2018-2019学年高中一轮复习物理教案第十一章近代物理初步

第十一章eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,))近代物理初步第1节波粒二象性(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)要使某金属发生光电效应，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。(×)(5)光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。(√)(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。(×)(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应，证实了光的粒子性。(√)(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。(√)突破点(一)对光电效应的理解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。光子是光电效应的因，光电子是果。(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；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。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。(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。(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。2．光电效应的研究思路(1)两条线索：(2)两条对应关系：eq\x(光强大)→eq\x(光子数目多)→eq\x(发射光电子多)→eq\x(光电流大)eq\x(光子频率高)→eq\x(光子能量大)→eq\x(光电子的最大初动能大)[题点全练]1．[多选]关于光电效应，下列说法正确的是()A．发生光电效应时，光电子的最大初动能一定等于金属的逸出功B．一般而言，用给定的单色光照射不同的金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同C．用不同频率的单色光照射同一金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同D．用单色光照射某金属没有发生光电效应，增加该单色光的强度，有可能发生光电效应解析：选BC根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，发生光电效应时，光电子的最大初动能不一定等于金属的逸出功，故A错误；不同的金属逸出功不同，根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，用给定的单色光照射不同的金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同，故B正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，用不同频率的单色光照射同一金属，若都能发生光电效应，则光电子的最大初动能不同，故C正确；能否发生光电效应与入射光的强度无关，故D错误。2．[多选](2017·海南高考)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1＞λ2＞λ3)。分别用这三束光照射同一种金属。已知用光束2照射时，恰能产生光电子。下列说法正确的是()A．用光束1照射时，不能产生光电子B．用光束3照射时，不能产生光电子C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大解析：选AC依据波长与频率的关系：λ＝eq\f(c,ν)，因λ1＞λ2＞λ3，那么ν1＜ν2＜ν3；由于用光束2照射时，恰能产生光电子，因此用光束1照射时，不能产生光电子，而光束3照射时，一定能产生光电子，故A正确，B错误；用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多，而由光电效应方程：Ekm＝hν－W，可知，光电子的最大初动能与光的强弱无关，故C正确，D错误。3．[多选]在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用蓝色弧光灯照射锌板时，验电器的指针张开了一个角度，如图所示，则()A．验电器指针带正电B．验电器指针带负电C．改用紫色弧光灯照射锌板时，原来不带电的验电器的指针能张开一个角度D．改用黄色弧光灯照射锌板时，只要光足够强，原来不带电的验电器的指针一定能张开一个角度解析：选AC锌板在弧光灯照射下，发生光电效应，有光电子逸出，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，导致指针带正电，故A正确，B错误；改用紫色弧光灯照射锌板时，紫光频率大于蓝光，那么原来不带电的验电器，其指针会张开一个角度，故C正确；当增大光的强度，而光的频率不变，能量不变，黄光的频率小于蓝光的频率，根据光电效应方程可知，原来不带电的验电器的指针一定不会张开一个角度，故D错误。突破点(二)爱因斯坦的光电效应方程及应用1．三个关系(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可以利用光电管实验的方法测得，即Ek＝eUc，其中Uc是遏止电压。(3)光电效应方程中的W0为逸出功，它与极限频率νc的关系是W0＝hνc。2．四类图像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)：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：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)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[典例](2018·泰州三模)一光电管的阴极K用截止频率为ν的金属铯制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U。用波长为λ的单色光射向阴极，产生了光电流。已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c。求：(1)金属铯的逸出功W；(2)光电子到达阳极的最大动能Ek。[解析](1)金属铯的逸出功W＝hν。(2)根据光电效应方程知，光电子的最大初动能Ekm＝heq\f(c,λ)－W＝heq\f(c,λ)－hν，根据动能定理得，eU＝Ek－Ekm，解得光电子到达阳极的最大动能Ek＝eU＋Ekm＝eU＋heq\f(c,λ)－hν。[答案](1)hν(2)eU＋heq\f(c,λ)－hν[易错提醒]应用光电效应方程时的注意事项1．每种金属都有一个截止频率，入射光频率大于这个截止频率时才能发生光电效应。2．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，即hνc＝heq\f(c,λc)＝W0。3．应用光电效应方程Ek＝hν－W0时，注意能量单位电子伏和焦耳的换算(1eV＝1.6×10－19J)。[集训冲关]1.[多选](2018·南通期末)如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，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3ED．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根据光电效应方程有：Ek＝hν－W其中W为金属的逸出功：W＝hν0所以有：Ek＝hν－hν0，由此结合图像可知，该金属的逸出功为E，或者W＝hν0，故A、B正确；当入射光的频率为2ν0时，代入方程可知产生的光电子的最大初动能为E，故C错误；若入射光的频率为eq\f(ν0,2)时，小于极限频率，不能发生光电效应，故D错误。2．[多选]如图甲所示，在光电效应实验中，某同学用相同频率的单色光，分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管，结果都能发生光电效应。