2020届二轮复习专题五选修第13课时波粒二象性原子与原子核课件（33张） 33页

第 13 课时 波粒二象性　原子与原子核 专题四 　选修 3 － 3 、 3 － 4 、 3 － 5 栏目索引 考点 1 　光电效应　波粒二象性 考点 2 　氢原子模型与原子结构 考点 3 　核反应与核能 1. 光电效应方程 (1) 光子： 频率为 ν 的光的能量子为 . (2) 方程表达式： hν ＝ E k ＋ W 0 或 E k ＝ . 2. 三个关系式 (1) 爱因斯坦光电效应方程： E k ＝ hν － W 0 (2) 最大初动能与遏止电压： E k ＝ eU c (3) 逸出功与截止频率： W 0 ＝ hν c 考点 1 　光电效应　波粒二象性 hν hν － W 0 3. 两个图象 (1) 光电流与电压的关系，如图 1 所示 图 1 ① I m 为饱和光电流，由光照强度决定 . ② U c 为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定 . (2) 用图象表示光电效应方程，如图 2 所示 图 2 ① 截止频率：图线与 ν 轴的交点的横坐标 ν c ② 逸出功：图线与 E k 轴交点的纵坐标的绝对值 W 0 ③ 普朗克常量：图线的斜率 k ＝ h . 4. 两条线索 (1) 光强大 → 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 5. 光的波粒二象性 (1) 大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出 性 . (2) 波长长 ( 频率低 ) 的光波动性强，而波长 ( 频率 ) 的光粒子性强 . 粒子 短 高 例 1 　 (2019· 河南九师联盟质检 ) 关于光电效应，下列说法正确的是   A. 在光电效应实验中，用不同频率的光照射相同的金属表面，这种金属的逸出功不同 B. 若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时一定能发生 光电效应 C. 用同一种频率的单色光照射不同的金属 ( 都有光电效应发生 ) ，光电子的最大初动 能与金属的逸出功成线性关系 D. 只要增加光照时间和光照强度照射金属表面，该金属一定能发生光电效应 √ 解析　 在光电效应实验中，金属的逸出功是由金属本身决定的物理量，与入射光的频率无关，选项 A 错误； 黄光的频率小于紫光，则若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时不一定能发生光电效应，选项 B 错误； 根据 E k ＝ hν － W 0 可知，用同一种频率的单色光照射不同的金属 ( 都有光电效应发生 ) ，光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系，选项 C 正确； 能否发生光电效应，由入射光的频率决定，与光照时间和光照强度无关，选项 D 错误 . 1.(2019· 四川综合能力提升卷 ) 用一种红光照射某种金属，发生了光电效应 . 现改用紫光照射该金属，下列说法正确的是 A. 若紫光强度较小，可能不会产生光电子 B. 用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射时该金属的逸出功大 C. 用紫光照射时，光电子的最大初动能更大 D. 两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的 动能小 变式训练 √ 解析　 因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应，则紫光一定发生光电效应，选项 A 错误； 某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项 B 错误； 照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射时，光电子的最大初动能更大，选项 C 正确； 两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子的最大初动能小，但用红光照射产生的光电子的动能不一定都比用紫光照射产生的光电子的动能小，选项 D 错误 . 例 2 　 ( 多选 ) (2019· 浙江嘉丽 3 月联考 ) 某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图 3 甲所示 . 测得该金属的遏止电压 U c 与入射光频率 ν 之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量 h ＝ 6.63 × 10 － 34 J·s. 则   A. 图甲中电极 A 为光电管的阳极 B. 探究遏止电压 U c 与入射光频率 ν 关系时， 电源的左侧是正极 C. 该金属的截止频率 ν c 为 5.15 × 10 14 Hz D. 该金属的逸出功为 3.41 × 10 － 19 eV 图 3 √ √ 解析　 电子从金属板上射出后被电场加速，知 A 板为阳极，故选项 A 正确； 探究遏止电压 U c 与入射光频率 ν 关系时，应让电子减速，直至光电流为零，故电源左侧是负极，选项 B 错误； 由 E k ＝ hν － W 0 和 eU c ＝ E k 知，当 U c ＝ 0 时， hν c ＝ W 0 . 