可以使金属发生光电效应。()(4)从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小。()(5)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比。()(6)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。()(7)光电效应现象、康普顿效应都说明了光具有粒子性。()(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子也具有波动性。()逐点清(一)光电效应规律的理解及应用1．与光电效应有关的五组概念对比(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。(3)光电流与饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，而光子能量E＝hν。(5)光的强度与饱和光电流：频率相同的光照射金属产生光电效应，入射光越强，饱和光电流越大，但不是简单的正比关系。2．光电效应的两条分析思路(1)入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。3．光电效应中三个重要关系(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与截止频率νc的关系：W0＝hνc。[考法全训]考法1对光子说的理解1．(2023·海南高考)(多选)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)考法2光电效应规律的研究2．(2024·重庆模拟)用如图所示装置进行光电效应实验：用频率为ν的单色光照射金属K，滑动变阻器的滑片P与固定端O都在中央位置时，灵敏电流计G中有电流通过。下列说法正确的是()A．增大该单色光的强度，灵敏电流计G示数一定增大B．滑片P向a端移动过程中，灵敏电流计G示数一定不断增大C．滑片P向a端移动可测遏止电压UcD．换用频率小于ν的单色光照射金属K，灵敏电流计G中一定没有电流通过考法3爱因斯坦光电效应方程的应用3．(2024·南通高三第一次调研)美国物理学家密立根用如图所示的装置测量光电效应中的几个重要物理量。已知电子的电荷量e＝1.60×10－19C。(1)开关S断开时，用单色光照射光电管的K极，电流表的读数I＝1.76μA。求单位时间内打到A极的电子数N；(2)开关S闭合时，用频率ν1＝5.8×1014Hz和ν2＝6.8×1014Hz的单色光分别照射光电管的K极，调节滑动变阻器，电压表示数分别为U1＝0.13V和U2＝0.53V时，电流表的示数刚好减小到零。求普朗克常量h。逐点清(二)光电效应的图像及应用光电效应四类图像对比图像名称图线形状读取信息最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线①截止频率(极限频率)：横轴截距②逸出功：纵轴截距的绝对值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：横轴截距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＝ke颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc：横轴截距②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能：Ek＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系图线①遏止电压Uc1、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2[考法全训]考法1Ek-ν图像1．金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015Hz的单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则下列说法正确的是()A．钛的极限频率为2.5×1015HzB．钛的逸出功为6.63×10－19JC．随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比考法2Uc-ν图像2．(鲁科版教材选择性必修3，P149练习T4)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ν的关系如图所示。若该直线的斜率和纵轴截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，试用上述物理量表示普朗克常量和所用材料的逸出功大小。3．(2022·河北高考)如图是密立根于1916年发表的钠金属光电效应的遏止电压Uc与入射光频率ν的实验曲线，该实验直接证明了爱因斯坦光电效应方程，并且第一次利用光电效应实验测定了普朗克常量h。由图像可知()A．钠的逸出功为hνcB．钠的截止频率为8.5×1014HzC．图中直线的斜率为普朗克常量hD．遏止电压Uc与入射光频率ν成正比|考|教|衔|接|注重科学探究、激发创新精神是上述两题共同的命题立意所在。两题均聚焦“普朗克常量”这一物理学史，在考查学生基本知能的同时，隐性渗透科学探究、科学思维核心素养，激发学生由已知探未知的进取精神，彰显了“小考题、大立意”的命题智慧。这才是高考“为国选才”的深层内涵。考法3同频率入射光的I-U图像4．(2024·石家庄模拟)某研究小组用图甲所示光电效应实验的电路图，来研究两个光电管a、b用同一种光照射情况下的光电流与电压的关系，测得两光电管a、b两极间所加电压U与光电流I的关系如图乙所示。则有关这两个光电管的说法正确的是()A．a的饱和光电流大，所以照射光电管a的光子能量大B．照射光电管b时产生光电子的最大初动能大C．照射两光电管时光电管b产生光电子需要的时间较长D．光电管a阴极所用金属的极限频率小考法4不同频率入射光的I-U图像5．(2024·沈阳模拟)如图所示为光电效应演示实验中，用a、b、c三束光照射某金属得到的电流与电压之间的关系曲线。下列说法正确的是()A．同一介质中a光的波长大于c光的波长B．同一介质中a光的速度小于c光的速度C．