2018届二轮复习专题八波粒二象性原子与原子核课件（49张）（全国通用） 49页

专题八 波粒二象性 原子与原子核 知识回扣 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 高考题型 1 　 光电效应 与光的粒子性 高 考题 精选精练 知识 回扣 知识回扣 1. 氢原子能级图 (1) 能级图如图 1 所示 . 图 1 (2) 一群氢原子处于量子数为 n 的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数： N ＝ ＝ . 答案 2. 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 中子转化为质子和电子 衰变规律 电荷数守恒 、 守恒 质量数 3. 核能 (1) 原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量 . (2) 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象 . 注意质量数与质量是两个不同的概念 . (3) 质能方程： E ＝ mc 2 ，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比 . 4. 光电效应的实验规律 (1) 任何一种金属都有一 个 ， 入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应 . (2) 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光 的 增大 而增大 . (3) 入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过 10 － 9 s. (4) 当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度 成 比 . 答案 极限频率 频率 正 5. 光电效应方程 (1) 光电子的最大初动能跟入射光子的能量 hν 和逸出功 W 0 的关系为： E k ＝ hν － W 0 . (2) 极限频率 ν c ＝ . 光电效应与光的粒子性 高考题型 1 例 1 　 ( 多选 )(2017· 全国卷 Ⅲ ·19) 在光电效应实验中，分别用频率为 ν a 、 ν b 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 U a 和 U b ，光电子的最大初动能分别为 E k a 和 E k b . h 为普朗克常量 . 下列说法正确的是 A. 若 ν a ＞ ν b ，则一定有 U a ＜ U b B. 若 ν a ＞ ν b ，则一定有 E k a ＞ E k b C. 若 U a ＜ U b ，则一定有 E k a ＜ E k b D. 若 ν a ＞ ν b ，则一定有 hν a － E k a ＞ hν b － E k b 答案 解析 √ √ 解析　 由爱因斯坦光电效应方程得 E km ＝ hν － W 0 ，由动能定理得 E km ＝ eU ，若用 a 、 b 单色光照射同种金属时，逸出功 W 0 相同 . 当 ν a ＞ ν b 时，一定有 E k a ＞ E k b ， U a ＞ U b ，故选项 A 错误， B 正确 ； 若 U a ＜ U b ，则一定有 E k a ＜ E k b ，故选项 C 正确 ； 因 逸出功相同，有 W 0 ＝ hν a － E k a ＝ hν b － E k b ，故选项 D 错误 . 技巧点拨 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) 光子频率高 → 光子能量大 → 产生光电子的最大初动能大 . ( 2) 光强 → 光子数目多 → 发射光电子数多 → 光电流大 . 2. 爱因斯坦光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 的研究对象是 金属 表面 的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的 增大 而 增大 ( 如图 2 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 2 1.(2017· 广东广州市模拟 ) 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光强度减弱，而频率不变，则 A. 有可能不发生光电效应 B. 逸出的光电子的最大初动能将减小 C. 单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 D. 从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 对点拓展练 答案 2 1 解析 √ 解析　 入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应 . 故 A 错误 . 根据 光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 知，入射光的频率不变，则最大初动能不变 . 故 B 错误 . 光 的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，入射光强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小 . 故 C 正确 . 发射 出光电子的时间非常短，可认为是瞬时的，故 D 错误 . 2 1 A.A 图中无光电子射出 B.B 图中光电子到达金属网时的动能大小为 1.5 eV C.C 图中的光电子能到达金属网 D.D 图中光电子到达金属网时的最大动能为 3.5 eV 2.