据题图乙知截止频率 ν c ＝ 5.15 × 10 14 Hz ，故选项 C 正确； W 0 ＝ hν c ＝ 6.63 × 10 － 34 × 5.15 × 10 14 J ≈ 3.41 × 10 － 19 J ，故 D 错误 . 2.(2019· 福建福州市期末质量检测 ) 研究光电效应现象的实验装置示意图如图 4(a) 所示，用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极 K 时，测得相应的遏止电压分别为 U 1 和 U 2 ，产生的光电流 I 随光电管两端电压 U 的变化规律如图 (b) 所示 . 已知电子的质量为 m ，电荷量为－ e ，黄光和蓝光的频率分别为 ν 1 和 ν 2 ，且 ν 1 < ν 2 . 则下列判断正确的是 A. U 1 > U 2 B. 图 (b) 中的乙线是对应黄光照射 C. 根据题述条件无法算出阴极 K 金属的 极限频率 D. 用蓝光照射时，光电子的最大初动能 为 eU 2 变式训练 √ 图 4 3.(2019· 浙江宁波市 “ 十校联考 ” ) 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图如图 5. 用频率为 ν 的普通光源照射阴极 K ，没有发生光电效应 . 换用同样频率为 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 K 、 A 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 0 为逸出功， h 为普朗克常量， e 为电子电荷量 ) 图 5 √ 解析　 发生光电效应时有 E k ＝ nhν － W 0 ( n ＝ 2,3,4 … ) ， 在 K 、 A 间逐渐增大 U ，当光电流为零时， 1. 玻尔理论的基本内容 (1) 能级假设：氢原子 E n ＝ ( n 为量子数 ). (2) 跃迁假设：吸收或释放的能量 hν ＝ ( m > n ). (3) 轨道假设：氢原子 r n ＝ n 2 r 1 ( n 为量子数 ). 2. 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 . 考点 2 　氢原子模型与原子结构 E m － E n (2) 受激跃迁：低能级 → 高能级， 能量 . ① 光照 ( 吸收光子 ) ：光子的能量必须 能级差 Δ E . ② 碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可， E 外 ≥ Δ E . ③ 大于电离能的光子被吸收，原子被电离 . 3. 四点技巧 (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 . (2) 原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级的绝对值 . (3) 一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，可能辐射光子的种类 (4) 计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值 . 吸收 恰好等于 例 3 　 (2019· 河南濮阳市 5 月模拟 )He － Ne 激光器产生的波长为 6.33 × 10 － 7 m 的谱线是 Ne 原子从激发态能级 ( 用 E 1 表示 ) 向能量较低的激发态能级 ( 用 E 2 表示 ) 跃迁时发生的；波长为 3.39 × 10 － 6 m 的谱线是 Ne 原子从激发态能级 E 1 向能量较低的激发态能级 ( 用 E 3 表示 ) 跃迁时发生的 . 已知普朗克常量 h 与光速 c 的乘积 hc ＝ 1.24 × 10 － 6 m·eV. 由此可知 Ne 的激发态能级 E 2 与 E 3 的能量差为 ( 结果保留两位有效数字 )   A.1.6 eV B.2.6 eV C.3.6 eV D.4.0 eV √ 代入数值得 Δ E ≈ 1.6 eV ，故 A 项正确 . 变式训练 4.(2019· 四川宜宾市第二次诊断 ) 玻尔首先提出能级跃迁 . 如图 6 所示为氢原子的能级图，现有大量处于 n ＝ 3 能级的氢原子向低能级跃迁 . 下列说法正确的是   A. 这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光 B. 氢原子由 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 2 能级产生的光频率最大 C. 氢原子由 n ＝ 3 能级跃迁到 n ＝ 1 能级产生的光波长最长 D. 这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为 10.2 eV 图 6 √ 5.(2019· 全国卷 Ⅰ ·14) 氢原子能级示意图如图 7 所示 . 光子能量在 1.63 eV ～ 3.10 eV 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.12.09 eV B.10.20 eV C.1.89 eV D.1.51 eV 图 7 √ 解析　 因为可见光光子的能量范围是 1.63 eV ～ 3.10 eV ， 所以处于基态的氢原子至少要被激发到 n ＝ 3 能级， 要给氢原子提供的能量最少为 E ＝ ( － 1.51 ＋ 13.60) eV ＝ 12.09 eV ， 故选项 A 正确 . 1. 