通用版2019版高考物理二轮复习第二部分第一板块第6讲“活学巧记”应对点散面广的原子物理学讲义含解析.pdf
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1、“活学巧记”应对点散面广的原子物理学“活学巧记”应对点散面广的原子物理学 考法 学法 原子物理学部分知识点较多,需要学生强化对知识的理解和记忆。在高考试卷中, 对原子物理学的考查一般是一个选择题, 难度不大。 考查热点主要有 : 光电效应、 波粒二象性;原子结构、氢原子能级跃迁;原子核的衰变规律、 三种射线的特点及应用;核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算。由于本 讲内容琐碎,考查点多,因此复习时应抓住主干知识,梳理出关键点,进行理解 性记忆。 提能点一 光电效应 波粒二象性基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1爱因斯坦光电效应方程 EkhW0 2光电效应的两个图像 (1)光电子的最大初
2、动能随入射光频率变化而变化的图像如图所 示。 依据EkhW0hh0可知:当Ek0 时,0,即图线 在横轴上的截距在 数值上等于金属的极限频率。 斜率kh普朗克常量。 图线在纵轴上的截距的绝对值等于金属的逸出功:W0h0。 (2)光电流随外电压变化的规律如图所示。 图中纵轴表示光电流,横轴表示阴、阳两极处所加外电压。 当UU时,光电流恰好为零,此时能求出光电子的最大初 动能,即EkeU,此电压称为遏止电压。 当UU0时,光电流恰好达到饱和光电流,此时所有光电子都参与了导电,电流最大为 Imax。 3处理光电效应问题的两条线索 (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
3、量大产生光电子的最大初动能大。 4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,Eh中,和就是波的概念。 hc (4)波动性和粒子性在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的。 5物质波 (1)定义:任何一个运动着的物体,都有一种波与之对应,这种波称为物质波。 (2)公式:物质波的波长 ,p为运动物体的动量,h为普朗克常量。 h p 题点全练 1 (2018全国卷)用波长为 300 nm 的光照射锌板, 电子逸出锌板表面的最大初动能 为 1.281019 J。 已知
4、普朗克常量为 6.631034 Js, 真空中的光速为 3.00108 ms 1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A11014 Hz B81014 Hz C21015 Hz D81015 Hz 解析:选 B 设单色光的最低频率为0,由爱因斯坦光电效应方程得Ekh1W0,0 h0W0,又1,整理得0,代入数据解得081014 Hz,B 正确。 c c Ek h 2多选(2017全国卷)在光电效应实验中,分别用频率为a、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ab,
5、则一定有Uab,则一定有EkaEkb C若Uab,则一定有haEkahbEkb 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EkhW,同 种金属的W不变,则逸出光电子的最大初动能随的增大而增大,B 项正确;又EkeU, 则最大初动能与遏止电压成正比,C 项正确;根据上述有eUhW,遏止电压U随增 大而增大,A 项错误;又有hEkW,W相同,D 项错误。 3表格所示为按照密立根的方法进行光电效应实验时,得到的某金属的遏止电压和入 射光的频率的几组数据。 Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878 /1014H z 5.6445.8886.0986.3036.5
6、01 由以上数据应用 Excel 描点连线,可得直线方程,如图所示。 则这种金属的截止频率约为( ) A3.51014 Hz B4.31014 Hz C5.51014 Hz D6.01014 Hz 解析 : 选 B 遏止电压为零时, 入射光的频率等于截止频率, 根据方程Uc0.397 3 1.702 4,代入Uc0,解得4.31014 Hz,B 正确。 1014 4.如图所示是实验室用来研究光电效应原理的装置图, 电表均为理 想电表, 当入射光的能量等于 9 eV 时, 灵敏电流表检测到有电流流过, 当 电压表示数等于 5. 5 V 时,灵敏电流表示数刚好为 0。则下列说法正确的 是( ) A
7、若增大入射光的强度,光电子的最大初动能将增大 B 若入射光的能量小于 3.5 eV, 改变电源的正负极方向, 则灵敏电流表示数可能不为 0 C光电管材料的逸出功等于 3.5 eV D增大入射光的波长,在电压表示数不变的情况下,灵敏电流表示数会变大 解析:选 C 根据光电效应方程EkhW0,可知光电子的最大初动能与入射光的强 度无关,故 A 错误;题图所示装置所加的电压为反向电压,由电压表的示数等于 5.5 V 时, 灵敏电流表示数为 0,可知光电子的最大初动能为 5.5 eV,根据光电效应方程EkhW0, 可得W03.5 eV,若入射光的能量小于 3.5 eV,则不能发生光电效应,灵敏电流表示
