高考物理二轮复习第1部分专题整合突破专题12近代物理初步教案

专题十二 近代物理初步——————[知识结构互联]——————[核心要点回扣]——————1．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 2r 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 ＝E 1n 2(n ＝1,2,3，…)(3)辐射条件：hν＝E m －E n .(4)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 ＝C 2n .2．光电效应(1)光电效应规律．(2)光电效应方程：hν＝E k ＋W 0.3．核反应、核能的计算(1)两个守恒：质量数守恒、电荷数守恒．(2)核反应过程中释放(或吸收)的核能：①ΔE ＝Δmc 2.②ΔE ＝Δm ×931.5 MeV，Δm 以原子质量单位u 为单位．考点1 光电效应与原子结构(对应学生用书第63页)■品真题·感悟高考……………………………………………………………·[考题统计] 五年4考：2017年Ⅲ卷T 19 2016年Ⅰ卷T 35(1)2015年Ⅰ卷T35(1)、Ⅱ卷T35(1)[考情分析]1．该考点考查的重点是光电效应规律及爱因斯坦光电效应方程的应用．2．复习中要注意掌握有关光电效应现象的四类图象的特点及图线的斜率、截距的意义．3．不清楚光电效应的发生是光的频率决定还是光的强度决定易出错．4．光电流、饱和光电流与光的强度、光电管两端的正向电压大小的关系不清易出错．5．不明白能级之间跃迁与处于某能级的原子发生电离的区别易出错．1．(光电效应及方程)(多选)(2017·Ⅲ卷T19)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb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νa>νb，则一定有U a＜U bB．若νa>νb，则一定有E k a＞E k bC．若U a＜U b，则一定有E k a＜E k bD．若νa>νb，则一定有hνa－E k a＞hνb－E k b[题眼点拨] ①“同种金属”说明逸出功相同；②“遏止电压为U a和U b、最大初动能分别为E k a和E k b”说明U a e＝E k a，U b e＝E k b.BC[光电效应中遏止电压与最大初动能之间的关系为eU＝E k，根据光电效应方程可知E k＝hν－W0，若νa＞νb，则E k a＞E k b，U a＞U b，选项A错误，选项B正确；若U a＜U b，则E k a＜E k b，选项C正确；由光电效应方程可得W0＝hν－E k，则hνa－E k a＝hνb－E k b，选项D错误．] (2016·Ⅰ卷T35(1)改编)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AC[产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确．饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误．]2．(光的波粒二象性)(多选)(2015·Ⅱ卷T35(1)改编)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ACD[电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，选项A正确．β射线在云室中高速运动时，径迹又细又直，表现出粒子性，选项B错误．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，选项C正确．电子显微镜是利用电子束工作的，体现了波动性，选项D正确．]■释疑难·类题通法…………………………………………………………………·1．光电效应的“两条线索”和“两个对应关系”(1)两条线索：(2)两条对应关系：2．用图象表示光电效应方程(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标ν0.(2)逸出功：图线与E k轴交点的纵坐标的值W0＝E.(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.3．原子能级跃迁的三个关键问题(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ΔE＝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级能量的绝对值．(3)一群氢原子和一个氢原子不同．只有大量的处于n 能级上的氢原子，发射光子的种类才有：N ＝C 2n ＝n n －12.■对考向·高效速练…………………………………………………………………..· 考向1 光电效应1．(2017·泰安市高三第一轮复习质量检测)如图12­1所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K 上时，电路中有光电流，则( )图12­1A ．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大B ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生C ．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流D ．