核反应的四种类型 考点 3 　核反应与核能 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 α 衰变 自发   β 衰变 人工转变 人工控制       约里奥 — 居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子   卢瑟福 重核裂变 比较容易进行人工控制   轻核聚变 很难控制   3 2. 原子核的衰变 即放出 β 射线，在 α 衰变或 β 衰变过程中放出 γ 射线 . (2) 衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是 规律，对个别、少数原子无意义 . 3. 核反应方程解答技巧 (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 . (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核反应方程是否正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒 . (3) 明白核反应过程是不可逆的 —— 核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接 . 统计 4. 核能的计算方法 (1) 根据 Δ E ＝ Δ mc 2 计算时， Δ m 的单位是 “ kg ” ， c 的单位是 “ m/s ” ， Δ E 的单位是 “ J ”. (2) 根据 Δ E ＝ Δ m × 931.5 MeV 计算时， Δ m 的单位是 “ u ” ， Δ E 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 . √ 解析　 该反应放出 α 粒子，属于 α 衰变，选项 A 错误； 7.(2019· 天津市和平区上学期期末 ) 天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的结构 . 关于原子核，下列说法正确的是   A.β 射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 B. 某原子核经过一次 α 衰变后，核内质子数减少 4 个 C. 增大压强不能改变原子核衰变的半衰期 D.α 射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤 √ 变式训练 解析　 β 射线是原子核内的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子形成的，故 A 错误； α 衰变是原子核自发放射 α 粒子的核衰变过程 .α 粒子是核电荷数为 2 、质量数为 4 的氦核 . 质子数等于核电荷数 2 ，所以 “ 核内质子数减少 4 个 ” 是错误的，则 B 错误； 原子核的半衰期有其自身决定，与原子所处的物理、化学状态和外部条件无关，故改变压强不能改变半衰期， C 正确； γ 射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤， α 射线的电离本领最强， D 错误 . 8.(2019· 湖北武汉市二月调研 ) 据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能系统 (TMSR) 研究已获重要突破 . 该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若干次 β 衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，同时释放巨大能量 . 下列说法正确的是   C. 放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部 条件决定 D. 重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小 √ 根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故 B 正确； 根据半衰期的特点可知，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，故 C 错误； 较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增大，故 D 错误 . A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV √ 解析　 因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计 . 核反应质量亏损 Δ m ＝ 4 × 1.007 8 u － 4.002 6 u ＝ 0.028 6 u ，释放的能量 Δ E ＝ 0.028 6 × 931 MeV ≈ 26.6 MeV ，选项 C 正确 . B. 核反应后总质量增加了 C. 核电站的发电效率约为 32% D. 每秒钟约有 1.1 × 10 20 个铀 235 核发生裂变 9. ( 多选 ) (2019· 浙江绍兴市 3 月选考 ) 一座核电站反应堆产生的热功率为 3 400 MW ，发电功率为 1 100 MW. 已知一个铀 235 核裂变时释放的能量约为 200 MeV ，下列说法正确的是   变式训练 √ √ 解析　 根据质量数守恒和电荷数守恒， 由于释放核能，据 Δ E ＝ Δ mc 2 ，总质量一定减小；