2021届高考物理二轮复习第一篇专题通关攻略6.11波粒二象性原子结构和原子核课件

量亏损Δm=0.005 9 u,释放出的核能ΔE=Δm×931 MeV=0.005 9×931 MeV
≈5.49 MeV,选项B错误;由该核衰变反应过程中系统动量守恒,可知反应后的钍 核EkT和h+αE粒kα子=的ΔE动,所量以大钍小核相获等得、的方动向能相E反kT,h即=mp＋mThm=T×h-pΔαE,=EkTh4=＋×42522pm8.T24hTh9,EkMα=eV≈ 2,pm2 0.095 MeV,选项C、D错误。
2.应用规律 解决光电效应问题牢牢抓住——“两对应”“三关系”“四提醒” (1)四点提醒: ①能否发生光电效应,不取决于光的强度而取决于光的频率。 ②光电效应中的“光”不是特指可见光,也包括不可见光。 ③逸出功的大小由金属本身决定,与入射光无关。 ④光电子不是光子,而是电子。 (2)两条对应关系: ①光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大; ②光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
(3)三个关系式:
①爱因斯坦光电效应方程:Ek=hν-W0。 ②最大初动能与遏止电压的关系:Ek=eUc。 ③逸出功与极限频率的关系:W0=hν0。
【典例1】(2020·潍坊一模)用频率为ν的某单色光照射锌板，电子逸出锌板表
面的最大初动能为Ek。已知普朗克常量为h，则下列判断正确的是( ) A.若增加该单色光的光照强度，则逸出电子的最大初动能一定增加
1423892009cc为真空中的光速的粒子轰击静止的氮原子核生产了质子若某次碰撞可看作对心正碰碰后新核与质子同方向运动垂直磁场方向射入磁场通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为120已知质子的质量为m则a
第11讲 波粒二象性 原子结构和 原子核
考向一 光电效应 能级跃迁(基础保分) 【建模型】研典题 【模型】1光电效应现象与光电效应方程的应用 1.模型图解
27 13
Al
X
1 0
n
。X会衰变成原
子核Y,衰变方程为X→Y
+
0 1
e
,则
(
)
A.X的质量数与Y的质量数相等
B.X的电荷数比Y的电荷数少1
C.X的电荷数比
27 13
Al的电荷数多2
D.X的质量数与
27 13
Al
的质量数相等
【解析】选A、C。根据电荷数和质量数守恒,核反应方程分别为4 2
He
27 13
【加固训练】 1.(多选)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W0,遏止电压为Uc, 电子的电荷量为e。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eUc D.乙光的频率为 W0＋eUc
效应,选项D错误。
考向二 衰变、核反应与核能的计算(基础保分) 【建模型】研典题 【模型】1 核反应的类型
1.模型图解
2.应用规律:两类核衰变在磁场中的径迹
【典例1】(多选)(2020·全国Ⅲ卷)1934年,约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝
箔,首次产生了人工放射性同位素X,反应方程为
4 2
He
22980Th＋24 He
B.该核衰变反应中释放出的核能为0.059 MeV
C.该反应产生的钍核和α粒子的动量相同
D.假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能,则钍核获得的动能
约为0.017 MeV
【解析】选A。由题意可知,该核衰变反应方程为
232 92
U
22980T,h选＋项24 HAe 正确;质
X
经过n次α衰变m次β衰变后,变成稳定的新元素
Y A
Z
,则表示核反应的方
程为
A Z
X
Y A
Z
n
4 2
He
m
0 1
e
。
根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程
A=A′+4n,
Z=Z′+2n-m
两式联立得: n由=此A可4A见 确定衰变m=次A数2A可 归+Z结′为-Z解一个二元一次方程组。
【模型】 2 核能的计算 1.核能的计算方法:
1.(光电效应的应用)(多选)(2020·郑州一模)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νa>νb,则一定有Ua<Ub B.若νa>νb,则一定有Eka>Ekb C.若Ua<Ub,则一定有Eka<Ekb D.若νa>νb,则一定有hνa-Eka>hνb-Ekb
