2019届二轮复习专题五第3讲波粒二象性　原子和原子核课件（40张） 40页

第 3 讲　波粒二象性　原子和原子核 专题五 　 加试选择题题型强化 内容索引 考点一　光电效应的规律和理解 考点二　玻尔理论和能级 考点三　核反应与核能 光电效应的规律和理解 考点一 1. 光电效应 在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做光电子 . 2. 实验规律 (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) 光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是瞬时的 . (4) 在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大 . 3. 爱因斯坦光电效应方程 (1) 光子：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子称为光子，频率为 ν 的光的能量子为 hν . (2) 爱因斯坦光电效应方程 ① 表达式： hν ＝ E k ＋ W 0 或 E k ＝ hν － W 0 . ② 物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 hν ，这些能量一部分用于克服金属的逸出功 W 0 ，剩下的表现为逸出后电子的初动能 E k . 例 1 　 ( 多选 ) 如图 1 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 . 图乙为某中一个光电管的遏止电压 U c 随入射光频率 ν 变化的函数关系图象 . 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 U c 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 U c － ν 图象的斜率可能不同 √ 图 1 √ √ 答案 解析 解析　 根据 E k ＝ hν － W 0 和 eU c ＝ E k 可知，入射光的频率相同，逸出功 W 0 不同，则遏止电压 U c 也不同，故 A 正确 . 根据 E k ＝ hν － W 0 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，饱和光电流也可能相同 ， 故 C 正确 . 所以两个光电管的 U c － ν 图象的斜率一定相同，故 D 错误 . 1.( 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 2 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 答案 √ 图 2 √ 解析 拓展训练 解析　 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 ； 改用 黄色弧光灯照射锌板时，黄光频率小于蓝光，不一定能发生光电效应，原来不带电的验电器的指针不一定会张开一个角度，故 D 错误 . 2.( 多选 ) 光电效应实验中，下列表述正确的是 A. 发生光电效应时，光照越强，光电流越大 B. 入射光足够强就可以有光电流 C. 遏止电压与入射光的频率有关 D. 入射光频率大于极限频率才能产生光电子 答案 解析 √ √ √ 解析　 光电流的大小与光电子的多少有关，增大光的强度，可以增大光电流，光照越强，光电流越大，故 A 正确 ； 无论 光强多强，光照时间多长，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应，故 B 错误 ； 根据 爱因斯坦光电效应方程可知，超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大，对应的遏止电压越大，故 C 正确 ； 无论 光强多强，光照时间多长，只有光的频率大于极限频率才能产生光电效应，故 D 正确 . 3.( 多选 )(2018· 新高考研究联盟联考 ) 研究光电效应的实验电路图如图 3a 所示，其光电流与电压的关系如图 b 所示 . 则下列说法中正确的 是 图 3 A . 若把滑动变阻器的滑动触头 向 右滑动 ，光电流一定增大 B. 图线甲与乙是同一种入射光，且甲的入射光强度大于乙光 C. 由图可知，乙光的频率小于丙光频率 D. 若将甲光换成丙光来照射锌板，其逸出功将减小 √ √ 答案 玻尔理论和能级 考点二 1. 玻尔理论的理解 (1) 电子绕核运动的半径是不连续的； (2) 电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率； (3) 实物粒子也能使原子发生能级跃迁； (4) 能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的 . 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 . (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 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. 