图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图像。对于这两个光电管，下列判断正确的是()A．因为材料不同逸出功不同，所以遏止电压Uc不同B．光电子的最大初动能不同C．因为光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，饱和光电流也可能相同D．两个光电管的Uc­ν图像的斜率可能不同解析：选ABC根据光电效应方程有Ekm＝hν－W0根据能量守恒定律得：eUc＝Ekm联立得：eUc＝hν－W0即Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知入射光的频率相同，逸出功W0不同，则遏止电压Uc也不同，故A正确；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，相同的频率，不同的逸出功，则光电子的最大初动能也不同，故B正确；虽然光的频率相同，但光强不确定，所以单位时间逸出的光电子数可能相同，而饱和光电流可能相同，故C正确；由Uc＝eq\f(hν,e)－eq\f(W0,e)，可知，Uc­ν图像的斜率k＝eq\f(h,e)＝常数，所以两个光电管的Uc­ν图像的斜率一定相同，故D错误。3．[多选](2018·镇江模拟)含有光电管的电路如图(a)所示，(b)图是用甲、乙、丙光照射光电管得到的I­U图线，Uc1、Uc2表示遏止电压，下列说法正确的是()A．(a)图中光电管两端的电压为反向电压B．甲、乙光的频率相等C．甲光照射时光电子的最大初动能比乙光照射时光电子的最大初动能大D．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使此光电管发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光也不能使此光电管发生光电效应解析：选BD由电路图可知，逸出的光电子在电场力作用下做正功，则光电管两端电压为正向电压，故A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大。甲、乙两光的遏止电压相等，所以甲、乙两光的频率相等，故B正确，C错误；若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使此光电管发生光电效应，说明辐射的光子能量仍小于金属的逸出功，当氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光更小于金属的逸出功，也不能使此光电管发生光电效应，故D正确。突破点(三)对波粒二象性的理解1．对光的波动性和粒子性的进一步理解光的波动性光的粒子性实验基础干涉和衍射光电效应、康普顿效应表现①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②大量的光子在传播时，表现出光的波动性①当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质②少量或个别光子容易显示出光的粒子性说明①光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的②光的波动性不同于宏观观念的波①粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的②光子不同于宏观观念的粒子2．波动性和粒子性的对立与统一(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。(3)光子说并未否定波动说，E＝hν＝eq\f(hc,λ)中，ν和λ就是波的概念。(4)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。3．物质波(1)定义：任何运动着的物体都有一种波与之对应，这种波叫做物质波，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。[题点全练]1．[多选]2017年1月，我国“墨子号”量子科学实验卫星正式进入应用研究。在量子理论中，有共同来源的两个微观粒子，不论它们相距多远，它们总是相关的，一个粒子状态的变化会立即影响到另一个粒子，这就是所谓的量子纠缠。关于量子理论，下列说法中正确的有()A．玻尔氢原子理论，第一次提出了能量量子化的观念B．爱因斯坦研究光电效应提出光子说，光子说属于量子理论的范畴C．量子理论中，实物粒子具有波粒二象性D．微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，可以确定它此后运动状态和位置解析：选BC普朗克为了解释黑体辐射现象，第一次提出了能量量子化理论，故A错误；爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说，光子说属于量子理论的范畴，故B正确；在量子理论中，实物粒子具有波粒二象性，故C正确；根据不确定性关系可知，微观粒子在受力状况和初速度确定的前提下，并不能同时确定它此后运动状态和位置，故D错误。2．有关光的本性的说法正确的是()A．有关光的本性，牛顿提出了“粒子性”，惠更斯提出了“波动性”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．在光双缝干涉实验中，光通过双缝时显示出波动性，如果光只通过一个缝时显示出粒子性解析：选C爱因斯坦的光子说与惠更斯的波动说揭示了光具有波粒二象性；牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，不能解释光的本性，故A错误；光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性，但光的粒子性不同于宏观的粒子，其波动性也不同于宏观概念的波，故B错误；光的干涉、衍射、色散说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故C正确；在光双缝干涉实验中，光通过双缝时显示出波动性，如果光只通过一个缝时也显示出波动性，故D错误。对点训练：对光电效应的理解1．用某种频率的光照射锌板，使其发射出光电子。为了增大光电子的最大初动能，下列措施可行的是()A．增大入射光的强度B．增加入射光的照射时间C．换用频率更高的入射光照射锌板D．换用波长更长的入射光照射锌板解析：选C根据光电效应方程Ekm＝hν－W0得，光电子的最大初动能与入射光的强度、照射时间无关。入射光的频率越高或波长越短，光电子的最大初动能越大，故C正确，A、B、D错误。2.(2018·南京调研)如图所示，把一块不带电的锌板连接在验电器上。当用紫外线照射锌板时，发现验电器指针偏转一定角度，则()A．锌板带正电，验电器带负电B．若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转C．若改用红外线照射锌板，验电器的指针仍然会发生偏转D．这个现象可以说明光具有波动性解析：选B用紫外线照射锌板，锌板失去电子带正电，验电器与锌板相连，则验电器的金属球和金属指针带正电，故A错误；根据光电效应的条件可知发生光电效应与光的强度无关，若改用强度更小的紫外线照射锌板，验电器的指针也会偏转，故B正确；根据光电效应的条件可知若改用红外线照射锌板，不一定能发生光电效应，所以验电器的指针不一定会发生偏转，故C错误；光电效应说明光具有粒子性，故D错误。3.(2018·保定模拟)如图所示，在验电器上安装一个铜网，使其带电，验电器金属箔片张开一定角度。用紫外线照射铜网，验电器金属箔片的张角保持不变。再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔片张开角度减小。下列相关说法中正确的是()A．增加紫外线的强度照射铜网，金属箔片张角将变大B．紫外线的频率大于金属锌的截止频率C．铜网带负电D．改用紫光照射锌板，验电器的金属箔片张角也一定减小解析：选B根据用紫外线照射铜网，验电器金属箔片的张角保持不变；再将一块锌板放置在该铜网后面一定距离处，用同一紫外线照射锌板时，发现金属箔片张开角度减小，说明逸出的光电子跑到铜网上，导致其电量减小，当增加紫外线的强度照射铜网，金属箔片张角将变更小，由此可知，铜网带正电，故A、C错误。只有紫外线的频率大于金属锌的截止频率，才会发生光电效应，故B正确。根据光电效应产生条件，当用紫光照射，则紫光频率小于紫外线，因此可能不发生光电效应现象，则验电器金属箔片张角不一定会减小，故D错误。