量子论初步 原子核一章末检测
量子论初步 原子核
量子论初步 原子核(阶段检测十四)(时间90分钟，满分100分)第Ⅰ卷(选择题，共60分)一、选择题(每小题6分，共60分)1．(2010·南京)下列说法正确的是( )A ．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核裂变反应B ．汤姆孙发现电子，表明原子具有核式结构C ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D ．按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，原子总能量增大解析：太阳辐射的能量主要来自太阳内部的聚变反应，A 错误；汤姆孙发现电子说明原子具有复杂结构，B 错误；不能发生光电效应，说明该光束的频率小于金属的极限频率，即光的波长太长，C 错误，D 正确．答案：D2．(2010·桂林市十八中)物理学是一门以实验为基础的科学，任何理论和学说的建立都离不开实验．下面有关物理实验与物理理论或学说关系的说法中正确的是( )A ．α粒子散射实验表明了原子具有核式结构B ．光电效应实验证实了光具有粒子性C ．电子的发现表明了原子不是构成物质的最小微粒D ．天然放射现象的发现证实了玻尔原子理论答案：ABC3．研究光电效应规律的实验装置如图所示，用频率为v 的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生，由于光电管K 、A 间加的是反向电压，光电子从阴极K 发射后将向阳极A 做减速运动，光电流i 由图中电流计A 测出，反向电压U 由电压表V 测出，当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数为U 0，下列关于光电效应实验规律的表述错误的是( )A ．反向电压U 和入射光子频率ν一定时，光电流i 与光强I 成正比关系B ．截止电压U 0与入射光子频率ν成正比关系C ．光强I 与入射光子频率ν一定时，光电流i 与反向电压U 成正比关系D ．光强I 与入射光子频率ν一定时，光电流i 与产生光电子的时间t 成正比关系 解析：本题考查的是光电效应的有关知识，特别是联系了光电效应方程、发生条件、影响光电流的因素．在能够发生光电效应的条件下，光强决定产生光电子数的多少，产生的光电子数越多，光电流越大，所以反向电压U 和入射光子频率ν一定时，光电流i 与光强I 成正比关系，A 项说法是正确的；由爱因斯坦光电效应方程：hν＝W ＋12m v 2，又由电场力做功使光电子到达A 板前就减速到零，则qU ＝0－12m v 2，可见入射光子频率ν越大，则截止电压U 0也就要越大，但是当入射光子的频率小于发生光电效应的极限频率ν0时，没有光电子产生，不管入射光子的频率是多少，截止电压U 0都可以为零，故B 项说法错误；因反向电压是使光电子减速，所以反向电压越大，光电流就越小，故C 项说法也错误；光电效应刚开始时，确实随时间光电流越来越大，但稳定后，光电流是恒定的，与时间无关，故D 项说法也错误．所以应选BCD.答案：BCD4．下列关于衰变射线、裂变和聚变的说法中，正确的是() A．γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转B．α射线比β射线更容易使气体电离C．太阳辐射的能量主要来源于重核裂变D．目前各地核电站产生的能量大多来自轻核聚变解析：由于γ射线不带电荷，而α射线和β射线都带电荷，α射线比β射线带有更多的电荷量且具有更大的质量，所以γ射线在电场和磁场中都不会发生偏转，α射线比β射线更容易使气体电离，A、B正确；太阳辐射的能量主要来源于轻核聚变，而目前各地核反应堆产生的能量大都来自重核裂变，C、D都错．答案：AB5．氢原子的能级图如图所示，已知可见光光子的能量范围约为1.62 eV～3.11 eV，下列说法错误的是()A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并发生电离B．大量氢原子从高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光具有显著的热效应C．大量处于n＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出6种不同频率的光D．大量处于n＝5能级的氢原子向低能级跃迁时，可能发出3种不同频率的可见光解析：由题意知，n＝3能极的氢原子电离需要吸收的能量为ΔE≥0－E3＝1.51 eV，而紫外线光子的能量E>3.11 eV，故A中所述成立；同理，高能级向n＝3能级跃迁时，发出的光子能量ΔE≤1.51 eV，小于可见光的能量，为红外线，具有显著的热效应；大量处于n ＝4能级的氢原子可能放出n＝C24＝6种光子；D中所述错误．答案：D6．正电子发射型计算机断层显像(PET)的基本原理：将放射性同位素15O注入人体，参与人体的代谢过程，15O在人体内衰变放出正电子，与人体内的负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，经计算机处理后产生清晰的图象，根据PET原理，下列结论正确的是() A．15O衰变的核反应方程为158O→157N＋01e，正负电子湮灭的方程式为01e＋0－1e→2γB．将放射性同位素15O放入人体的主要用途是作示踪原子C．根据同位素的用途，15O的半衰期应比较长较好D．根据同位素的用途，15O的半衰期应比较短较好解析：本题通过与实际相联系的PET考查核反应方程、放射性同位素、衰变、半衰期等知识点．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，A项正确；将放射性同位素注入人体为的就是跟踪探测，作示踪原子用，所以B项正确；这种同位素注入人体后在短时间内就要通过PET能够探测到，故同位素的半衰期是越短越好，故C错D对．所以正确选项为ABD.答案：ABD7．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(hydrogen muon atom)，它在原子核物理的研究中有重要作用．如图为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，发出频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，且频率依次增大，则E等于()A．h(ν3－ν1)B．h(ν5＋ν6)C．hν3D．hν4解析：由题意可知，μ氢原子吸收光子后，发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光，说明μ氢原子吸收光子后就会跃迁到n＝4的能级，然后再从n＝4的能级往低能级跃迁，则刚好有6种不同频率的光发出．