( 多选 )(2017· 山东临沂市模拟 ) 如图 3 所示， N 为金属板， M 为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，己知金属板的逸出功为 4.8 eV. 现分别用不同频率的光照射金属板 ( 各光子的能量已在图上标出 ) ，则下列说法正确的是 √ 图 3 √ 2 1 答案 解析 解析　 因入射光的能量 3.8 eV 小于金属板的逸出功 4.8 eV ，依据光电效应发生条件，不能发生光电效应，故 A 正确 ； 因 入射光的能量为 4.8 eV( 等于金属板的逸出功 4.8 eV) ，因此光电子逸出时的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属网的动能为 1.5 eV ，故 B 正确 ； 入射光 的能量为 5.8 eV ，大于金属板的逸出功 4.8 eV ，依据光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 ，逸出来的光电子最大初动能为 1.0 eV ，根据动能定理，知光电子不能到达金属网，故 C 错误 ； 逸出 的光电子最大初动能为： E km ＝ E 光 － W 0 ＝ 6.8 eV － 4.8 eV ＝ 2.0 eV ，到达金属网时最大动能为 2.0 eV － 1.5 eV ＝ 0.5 eV ，故 D 错误 . 2 1 原子结构和能级跃迁 高考 题型 2 例 2 　 (2017· 辽宁大连市 3 月模拟 ) 如图 4 为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于 n ＝ 3 的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为 2.25 eV 的金属钾，下列说法正确的是 A. 这群氢原子能发出 3 种频率不同的光，其中从 n ＝ 3 跃迁到 n ＝ 2 所 发出 的 光波长最短 B. 这群氢原子能发出 2 种频率不同的光，其中从 n ＝ 3 跃迁到 n ＝ 1 所 发出 的 光频率最小 C. 金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为 9.84 eV D. 金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为 12.86 eV 答案 √ 解析 图 4 解析　 这群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论 hν ＝ E m － E n ( m ＞ n ) 得知，从 n ＝ 3 跃迁到 n ＝ 2 所发出的光能量最小，由 E ＝ hν ＝ h 得知，频率最低，波长最长，故 A 、 B 错误； 从 n ＝ 3 跃迁到 n ＝ 1 辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为 13.60 eV － 1.51 eV ＝ 12.09 eV ，根据光电效应方程得， E km ＝ hν － W 0 ＝ 12.09 eV － 2.25 eV ＝ 9.84 eV ，故 C 正确， D 错误 . 规律总结 1. 汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据 α 粒子散射实验构建了原子的核式结构模型 . 玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律 . 卢瑟福用 α 粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用 α 粒子轰击铍核发现了中子 . 贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的 . 居里夫妇首次发现了放射性同位素 . 2. 原子的核式结构模型 (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； (2) 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 . 3. 能级和能级跃迁： (1) 轨道量子化 核外电子只能在一些分立的轨道上运动 r n ＝ n 2 r 1 ( n ＝ 1,2,3 ， … ) (2) 能量量子化 原子只能处于一系列不连续的能量状态 E n ＝ ( n ＝ 1,2,3 ， … ) (3) 吸收或辐射能量量子化 原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即 hν ＝ E m － E n ( m > n ). 3.(2017· 湖北武汉市 2 月调考 ) 关于原子结构，下列说法错误的是 A. 汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流 B. 卢瑟福 α 粒子散射实验表明：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 C. 各种原子的发射光谱都是连续谱 D. 玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念， 提出 了 玻尔的原子模型 对点拓展练 √ 答案 解析 解析　 各种原子的发射光谱都是明线光谱 . 4 5 3 4. 关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是 A. 原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力 B. 电子绕核运动的轨道半径是任意的 C. 原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能 只 能 取某些特定值 D. 