2019届二轮复习波粒二象性原子与原子核课件（共39张）（江苏专用） 39页

专题六 　 波粒二象性 　 原子与原子核 内容索引 网络构建 　规律 方法 高考题型 1 　光电效应与光的粒子性 高考题型 2 　原子结构和能级跃迁 高考题型 3 　核反应和核能的计算 网络构建 规律方法 网络构建 1. 能级跃迁 (1) 辐射条件： hν ＝ E m － E n . (2) 辐射光谱线条数：一群处于量子数为 n 的激发态的氢原子，可辐射出的光谱线条数 N ＝ . 2. 光电效应 (1) 光电效应规律： ① 每种金属都有一个极限频率 . ② 光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 光电流的强度与入射光的强度成正比 . (2) 光电效应方程： hν ＝ E k ＋ W 0 . 规律 方法 3. 核反应与核能的计算 (1) 两个守恒：质量数守恒、电荷数守恒 . (2) 质能方程： E ＝ mc 2 . 光电效应与光的粒子性 高考题型 1 1. 处理光电效应问题的两条线索： 一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是： (1) 光照强度大 → 光子数目多 → 发射光电子数多 → 光电流大 .(2) 光子频率高 → 光子能量大 → 产生光电子的最大初动能大 . 2. 爱因斯坦光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 (1) 研究对象是金属表面的电子 . (2) 意义：光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 ( 如图 1 所示 ) ，直线的斜率为 h ，直线与 ν 轴的交点的物理意义是极限频率 ν c ，直线与 E k 轴交点的物理意义是逸出功的负值 . 图 1 例 1 　 ( 2018· 江苏单科 ·12C(2)) 光电效应实验中，用波长为 λ 0 的单色光 A 照 射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出 . 当波长 为 的 单色光 B 照射 该 金属 板时，光电子的最大初动能为 ____ ， A 、 B 两种光子的动量之比 为 ________.( 已知普朗克常量为 h ，光速为 c ) 答案 解析 1 ∶ 2 拓展训练 1 　 下列关于物理史实与物理现象的说法正确的是 A. 光电效应现象由德国物理学家赫兹发现，爱因斯坦对其做出了正确 的 解释 B. 只有入射光的频率低于截止频率，才会发生光电效应 C. 根据爱因斯坦的光电效应方程可知，光电子的最大初动能与入射光 的 频率 成正比 D. 光电效应现象证明光是一种波 答案 √ 解析 解析　 1887 年德国物理学家赫兹发现了光电效应现象，爱因斯坦对光电效应的实验规律做出了正确的解释，故 A 正确 ； 每 种金属都有一个截止频率，只有入射光的频率高于截止频率，才会发生光电效应，故 B 错误 ； 爱因斯坦 的光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 ，光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比，故 C 错误 ； 光电效应 现象证明光具有粒子性，故 D 错误 . 拓展训练 2 　 ( 2018· 第二次全国大联考 ( 江苏卷 )) 在研究光电效应中入射光的频率、强弱与光电子发射情况的实验中 . 发现光电流与电压的关系如图 2 所示，由图可知， ____( 选填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) 光的频率高， ______( 选填 “ 甲 ” 或 “ 丙 ” ) 光的强度大 . 答案 解析 图 2 乙 甲 解析　 根据光电效应方程，可得光电子的最大初动能为 hν － W 0 ，频率越高，则最大初动能越大，反向遏止电压越高，由 U c1 大于 U c2 ，可得乙光的频率高；发生光电效应时，光照强度越强，光电流越大，由图象知，甲光的强度大 . 拓展训练 3 　如图 3 所示，在研究光电效应的实验中，保持 P 的位置不变，用单色光 a 照射阴极 K ，电流计 G 的指针不发生偏转；改用另一频率的单色光 b 照射 K ，电流计的指针发生偏转 . 那么 A. 增加 a 的强度一定能使电流计的指针发生偏转 B. 用 b 照射时通过电流计的电流由 d 到 c C. 