8、数一定 为0, 故B错误, C正确 ; 增大入射光的波长, 则光的频率减小, 根据光电效应方程EkhW0, 知光电子的最大初动能减小,在电压表示数不变的情况下,灵敏电流表示数可能会变小, 故 D 错误。 提能点二 原子结构、氢原子的能级跃迁基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1原子结构与原子光谱 2氢原子能级图与原子跃迁问题的解答技巧 (1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。 (2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率可由hEmEn求得。若求波长可由 公式c求得。 (3)一个氢原子跃迁放出可能的光谱线条数最多为(n1)条。 (4)一群氢原子跃迁放出可能的光谱线条数有两种求解方法。
9、 用数学中的组合知识求解:NCn2。 nn1 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.(2018重庆学业质量调研)如图所示为氢原子能级示意图的一 部分, 关于氢原子, 下列说法正确的是( ) A一个氢原子从n3 能级跃迁到n1 能级,可能放出 3 种不 同频率的光子 B从n4 能级跃迁到n3 能级,氢原子会吸收光子,能级升 高 C从n4 能级跃迁到n3 能级,氢原子会向外放出光子,能级降低 D处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是一样的 解析:选 C 一个氢原子从n3 能级跃迁到n1 能级,最多可能放出 2 种不同频率的 光子
10、,故 A 错误 ; 从n4 能级跃迁到n3 能级,是从高能级向低级跃迁,氢原子会放出光 子,能级降低,故 B 错误,C 正确;处于不同能级时,核外电子在各处出现的概率是不一样 的,故 D 错误。 2多选(2019 届高三豫南九校联考)如图为氢原子的能级图,已知可见光光子的能 量范围为 1.623.11 eV, 锌板的逸出功为 3.34 eV, 那么对氢原子在能级跃迁的过程中放出 或吸收光子的特征认识正确的是( ) A用氢原子从高能级向基态跃迁时放出的光照射锌板,一定不能产生光电效应现象 B用能量为 11.0 eV 的自由电子轰击,可使处于基态的氢原子跃迁到激发态 C处于n2 能级的氢原子能吸收
11、任意频率的紫外线 D处于n3 能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离 解析:选 BD 氢原子从高能级向基态跃迁时放出的光子的最小能量为 10.2 eV3.34 eV,照 射锌板一定能产生光电效应现象,故 A 错误 ; 用能量为 11.0 eV 的电子轰击,基态的氢原子 吸收的能量可以等于 10.2 eV,可以使处于基态的氢原子跃迁到n2 能级,故 B 正确 ; 紫外 线光子的最小能量为 3.11 eV, 处于n2 能级的氢原子的电离能为 3.4 eV, 故n2 能级的 氢原子不能吸收任意频率的紫外线,故 C 错误;处于n3 能级的氢原子的电离能为 1.51 eV, 故处于n3
12、能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线,并且使氢原子电离,故 D 正确。 3氢原子的基态能级E113.6 eV,第n能级En,若氢原子从n3能级跃迁到n2 E1 n2 能级时发出的光能使某金属发生光电效应, 则以下跃迁中发出的光也一定能使此金属发生光 电效应的是( ) A从n2 能级跃迁到n1 能级 B从n4 能级跃迁到n3 能级 C从n5 能级跃迁到n3 能级 D从n6 能级跃迁到n5 能级 解析:选 A 从n2 能级跃迁到n1 能级辐射的光子能量大于从n3 能级跃迁到 n2 能级辐射的光子能量,根据光电效应产生的条件知,一定能使该金属发生光电效应, 故 A 正确;从n4 能级跃迁到n3 能级
13、、从n5 能级跃迁到n3 能级、从n6 能级跃 迁到n5 能级辐射的光子能量均小于从n3 能级跃迁到n2 能级辐射的光子能量,都不 一定能使该金属发生光电效应,故 B、C、D 错误。 提能点三 原子核的衰变及半衰期基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1衰变次数的确定方法 先由质量数的改变确定 衰变的次数,然后根据衰变规律确定 衰变的次数。 2对半衰期的理解 (1)半衰期公式: (2)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, 对于较少特定个数的原子 核,无法确定会有多少个发生衰变。 题点全练 1 (2017全国卷)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核, 衰
14、变方程为UTh 2389223490 He。下列说法正确的是( ) 4 2 A衰变后钍核的动能等于 粒子的动能 B衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 C铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 D衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 解析:选 B 静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒,由于系统的总动量为零,因此衰 变后产生的钍核和 粒子的动量等大反向,即pThp,B 项正确;因此有2mThEkTh , 由于钍核和 粒子的质量不等, 因此衰变后钍核和 粒子的动能不等, A 项错误 ;2mEk 根据半衰期的定义可知,C 项错误;由于衰变过程释放能量,根据爱因斯坦质能方程可知,