谱线条数的确定方法 (1) 一个处于第 n 能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为 n － 1. (2) 一群处于第 n 能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法： 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 . 例 2 　 ( 多选 )(2018· 浙江 4 月选考 ·15) 氢原子的能级图如图 4 所示，关于大量氢原子的能级跃迁，下列说法正确的是 ( 可见光的波长范围为 4.0 × 10 － 7 m ～ 7.6 × 10 － 7 m ，普朗克常量 h ＝ 6.6 × 10 － 34 J·s ，真空中的光速 c ＝ 3.0 × 10 8 m/s ) 图 4 答案 解析 A . 氢原子从高能级跃迁到基态时，会辐射 γ 射线 B. 氢原子处在 n ＝ 4 能级时，会辐射可见光 C. 氢原子从高能级向 n ＝ 3 能级跃迁时，辐射的光具有显著的热效应 D. 氢原子从高能级向 n ＝ 2 能级跃迁时，辐射的光在同一介质中 传播速度 最小 的光子能量为 1.89 eV √ √ 解析　 γ 射线是原子核衰变时产生的高能电磁波，与核外电子无关，故 A 选项错误 ； 电子 从高能级向低能级跃迁时辐射出光子，根据 Δ E ＝ hν ＝ h ， 可得可见光光子的能量范围为 1.63 eV ～ 3.09 eV. 从 n ＝ 4 能级跃迁到 n ＝ 2 能级 Δ E ＝ 2.55 eV ，处在可见光能量范围内，故 B 选项正确 ； 从 高能级向 n ＝ 3 能级跃迁辐射出最大能量为 Δ E ＝ 1.51 eV<1.63 eV ，属于红外线，具有热效应，所以 C 选项正确 ； 传播速度 越小，折射率越大，光子频率越大，能量越大，而从高能级向 n ＝ 2 能级跃迁时最大能量为 3.4 eV ，所以 D 选项错误 . 4.( 多选 ) 下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法，正确的是 A. 原子中的电子运动轨道分布是连续的 B. 原子中的电子在某一定态时，电子绕原子核运动，但不向外辐射能量 C. 氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时， 氢原子 的 能量不变 D. 一群氢原子从 n ＝ 3 能级向 n ＝ 1 能级跃迁，最多能发出 3 种不同 频率的 光子 答案 拓展训练 √ √ 解析 解析　 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的，故 A 错误 ； 原子 处于称为定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向外辐射能量，故 B 正确 ； 核外电子 由一个能级跃迁到另一个能级时，吸收一定频率的光子后，能量会增大，故 C 错误 ； 氢原子 向低能级跃迁时是随机的，一群处于 n ＝ 3 能级的氢原子向低能级跃迁时最多可能 发出 ＝ 3 种不同频率的光子，故 D 正确 . 5.( 多选 ) 如图 5 所示， μ 子与氢原子核 ( 质子 ) 构成的原子称为 μ 氢原子 (bydrogen muonatom). 它在原子核物理的研究中有重要作用 . 图为 μ 氢原子的能级示意图，假定光子能量为 E 的一束光照射容器中大量处于 n ＝ 2 能级的 μ 氢原子， μ 氢原子吸收光子后，发出频率为 ν 1 、 ν 2 、 ν 3 、 ν 4 、 ν 5 和 ν 6 的光，且频率依次增大， 则 答案 解析 图 5 A.μ 氢原子吸收光子后处于 n ＝ 5 能级 B.μ 氢原子吸收光子后处于 n ＝ 4 能级 C. E 等于 h ( ν 6 － ν 4 ) D. E 等于 h ( ν 5 － ν 2 ) √ √ 解析　 由 n ＝ ＝ 6 ，解得： m ＝ 4 ，即 μ 氢原子吸收能量后先从 n ＝ 2 能级跃迁到 n ＝ 4 能级，然后从 n ＝ 4 能级向低能级跃迁，故 A 错误， B 正确 . 辐射 光子按能量从小到大的顺序排列为能级 4 到能级 3 ，能级 3 到能级 2 ，能级 4 到能级 2 ，能级 2 到能级 1 ，能级 3 到能级 1 ，能级 4 到能级 1. 所以能量 E 与 hν 3 相等，也等于 h ( ν 1 ＋ ν 2 ) ，也等于 h ( ν 6 － ν 4 ) ，故 C 正确， D 错误 . B . 大量处于 n ＝ 4 激发态的氢原子向基态跃迁时，可能发出 6 条光谱线 C. 氢原子从 n ＝ 4 激发态跃迁到 n ＝ 2 激发态需要吸收光子 D. 氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时，氢原子的电势能减小 ， 电子 的动能增大 6.