因频率依次增大，根据原子发射或吸收光子时，满足玻尔理论的跃迁假设，可知吸收光子的能量为E＝h3，故选项C正确．答案：C8．如图为氢原子的能级图，用具有一定能量的光照射大量处于基态的氢原子，观测到了一定数目的光谱线．换用能量较高的光再进行观测，发现光谱线的数目比原来增加了5条．用Δn表示两次观测中最高激发态的量子数n之差，E表示换用能量较高的光的能量．则Δn和E的可能值为()A．Δn＝1，E＝13.22 eV B．Δn＝1，E＝13.60 eVC．Δn＝2，E＝12.75 eV D．Δn＝2，E＝12.10 eV解析：设用具有一定能量的光照射大量处于基态的氢原子时跃迁到量子数为n的激发态，然后再向低能级跃迁辐射出C2n条光谱线．换用能量较高的光照射大量处于基态的氢原子时跃迁到量子数为n1的激发态，能辐射出C2n1条光谱线，由题意有C2n1－C2n＝5，解得：当n1＝4时，n＝2，即Δn＝2；当n1＝6时，n＝5，即Δn＝1.与此对应的光的能量为E＝12.75 eV和E＝13.22 eV.所以AC正确．答案：AC9．一置于铅盒中的放射源发射的α、β和γ射线，由铅盒的小孔射出，在小孔外放一铝箔后，铝箔后的空间有一匀强磁场．进入磁场后，射线变为a、b两束，射线a沿原来方向行进，射线b发生了偏转，如图所示．则下列判断正确的是()A．射线a为α射线，射线b为β射线B．射线a为γ射线，射线b为β射线C．所加磁场的方向垂直纸面向里D．所加磁场的方向垂直纸面向外解析：因为α射线不能穿过铝箔，而γ射线不带电，β射线带负电，所以射线a为γ射线，射线b为β射线，所加磁场的方向垂直纸面向里，即BC正确．答案：BC10．核聚变与核裂变相比几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式．EAST 装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的，它成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置．已知两个氘核聚变生成一个氦－3和一个中子的核反应方程是：221H →32He ＋10n ＋3.26 MeV若有2 g 氘全部发生聚变，则释放的能量是(N A 为阿伏加德罗常数)( )A ．0.5×3.26 MeVB ．3.26 MeVC ．0.5 N A ×3.26 MeVD ．N A ×3.26 MeV解析：根据核反应方程可知，两个氘核聚变释放的能量为3.26 MeV ，那么2 g 氘核(即1摩尔氘核)聚变释放的能量为0.5N A ×3.26 MeV ，所以C 正确．答案：C第Ⅱ卷(非选择题，共40分)二、非选择题(共40分)11．(10分)激光器是发射激光的装置，一种红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲．若这种激光器光脉冲的持续时间为 1.0×10－11s ，波长为694.2 nm ，发射功率为1.0×1010W ，问：(1)每列光脉冲的长度是多少？(2)用红宝石激光照射皮肤上酒色斑，每平方厘米酒色斑吸收能量达到60 J 以后，便逐渐消失．一颗酒色斑的面积为50 mm 2，则它要吸收多少个红宝石激光脉冲，才能逐渐消失？解析：(1)光脉冲的持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间，所以一个光脉冲的长度Δl ＝c ·Δt ＝3.0×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3m.(2)一个光脉冲所携带的能量为：ΔE ＝P ·Δt ＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1 J.消除面积为50 mm 2的酒色斑需要光脉冲数为n ＝E ×S 1S ÷ΔE ＝60×50100÷0.1＝300(个)． 答案：(1)3.0×10－3m (2)300个12．(15分)现在世界上许多国家都在积极研究可控热核反应的理论和技术，以解决能源危机问题，热核反应中所用的燃料——氘，在地球上储量非常丰富，1 L 海水中大约有0.3 g 氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约与燃烧300 L 汽油相当，若氘核的质量为m 1，氦核的质量为m 2，光速为c ，阿伏加德罗常数为N A ，氘的摩尔质量为m 0.(1)写出两个氘核聚变成一个氦核的核反应方程．(2)质量为M 的氘参与上述聚变反应可释放出的能量为多少？解析：(1)核反应方程为：21H ＋21H ―→42He (2)核反应的质量亏损为Δm ＝2m 1－m 2据爱因斯坦质能方程可得放出的能量为ΔE ＝Δmc 2＝(2m 1－m 2)c 2据题意得，质量为M 的氘中的氘核数为：n ＝MN A m 0质量为M 的氘核参与聚变放出的能量为E ＝nΔE 2＝N A c 2M (2m 1－m 2)2m 0. 答案：(1)21H ＋21H ―→42He (2)N A M (2m 1－m 2)c 22m 013．(15分)如图所示，滑动片Q 不动，P 可左右滑动．用波长λ＝200 nm 的紫外线照射光电管的阴极K ，移动滑动片P ，当P 在Q 的右侧且电压表示数为3.6 V 时，电流表中刚好示数为零．已知电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，质量m e ＝9×10－31kg ，求：(1)光电管阴极材料的逸出功；(2)向左移动P ，电流表示数逐渐增大，当P 在Q 的左侧且电压表示数为1 V 时，电流表示数达到最大为0.32 μA ，求阴极K 每秒发射的光电子数及电子到达A 极的动能；(3)保持光的强度不变，入射光波长变为λ′＝300 nm ，光电流的最大值是多少？(4)断开开关S ，在光电管处加一垂直纸面向里的磁场，A 、K 两极间距离d ＝10 cm ，要使电流表示数为零，磁场磁感应强度的最小值为多大？解析：(1)P 在Q 的右侧时，AK 间加反向电压，电子从K 向A 做减速运动．由题意知光电子的最大初动能E km ＝3.6 eV .入射光能量E ＝hν＝hc λ＝6.63×10－34×3.0×1082.00×10－7×1.6×10－19eV ＝6.2 eV .由光电效应方程E km ＝hν－W ，得W ＝E －E km ＝2.6 eV(2)光电流的最大值I m ＝0.32 μA ，阴极K 每秒发射的光电子数n ＝I m e ＝0.32×10－61.6×10－19个＝2.0×1012个P 在Q 的左侧时，AK 间加正向电压，电子从K 向A 做加速运动，由动能定理eU ＝E k ′－E km ，得E k ′＝4.6 eV .(3)光的强度P ＝n ·hν＝n ·hc λ，n ＝λP hc， 波长λ′＝300 nm 时n ′＝λ′λn ＝3.0×1012个， 此时的饱和光电流 I m ′＝n ′nI m ＝0.48 μA. (4)由E km ＝12m e v 2m 得v m ＝2×3.6×1.6×10－199×10－31m/s ＝1.13×106m/s电子在磁场中做匀速圆周运动，要使电子不能到达A 极板，需使2r ≤d ，又由向心力公式e v m B ＝m e v 2m r得 B ≥2m e v m ed ＝2×9×10－31×1.13×1061.6×10－19×0.1T ＝1.27×10－4T. 答案：(1)2.6 eV (2)2.0×1012个 4.6 eV(3)0.48 μA (4)1.27×10－4T。