15、衰变过程有质量亏损,D 项错误。 2(2018石家庄高三模拟)下列说法不正确的是( ) A. U 经过一次 衰变后变为Th 2389223490 B由核反应方程CsBaX,可以判断 X 为电子 1375513756 C核反应方程 He N O H 为轻核聚变 4 214 717 81 1 D若 16 g 铋 210 经过 15 天时间,还剩 2 g 未衰变,则铋 210 的半衰期为 5 天 解析:选 CU 经过一次 衰变后,电荷数少 2,质量数少 4,变为Th,A 正确;根 2389223490 据电荷数守恒、质量数守恒知,X 的电荷数为1,质量数为 0,可知 X 为电子,B 正确;轻 核聚变
16、反应为 H H He n, C 错误 ; 根据mm0, 可得 , 解得T5 天, D 2 13 14 21 0 1 2 t T 15 1 2 T1 8 正确。 3 (2018江西师大附中月考)匀强磁场中有一个原来静止的碳 14 原 子核, 它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆, 两圆的直径之比 为 71, 如图所示, 那么碳 14 的衰变方程为( ) A. C e B B. C He Be 14 60 114 514 64 210 4 C. C H B D. Ce N 14 62 112 514 60114 7 解析 : 选 D 原子核的衰变过程满足动量守恒,放射出的粒子与反冲核的速度方
17、向相反, 由题图根据左手定则判断得知,该粒子与反冲核的电性相反,可知碳 14 发生的是 衰变, 衰变方程为C Ne,根据动量守恒定律和带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径 14 614 701 公式r,可知此衰变方程满足题意,故 D 正确。 mv qB 提能点四 核反应方程与核能的计算基础保分类考点 练练就能过关 知能全通 1解答有关核反应方程问题的技巧 (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。如质子( H)、中子 1 1 ( n)、 粒子( He)、 粒子(e)、正电子(e)、氘核( H)、氚核( H)等。 1 04 201012 13 1 (2)熟悉核反应的四种基本类型衰变
18、、人工转变、裂变和聚变。 (3)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。 (4)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。 2核能的计算方法 (1)根据爱因斯坦质能方程,用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方, 即 Emc2(J)。 (2)根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 兆电子伏(MeV)能量,用核反应的质量亏损的 原子质量单位数乘以 931.5 MeV,即 Em931.5(MeV)。 (3)如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现,则核反应过程中系统
19、动能的增量即为 释放的核能。 题点全练 1(2018全国卷)1934 年,约里奥居里夫妇用 粒子轰击铝核Al,产生了第 2713 一个人工放射性核素 X: AlnX。X 的原子序数和质量数分别为( ) 2713 A15 和 28 B15 和 30 C16 和 30 D17 和 31 解析 : 选 B 将核反应方程式改写成 He Al nX, 由电荷数守恒和质量数守恒知, X 4 227131 0 应为X,B 对。 3015 2(2017全国卷)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来 发电。氘核聚变反应方程是: H H He n。已知 H 的质量为 2.013 6 u, He
20、的质量为 2 12 13 21 02 13 2 3.015 0 u, n 的质量为 1.008 7 u,1 u931 MeV/c2。氘核聚变反应中释放的核能约为 1 0 ( ) A3.7 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV 解析 : 选 B 氘核聚变反应的质量亏损为 m22.013 6 u(3.015 0 u1.008 7 u) 0.003 5 u,释放的核能为 Emc20.003 5931 MeV/c2c23.3 MeV,选项 B 正确。 3多选核电站中采用反应堆使重核裂变,将释放出的巨大能量转换成电能。反应堆 中一种可能的核反应方程式是U nNd Zrxy, 设
21、 U 核质量为m1, 中子质量为m2, 235921 0143609040 Nd 核质量为m3,Zr 核质量为m4,x质量为m5,y质量为m6,那么,在所给的核反应中( ) Ax可能是 3 H,y可能是 10e 1 101 Bx可能是 3 n,y可能是 8e 1 001 C释放的核能为(m1m2m3m4m5m6)c2 D释放的核能为(m3m4m5m6m1m2)c2 解析 : 选 BC 如果x是 3 H,y是 10e,则核反应过程电荷数不守恒,则不可能,故 A 1 101 错误;如果x是 3 n,y 是 8e,则核反应过程质量数守恒、电荷数守恒,故 B 正确;质量 1 001 亏损:mm1m2m
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