(1)根据ΔE=Δmc2计算,计算时Δm的单位是“kg”,c的单位是“m/s”,ΔE的单 位是“J”。 (2)根据ΔE=Δm×931.5 MeV计算。 因1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能 量,所以计算时Δm的单位是“u”,ΔE的单位是“MeV”。
2.应用规律:
【典例2】(2020·全国Ⅱ卷)氘核
2 1
H
可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果
可用反应式
6
2 1
H
2
4 2
He
211
H
2
1 0
n
+43.15
MeV
表示。海水中富含氘,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生
聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知1 kg标
准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10-13 J,则M约为 ( )
h
【解析】选A、D。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 12mv2=hν-W0,12 mv2=Uce,结 合题图可知,甲、乙的遏止电压相同,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为eUc,选项C错误;根据 ν= Uce＋,W选0项D正确。
B.若单色光的频率变为2ν，则逸出电子的最大初动能为2Ek C.金属锌的逸出功可表示为hν+Ek D.能使锌产生光电效应的单色光的最低频率为ν- Ek
h
【解析】选D。逸出电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与入射光的强度
无关，A错误；根据爱因斯坦的光电效应方程hν-W=Ek得金属锌的逸出功可表示
【解析】选B、C。设该金属的逸出功为W,根据爱因斯坦光电效应方程有Ek=hνW,同种金属的W不变,则逸出光电子的最大初动能随ν的增大而增大,B项正确;又 Ek=eU,则最大初动能与遏止电压成正比,C项正确;根据上述有eU=hν-W,遏止电 压U随ν增大而增大,A项错误;又有hν-Ek=W,W相同,则D项错误。
2.(2020·永州一模)如图所示为氢原子的能级图,用某种频率的光照射大量 处于基态的氢原子,受到激发后的氢原子只辐射出三种不同频率的光a、b、c, 频率νa>νb>νc,下列说法正确的是( ) A.照射氢原子的光子能量为12.75 eV B.从n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光频率为νa C.从n=3能级跃迁到n=1能级辐射出的光频率为νc D.光a能使逸出功为10.2 eV的某金属发生光电效应
Em
En h
,或结合E=hν= hc ,求出λ= mn 。
n m
【典例2】(2019·全国卷Ⅰ)氢原子能级示意图如图所示。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
2.(衰变与动量综合)(2020·苏州一模)一个静止的铀核
232 92
U(质量为232.037
2
u)
放出一个α粒子(质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 22980Th(质量为228.028 7 u)。
已知1 u相当于931 MeV的能量。下列说法正确的是
()
A.该核衰变反应方程为
232 92
U
【解析】选D。根据公式 C2n=3,可知,n=3,因此受到激发后的氢原子处于第n=3能 级;根据氢原子由n=3跃迁到n=1产生的光子能量与从n=1跃迁到n=3所吸收的光子 能量相等可知,照射氢原子的光子能量为:ΔE31=E3-E1=-1.51 eV-(-13.6 eV) =12.09 eV,故A错误;频率大小关系为νa>νb>νc,从n=3跃迁到n=2辐射出的能量 最小,即其对应的光频率为νc,故B错误;氢原子由n=3跃迁到n=1产生的光的能量 最大,辐射出的光频率为νa,故C错误;氢原子由n=3跃迁到n=1产生的光的能量为 12.09 eV,依据光电效应方程,所以能使逸出功为10.2 eV的金属发生光电效应, 故D正确。