( 多选 ) 根据国家科技部 2017 年 3 月 6 日报道，迄今为止，科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子，按玻尔氢原子理论，氢原子的能级如图 6 所示，下列判断正确的是 A. 用光子能量为 13.01 eV 的光照射一群处于基态的 氢 原子 ，可观测到多种不同频率的 光 答案 解析 √ √ 图 6 解析 　 氢原子发生能级跃迁的能量差：－ 13.6 eV ＋ 13.01 eV ＝－ 0.59 eV ，氢原子没有－ 0.59 eV 的能级，故 A 错误 ； 大量 处于 n ＝ 4 激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条 数 为 ＝ 6 种，故 B 正确 ； 氢原子 由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子，故 C 错误 ； 氢原子 的核外电子由高能级跃迁到低能级时，轨道半径减小，电场力做正功，氢原子电势能减小，电子的动能增大， D 正确 . A. 在相同的双缝干涉实验装置中， a 光产生的干涉条纹间距比 b 光的更宽 B. a 光和 b 光的光子动量之比为 255 ∶ 97 C. 用 a 光照射该金属时，能产生最大初动能为 0.27 eV 的光电子 D. 在同样的玻璃中， a 光的传播速度大于 b 光的传播速度 7.( 多选 )(2018· 嘉兴一中期末 ) 如图 7 是氢原子能级图，大量处在激发态 n ＝ 5 能级的氢原子向低能级跃迁， a 是从 n ＝ 4 能级跃迁到 n ＝ 2 能级产生的光， b 是从 n ＝ 5 能级跃迁到 n ＝ 3 能级产生的光 . 已知某金属的极限频率 ν ＝ 5.53 × 10 14 Hz ，普朗克常量 h ＝ 6.6 × 10 － 34 J·s ，电子电荷量 e ＝ 1.6 × 10 － 19 C ，则 √ 图 7 √ 答案 核反应与核能 考点三 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 β 衰变 自发 人工转变 人工 控制 ( 卢瑟福发现质子 ) ( 查德威克 发现中子 ) 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 重核裂变 比较容易进行人工控制 轻核聚变 很难控制 2. 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 ＝ mc 2 . 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 Δ m ，其能量也要相应减少，即 Δ E ＝ Δ mc 2 . (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 Δ m ，吸收的能量为 Δ E ＝ Δ mc 2 . √ √ √ 答案 解析 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 ； 8.( 多选 )(2018· 绍兴市选考诊断 ) 人类对微观世界进行探索的过程中，下列说法正确的是 A.G.P. 汤姆孙从实验中发现了电子衍射现象，说明实物粒子也具有波动性 B. 查德威克用 α 粒子轰击铍核发现中子的核反应 为 C. 有些元素的半衰期会随外界温度和压强的改变而略微改变 D. 一般化学反应只是核外电子的改变，而核反应则是原子核的改变 . 所以 一般 化学反应能量改变比核反应小 拓展训练 答案 √ √ 解析　 发生 β 衰变时，原子核中的一个中子转变为一个质子和一个电子，电子释放出来，所以每发射一个 β 粒子，一个中子转化为质子，依据质量数与电荷数守恒，则 有 故 B 、 D 正确， A 、 C 错误 . 答案 解析 √ √ 10.( 多选 )(2018· 浙江 4 月选考 ·14) 下列说法正确的是 A. 组成原子核的核子越多，原子核越稳定 B . 衰变为 经过 4 次 α 衰变， 2 次 β 衰变 C. 在 LC 振荡电路中，当电流最大时，线圈两端电势差也最大 D. 在电子的单缝衍射实验中，狭缝变窄，电子动量的不确定量变大 答案 解析 √ √ 解析　 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定，故 A 错误； 由于原子核经过一次 α 衰变，质子数减少 2 ，质量数减少 4 ，经过一次 β 衰变，质子数增加 1 ，质量数不变 . 所以 B 正确 ； 当线圈两端电势差最大时，电流变化率最大，此时电流为 0 ，故 C 错误； 在电子的单缝衍射实验中，狭缝越窄，屏上中央亮条纹越宽，即能更准确地测得电子的位置 . √ √ √ 答案 解析 解析　 根据核反应方程遵循质量数和电荷数守恒知， X ＝ 3 ， A 正确 ； 因 核电站发电效率为 50% ， 核电站每年 消耗 的 能量为 W ＝ P ′ t ＝ 2.00 × 10 9 × 365 × 24 × 3 600 J ≈ 6.3 × 10 16 J ， B 正确； 每年 消耗 的 质量为 M ＝ nm U ＝ 2.27 × 10 27 × 390 × 10 － 27 kg ≈ 885 kg ， D 正确 .