【高中物理】高中物理实验：量子论初步和原子核
【高中物理】高中物理实验：量子论初步和原子核高中物理实验：量子理论和原子核的初步研究。
我希望学生们能在学习上取得成功！实验仪器：吸尘器、卫生纸(或镜头纸)、盖革计数器(j2554型)、停表(或普通手表、电钟等)、打字纸、方座支架(j1102型)实验目的：(1)测定空气中的放射性物质214pb衰变为214po的半衰期。
（2）了解如何使用微分皮计数器定量测定放射性物质的半衰期。
实验原理：泥土和岩石中一般都含有天然状态的铀-238及其衰变产物氡-222。
氡-222能穿过岩石和泥土从地下渗漏出来，对天然放射(本底辐射)水平有一定的贡献。
一般室内空气中总含有少量的氡-222。
它的α衰变的半衰期为3.8天。
当它经过两次α衰变后变为铅-214。
铅-214经β衰变变为铋-214，半衰期为27分钟;铋-214又经β衰变变为钋-214，半衰期为20分钟。
这些衰变产物粘附在室内的尘埃上，很容易用吸尘器收集。
这两种衰变的半衰期总共约为45分钟(即由214pb衰变为214po的半衰期)，这个时间比较适合学生进行半衰期的测定。
而且通常收集的少量样品，可以控制在盖革计数器计数每分钟约60-80次(其中包括背景辐射约15-20次)。
这使得学生可以用口头计数进行测定，增加了实验的直觉可信度。
教师操作：(1)用卫生纸(2-4层)蒙住吸尘器的进气管口，用橡皮筋将它固定，如图5.15-1所示。
开动吸尘器，约5分钟后停止。
取下卫生纸(这时它已受放射性物质污染)，将它用打字纸包住，放在远离盖革计数器的地方(或装在塑料盒中)备用。
（2）打开盖革计数器，在实验室中计算大约5分钟的背景辐射，并计算每分钟的平均背景辐射数。
(3)把包有放射源的打字纸固定在方座支架的夹具上;把盖革计数器固定在方座支架的另一夹具上。
使放射源与计数器靠近，它们之间的距离这样确定：以开始实验时，计数器每分钟计数约100次左右为宜。
（4）启动停车计时器进行计数。
每2分钟计数一次后，间隔为3分钟，然后再计数2分钟，。
量子论初步 原子核综合测试题
量子论初步 原子核综合测试一、选择题(每小题4分，共40分)1．如图15－测－1(a)是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图，图15－测－1(b)是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图(b)中的检查是利用了哪种射线( )图15－测－1A ．α射线B ．β射线C ．γ射线D ．三种射线都可以解析：由图(a)可知α射线和β射线都不能穿透钢板，γ射线的穿透力最强，可用来检查金属内部的伤痕，答案为C.答案：C2．欲使处于基态的氢原子电离，下列措施可行的是( )A ．用能量为11.0 eV 的电子碰撞B ．用能量为10.2 eV 的光子照射C ．用能量为14.0 eV 的光子照射D ．用能量为14.0 eV 的电子碰撞答案：CD3．在X 射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括X 光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能．已知阳极与阴极之间的电势差U 、普朗克常量h 、电子电荷量e 和光速c ，则可知该X 射线管发出的X 光的( )A ．最短波长为c eUhB ．最长波长为hc eUC ．最小频率为eU hD ．最大频率为eU h解析：由动能定理知加速电场对电子所做的功等于电子动能的增量．由题意知光子的最大能量等于电子的动能，则有：hνmax ＝eU ，故X 光的最大频率νmax ＝eU h，D 选项正确．X 光的最小波长为：λ＝cνmax＝cheU，A选项错．因光子的最小能量无法确定，所以X光的最小频率和最长波长无法确定，B、C选项均错．答案：D图15－测－24．图15－测－2中画出了氢原子的几个能级，并注明了相应的能量E n，处在n＝4能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波．已知金属钾的逸出功为2.22 eV.在这些光波中，能够从金属钾的表面打出光电子的总共有()A．2种B．3种C．4种D．5种解析：由题意和能级图知，能够发出6种不同频率的光波．而逸出功W＝hν0＜E n－E m 可产生光电子．代入数据，有E4－E3＝0.66 eV，E3－E2＝1.89 eV，E4－E2＝2.55 eV，E3－E1＝12.09 eV，E4－E1＝12.75 eV，E2－E1＝10.20 eV，显然总共有4种．答案：C5．处于激发态的原子，如果在入射光子的电磁场的影响下，从高能态向低能态跃迁，同时两个状态之间的能量差以光子的形式辐射出去，这种辐射叫做受激辐射．原子发生受激辐射时，发出的光子的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，这样使光得到加强，这就是激光产生的机理．发生受激辐射时，产生激光的原子的总能量E n、电子的电势能E p、电子的动能E k的变化是()A．E p增大、E k减小B．E p减小、E k增大C．E p减小、E n减小D．E p增大、E n增大解析：根据激光产生的机理，发生受激辐射而产生激光的原子的总能量E n会降低，由于从高能态向低能态跃迁时电场力做正功，所以电势能减少，电子靠近原子核，动能增加，所以B、C对．答案：BC图15－测－36．在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别是图15－测－3所示的a 、b ，由图可以判定( )A ．该核发生的是α衰变B ．该核发生的是β衰变C ．磁场方向一定垂直纸面向里D ．磁场方向向里还是向外无法判定解析：由左手定则，当粒子在磁场中反向运动时，若两粒子电性相同，则所形成的圆轨迹应外切；电性相反，则所形成的圆轨迹内切，由图知核与粒子电性相反，又因反冲核带正电，所以带电粒子应带负电，即核反应为β衰变，A 错，B 正确．不管磁场方向向里还是向外，电性相反的粒子轨迹都为内切圆，所以D 正确．综上所述，本题的正确选项为B 、D.