12mv2=hν-W0=Uce,可得
h
2.(能级跃迁)(2019·常德一模)如图所示为氢原子能级示意图。现有大量的氢
原子处于n=4的激发态,当向低能级跃迁时辐射出若干种不同频率的光,下列说法
正确的是
()
A.最多可辐射出3种不同频率的光
B.由n=2跃迁到n=1能级产生的光的频率最小
C.由n=4跃迁到n=1能级产生的光的波长最短
Al
30 15
X
1 0
n，
30 15
X
3104Y。可01e知X的质量数与Y的质量数都是30,A正确;X的电荷数15比Y的电
荷数14多1,B错误;X的电荷数15比27 13
Al的电荷数13多2,C正确;X的质量数30比
27 13
Al
的质量数27多3,D错误。
【名师点睛】
确定衰变次数的方法:
设元素
A Z
D.用n=3跃迁到n=2能级辐射的光照射逸出功为
6.34 eV的金属铂能发生光电效应
【解析】选C。处于n=4能级的氢原子能发射n(n 1=) 6种频率的光,选项A错误;核
2
外电子从高能级n向低能级m跃迁时,辐射的光子能量ΔE=En-Em=hν,能级差越大, 光子的能量也越大,即光子的频率越大,根据ν= 可c 知频率越大,波长越小;由图
A.40 kg
B.100 kg
C.400 k核聚变可释放43.15 MeV能量,故1 kg海水中的氘核全部发
生聚变释放的能量为Q1=43.15×1.6×10-13×1.0
10J22,质量为M的标准煤燃烧释
6
放的热量为Q2=M×2.9×107 J,因Q1=Q2,解得M≈400 kg,C正确,A、B、D错误。
【练类题】重拓展 1.(衰变)(2020·石家庄一模)钴—60放射性的应用非常广泛,几乎遍及各行各业。 在农业上,常用于辐射育种、刺激增产、辐射防治虫害和食品辐照保藏与保鲜等; 在医学上,常用于癌和肿瘤的放射治疗。一个钴—60原子核(60Co)放出一个β粒 子后衰变成一个镍核(60Ni),并伴随产生了γ射线。已知钴—60的半衰期为5.27 年,该反应中钴核、β粒子、镍核的质量分别为m1、m2、m3。下列说法正确的是 ()
(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值,剩余能量
为自由电子的动能。
(3)一群氢原子处于n能级时可能辐射的谱线的条数为
N＝C2n＝
n
(n－1) 2
。
(4)氢原子在跃迁时辐射或吸收光子的频率或波长的计算。
①由能级的高轨道或轨道半径大小确定是吸收还是放出光子。
②由玻尔理论Em-En=hν,求ν=
A.核反应中释放的能量为(m1+m2-m3)c2 B.核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强 C.若有16个钴—60原子核,经过5.27年后只剩下8个钴—60原子核 D.β粒子是钴原子核外的电子电离形成的
【解析】选B。根据爱因斯坦质能方程,核反应中释放的能量为(m1-m2-m3)c2,选 项A错误;核反应中释放出的γ射线的穿透本领比β粒子强,选项B正确;半衰期是对 大量原子核的统计得出的,对少量原子核不适用,因此若有16个钴—60原子核,经 过5.27年后不一定只剩下8个钴—60原子核,选项C错误;衰变反应释放的β粒子是 钴原子核内的中子转变为质子和电子形成的,选项D错误。
为hν-Ek，C错误；在爱因斯坦的光电效应方程中，若单色光的频率变为2ν，而
逸出功没变，则逸出电子的最大初动能大于2Ek，B错误；锌板的逸出功W=hν-
Ek，入射光的极限频率为ν0=
W=ν-
h
，EkD正确。
h
【模型】2 氢原子能级跃迁 1.模型图解
2.应用规律
解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧
(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。
C.1.89 eV
D.1.51 eV
【解析】选A。处于基态(n=1)的氢原子被激发,至少被激发到n=3能级后,跃迁 才可能产生能量在1.63 eV～3.10 eV的可见光,则最少应给氢原子提供的能量为 ΔE=-1.51 eV-(-13.60) eV=12.09 eV,故选项A正确。
【练类题】重拓展
可知当核外电子从n=4能级跃迁到n=3能级时,能级差最小,所以放出光子的能量
最小,频率最小;由n=4跃迁到n=1能级时,能级差最大,所以放出光子的能量最大,
频率最大,波长最短,选项C正确,B错误;由n=3能级跃迁到n=2能级辐射出的光的
能量为ΔE=-1.51 eV-(-3.4)eV=1.89 eV,小于6.34 eV,不能使该金属发生光电