对点训练：爱因斯坦的光电效应方程及应用4.(2018·盐城模拟)用如图所示的装置研究光电效应现象，当用光子能量为3.0eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为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，电流表读数为0，则()A．开关K断开后，没有电流流过电流表GB．所有光电子的初动能为0.7eVC．光电管阴极的逸出功为2.3eVD．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C光电管两端接的是反向电压，当开关断开后，光电管两端的电压为零，逸出的光电子能够到达另一端，则仍然有电流流过电流表G，故A错误。当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0，可知遏止电压为0.7V，根据动能定理得，eUc＝Ekm，则光电子的最大初动能为0.7eV，故B错误。根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0，则逸出功W0＝hν－Ekm＝3.0eV－0.7eV＝2.3eV，故C正确。改用能量为1.5eV的光子照射，因为光子能量小于逸出功，则不会发生光电效应，没有光电流，故D错误。5．[多选](2017·全国卷Ⅲ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb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νa>νb，则一定有Ua<UbB．若νa>νb，则一定有Eka>EkbC．若Ua<Ub，则一定有Eka<EkbD．若νa>νb，则一定有hνa－Eka>hνb－Ekb解析：选BC设该金属的逸出功为W，根据爱因斯坦光电效应方程有Ek＝hν－W，同种金属的W不变，则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大，B项正确；又Ek＝eU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eU＝hν－W，遏止电压U随ν增大而增大，A项错误；又有hν－Ek＝W，W相同，则D项错误。6．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，发现电流表读数不为零。调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表计数仍不为零，当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。把电路改为图乙，当电压表读数为2V时，则逸出功及电子到达阳极时的最大动能为()A．1.5eV0.6eV B．1.7eV1.9eVC．1.9eV2.6eV D．3.1eV4.5eV解析：选C光子能量hν＝2.5eV的光照射阴极，电流表读数不为零，则能发生光电效应，当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数为零，则电子不能到达阳极，由动能定理eU＝eq\f(1,2)mvm2知，最大初动能Ekm＝eU＝0.6eV，由光电效应方程hν＝Ekm＋W0知W0＝1.9eV，对图乙，当电压表读数为2V时，电子到达阳极的最大动能Ekm′＝Ekm＋eU′＝0.6eV＋2eV＝2.6eV。故C正确。7．(2018·淮安期末)关于光电效应现象，下列说法中正确的是()A．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须小于此波长，才能产生光电效应B．在光电效应现象中，光电子的最大初动能与照射光的频率成正比C．在光电效应现象中，入射光的强度越大，光电子的最大初动能越大D．对于某种金属，只要入射光的强度足够大，就会发生光电效应解析：选A根据光电效应方程Ekm＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)。入射光的波长必须小于极限波长，才能发生光电效应，故A正确；从光电效应方程知，光电子的最大初动能与照射光的频率成一次函数关系，不是成正比，故B错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关，故C错误；能否发生光电效应与入射光的强度无关，故D错误。8．(2016·江苏高考)几种金属的逸出功W0见下表：金属钨钙钠钾铷W0(×10－19J)7.265.123.663.603.41用一束可见光照射上述金属的表面，请通过计算说明哪些能发生光电效应。已知该可见光的波长范围为4.0×10－7～7.6×10－7m，普朗克常数h＝6.63×10－34J·s。解析：光子的能量E＝eq\f(hc,λ)取λ＝4.0×10－7m，则E≈5.0×10－19J根据E＞W0判断，钠、钾、铷能发生光电效应。答案：钠、钾、铷对点训练：与光电效应有关的图像问题9.(2018·兰州模拟)在光电效应实验中，某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()A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光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对应的最大初动能解析：选B因光电管不变，所以逸出功不变。由图像知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光对应的光电子最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D错误；根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，甲光和乙光的波长大于丙光的波长，故A错误，B正确；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误。10.如图所示，是甲、乙两种金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图像，如果用频率为ν的光照射两种金属，光电子的最大初动能分别为E甲、E乙，则关于E甲、E乙的大小关系正确的是()A．E甲＞E乙 B．E甲＝E乙C．E甲＜E乙 D．无法判断解析：选A根据光电效应方程得：Ekm＝hν－W0＝hν－hν0又Ekm＝qUc解得：Uc＝eq\f(h,q)ν－eq\f(hν0,q)；结合Uc­ν图线可知，当Uc＝0时，ν＝ν0；由题图可知，金属甲的极限频率小于金属乙的，则金属甲的逸出功小于乙的，即W甲＜W乙。如果用ν频率的光照射两种金属，根据光电效应方程，当用相同频率的光入射时，则逸出功越大的，其光电子的最大初动能越小，因此E甲＞E乙，故A正确，B、C、D错误。11．如图甲所示是研究光电效应规律的光电管。用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，实验测得流过Ⓖ表的电流I与AK之间的电势差UAK满足如图乙所示规律，取h＝6.63×10－34J·s。结合图像，求：(结果保留两位有效数字)(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极K时的最大动能。(2)该阴极材料的极限波长。解析：(1)光电流达到饱和时，阴极发射的光电子全部到达阳极A，阴极每秒钟发射的光电子的个数n＝eq\f(Im,e)＝eq\f(0.64×10－6,1.6×10－19)(个)＝4.0×1012(个)光电子的最大初动能为：Ekm＝eU0＝1.6×10－19C×0.6V＝9.6×10－20J。(2)设阴极材料的极限波长为λ0，根据爱因斯坦光电效应方程：Ekm＝heq\f(c,λ)－heq\f(c,λ0)，代入数据得λ0＝0.66μm。答案：(1)4.0×1012个9.6×10－20J(2)0.66μm对点训练：对波粒二象性的理解12．[多选]美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现光子除了具有能量之外还具有动量，被电子散射的X光子与入射的X光子相比()A．速度减小 B．频率减小C．波长减小 D．能量减小解析：选BD光速不变，A错误；光子将一部分能量转移到电子，其能量减小，随之光子的频率减小、波长变长，B、D正确，C错误。13．