答案：BD7．(2010·高考北京卷)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J ，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减小的质量最接近( )A ．1036kgB ．1018kgC ．1013kgD ．109kg解析：本题意在考查考生对爱因斯坦质能方程的运用能力．根据E ＝Δmc 2得：Δm ＝E c 2＝4×1026(3×108)2kg ≈4.4×109kg ，选项A 、B 、C 错，选项D 正确． 答案：D8. 90232Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成 82208Pb(铅)，下列说法正确的是( )A ．铅核比钍核少8个质子B ．铅核比钍核少16个中子C ．共经过4次α衰变和6次β衰变D ．共经过6次α衰变和4次β衰变解析：由原子核的构成，容易判断A 、B 是正确的，至于衰变次数，由于β衰变不会引起质量数的减少，故可先根据质量数的减少确定α衰变的次数：X ＝232－2084＝6，再结合核电荷数的变化情况和衰变规律判定β衰变的次数Y,2X －Y ＝90－82＝8，Y ＝4，即选项D 也正确．答案：ABD图15－测－49．图15－测－4所示是氢原子能级的示意图，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不同频率的光．关于这些光下列说法正确的是() A．最容易表现出衍射现象的光是由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能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应解析：波长最长的光最容易发生衍射现象，是由n＝4能级跃迁到n＝3能级产生的，因此，从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的光子的频率也是最小的，故A、B错；由n＝4能级向低能级跃迁可辐射6种不同频率的光，从n＝2能级到n＝1能级跃迁时放出光子的能量为10.2 eV，能使逸出功为6.34 eV的金属铂发生光电效应，故C错、D对．答案：D图15－测－510．如图15－测－5所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是()A．若D和E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D和E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若A能分裂成B和C，分裂过程一定要释放能量D．若A能分裂成B和C，分裂过程一定要吸收能量解析：题目图像说明不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数的关系．从图中可以看出，Fe的核子的平均质量最小，D、E的核子的平均质量比F 大，故D、E结合成F时，总质量会减少，应释放核能．同样的理由，A分裂成B和C时，总质量也会减少，一定会释放核能．答案：AC二、实验题(共16分)11．(6分)关于下列核反应方程，其中产生正电子的是__________，属于人工转变的是__________，属于裂变的是__________，属于聚变的是__________．A. 714N＋24He→__________＋11HB．1530P→1430Si＋__________C. 92235U＋01n→ 54136Xe＋3890Sr＋__________D．12H＋13H→__________＋01n解析：根据电荷数守恒和质量数守恒先完成核反应方程，然后可判断出反应类型．答案：B A C D817O 10e 1001n 24He 12．(10分)一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853 131×10－25 kg ，钍核的质量为3.786 567×10－25 kg ，α粒子的质量为6.646 72×10－27 kg ，在这个衰变过程中释放出的能量等于________J(保留两个有效数字)．解析：衰变前的铀核可认为是静止的，衰变后的产物α粒子是运动的，这表明在衰变过程中系统的机械能增加了，根据能量守恒定律，这部分机械能是由核能转化而来的，这部分核能可以根据核反应过程中的质量亏损和爱因斯坦质能方程计算出来．设核反应前的质量和能量分别为m 1、E 1，则：E 1＝m 1c 2，设核反应后的质量和能量分别为m 2、E 2，则：E 2＝m 2c 2，两式相减得：ΔE ＝Δmc 2＝[m U －(m Th ＋m α)]c 2＝[3.853 131－(3.786 567＋0.066 467 2)]×10－25×(3×108)2 J ＝8.7×10－13 J. 答案：8.7×10－13 J三、计算题(共44分)13．(8分)图15－测－6所示为氢原子能级示意图，现有动能是E (eV)的某个粒子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动，并发生碰撞．已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等．碰撞后氢原子受激发跃迁到n ＝4的能级(粒子的质量m 与氢原子的质量m H 之比为k )．求：图15－测－6(1)碰前氢原子的动能．(2)若有一群氢原子处在n ＝4的能级，会辐射出几种频率的光？其中频率最高的光的光子能量多大？解析：(1)设v 和v H 分别表示粒子和氢原子的速率，由题意可知m v －m H v H ＝0，E H ＝12m H v H 2＝kE .(2)会辐射出6种不同频率的光，频率最高的光的光子能量为ΔE ＝E 4－E 1＝－0.85 eV －(－13.60) eV ＝12.75 eV .答案：(1)kE (2)6种 12.75 eV14．(10分)镭(Ra)是历史上第一个被分离出来的放射性元素，已知 88226Ra 能自发地放出α粒子而变成新核Rn ，已知 88226Ra 的质量为M 1＝3.753 33×10－25 kg ，新核Rn 的质量为M 2＝3.686 7×10－25 kg ，α粒子的质量为m ＝6.646 72×10－27 kg ，现有一个静止的 88226Ra 核发生α衰变，衰变后α粒子的速度为8.68×105 m/s.(计算结果保留两个有效数字)(1)写出该核反应的方程；(2)此反应过程中放出的能量；(3)反应后新核Rn 的速度大小．解析：(1) 88226Ra →24He ＋ 86222Rn.(2)ΔE ＝Δmc 2＝(M 1－M 2－m )c 2＝1.5×10－12 J. (3)M 2v 2－m v ＝0，所以v 2＝m v /M 2＝1.6×104 m/s. 