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流D [光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，则光电流也不会增大了，故A 错误；将电路中电源的极性反接，电子受到电场阻力，到达A 极的数目会减小，则电路中电流会减小，甚至没有电流，故B 错误；若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光的频率有可能大于极限频率，电路中可能有光电流，故C 错误；若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光的频率一定大于极限频率，电路中一定有光电流，故D 正确．所以D 正确，A 、B 、C 错误．](多选)(2017·衡水中学七调)用甲、乙两种单色光照射同一金属做光电效应实验，发现光电流与电压的关系如图所示．已知普朗克常量为h ，被照射金属的逸出功为W 0，遏止电压为U C ，电子的电荷量为e ，则下列说法正确的是( )A ．甲光的强度大于乙光的强度B ．甲光的频率大于乙光的频率C ．甲光照射时产生的光电子初动能均为eU cD ．乙光的频率为W 0＋eU c hAD [根据光的强度越强，则光电子数目越多，对应的光电流越大，即可判定甲光的强度较大，选项A 正确；由光电效应方程12mv 2＝hν－W 0，12mv 2＝U c e ，由图可知，甲、乙的截止电压相同，故甲、乙的频率相同，选项B 错误；甲光照射时产生的光电子的最大初动能均为eU c ，选项C 错误；根据12mv 2＝hν－W 0＝U c e ，可得ν＝U c e ＋W 0h，选项D 正确．故选A 、D.]考向2 光的波粒二象性2．(多选)(2017·天津市红桥区期末)下列说法正确的是( )【导学号：19624147】A ．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性B ．光电效应现象说明光具有粒子性，光子具有能量C ．康普顿效应说明光具有粒子性，光子具有动量D ．黑体辐射的实验规律说明在宏观世界里能量是连续的ABC [光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，故A 正确．光电效应现象、康普顿效应说明光具有粒子性；光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，故B 、C 正确．黑体辐射的实验规律说明宏观世界里能量是量子化的，不连续的，故D 错误．故选A 、B 、C.]考向3 氢原子能级结构及跃迁3．(2017·甘肃省高三第二次诊断考试)如图12­2为氢原子的能级示意图，现有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，当原子向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光．关于这些光下列说法正确的是( )图12­2A ．最容易发生衍射现象的光是由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的B ．频率最小的光是由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级产生的C ．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光D ．用n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光去照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应D [由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的光，能量最小，波长最长，因此最容易表现出衍射现象，故A 错误；由能级差可知能量最小的光频率最小，是由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的，故B 错误；处于n ＝4能级的氢原子能发射n n －12＝6种频率的光，故C 错误；由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光的能量为ΔE ＝－3.4 eV －(－13.6) eV ＝10.2 eV ，大于6.34 eV ，能使金属发生光电效应，故D 正确．]1.(2016·北京市丰台区二模)关于玻尔建立的氢原子模型，下列说法正确的是( )A ．氢原子处于基态时，电子的轨道半径最大B ．氢原子在不同能量态之间跃迁时可以吸收任意频率的光子C ．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子的动能减小D ．氢原子从基态向较高能量态跃迁时，系统的电势能减小C [氢原子处于基态时，电子的轨道半径最小，故A 错误；由hν＝E m －E n 知氢原子在不同能量态之间跃迁时只可以吸收特定频率的光子，故B 错误；氢原子从基态向较高能量态跃迁，电子距离氢原子核的距离增大，匀速圆周运动的半径增大，线速度减小，动能减小，C 正确；氢原子从基态向较高能量态跃迁时，电子距离氢原子核的距离增大，电场力做负功，电势能增大，D 错误．]2.(多选)(2016·黑龙江省实验中学二模)如图1为玻尔为解释氢原子光谱画出的氢原子能级示意图，一群氢原子处于n ＝4的激发态，当它们自发地跃迁到较低能级时，以下说法符合玻尔理论的有( )A ．电子轨道半径减小，动能增大B ．氢原子跃迁时，可发出连续不断的光谱线C ．由n ＝4跃迁到n ＝1时发出光子的频率最小D ．金属钾的逸出功为2.21 eV ，能使金属钾发生光电效应的光谱线有4条AD [氢原子从第4能级向低能级跃迁时，原子的能量减小，电子的轨道半径减小，动能增大，电势能减小，故A 正确；能级间跃迁时辐射或吸收的光子能量必须等于两能级间的能级差，则氢原子跃迁时，发出不连续的光谱线，故B 错误；由n ＝4跃迁到n ＝1时辐射的光子能量最大，发出光子的频率最大，故C 错误；一群处于第4能级的氢原子跃迁到较低能级时可以放出6条光谱线，能量大于2.21 eV 的光谱线有4条，故D 正确．]