[多选](2018·福建省高考适应性检测)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是()A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析：选ACD干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，所以A正确；β粒子在云室中受磁场力的作用，做的是圆周运动，与波动性无关，所以B错误；可以利用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，所以C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明具有波动性，所以D正确。第2节原子结构与原子核(1)原子中绝大部分是空的，原子核很小。(√)(2)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。(√)(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。(√)(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。(×)(5)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。(×)(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。(√)(7)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。(×)(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。(×)突破点(一)原子的核式结构1．汤姆孙原子模型(1)电子的发现：1897年，英国物理学家汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子。电子的发现证明了原子是可再分的。(2)汤姆孙原子模型：原子里面带正电荷的物质均匀分布在整个原子球体中，而带负电的电子镶嵌在球内。2．α粒子散射实验(1)α粒子散射实验装置(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，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。3．原子的核式结构模型(1)α粒子散射实验结果分析①核外电子不会使α粒子的速度发生明显改变。②汤姆孙模型不能解释α粒子的大角度散射。③绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的；少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷；极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。(2)原子的核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。(3)核式结构模型的局限性卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释α粒子散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。[题点全练]1．(2015·上海高考)在α粒子散射实验中，电子对α粒子运动的影响可以忽略。这是因为与α粒子相比，电子的()A．电量太小 B．速度太小C．体积太小 D．质量太小解析：选D在α粒子散射实验中，由于电子的质量太小，电子的质量只有α粒子的eq\f(1,7300)，它对α粒子速度的大小和方向的影响就像灰尘对枪弹的影响，完全可以忽略。故D正确，A、B、C错误。2．[多选]如图所示是英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击金箔的实验装置。下列关于该实验的描述正确的是()A．α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成B．α粒子的散射实验揭示了原子核有复杂的结构C．实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后没有发生散射D．α粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部结构的信息解析：选ACD当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核远则α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变小。只有当α粒子与核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近它的机会就很少，所以只有极少数大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，α粒子轰击金箔的实验需在真空条件下完成，故A正确；α粒子的散射实验揭示了原子具有复杂的核式结构，故B错误；实验结果表明绝大多数α粒子穿过金箔后没有发生散射，故C正确；α粒子从金原子内部穿出后携带了原子内部的信息，故D正确。3．如图所示为卢瑟福和他的同事们做α粒子散射实验装置的示意图，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，下述说法中正确的是()A．放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最少B．放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多C．放在C位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少D．放在D位置时，屏上观察不到闪光解析：选C放在A位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数最多，说明大多数射线基本不偏转，故A错误；放在B位置时，相同时间内观察到屏上的闪光次数较放在A位置时少，故B错误；放在C位置时，屏上仍能观察一些闪光，但次数极少，说明极少数射线较大偏转，可知原子内部带正电的那部分物质体积小且质量大，故C正确；放在D位置时，屏上可以观察到闪光，只不过很少很少，说明很少很少射线发生大角度的偏转，故D错误。突破点(二)原子能级跃迁规律1．对氢原子能级图的理解(1)能级图如图所示。(2)能级图中相关量意义的说明：相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En2.两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子。光子的频率ν＝eq\f(ΔE,h)＝eq\f(E高－E低,h)。(2)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。③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。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(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。[题点全练]1.[多选](2018·江阴模拟)如图所示为氢原子的能级图。用光子能量为12.75eV的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是()A．氢原子可以辐射出连续的各种波长的光B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射光的能量最大C．辐射光中，光子能量为0.66eV的光波长最长D．用光子能量为14.2eV的光照射基态的氢原子，能够使其电离解析：选CD因为氢原子能级是量子化的，则能级差是量子化的，可知辐射出的光子频率是分立值，不连续，故A错误；氢原子吸收12.75eV光子，能量为－0.85eV，可知氢原子跃迁到第4能级，从n＝4跃迁到n＝1辐射的光子能量最大，故B错误；辐射的光子中，从n＝4跃迁到n＝3辐射的光子能量最小，波长最长，能量为0.66eV，故C正确；用光子能量为14.2eV的光照射基态的氢原子，能量大于0，即可使其电离，故D正确。