a光的光照强度小于b光的光照强度D．a光照射时光电子最大初动能最大逐点清(三)对波粒二象性、物质波的理解|题|点|全|练|1．[对康普顿效应的理解](2024·青岛模拟)实验表明：光子与速度不太大的电子碰撞发生散射时，光的波长会变长或者不变，这种现象叫康普顿散射，该过程遵循能量守恒定律和动量守恒定律。如果电子具有足够大的初速度，以至于在散射过程中有能量从电子转移到光子，则该散射被称为逆康普顿散射，这一现象已被实验证实。关于上述逆康普顿散射，下列说法中正确的是()A．该过程不遵循能量守恒定律B．该过程不遵循动量守恒定律C．散射光中存在波长变长的成分D．散射光中存在频率变大的成分2．[对物质波的理解](2022·浙江1月选考)(多选)电子双缝干涉实验是近代证实物质波存在的实验。如图所示，电子枪持续发射的电子动量为1.2×10－23kg·m/s，然后让它们通过双缝打到屏上。已知电子质量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列说法正确的是()A．发射电子的动能约为8.0×10－15JB．发射电子的物质波波长约为5.5×10－11mC．只有成对电子分别同时通过双缝才能发生干涉D．如果电子是一个一个发射的，仍能得到干涉图样3．[对波粒二象性的理解](多选)物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减小入射光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝。实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些如图甲所示不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现如图丙所示规则的干涉条纹。对于这个实验结果的认识正确的是()A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B．单个光子的运动没有确定的轨道C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D．只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性|精|要|点|拨|1．对光的波粒二象性的理解从数量上看个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量光子的作用效果往往表现为波动性从频率上看频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性波动性与粒子性的统一由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝eq\f(h,λ)可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ2．物质波(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫作物质波，也叫德布罗意波。(2)物质波的波长：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，h是普朗克常量。作业评价：请完成配套卷P462课时跟踪检测(七十一)第2讲原子结构原子核(基础落实课)一、原子的核式结构模型1．电子的发现：英国物理学家发现了电子。2．α粒子散射实验(1)装置：1909年，英国物理学家和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验装置如图所示。(2)现象：实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿的方向前进，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”。(如图所示)3．原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的和几乎全部都集中在核里，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。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，获得光的(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：巴耳末系是氢光谱在可见光区的谱线，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，可以用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。三、玻尔的原子模型1．玻尔原子模型的三条假设定态假设原子只能处于一系列的能量状态中，在这些能量状态中原子是的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量跃迁假设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，光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝。(m<n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)轨道假设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对应。原子的定态是的，因此电子的轨道半径也是的2．氢原子的能量和能级跃迁(1)氢原子的能级图：如图所示。(2)能级和半径公式：半径公式rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态轨道半径，其数值为r1＝0.53×10－10m能级公式En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝eV四、天然放射现象和原子核1．天然放射现象(1)发现：由法国物理学家发现。(2)概念：放射性元素地发出射线的现象。(3)意义：天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的。