考点2 核反应方程及核能的计算(对应学生用书第64页)■品真题·感悟高考……………………………………………………………·[考题统计] 五年8考：2017年Ⅰ卷T17、Ⅱ卷T152016年Ⅱ卷T35(1)、Ⅲ卷T35(1)2014年Ⅰ卷T35(1)、Ⅱ卷T35(1)2013年ⅠT35(1)、Ⅱ卷T35(1)[考情分析]1．该考点是高考中的热考点，主要考查核衰变规律、三种射线特性、核反应方程及核能的计算．2．掌握核反应过程中必须遵守的两大守恒规律及核能计算的两种途径是关键．3．半衰期是大量原子核衰变的统计规律，对少量原子核的衰变不适用．4．核反应过程中满足质量数守恒而不是质量守恒．5．并不是生成物中有42He的就是α衰变，有0－1e的就是β衰变．3．(原子核的衰变和半衰期)(2017·Ⅱ卷T15)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238 92U→234 90Th＋42He.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[题眼点拨] “静止的铀核”说明铀核衰变前初动量为零，衰变后钍核与α粒子合动量也为零．B[衰变过程遵守动量守恒定律，故选项A错，选项B对．根据半衰期的定义，可知选项C错．α衰变释放核能，有质量亏损，故选项D错．] (2014·Ⅰ卷T35(1)改编)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BCD[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．]4．(核反应方程与核能计算)(2017·Ⅰ卷T 17)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：21H ＋21H→32He ＋10n.已知21H 的质量为2.013 6 u ，32He 的质量为3.015 0 u ，10n 的质量为1.008 7 u,1 u ＝931 MeV/c 2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )A ．3.7 MeVB ．3.3 MeVC ．2.7 MeVD ．0.93 MeV B [在核反应方程21H ＋21H→32He ＋10n 中，反应前物质的质量m 1＝2×2.013 6 u＝4.027 2 u ，反应后物质的质量m 2＝3.015 0 u ＋1.008 7 u ＝4.023 7 u ，质量亏损Δm ＝m 1－m 2＝0.003 5 u ．则氘核聚变释放的核能为E ＝931×0.003 5 MeV≈3.3 MeV，选项B 正确．](2016·Ⅲ卷T 35(1)改编)一静止的铝原子核2713Al 俘获一速度为1.0×107m/s 的质子p 后，变为处于激发态的硅原子核2814Si *.下列说法正确的是________．A ．核反应方程为p ＋2713Al→2814Si *B ．核反应过程中系统动量守恒C ．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D ．硅原子核速度的数量级为105 m/s ，方向与质子初速度的方向一致ABD [核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p ＋2713Al→2814Si *，说法A 正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B 正确．核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法C 错误．根据动量守恒定律有m p v p ＝m Si v Si ，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s ，方向与质子初速度方向一致，说法D 正确．]■熟技巧·类题通法…………………………………………………………………·1．四种核反应(1)衰变：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化．①α衰变方程：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He α衰变实质：2个质子和2个中子结合成一个氦核②β衰变方程：A Z X→A Z ＋1Y ＋ 0－1e衰变实质：1个中子转化为1个质子和1个电子(2)原子核的人工转变：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．①质子的发现：14 7N ＋42He→17 8O ＋11H(卢瑟福)②中子的发现：94Be ＋42He→12 6C ＋10n(查德威克)(3)裂变：一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作裂变．23592U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n(4)聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作聚变．21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV 2．书写核反应方程的原则及方法(1)无论何种核反应方程，都必须遵守电荷数守恒和质量数守恒(注意：不是质量守恒)，有些核反应方程还要考虑能量守恒及动量守恒．(2)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头“→”表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号．