2.[多选](2018·徐州期末)如图所示为氢原子的能级图，一群处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，下列说法正确的是()A．处于n＝1能级时电子离原子核最近B．这些氢原子共能辐射出6种频率的光子C．从n＝4能级跃迁带n＝3能级时产生的光波长最短D．电子处于n＝2能级时可以吸收能量为2eV的光子跃迁到更高能级解析：选AB量子数越小，离原子核越近，可知处于n＝1能级的电子离原子核最近，故A正确；根据Ceq\o\al(2,4)＝6知，这些氢原子共能辐射出6种不同频率的光子，故B正确；n＝4和n＝3间的能级差最小，辐射的光子频率最小，波长最长，故C错误；电子处于n＝2能级时如果吸收能量为2eV的光子，能量为－1.4eV，氢原子没有此能级，不能被吸收发生跃迁，故D错误。突破点(三)原子核的衰变规律1．放射性元素具有放射性的元素称为放射性元素，原子序数大于或等于83的元素，都能自发地放出射线，原子序数小于83的元素，有的也能放出射线，它们放射出来的射线共有α射线、β射线、γ射线三种。2．三种射线的比较种类α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e－e0质量4mp，mp＝1.67×10－27kgeq\f(mp,1836)静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转与α射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，能穿透几毫米厚的铝板最强，能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱3．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衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒4．衰变次数的确定方法方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，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。根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A＝A′＋4nZ＝Z′＋2n－m由以上两式联立解得n＝eq\f(A－A′,4)，m＝eq\f(A－A′,2)＋Z′－Z由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组。方法二：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。5．对半衰期的理解(1)半衰期公式：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)。(2)半衰期的物理意义：半衰期是表示放射性元素衰变快慢的物理量，同一放射性元素的衰变速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差别很大。(3)半衰期的适用条件：半衰期是一个统计规律，是对大量的原子核衰变规律的总结，对于一个特定的原子核，无法确定何时发生衰变。[题点全练]1．[多选](2018·梅州一模)关于天然放射现象，以下叙述正确的是()A．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将变大B．β衰变所释放的电子是原子核内的质子转变为中子时产生的C．在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D．铀核(eq\o\al(238,92)U)衰变为铅核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(206,82)Pb))的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变解析：选CD半衰期的时间与元素的物理状态无关，若使某放射性物质的温度升高，其半衰期不变，故A错误；β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时产生的，故B错误；在α、β、γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强，故C正确；铀核(eq\o\al(238,92)U)衰变为铅核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\o\al(206,82)Pb))的过程中，每经过一次α衰变质子数少2，质量数少4；而每经过一次β衰变质子数增加1，质量数不变；由质量数和核电荷数守恒，可知要经过8次α衰变和6次β衰变，故D正确。2．[多选](2018·徐州期末)eq\o\al(131,53)I是核电站中核反应的副产物，它可以衰变成eq\o\al(131,54)Xe，半衰期为8天，某次检测中发现空气样品的eq\o\al(131,53)I放射性含量为安全标准值的4倍，下列说法正确的是()A.eq\o\al(131,53)I变成eq\o\al(131,54)Xe为β衰变B.eq\o\al(131,54)Xe与eq\o\al(131,53)I具有不同的核子数C．4个eq\o\al(131,53)I中有两个衰变为eq\o\al(131,54)Xe的时间为8天D．至少经过16天，该空气样品中eq\o\al(131,53)I的放射性含量才会达到安全标准值解析：选ADeq\o\al(131,53)I变成eq\o\al(131,54)Xe质量数不变，电荷数多1，可知发生的衰变为β衰变，故A正确；核子数等于质量数，可知eq\o\al(131,54)Xe与eq\o\al(131,53)I具有相同的核子数，故B错误；半衰期具有统计规律，对大量的原子核适用，对少数的原子核不适用，故C错误；经过16天，即经过2个半衰期，eq\o\al(131,53)I的含量还剩四分之一，达到安全标准值，故D正确。突破点(四)核反应方程与核能计算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(17,8)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,)6C＋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·居里夫妇发现人工放射性)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．核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。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。(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“→”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数守恒，电荷数守恒。3．对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2。(3)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。4．核能的计算方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数。[典例](2015·江苏高考)(1)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，eq\o\al(235,92)U是核电站常用的核燃料。eq\o\al(235,92)U受一个中子轰击后裂变成eq\o\al(144,56)Ba和eq\o\al(89,36)Kr两部分，并产生________个中子。要使链式反应发生，裂变物质的体积要________(选填“大于”或“小于”)它的临界体积。