答案：(1)见解析 (2)1.5×10－12 J (3)1.6×104 m/s15．(12分)(2009·江苏卷)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H 的核反应，间接地证实了中微子的存在．(1)中微子与水中的11H 发生核反应，产生中子(01n)和正电子(＋10e)，即中微子＋11H →01n ＋＋10e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______________．(填写选项前的字母)A ．0和0B ．0和1C ．1和0D ．1和1 (2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子(γ)，即＋10e ＋－10e →2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg ，反应中产生的每个光子的能量约为__________J ．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是__________________________．(3)试通过分析比较，具有相同动能的中子和电子的物质波波长的大小．解析：(1)发生核反应前后，粒子的质量数和核电荷数均不变，据此可知中微子的质量数和电荷数都是0，A 项正确．(2)产生的能量是由于质量亏损．两个电子转变为两个光子之后，质量变为零，由E ＝Δmc 2，故一个光子的能量为E 2，代入数据得E 2＝8.2×10－14 J. 正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体，故系统总动量为零，故如果只产生一个光子是不可能的，因为此过程遵循动量守恒．(3)物质波的波长为λ＝h p，粒子动量p ＝2mE k ，因为m n ＞m e ，所以p n ＞p e ，故λn ＜λe . 答案：(1)A (2)8.2×10－14 遵循动量守恒 (3)λn ＜λe16．(14分)如图15－测－17所示，在d ≤x ≤2d 的空间内存在着沿y 轴正方向的有界匀强电场；在－2d ≤x ≤－d 空间内存在着垂直于纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度为B .在坐标原点O 处有一处于静止状态的原子核，发生α衰变，沿x 轴正方向射出一质量为m 、电荷量为q 的α粒子．质量为M 、电荷量为Q 的反冲核进入左侧的匀强磁场区域，并恰好不能从其左边界射出．如果认为衰变过程中释放的核能全部转化为α粒子和反冲核的动能，光速为c ，不计粒子的重力和粒子间相互作用的库仑力．求：图15－测－7(1)刚衰变后α粒子和反冲核的速度大小v 1和v 2各为多少？(2)该核衰变过程中的质量亏损Δm 为多少？(3)若α粒子离开电场时的y 轴坐标与反冲核离开磁场时的y 轴坐标绝对值相同，则电场强度E 为多少？解析：(1)衰变时，由动量守恒定律m v 1－M v 2＝0由反冲核恰好不穿出磁场左边界，导出r ＝d又Q v 2B ＝M v 22r联立以上各式解得v 2＝QBd M ，v 1＝QBd m(2)由题意，衰变中放出的能量为ΔE ＝12m v 12＋12M v 22 由质能方程Δm ＝ΔE c 2 联立解出Δm ＝Q 2B 2d 2(M ＋m )2c 2mM(3)由题意知，反冲核离开磁场时的y 轴坐标为y ＝2d又因为α粒子在电场中做类平抛运动，所以d ＝v 1t ，y ＝12at 2，a ＝qE m联立解得E ＝4Q 2B 2d qm答案：(1)QBd m QBd M(2)Q 2B 2d 2(M ＋m )2c 2mM(3)4Q 2B 2d qm。
2018高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核章末专题复习
第12章 量子论初步 原子核高考热点1|半衰期的计算半衰期的计算方法(1)半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时间，它是由原子核内部因素决定的，与外界环境无关，由n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ可进行有关计算．(2)半衰期是原子核有半数发生衰变，变成新核，并不是原子核的数量、质量减少一半．(3)要理解半衰期公式中各物理量的含义，在公式n ＝N ⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m ＝M ⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ中，n 、m 分别表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数量和质量．测得某矿石中铀、铅质量比为1.16∶1，假设开始时矿石只含有铀238，发生衰变的铀238都变成了铅206.已知铀238的半衰期是4.5×109年，求矿石的年龄．【解析】 设开始时矿石中铀238的质量为m 0，经n 个半衰期后，剩余铀的质量为m 余，则m 余＝m 0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，衰变掉的铀为m 0－m 余＝m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，一个铀核衰变成一个铅核，设生成铅的质量为m ，则m 0⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n m ＝238206，得m ＝206238m 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ，根据题意有m 余m ＝1.161，即m0⎝ ⎛⎭⎪⎫12n 206238m0⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－⎝ ⎛⎭⎪⎫12n ＝1.161 解得n ＝1，即t ＝τ＝4.5×109年．【答案】 4.5×109年[突破训练]1．约里奥·居里夫妇因发现人工放射性而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________，3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图121所示，请估算4 mg的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图121【解析】 (1)由质量数守恒、电荷数守恒，可得： 3015P ―→3014Si ＋0＋1e ，所以这种粒子是正电子0＋1e.