只增加 b 的强度一定能使通过电流计的电流增大 D. a 的波长一定小于 b 的 波长 答案 解析 图 3 √ 解析　 用单色光 a 照射阴极 K ，电流计 G 的指针不发生偏转，说明 a 的频率低于阴极 K 的截止频率，增加 a 的强度无法使电流计的指针发生偏转， A 错误 ； 电子 运动方向从 d 到 c ，电流方向从 c 到 d ， B 错误 ； 只 增加 b 的强度可以使光电流强度增大，使通过电流计的电流增大， C 正确 ； b 能使阴极 K 发生光电效应， b 的频率高于 a 的频率， b 的波长一定小于 a 的波长， D 错误 . 拓展训练 4 　 (2018· 南通市、泰州市一模 ) 利用如图 4 甲所示电路研究光电效应中金属的遏止电压 U c 与入射光频率 ν 的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量 h . 图乙中 U 1 、 ν 1 、 ν 0 均已知，电子电荷量用 e 表示 . 当入射光的频率增大时，为了测定遏止电压，滑动变阻器的滑片 P 应向 ____( 选填 “ M ” 或 “ N ” ) 端移动，由 U c － ν 图象可求得普朗克常量 h ＝ _______( 用题中字母表示 ). 答案 图 4 N 原子结构和能级跃迁 高考 题型 2 1. 在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动；原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转 . 2. 原子能级跃迁问题的解题技巧 (1) 原子跃迁时，所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差，即 Δ E ＝ hν ＝ | E 初 － E 末 |. (2) 原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值 . (3) 一群氢原子和一个氢原子不同，氢原子核外只有一个电子，这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上，在某段时间内，由这一轨道跃迁到另一轨道时，可能的情况只有一种，但是如果有大量的氢原子，它们的核外电子向基态跃迁时就会有各种情况出现了，发射光子的种类 N ＝ 例 2 　 (2018· 南京市、盐城市一模 ) 氦原子的一个核外电子被电离，形成类氢结构的氦离子 . 如图 5 所示为氦离子能级的示意图 . 现有氦离子从 n ＝ 4 能级到 n ＝ ____ 能级辐射出的光子能量为 10.2 eV ；用该光照射逸出功为 2.29 eV 的金属钠，产生的光电子的最大初动能为 ________ eV. 答案 解析 图 5 2 7.91 解析　 放出的光子能量等于两能级间的能量差，才能发生跃迁，氦离子从 n ＝ 4 能级辐射出的光子能量为 10.2 eV 后的能级 E ′ ＝－ 3.4 eV － 10.2 eV ＝－ 13.6 eV ，可知跃迁到 n ＝ 2 的能级 . 根据光电效应方程，产生的光电子的最大初动能为： E km ＝ hν － W 0 ＝ 10.2 eV － 2.29 eV ＝ 7.91 eV. 拓展训练 5 　 对玻尔理论的下列说法中，不正确的是 A. 继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B. 原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 C. 用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系 D. 氢原子中，能级数 n 越大，核外电子的速率越大 答案 √ 拓展训练 6 　 ( 多选 )(2018· 扬州中学 5 月模拟 ) 如图 6 所 示是氢原子的能级图 . 下列判断正确的是 答案 图 6 A. E 1 > E 2 B. E 1 < E 2 √ √ 拓展训练 7 　 ( 多选 ) 氢原子的能级图如图 7 甲所示，一群氢原子处于量子数 n ＝ 4 的能级状态 . 用其中氢原子辐射出的 A 、 B 两种不同频率的光子分别照射同一钾金属板 ( 如图乙所示 ) ，发现当 A 光照射时验电器的指针偏转， B 光照射时指针未偏转，已知金属钾的逸出功为 2.22 eV ，普朗克常量 h ＝ 6.63 × 10 － 34 J·s ，则以下说法正确的是 答案 图 7 A. 这群氢原子可能辐射 6 种频率的光子 B. 有 4 种频率的辐射光子能使钾金属 板 发生 光电效应 C. A 光照射钾金属板时验电器的金属小球带负电 D. 