(2)取质子的质量mp＝1.6726×10－27kg，中子的质量mn＝1.6749×10－27kg，α粒子的质量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0×108m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)[解析](1)核反应方程遵守质量数守恒和电荷数守恒，且该核反应方程为：eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,)56Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，即产生3个中子。临界体积是发生链式反应的最小体积，要使链式反应发生，裂变物质的体积要大于它的临界体积。(2)组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE＝4.3×10－12J。[答案](1)3大于(2)4.3×10－12J[方法规律]核能求解的思路方法(1)应用质能方程解题的流程图：eq\x(\a\al(书写核反,应方程))→eq\x(\a\al(计算质量,亏损Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,计算释放的核能))(2)在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。(3)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能。[集训冲关]1．(2016·江苏高考)贝可勒尔在120年前首先发现了天然放射现象，如今原子核的放射性在众多领域中有着广泛应用。下列属于放射性衰变的是()A.eq\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,53)I＋eq\o\al(95,39)Y＋2eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n D.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n解析：选A放射性元素自发地放出射线的现象叫天然放射现象。A选项为β衰变方程，B选项为重核裂变方程，C选项为轻核聚变方程，D选项为原子核的人工转变方程，故选A。2．[多选](2017·江苏高考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有()A．eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeVB．eq\o\al(4,2)He核比eq\o\al(6,3)Li核更稳定C．两个eq\o\al(2,1)H核结合成eq\o\al(4,2)He核时释放能量D．eq\o\al(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\al(89,36)Kr核中的大解析：选BC由题图可知，eq\o\al(4,2)He的比结合能为7MeV，因此它的结合能为7MeV×4＝28MeV，A项错误；比结合能越大，表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，结合题图可知B项正确；两个比结合能小的eq\o\al(2,1)H核结合成比结合能大的eq\o\al(4,2)He时，会释放能量，C项正确；由题图可知，eq\o\al(235,92)U的比结合能(即平均结合能)比eq\o\al(89,36)Kr的小，D项错误。3．(2018·启东期末)一个原来静止的锂核(eq\o\al(6,3)Li)俘获一个速度为7.7×104m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为1.0×103m/s，方向与中子的运动方向相反。(已知氘核质量m(D)＝2.014102u，氚核质量为m(T)＝3.016050u，氦核的质量m(He)＝4.002603u，中子质量m(n)＝1.008665u,1u＝1.6606×10－27kg)(1)试写出核反应方程；(2)求出氦核的速度；(3)若让一个氘核和一个氚核发生聚变时，可产生一个氦核，同时放出一个中子，求这个核反应释放出的能量。解析：(1)核反应方程为：eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He(2)由动量守恒定律：mnv0＝－mTv1＋mαv2得到，v2＝eq\f(mnv0＋mTv1,mα)代入解得，v2＝2×104m/s。(3)质量亏损为Δm＝mD＋mT－mα－mn代入解得，Δm＝3.136×10－29kg根据爱因斯坦质能方程得到，核反应释放出的能量ΔE＝Δmc2＝2.82×10－12J。答案：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He(2)2×104m/s(3)2.82×10－12J对点训练：原子的核式结构1.如图所示为卢瑟福的粒子散射实验的经典再现，用放射性元素发出的粒子轰击金箔，用显微镜观测在环形荧光屏上所产生的亮点，根据实验现象，下列分析正确的是()A．在荧光屏上形成的亮点是由α粒子在金箔上打出的电子产生的B．原子核应该带负电C．在荧光屏上观测到极少数的α粒子发生了大角度的偏转D．该实验中α粒子由于和电子发生碰撞而发生了大角度的偏转解析：选C在荧光屏上形成的亮点是由α粒子打在荧光屏上产生的，故A错误；原子核带正电，故B错误；当α粒子穿过原子时，电子对α粒子影响很小，影响α粒子运动的主要是原子核，离核较远时，α粒子受到的库仑斥力很小，运动方向改变量较小。只有当α粒子与原子核十分接近时，才会受到很大库仑斥力，而原子核很小，所以α粒子接近原子核的机会就很少，所以只有极少数α粒子发生大角度的偏转，而绝大多数基本按直线方向前进，故C正确，D错误。2．如图为卢瑟福的α粒子散射实验，①、②两条线表示实验中α粒子运动的轨迹，则沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为()A．轨迹a B．轨迹bC．轨迹c D．轨迹d解析：选A卢瑟福通过α粒子散射并由此提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，α粒子带正电，同种电荷相互排斥，所以沿③所示方向射向原子核的α粒子可能的运动轨迹为a，因离原子核越近，受到的库仑斥力越强，则偏转程度越强，故A正确，B、C、D错误。3．[多选](2016·天津高考)物理学家通过对实验的深入观察和研究，获得正确的科学认知，推动物理学的发展。下列说法符合事实的是()A．赫兹通过一系列实验，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论B．查德威克用α粒子轰击eq\o\al(14,7)N获得反冲核eq\o\al(17,8)O，发现了中子C．贝克勒尔发现的天然放射性现象，说明原子核有复杂结构D．卢瑟福通过对阴极射线的研究，提出了原子核式结构模型解析：选AC麦克斯韦曾提出光是电磁波，赫兹通过实验证实了麦克斯韦关于光的电磁理论，选项A正确；查德威克用α粒子轰击eq\o\al(9,4)Be，获得反冲核eq\o\al(12,6)C，发现了中子，选项B错误；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核有复杂的结构，选项C正确；卢瑟福通过对α粒子散射实验的研究，提出了原子核式结构模型，选项D错误。对点训练：原子能级跃迁规律4．[多选](2018·南京模拟)下列说法中正确的是()A．一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出两种频率的光子B．由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质C．实际上，原子中的电子没有确定的轨道，但在空间各处出现的概率具有一定的规律D．α粒子散射实验揭示了原子的可能能量状态是不连续的解析：选BC一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，可能放出3种不同频率的光子，故A错误。每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质，称为光谱分析，故B正确。原子中的电子没有确定的轨道，在空间各处出现的概率具有一定的规律，故C正确。α粒子散射实验，揭示了原子的核式结构模型，认为电子绕核旋转，根据经典理论，可知向外辐射能量，轨道半径连续减小，辐射的能量连续，故D错误。5.