电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射 ( 或吸收 ) 的光子频率 等 于 电子绕核运动的频率 答案 √ 解析 4 5 3 解析　 根据玻尔理论的基本假设知，原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力， A 项正确 ； 电子 绕核运动的轨道半径是一些特定的值， B 项错误 ； 原子 的能量包括电子的动能和势能，由于轨道是量子化的，则电子动能也是一些特定的值， C 项错误 ； 电子 由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射 ( 或吸收 ) 的光子能量等于两能级间的能量差， D 项错误 . 4 5 3 5.(2017· 山东青岛市模拟 ) 原子从 A 能级跃迁到 B 能级时吸收波长为 λ 1 的光子；原子从 B 能级跃迁到 C 能级时发射波长为 λ 2 的光子 . 已知 λ 1 > λ 2 ，那么原子从 A 能级跃迁到 C 能级时将要 A. 发出波长为 λ 1 － λ 2 的 光子 B . 发出波长 为 的 光子 C. 吸收波长为 λ 1 － λ 2 的 光子 D . 吸收波长 为 的 光子 答案 √ 解析 4 5 3 核反应和核能的计算 高考 题型 3 答案 例 3 　 (2017· 全国卷 Ⅱ ·15) 一静止的铀核放出一个 α 粒子衰变成钍核，衰变方程 为 ， 下列说法正确的是 A. 衰变后钍核的动能等于 α 粒子的动能 B. 衰变后钍核的动量大小等于 α 粒子的动量大小 C. 铀核的半衰期等于其放出一个 α 粒子所经历的时间 D. 衰变后 α 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析 √ 解析　 静止的铀核在 α 衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得 p Th ＋ p α ＝ 0 ，即钍核的动量和 α 粒子的动量大小相等，方向相反，选项 B 正确； 根据 E k ＝ 可知 ，选项 A 错误； 半衰期的定义是统计规律，选项 C 错误； 铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后 α 粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项 D 错误 . 技巧点拨 1.α 射线、 β 射线、 γ 射线之间的区别 名称 α 射线 β 射线 γ 射线 实质 氦核流 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 2. 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) 把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把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： 6.(2017· 四川宜宾市二诊 ) 有关原子结构和原子核的认识，下列说法正确的是 A. 居里夫人最先发现天然放射现象 B. 伦琴射线的发现揭示了原子具有核式结构 C. 在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关 D. 在衰变 方程 → X ＋ ＋ γ 中， X 原子核的质量数是 234 对点拓展练 答案 √ 解析 7 8 6 解析　 贝可勒尔最先发现天然放射现象 . 故 A 错误； α 粒子散射实验揭示了原子具有核式结构 . 故 B 错误； 根据光电效应方程 E k ＝ hν － W 0 可知，在光电效应中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关 . 故 C 正确； 根据质量数守恒可得， X 的质量数： A ＝ 239 － 4 ＝ 235. 故 D 错误 . 7 8 6 答案 √ √ 7 8 6 答案 解析 8.( 多选 )(2017· 贵州凯里市模拟 ) 核电站核泄漏的污染物中含有碘 131 和铯 137. 碘 131 的半衰期约为 8 天，会释放 β 射线；铯 137 是铯 133 的同位素，半衰期约为 30 年，发生衰变时会辐射 γ 射线，下列说法正确的是 C. 与铯 137 相比，碘 131 衰变更慢，且铯 133 和铯 137 含有相同的质子数 D. 铯 137 衰变时辐射出的 γ 光子能量大于可见光光子能量 √ √ 7 8 6 解析　 β 射线实际是电子流，故 A 错误， B 正确 ； 半衰期 是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，碘 131 的半衰期为 8 天，铯 137 半衰期为 30 年，碘 131 衰变更快，故 C 错误 . γ 射线是高频电磁波，其光子能量大于可见光光子的能量，故 D 正确 . 7 8 6 高考题精选精练 题组 1 　全国卷真题精选 1.(2016· 全国卷 Ⅰ ·35(1)) 现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生 . 下列说法正确的是 ________. A. 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大 B. 入射光的频率变高，饱和光电流变大 C. 入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大 D. 