2．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。质子带正电，中子不带电。(2)原子核的符号：eq\o\al(A,Z)X，其中A表示，Z表示核的电荷数(即原子序数)。(3)基本关系①电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的。②质量数(A)＝＝质子数＋中子数。3．原子核的衰变、半衰期(1)原子核的衰变①概念：原子核自发地放出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分类：α衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋；β衰变：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋。注意：γ射线是伴随原子核发生α衰变或β衰变而产生的。③规律：a.质量数守恒；b.电荷数守恒。(2)半衰期①定义：放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间。②影响因素：放射性元素的半衰期是由核自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件。(3)公式：N余＝N原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。4．放射性同位素(1)放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素两类，一种元素的各种放射性同位素的化学性质相同。(2)应用：射线测厚仪、放射治疗、培优保鲜、等。(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。5．核力和核能(1)核力①概念：原子核内部，所特有的相互作用力。②特点：核力是强相互作用力、短程力，只发生在相邻的核子间。(2)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们需要的能量，叫作原子核的结合能，也叫核能。(3)比结合能：原子核的结合能与之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。(4)质能关系①爱因斯坦质能方程：E＝mc2。②核能的释放：核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其释放的能量ΔE＝。③核能的吸收：原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。6．裂变反应和聚变反应(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。③链式反应：重核裂变产生的使核裂变反应一代接一代继续下去的过程。④临界体积和临界质量：核裂变物质能够发生的最小体积及其相应的质量。⑤裂变的应用：、核反应堆。⑥反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。(2)轻核聚变①定义：两个轻核结合成的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫。②典型的核聚变反应方程：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。理解判断(1)α粒子散射实验中α粒子发生大角度偏转是与电子正碰造成的。()(2)原子中绝大部分是空的，原子核很小。()(3)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。()(4)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。()(5)氢原子各能级的能量指电子绕核运动的动能。()(6)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。()(7)β衰变中的电子来源于原子核外电子。()(8)如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。()(9)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。()(10)原子核的结合能越大，原子核越稳定。()逐点清(一)原子的核式结构|题|点|全|练|1．[α粒子散射实验现象](多选)α粒子散射实验是近代物理学中经典的实验之一，卢瑟福通过该实验证实了原子的核式结构模型，其实验装置如图所示。下列说法正确的是()A．荧光屏在C位置的亮斑比在A、B位置的亮斑少B．该实验说明原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上C．荧光屏在B位置的亮斑比在A位置的亮斑多D．该实验说明原子质量均匀地分布在原子内2．[α粒子散射实验分析](2024·沧州模拟)1909年，物理学家卢瑟福和他的学生用α粒子轰击金箔，研究α粒子被散射的情况，实验用高速的α射线轰击厚度为微米级的金箔，发现绝大多数的α粒子都照直线穿过薄金箔，偏转很小，但有少数α粒子发生角度较大的偏转，极少数α粒子偏转角大于90°，甚至观察到有些α粒子偏转角接近180°，其散射情境如图所示。关于α粒子散射实验，下列说法正确的是()A．实验的目的是想证明原子具有核式结构模型B．实验中α粒子穿过金箔发生偏转的原因是受到电子对它的库仑力作用C．极少数α粒子发生大角度偏转，是原子内部两侧的正电荷对α粒子的斥力不相等造成的D．由实验数据可以估算出金原子核的直径数量级|精|要|点|拨|分析原子的核式结构模型所用的规律(1)库仑定律：F＝keq\f(q1q2,r2)，可以用来确定电子和原子核、α粒子和原子核间的相互作用力。(2)牛顿运动定律和圆周运动规律：可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题。(3)功能关系及能量守恒定律：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题。逐点清(二)氢原子能级与能级跃迁细作1氢原子的能级跃迁问题1．