[多选]如图所示是氢原子能级图，大量处于n＝5激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出10种不同频率的光子，其中莱曼系是指氢原子由高能级向n＝1能级跃迁时释放的光子，则()A．10种光子中波长最短的是n＝5激发态跃迁到基态时产生的B．10种光子中有4种属于莱曼系C．使n＝5能级的氢原子电离至少要0.85eV的能量D．从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量等于n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量解析：选AB10种光子中，从n＝5跃迁到基态辐射的光子能量最大，频率最大，波长最短，故A正确；10种光子中，由高能级向基态跃迁的分别为n＝5，n＝4，n＝3和n＝2，故B正确；n＝5能级的氢原子具有的能量为－0.54eV，故要使其发生电离，至少需要0.54eV的能量，故C错误；根据玻尔理论，从n＝2能级跃迁到基态释放光子的能量：ΔE1＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，从n＝3能级跃迁到n＝2能级释放光子的能量：ΔE2＝E3－E2＝－1.51eV－(－3.4eV)＝1.89eV，二者不相等，故D错误。6．[多选](2018·安徽师大附中二模)已知氢原子的基态能量为E1，n＝2、3能级所对应的能量分别为E2和E3，大量处于第3能级的氢原子向低能级跃迁放出若干频率的光子，依据玻尔理论，下列说法正确的是()A．产生的光子的最大频率为eq\f(E3－E2,h)B．当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，对应的电子的轨道半径变小，能量也变小C．若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照到该金属表面时，逸出的光电子的最大初动能为E3－E2D．若要使处于能级n＝3的氢原子电离，可以采用两种方法：一是用能量为－E3的电子撞击氢原子，二是用能量为－E3的光子照射氢原子解析：选BC大量处于能级n＝3的氢原子向低能级跃迁能产生3种不同频率的光子，产生光子的最大频率为eq\f(E3－E1,h)；当氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时，能量减小，电子离原子核更近，电子轨道半径变小；若氢原子从能级n＝2跃迁到n＝1时放出的光子恰好能使某金属发生光电效应，由光电效应方程可知，该金属的逸出功恰好等于E2－E1，则当氢原子从能级n＝3跃迁到n＝1时放出的光子照射该金属时，逸出光电子的最大初动能为E3－E1－(E2－E1)＝E3－E2；电子是有质量的，撞击氢原子是发生弹性碰撞，由于电子和氢原子质量不同，故电子不能把－E3的能量完全传递给氢原子，因此不能使氢原子完全电离，而光子的能量可以完全被氢原子吸收。综上所述，B、C正确。对点训练：原子核的衰变规律7．[多选](2018·扬州模拟)将某种放射性元素制成核电池，带到火星上去工作。已知火星上的温度、压强等环境因素与地球上有很大差别，下列说法正确的是()A．该放射性元素到火星上之后，半衰期发生变化B．该放射性元素到火星上之后，半衰期不变C．若该放射性元素的半衰期为T年，经过2T年，该放射性元素还剩余12.5%D．若该放射性元素的半衰期为T年，经过3T年，该放射性元素还剩余12.5%解析：选BD原子核的衰变是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，因此半衰期不发生变化，故A错误，B正确；该元素还剩余12.5%＝eq\f(1,8)，根据m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))n·m0，可知经过了3个半衰期，所以经过了3T年，故C错误，D正确。8．下列说法正确的是()A.eq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(234,91)Pa要经过2次α衰变和1次β衰变B．β射线与γ射线一样都是电磁波，但β射线的穿透本领远比γ射线弱C．放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关D．天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分解析：选Deq\o\al(238,92)U衰变为eq\o\al(234,91)Pa，质量数减小4，所以α衰变的次数为1次，故A错误；β射线的实质是电子流，γ射线的实质是电磁波，γ射线的穿透本领比较强，故B错误；根据半衰期的特点可知，放射性元素的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件无关，故C错误；天然放射现象是原子核内部自发的放射出α粒子或电子的现象，反应的过程中核内核子数、质子数、中子数发生变化，涉及到原子核内部的变化，所以天然放射性现象使人类首次认识到原子核可分，故D正确。9．(2018·玉林模拟)下列说法中正确的是()A．钍的半衰期为24天，1g钍eq\o\al(234,90)Th经过120天后还剩0.2g钍B．一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将增加C．放射性同位素eq\o\al(234,90)Th经α、β衰变会生成eq\o\al(222,86)Rn，其中经过了3次α衰变和2次β衰变D．大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生4种不同频率的光子解析：选C钍的半衰期为24天，1g钍eq\o\al(234,90)Th经过120天后，发生5个半衰期，1g钍经过120天后还剩m＝m0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))5＝0.03125g，故A错误。光电效应中，依据光电效应方程Ekm＝hν－W，可知，光电子的最大初动能由入射光的频率和逸出功决定，与入射光照射时间长短无关，故B错误。钍eq\o\al(234,90)Th衰变成氡eq\o\al(222,86)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C正确。大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，最多可产生Ceq\o\al(2,4)＝6种不同频率的光子，故D错误。10．[多选]下列说法中正确的是()A．放射性元素发生一次β衰变，原子序数增加1B.eq\o\al(235,92)U的半衰期约为7亿年，随地球环境的变化，其半衰期可能变短C．卢瑟福的α散射实验可以估测原子核的大小D．若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光能使该金属发生光电效应解析：选AC一次β衰变后电荷数增加1，质量数不变，所以原子序数增加1，故A正确。半衰期的长短是由原子核内部本身的因素决定的，与原子所处的物理、化学状态无关。所以随地球环境的变化，其半衰期不变，故B错误。α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要是带正电的原子核。而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大的库仑斥力，才会发生大角度的偏转，根据α粒子散射实验，可以估算出原子核的直径约为10－15～10－14m，原子直径大约是10－10m，故C正确。若氢原子从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，说明从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光的频率小于金属的极限频率，从n＝6能级向n＝2能级跃迁时辐射出的光比从n＝6能级向n＝1能级跃迁时辐射出的光的频率还小，所以更不能发生光电效应，故D错误。对点训练：核反应方程与核能计算11．[多选](2018·枣庄二中高考模拟)科学家利用核反应获取氚，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．