保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生 E. 遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关 √ 答案 1 2 3 4 5 6 解析 √ √ 1 2 3 4 5 6 解析　 在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此 A 正确， B 错误 ； 根据 E k ＝ hν － W 0 可知，对于同一光电管，逸出功 W 0 不变，若入射光频率变高，则光电子最大初动能变大，因此 C 正确 ； 由 光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此 D 错误 ； 由 E k ＝ eU c 和 E k ＝ hν － W 0 ，得 hν － W 0 ＝ eU c ，遏止电压只与入射光频率有关，与入射光强度无关，因此 E 正确 . 2.(2016· 全国卷 Ⅱ ·35(1)) 在下列描述核过程的方程中，属于 α 衰变的是 ___ ， 属于 β 衰变的是 ____ ， 属于裂变的是 ___ ， 属于聚变的是 ____.( 填正确答案标号 ) 答案 1 2 3 4 5 6 C AB E F 3.(2015· 新课标全国 Ⅱ ·35(1)) 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 E. 光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与 入 射 光的强度无关 √ 答案 1 2 3 4 5 6 解析 √ √ 解析　 电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，突出体现了电子的波动性，故 A 正确 ； β 射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，突出体现了 β 射线的粒子性，故 B 错误 ； 人们 利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射突出体现了中子的波动性，故 C 正确 ； 人们 利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，突出体现了电子的波动性，故 D 正确 ； 光电效应 实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关，突出体现了光的粒子性，故 E 错误 . 1 2 3 4 5 6 答案 1 2 3 4 5 6 解析 4.(2014· 新课标全国 Ⅰ ·35(1)) 关于天然放射性，下列说法正确的是 ________. A. 所有元素都可能发生衰变 B. 放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C. 放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D.α 、 β 和 γ 三种射线中， γ 射线的穿透能力最强 E. 一个原子核在一次衰变中可同时放出 α 、 β 和 γ 三种射线 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 解析　 自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项 A 错误 ； 放射性元素 的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项 B 、 C 正确 ； α 、 β 和 γ 三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项 D 正确 ； 原子 核发生衰变时，不能同时发生 α 和 β 衰变， γ 射线伴随这两种衰变产生，故选项 E 错误 . 题组 2 　各省市真题精选 5.(2015· 福建理综 ·30(1)) 下列有关原子结构和原子核的认识，其中正确的是 ________.( 填选项前的字母 ) A.γ 射线是高速运动的电子流 B. 氢原子辐射光子后，其绕核运动的电子动能增大 C. 太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变 D . 的 半衰期是 5 天， 100 克 经过 10 天后还剩下 50 克 答案 1 2 3 4 5 6 解析 √ 解析　 β 射线是高速电子流，而 γ 射线是一种电磁波，选项 A 错误 . 氢原子辐射光子后，绕核运动的电子距核更近，动能增大，选项 B 正确 . 太阳辐射能量的主要来源是太阳内部氢核的聚变，选项 C 错误 . 1 2 3 4 5 6 10 天为两个半衰期，剩余 的 为 100 × g ＝ 100 × ( ) 2 g ＝ 25 g ，选项 D 错误 . a. 氢原子从 n ＝ 2 跃迁到 n ＝ 1 的能级时，辐射光的波长 大于 656 nm b. 用波长为 325 nm 的光照射，可使氢原子从 n ＝ 1 跃迁 到 n ＝ 2 的能级 c. 一群处于 n ＝ 3 能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生 3 种谱线 d. 用波长为 633 nm 的光照射，不能使氢原子从 n ＝ 2 跃迁到 n ＝ 3 的能级 6.(2014· 山东理综 ·39(1)) 氢原子能级如图 5 所示，当氢原子从 n ＝ 3 跃迁到 n ＝ 2 的能级时，辐射光的波长为 656 nm. 以下判断正确的是 ________. √ 答案 1 2 3 4 5 6 解析 图 5 √ 1 2 3 4 5 6 解析　 能级间跃迁辐射的光子能量等于两能级间的能级差，能级差越大，辐射的光子频率越大，波长越小， a 错误； 由 E m － E n ＝ hν 可知， b 错误， d 正确 ； 根据 ＝ 3 可知，辐射的光子频率最多 3 种， c 正确 .