(2)由3215P 随时间衰变的关系图可得，其半衰期τ＝14天由m 剩＝⎝ ⎛⎭⎪⎫12nm 0，且⎩⎪⎨⎪⎧ m 剩＝0.25 mgm0＝4 mg得n ＝4所以t ＝n τ＝56天．【答案】0＋1e 56天高考热点2|核反应方程的理解和种类1．核反应方程应注意以下几点：(1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律，有的还要考虑能量守恒规律(如裂变和聚变方程常含能量项)(2)核反应方程中的箭头(→)表示反应进行的方向，不能把箭头写成等号． (3)写核反应方程必须要有实验依据，决不能毫无根据地编造． 2．核反应类型有：衰变、人工转变、裂变、轻核聚变用中子轰击氧原子核的核反应方程式为168O ＋10n ―→a 7N ＋0b X ，对式中X 、a 、b的判断正确的是( )A ．X 代表中子，a ＝17，b ＝1B ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝－1C ．X 代表正电子，a ＝17，b ＝1D ．X 代表质子，a ＝17，b ＝1C [根据质量数、电荷数守恒可知a ＝17，b ＝8＋0－7＝1，因此X 可表示为0＋1e ，即正电子，故C 项正确，A 、B 、D 项错．][突破训练]2．现有三个核反应： ①2411Na→2412Mg ＋0－1e②23592U ＋10n ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ③21H ＋31H→42He ＋10n 下列说法正确的是()A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B ．①是聚变，②是裂变，③是β衰变。
近年高考物理复习 第12章 量子论初步 原子核 第1节 光电效应 氢原子光谱教师用书(2021年整
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第1节光电效应氢原子光谱1．考纲变化：本章内容是模块3－5中的部分内容，考纲要求由原来的“选考内容”调至“必考内容”．2．考情总结：作为“选考内容”时，对原子和原子核的考查，以基础为主,难度不大，主要以选择题的形式出现．3．命题预测：调到“必考内容”以后，预计命题的热点不变，仍然集中在光电效应、氢原子能级结构、半衰期、核反应方程及核能的计算等方面，考查题型仍然是选择题．第1节光电效应氢原子光谱知识点1 光电效应1．光电效应的实验规律(1）任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大．(3）大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．2．光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的,每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h＝6。
63×10－34J·s.3．光电效应方程（1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.(2）物理意义:金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k＝错误!mv2.知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进,但少数α粒子发生了大角度偏转,极少数α粒子甚至被撞了回来．如图121。
《量子论初步和原子核》单元自测题
《量子论初步和原子核》单元自测题
1、简要概括量子论的基本概念。
量子论是一种基本物理思想，它认为物质的状态主要是量子状态，它
们具有波粒双重性。
这样的思想被称为量子力学，量子力学解释了原子能
量级，原子结构，光谱以及微观粒子的相互作用。
它以不可分割的最小粒
子“量子”来解释物质的状态和行为。
2、量子力学解释原子核的特性。
原子核的特性主要由核子的结构和组合决定。
量子力學把原子核看作
是由“粒子”，最初只有核子和质子，即核力的携带者，组成的复杂系统。
它们的行为也由核子的相互作用引起的量子力学力决定。
量子力学解释了
原子核的"稳定"，"放射"，"裂变"和"同步辐射"等特性。
高考物理一轮复习第12章量子论初步原子核第1节光电效应氢原子光谱教师用书
第1节 光电效应 氢原子光谱1．考纲变化：本章内容是模块3－5中的部分内容，考纲要求由原来的“选考内容”调至“必考内容”．2．考情总结：作为“选考内容”时，对原子和原子核的考查，以基础为主，难度不大，主要以选择题的形式出现．3．命题预测：调到“必考内容”以后，预计命题的热点不变，仍然集中在光电效应、氢原子能级结构、半衰期、核反应方程及核能的计算等方面，考查题型仍然是选择题．第1节 光电效应 氢原子光谱知识点1 光电效应 1．光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大． (3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比．2．光子说爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝h ν，其中h ＝6.63×10－34J·s.3．光电效应方程(1)表达式：h ν＝E k ＋W 0或E k ＝h ν－W 0.(2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能E k ＝12mv 2.知识点2 α粒子散射实验与核式结构模型 1．实验现象绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图1211所示．α粒子散射实验的分析图图12112．原子的核式结构模型在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．知识点3 氢原子光谱和玻尔理论 1．光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱．(2)光谱分类：有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱．(3)氢原子光谱的实验规律：巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝ ⎛⎭⎪⎫122－1n 2(n ＝3,4,5，…)，R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数． 2．