两个核反应都没有出现质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应解析：选AD根据核反应方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，X的质量数：m1＝2＋3－4＝1，核电荷数：z1＝1＋1－2＝0，所以X是中子，故A正确；根据核反应方程：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H，X是中子，所以Y的质量数：m2＝4＋3－1＝6，核电荷数：z2＝2＋1－0＝3，所以Y的质子数是3，中子数是3，故B错误；根据两个核反应方程可知，都有大量的能量释放出来，所以一定都有质量亏损，故C错误；氘和氚的核反应过程中是质量比较小的核生成质量比较大的新核，所以是核聚变反应，故D正确。12．[多选](2018·自贡模拟)一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是()A．核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)解析：选BD选项A中核反应方程质量数不守恒，故A错误；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量以光子的形式放出，故光子能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，故C错误；根据E＝eq\f(hc,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，得光子的波长为：λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，故D正确。13．[多选](2018·镇江模拟)我国首次使用核电池随“嫦娥三号”软着陆月球，并用于“嫦娥三号”的着陆器和月球车上，核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转变为电能。“嫦娥三号”采用放射性同位素eq\o\al(239,94)Pu，静止的eq\o\al(239,94)Pu衰变为铀核eq\o\al(235,92)U和α粒子，并放出频率为ν的γ光子，已知eq\o\al(239,94)Pu、eq\o\al(235,92)U和α粒子的质量分别为mPu、mU、mα。下列说法正确的是()A.eq\o\al(239,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γB．此核反应过程中质量亏损为Δm＝mPu－mU－mαC．释放出的γ光子的能量为(mPu－mU－mα)c2D．反应后eq\o\al(235,92)U和α粒子结合能之和比eq\o\al(239,94)Pu的结合能大解析：选ABD根据质量数守恒与电荷数守恒可知，eq\o\al(239,94)Pu的衰变方程为eq\o\al(239,94)Pu→eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(4,2)He＋γ，故A正确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，为Δm＝mPu－mU－mα，故B正确；释放的γ光子的能量为hν，核反应的过程中释放的能量：E＝(mPu－mU－mα)c2，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与α粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量小于(mPu－mU－mα)c2，故C错误；eq\o\al(239,94)Pu衰变成eq\o\al(235,92)U和α粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，所以反应后eq\o\al(235,92)U和α粒子结合能之和比eq\o\al(239,94)Pu的结合能大，故D正确。14.北京时间2016年12月10日，由中国研制的热核聚变堆核心部件在国际上率先通过认证，这是中国对国际热核聚变实验堆项目的重大贡献。国际热核聚变实验堆计划，目的是实现可以控制的核聚变反应，探索利用核聚变能量的方式，其产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似——在同位素氘和氚聚变成一个氦核的过程中释放出能量。(1)已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c，该核反应中释放出的核能全部以γ光子的形式释放，求辐射出的γ光子的波长。(2)若m1＝2.0141u、m2＝3.0161u、m3＝4.0026u、m4＝1.0087u，1u相当于931.5MeV的能量，求该反应释放出的能量(以MeV为单位，结果保留三位有效数字)。解析：(1)由电荷数守恒、质量数守恒得，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(1,0)n＋γ，由质能方程得释放的核能为：ΔE＝(m1＋m2－m3－m4)c2，若此核能全部以光子形式释放，由ΔE＝heq\f(c,λ)知γ光子的波长为：λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3－m4c)。(2)质量亏损为：Δm＝m1＋m2－m3－m4＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u，则释放的能量为：ΔE＝0.0189×931.5MeV＝17.6MeV。答案：(1)eq\f(h,m1＋m2－m3－m4c)(2)17.6MeV[阶段综合检测(四)]第六～十一章验收(其中第六～八章分值约占40%)(时间：100分钟满分：120分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题3分，共21分。每小题只有一个选项符合题意)1．(2018·温州模拟)在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下列叙述错误的是()A．奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系B．安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说C．法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流D．楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化解析：选C奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在联系，选项A正确；根据通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场相似性，安培提出了磁性是分子内环形电流产生的，即分子电流假说，选项B正确；根据感应电流的产生条件，导线中通有恒定电流时导线圈中不产生感应电流，选项C错误；楞次定律指出感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项D正确。2．如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数分别为n1、n2，原线圈回路接有内阻不计的交流电流表A，副线圈回路接有定值电阻R＝2Ω，现在a、b间和c、d间分别接上示波器，同时监测得a、b间和c、d间的电压随时间变化的图像如图乙、丙所示，则下列说法中错误的是()A．T＝0.02sB．n1∶n2≈55∶1C．电流表A的示数I≈36.4mAD．当原线圈电压瞬时值最大时，副线圈两端电压瞬时值为0解析：选D由题图知，电压变化的周期是0.02s，所以A正确；根据变压规律得：eq\f(n1,n2)＝eq\f(U1,U2)≈55，所以B正确；副线圈的电流I2＝eq\f(U2,R)＝eq\f(5.66,2\r(2))A，根据变流规律得原线圈电流I1＝eq\f(I2,55)≈0.0364A＝36.4mA，所以C正确；由题图知，当原线圈电压瞬时值最大时，副线圈两端电压瞬时值也最大，故D错误。3．a、b是两种单色光，其光子能量分别为εa和εb，且eq\f(εa,εb)＝k，()A．则a、b的光子动量之比eq\f(pa,pb)＝1∶kB．若a、b都不能使某种金属发生光电效应，二者同时照射该金属则可能发生光电效应C．若a、b都能使某种金属发生光电效应，则光电子最大初动能之差Eka－Ekb＝εb(k－1)D．若a、b是由处在同一激发态的原子跃迁到a态和b态时产生的，则a、b两态能级之差Ea－E