(鲁科版教材选择性必修3，P101例题)氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝1的能级，所辐射光子的能量、频率和波长分别是多少？(已知氢原子在基态的能量E1＝－13.6eV，元电荷e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s)2．(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|考|教|衔|接|教材题是理论知识，高考题是具体应用，这是考教衔接的应有之意。两题均考查了玻尔理论的跃迁假设规律，需应用hν＝Em－En和c＝νλ求解，高考题以莱曼阿尔法太阳望远镜为素材，结合我国最新的科技前沿命制试题，凸显我国科技成就，增强科技自信，树立学生科技强国的社会责任感。一点一过1．定态间的跃迁——满足能级差(1)eq\x(\a\al(从低能级,n小))eq\o(→,\s\up7(跃迁),\s\do5())eq\x(\a\al(高能级,n大))→eq\x(\a\al(吸收能量,hν＝En大－En小))(2)eq\x(\a\al(从高能级,n大))eq\o(→,\s\up7(跃迁),\s\do5())eq\x(\a\al(低能级,n小))→eq\x(\a\al(放出能量,hν＝En大－En小))2．氢原子跃迁时能量的变化规律(1)电子动能随r增大而减小。(2)当轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大。反之，当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小。细作2谱线条数的确定3．氢原子的能级图如图所示，下列说法正确的是()A．玻尔的原子理论认为电子绕原子核旋转的轨道是连续的B．用能量为11eV的光子照射处于基态的氢原子可以使之发生跃迁C．大量处于n＝3能级的氢原子，最多可向外辐射2种不同频率的光子D．一个处于n＝3能级的氢原子，最多可向外辐射2种不同频率的光子一点一过谱线条数的确定方法(1)一个处于n能级的氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为(n－1)。(2)一群处于n能级的氢原子跃迁可能发出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(nn－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。细作3受激跃迁与电离4．(2024·大连模拟)“北斗三号”采用星载氢原子钟，该钟数百万年到一千万年才有1s误差。氢原子的部分能级结构如图所示，则下列说法正确的是()A．用动能为14eV的电子轰击处于基态的氢原子，一定不能使其跃迁到激发态B．氢原子由基态跃迁到激发态后，核外电子动能减小，原子的电势能增大C．某个处于基态的氢原子可以吸收12.09eV的光子，发出3种不同频率的光D．处于基态的氢原子只能吸收13.6eV的能量实现电离一点一过1．受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量(1)光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差，hν＝ΔE。(2)碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE。2．电离：由基态或低能级→电离态(1)基态→电离态：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV电离能。(2)n＝2能级→电离态：E吸＝0－E2＝3.4eV。(3)如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能。细作4能级跃迁与光电效应的综合5．(2024·文昌模拟)已知金属锌的逸出功为3.34eV，氢原子能级分布如图所示，氢原子从n＝3能级跃迁到n＝1能级可产生a光，从n＝2能级跃迁到n＝1能级可产生b光。a光和b光的波长分别为λa和λb。现用a、b光分别照射到金属锌表面均可产生光电效应，遏止电压分别为Ua和Ub。下列说法中正确的是()A．λa<λbB．Ua<UbC．a光的光子能量为3.4eVD．b光照射到金属锌表面产生的光电子的最大初动能为8.75eV一点一过能级跃迁与光电效应综合问题解题思路1．确定自发跃迁中释放的能量由高能级跃迁到低能级，释放能量，发出光子，光子的能量和频率满足hν＝ΔE＝E高－E低。2．比较释放光子的能量与金属逸出功的大小(1)若能级跃迁释放的光子的能量小于金属的逸出功，则不能发生光电效应。(2)若能级跃迁释放的光子的能量大于金属的逸出功，则可以发生光电效应。并进一步确定光电效应中光电子的最大初动能及遏止电压的大小。逐点清(三)原子核的衰变与半衰期细作1三种射线的性质和特点1．(2023·广东高考)理论认为，大质量恒星塌缩成黑洞的过程，受核反应eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影响。下列说法正确的是()A．Y是β粒子，β射线穿透能力比γ射线强B．Y是β粒子，β射线电离能力比γ射线强C．Y是α粒子，α射线穿透能力比γ射线强D．Y是α粒子，α射线电离能力比γ射线强一点一过三种射线的成分和性质名称构成符号电荷量质量电离作用穿透能力α射线氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最强最弱β射线电子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u较强较强γ射线光子γ00最弱最强细作2α、β衰变及衰变次数的确定2．(人教版教材选择性必修3，P114练习T2)eq\o\al(238,92)U(铀核)衰变为eq\o\al(222,86)Rn(氡核)要经过几次α衰变，几次β衰变？3．(鲁科版教材选择性必修3，P119练习T4)放射性同位素eq\o\al(232,90)Th经α、β衰变会生成eq\o\al(220,86)Rn，其衰变方程为eq\o\al(232,90)Th→eq\o\al(220,86)Rn＋xα＋yβ，求x和y的值。4．