(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空地只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．3．计算核能的方法(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ΔE ＝Δmc 2(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ΔE ＝Δm ×931.5(M eV)．(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动能的增量即为释放的核能．■对考向·高效速练…………………………………………………………………..· 考向1 原子核的衰变和半衰期4．(2017·常德市高三模拟)某一放射性物质发生衰变时放出α、β、γ三种射线，让这三种射线进入磁场，运动情况如图12­3所示，下列说法正确的是( )图12­3A ．该放射性物质的半衰期随温度的升高会增大B ．C 粒子是原子核的重要组成部分C ．A 粒子一定带正电D ．B 粒子的穿透性最弱C [半衰期由原子核本身决定，与外界因素无关，故A 错误；由图可知C 粒子为电子，而原子核带正电，故B 错误；由左手定则可知，A 粒子一定带正电，故C 正确；B 粒子为γ射线，穿透性最强，故D 错误．]5．(2017·宝鸡市一模)放射性同位素钍232 90Th 经一系列α、β衰变后生成氡22086Rn ，以下说法正确的是( )【导学号：19624148】A ．每经过一次α衰变原子核的质量数会减少2个B ．每经过一次β衰变原子核的质子数会增加1个C ．放射性元素钍232 90Th 的原子核比氡22086Rn 原子核的中子数少4个D ．钍232 90Th 衰变成氡220 86Rn 一共经过2次α衰变和3次β衰变B [经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，故A 错误．经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，质子数等于电荷数，则质子数增加1个，故B 正确．元素钍232 90Th 的原子核的质量数为232，质子数为90，则中子数为142，氡220 86Rn 原子核的质量数为220，质子数为86，则中子数为134，可知放射性元素钍232 90Th 的原子核比氡220 86Rn 原子核的中子数多8个，故C 错误．钍232 90Th 衰变成氡220 86Rn ，可知质量数少12，电荷数少4，因为经过一次α衰变，电荷数少2，质量数少4，经过一次β衰变，电荷数多1，质量数不变，可知经过3次α衰变，2次β衰变，故D 错误．](多选)静止的镭原子核228 88Ra 经一次α衰变后变成一个新核Rn ，则下列相关说法正确的是( )A ．该衰变方程为228 88 Ra→224 86Rn ＋42HeB ．若该元素的半衰期为τ，则经过2τ的时间，2 kg 的228 88 Ra 中有1.5 kg 已经发生了衰变C ．随着该元素样品的不断衰变，剩下未衰变的原子核228 88Ra 越来越少，其半衰期也变短D ．若把该元素放到密闭的容器中，则可以减慢它的衰变速度 AB [由镭的α衰变方程228 88Ra→224 86Rn ＋42He ，可判断A 正确．由m ＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，可知，t ＝2τ时，m ＝0.5 kg ，则已衰变的镭为m 衰＝2 kg －0.5 kg ＝1.5 kg ，B 正确．放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，C 、D 错误．]考向2 核反应方程与核能计算6．(多选)(2017·株洲市高三教学质量统一检测)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235 92U ＋10n→143 60Nd ＋9040Zr ＋x ＋y ，设U 核质量为m 1，中子质量为m 2，Nd 核质量为m 3，Zr 核质量为m 4，x 质量为m 5，y 质量为m 6，那么，在所给的核反应中( )【导学号：19624149】A ．x 可能是311H ，y 可能是11 0－1eB ．x 可能是310n ，y 可能是80－1e11 / 11 C ．释放的核能为(m 1＋m 2－m 3－m 4－m 5－m 6)c 2D ．释放的核能为(m 3＋m 4＋m 5＋m 6＋m 1－m 2)c 2BC [根据质量数和电荷数守恒，若x 是311H ，y 是110－1e ，则质量数不守恒，x 是310n ，y 是8 0－1e ，则都满足，故A 错误，B 正确；根据能量转化可知反应前的质量大于反应后的质量，因为反应时一部分质量转化为能量释放出去了，故C 正确，D 错误．](2017·哈尔滨市第六中学高三下学期第二次模拟考试)静止在匀强电场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与电场方向垂直，且经过相等的时间后形成的轨迹如图所示(a 、b 表示长度)．那么碳14的核反应方程可能是()A.14 6C→42He ＋10 4BeB.14 6C→01e ＋145B C.14 6C→0－1e ＋14 7N D.14 6C→21H ＋12 5B A [由轨迹弯曲方向可以看出，反冲核与放出的射线的受力方向均与电场强度方向相同，均带正电，设与v 1对应的粒子质量为m 1，电荷量为q 1，与v 2对应的粒子质量为m 2，电荷量为q 2，则a ＝v 1t,2a ＝12q 1E m 1t 2， b ＝v 2t,4b ＝12q 2E m 2t 2，由动量守恒有m 1v 1＝m 2v 2，解得q 1q 2＝12.所以放出的粒子为α粒子，即发生α衰变，则核反应方程是14 6C→42He ＋10 4Be ，故A 正确．]。