氢原子从 n ＝ 2 能级跃迁到 n ＝ 1 能级过程中辐射出光子的动量 为 5.44 × 10 － 27 kg·m/s √ √ √ 解析 解析　 氢原子共能辐射出光子的频率 有 ＝ 6 种，选项 A 正确 ； 由 公式 E ＝ E m － E n 计算可得，除了从 n ＝ 4 能级跃迁到 n ＝ 3 能级和从 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 2 能级过程中辐射出的光子能量小于金属钾的逸出功，其余 4 种辐射的光子能量均能使钾金属板发生光电效应，选项 B 正确 ； 发生 光电效应时，由于光电子从金属板表面逸出，钾金属板和验电器的金属小球带正电，选项 C 错误； 核反应和核能的计算 高考 题型 3 1. 原子核的衰变 衰变类型 α 衰变 β 衰变 衰变方程 衰变实质 2 个质子和 2 个中子结合成一整体射出 1 个中子转化为 1 个质子和 1 个电子 衰变规律 质量数守恒、电荷数守恒 2.α 射线、 β 射线、 γ 射线的区别 名称 α 射线 β 射线 γ 射线 实质 氦核流 高速电子流 光子 速度 约为光速的 约为光速的 99% 光速 电离作用 很强 较弱 很弱 贯穿能力 很弱 较强 最强 3. 核反应、核能、裂变、轻核的聚变 (1) 在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应 . 核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律 . (2) 质能方程：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 ＝ mc 2 或 Δ E ＝ Δ mc 2 . (3) 重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变 . (4) 核能的计算： ① Δ E ＝ Δ mc 2 ，其中 Δ m 为核反应方程中的质量亏损 ； ② Δ E ＝ Δ m × 931.5 MeV ，其中质量亏损 Δ m 以原子质量单位 u 为单位 . (5) 原子核的人工转变 卢瑟福发现质子的核反应方程为： 查德威克发现中子的核反应方程为： 约里奥 · 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为： 答案 解析 B. 此核反应过程中质量亏损为 Δ m ＝ m Pu － m U － m α C. 释放出的 γ 光子的能量为 ( m Pu － m U － m α ) c 2 √ √ √ 此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量的差，为 Δ m ＝ m Pu － m U － m α ，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 ＝ ( m Pu － m U － m α ) c 2 ，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 ( m Pu － m U － m α ) c 2 ，故 C 错误； 答案 解析 拓展训练 8 　 ( 多选 )(2018· 南通等六市一调 ) 关于原子核和原子的变化，下列说法正确的是 A. 维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力 B. 原子序数小于 83 的元素的原子核不可能自发衰变 C. 重核发生裂变反应时，生成新核的比结合能变大 D. 原子核发生变化时，一定会释放能量 √ √ 解析　 维系原子核稳定的力是核力，核力可以是吸引力，也可以是排斥力，故 A 正确 ； 原子序数 小于 83 的元素的一些同位素也可以自发衰变，故 B 错误 ； 重 核发生裂变反应时，释放能量，所以生成新核的比结合能变大，故 C 正确 ； 原子核 发生变化时，如果质量增大，则吸收能量，故 D 错误 . 答案 解析 拓展训练 9 　 (2018· 江苏单科 ·12C(1)) 已知 A 和 B 两种放射性元素的半衰期分别为 T 和 2 T ，则相同质量的 A 和 B 经过 2 T 后，剩有的 A 和 B 质量之比为 A.1 ∶ 4 B.1 ∶ 2 C.2 ∶ 1 D.4 ∶ 1 √ 答案 解析 拓展训练 10 　 ( 多选 )(2017· 江苏单科 ·12C(1)) 原子核的比结合能曲线如图 8 所示 . 根据该曲线，下列判断正确的有 √ 图 8 √ 答案 235.043 9 　　 1.008 7 　　 138.917 8 　　 93.915 4 反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量 ( 以原子质量单位 u 为单位 ) ，已知 1 u 的质量对应的能量为 9.3 × 10 2 MeV ，则 A. 此反应方程式中的 X 是 B. 此反应释放出的能量约为 1.8 × 10 2 MeV C. 此反应前后能量守恒 D. 此反应前后动量不 守恒 √ √