(2023·重庆高考)原子核eq\o\al(235,92)U可以经过多次α和β衰变成为稳定的原子核eq\o\al(207,82)Pb，在该过程中，可能发生的β衰变是()A.eq\o\al(223,87)Fr→eq\o\al(223,88)Ra＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(213,83)Bi→eq\o\al(213,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(225,88)Ra→eq\o\al(225,89)Ac＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(218,84)Po→eq\o\al(218,85)At＋eq\o\al(0,－1)e|考|教|衔|接|以上三题均考查了原子核衰变规律，人教版练习题问法比较直接，鲁科版练习题问法相对间接，重庆高考题问法比较隐晦，需要判断发生α衰变和β衰变的次数，根据中间生成的新核的质量数判断可能发生的β衰变。本书这样的编排设计，旨在体现梯度进阶式学习，让学生理清弄明，解一组题通一类题，力避让学生盲目、重复刷题。同时高考题也体现了实事求是的科学态度，衰变的反应物和生成物不能凭空捏造，要遵循客观事实。一点一过衰变次数的两种确定方法(1)根据质量数和电荷数守恒列方程组求解若eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e则A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m解以上两式即可求出m和n。(2)因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数。细作3半衰期的理解与计算5．(2024年1月·广西高考适应性演练)锝99m在医疗诊断中被广泛用作显像剂或示踪剂，质量为m0的锝99m经过12h后剩余锝99m的质量为eq\f(m0,4)，它的半衰期为()A．3h B．6hC．9h D．12h一点一过对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言。(2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。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，τ表示半衰期。细作4原子核衰变与动量守恒的综合问题6．(2024·长沙模拟)地球大气层中的氧受宇宙射线轰击散裂后产生的eq\o\al(10,4)Be衰变时放出β射线。若铍核eq\o\al(10,4)Be在垂直纸面向里的匀强磁场中做匀速圆周运动(运动轨迹未画出)，到P点时发生衰变，衰变后产生的粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，图中r＝4a。下列关于eq\o\al(10,4)Be衰变前在磁场中的运动轨迹描述正确的是()A．顺时针转动，轨道半径为10aB．顺时针转动，轨道半径为7aC．逆时针转动，轨道半径为11aD．逆时针转动，轨道半径为10a一点一过原子核在磁场中衰变后运动分析静止原子核在匀强磁场中自发衰变，如果产生的新核和放出的粒子的速度方向与磁场方向垂直，则它们的运动轨迹为两相切圆，α衰变时两圆外切，β衰变时两圆内切，根据动量守恒定律有m1v1＝m2v2，又r＝eq\f(mv,qB)，则半径小的为新核，半径大的为α粒子或β粒子，其特点对比如下表：α衰变eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He匀强磁场中轨迹：两圆外切，α粒子半径大β衰变eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e匀强磁场中轨迹：两圆内切，β粒子半径大逐点清(四)核反应方程1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变自发eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工转变人工控制eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(14,8)O＋eq\o\al(1,1)H(卢瑟福发现质子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克发现中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e重核裂变比较容易进行人工控制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)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n轻核聚变很难控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2．核反应方程的书写(1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律。(2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义。(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子、α粒子等。[考法全训]考法1核反应生成物的分析1．(2023·全国甲卷)在下列两个核反应方程中：X＋eq\o\al(14,7)N→Y＋eq\o\al(17,8)O、Y＋eq\o\al(7,3)Li→2X，X和Y代表两种不同的原子核，以Z和A分别表示X的电荷数和质量数，则()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4考法2核反应类型分析2．(2024·成都模拟)我们在地球上获取和消耗的能量，绝大部分来自太阳内部核聚变释放的核能。下列核反应方程中，属于核聚变的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Tu＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al