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即h ν＝E m －E n (h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34J·s)．(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．3.氢原子的能级、能级公式 (1)氢原子的能级图 能级图如图1212所示．图1212(2)氢原子的能级公式E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6_eV.(3)氢原子的半径公式r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.1．正误判断(1)光子说中的光子，指的是光电子．(×)(2)只要光足够强，照射时间足够长，就一定能发生光电效应．(×)(3)原子核集中了原子全部的正电荷和质量．(×)(4)在玻尔模型中，原子的状态是不连续的．(√)(5)发射光谱可能是连续光谱，也可能是线状谱．(√)2．[对α粒子散射实验的考查]从α粒子散射实验结果出发推出的结论有：①金原子内部大部分都是空的；②金原子是一个球体；③汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况；④原子核的半径约是10－15m，其中正确的是( )【导学号：92492400】A．①②③B．①③④C．①②④D．①②③④B[α粒子散射实验的结果表明，原子是由原子核和核外电子构成的，原子核体积很小，质量大，原子的质量主要集中在原子核上，原子核外有一个非常大的空间，核外电子围绕原子核做高速运动，则从α粒子散射实验结果出发推出的结论有金原子内部大部分都是空的，汤姆孙的原子模型不符合原子结构的实际情况，原子核的半径约是10－15m，不能说明金原子是球体，B正确．]3．[对光电效应的考查](多选)如图1213为用光照射锌板产生光电效应的装置示意图．光电子的最大初动能用E k表示、入射光的强度用C表示、入射光的波长用λ表示、入射光的照射时间用t表示、入射光的频率用ν表示．则下列说法正确的是( )图1213A．E k与C无关B ．E k 与λ成反比C ．E k 与t 成正比D ．E k 与ν成线性关系AD [由E k ＝h ν－W 0知，E k 与照射光的强度及照射时间无关，与ν成线性关系，A 、D 正确，C 错误；由E k ＝hcλ－W 0可知，E k 与λ不成反比，B 错误．]4．[对氢原子光谱的考查]如图1214所示，1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级．用以下能量的光子照射基态的氢原子时，能使氢原子跃迁到激发态的是( )图1214A ．1.51 eVB ．3.4 eVC ．10.2 eVD ．10.3 eVC [入射光子的能量只有等于原子所处能级与某一较高能级的差值时，入射光的光子才能被吸收，原子才能被激发，选C.]1.(1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子．光子是光电效应的因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能．(3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量．(5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．2．光电效应的研究思路 (1)两条线索：(2)两条对应关系：入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大． [题组通关]1．(多选)在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是( )A ．增大入射光的强度，光电流增大B ．减小入射光的强度，光电效应现象不会消失C ．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D ．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大ABD [增大入射光强度，单位时间内照射到单位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与照射强度无关，故选项B 正确；用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，选项C 错误；根据h ν－W 逸＝12mv 2可知，增加照射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D 正确．]2．(多选)在探究光电效应现象时，某小组的同学分别用波长为λ、2λ的单色光照射某金属，逸出的光电子最大速度之比为2∶1，普朗克常量用h 表示，光在真空中的速度用c 表示．则( )【导学号：92492401】A ．光电子的最大初动能之比为2∶1B ．该金属的截止频率为c3λC ．该金属的截止频率为cλD ．用波长为52λ的单色光照射该金属时能发生光电效应BD [由于两种单色光照射下，逸出的光电子的最大速度之比为2∶1，由E k ＝12mv 2可知，光电子的最大初动能之比为4∶1，A 错误；又由h ν＝W ＋E k 知，h c λ＝W ＋12mv 21，h c 2λ＝W ＋12mv 22，又v 1＝2v 2，解得W ＝hc 3λ，则该金属的截止频率为c3λ，B 正确，C 错误；光的波长小于或等于3λ时才能发生光电效应，D 正确．]两点提醒1．能否发生光电效应取决于入射光的频率而不是入射光的强度．2．光电子的最大初动能随入射光子频率的增大而增大，但二者不是正比关系．(1)爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0.(2)光电子的最大初动能E k 可以利用光电管用实验的方法测得，即E k ＝eU c ，其中U c 是遏止电压．(3)光电效应方程中的W 0为逸出功，它与极限频率νc 的关系是W 0＝h νc . 2．四类图象●考向1 光电效应方程的应用1．(2017·抚州模拟)人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律．请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106m/s ，求该紫外线的波长λ.(电子质量M e ＝9.11×10－31kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s,1 eV＝1.60×10－19J)【解析】 爱因斯坦提出的光子说很好地解释了光电效应现象． 由爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0 ①光速、波长、频率之间关系：c ＝λν ② 联立①②得紫外线的波长为 λ＝hcW 0＋12mv 2m＝6.63×10－34×3×1083.34×1.6×10－19＋12×9.11×10－31×1012m≈2.009×10－7m【答案】 爱因斯坦的光子说很好地解释了光电效应 2．009×10－7m ●考向2 与光电效应有关的图象问题2．(多选)(2017·武威模拟)如图1215是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知( )图1215A ．该金属的逸出功等于EB ．该金属的逸出功等于h ν0C ．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为ν02时，产生的光电子的最大初动能为E 2ABC [由爱因斯坦的光电效应方程：E k ＝h ν－W 0，对应图线可得，该金属的逸出功W 0＝E ＝h ν0，A 、B 均正确；若入射光的频率为2ν0，则产生的光电子的最大初动能E k ＝2h ν0－W 0＝h ν0＝E ，故C 正确；入射光的频率为ν02时，该金属不发生光电效应，D 错误．]3．研究光电效应规律的实验装置如图1216所示，用频率为ν的光照射光电管阴极K 时，有光电子产生．由于光电管K 、A 间加的是反向电压，光电子从阴极K 发射后将向阳极A 做减速运动．光电流i 由图中电流计G 测出，反向电压U 由电压表V 测出．当电流计的示数恰好为零时，电压表的示数称为反向截止电压U C ，在下列表示光电效应实验规律的图象中，错误的是()图1216反向电压U 和频率ν一定时，光电流i 与光强I 的关系 A 截止电压U C与频率ν的关系 B光强I 和频率ν一定时，光电流i 与反向电压U 的关系C光强I 和频率ν一定时，光电流i 与产生光电子的时间t 的关系 DB [由光电效应规律可知，光电流的强度与光强成正比，光射到金属上时，光电子的发射是瞬时的，不需要时间积累，故A 、D 图象正确；从金属中打出的光电子，在反向电压作用下做减速运动，随着反向电压的增大，到达阳极的光电子数减少，故C 图象正确；由光电效应方程可知：h ν＝h ν0＋E km ，而eU C ＝E km ，所以有h ν＝h ν0＋eU C ，由此可知，B 图象错误．]光电效应问题中的五个决定关系1．逸出功W 0一定时，入射光的频率决定着能否产生光电效应以及光电子的最大初动能． 2．入射光的频率一定时，入射光的强度决定着单位时间内发射出来的光电子数． 3．爱因斯坦光电效应方程：E k ＝h ν－W 0. 4．最大初动能与遏止电压的关系：E k ＝eU c . 5．逸出功与极限频率、极限波长的关系：W 0＝h νc ＝hcλc.1.(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子． 光子的频率ν＝ΔE h ＝E 高－E 低h.(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h ν＝ΔE .②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E 外≥ΔE . ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离． 2．电离 电离态与电离能 电离态：n ＝∞，E ＝0基态→电离态：E 吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV 电离能．n ＝2→电离态：E 吸＝0－E 2＝3.4 eV如吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还携带动能． 3．谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n －1)． (2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法． ①用数学中的组合知识求解：N ＝C2n ＝n n －2.②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．[题组通关]1．(多选)氢原子光谱在可见光部分只有四条谱线，它们分别是从n 为3、4、5、6的能级直接向n ＝2能级跃迁时产生的．四条谱线中，一条红色、一条蓝色、两条紫色，则下列说法正确的是( )A ．红色光谱是氢原子从n ＝3能级向n ＝2能级跃迁时产生的B ．蓝色光谱是氢原子从n ＝6能级或n ＝5能级直接向n ＝2能级跃迁时产生的C ．若氢原子从n ＝6能级直接向n ＝1能级跃迁，则能够产生红外线D ．若氢原子从n ＝6能级直接向n ＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，则氢原子从n ＝6能级直接向n ＝2能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属发生光电效应AD [从n 为3、4、5、6的能级直接向n ＝2能级跃迁时，从n ＝3跃迁到n ＝2能级辐射的光子频率最小，波长最大，可知为红色光谱，A 正确；蓝光光子频率大于红光光子频率，小于紫光光子频率，可知是从n ＝4跃迁到n ＝2能级辐射的光子，B 错误；氢原子从n ＝6能级直接向n ＝1能级跃迁，辐射的光子频率大于从n ＝6跃迁到n ＝2能级时辐射的紫光光子频率，即产生紫外线，C 错误；从n ＝6跃迁到n ＝2能级辐射的光子频率大于从n ＝6跃迁到n ＝3能级辐射的光子频率，由氢原子从n ＝6能级直接向n ＝3能级跃迁时辐射的光子不能使某金属发生光电效应，但从n ＝6跃迁到n ＝2能级跃迁时辐射的光子可能使该金属发生光电效应，D 正确．]2．如图1217所示，氢原子从n >2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射出能量为2.55 eV 的光子，问：(1)最少要给基态的氢原子提供多少电子伏特的能量，才能使它辐射上述能量的光子？ (2)请在图中画出获得该能量后的氢原子可能的辐射跃迁图．图1217【解析】 (1)氢原子从n >2的某一能级跃迁到n ＝2的能级，辐射光子的频率应满足：h ν＝E n －E 2＝2.55 eV则E n ＝h ν＋E 2＝－0.85 eV 又有：E n ＝E 1n2， 所以：n ＝E 1E n ＝－13.6 eV－0.85 eV＝4基态氢原子要跃迁到n ＝4的能级，应该提供的能量为 ΔE ＝E 4－E 1＝－0.85 eV －(－13.6)eV ＝12.75 eV. (2)辐射跃迁图如图所示：【答案】 (1)12.75 eV (2)见解析1．一个区别：一个氢原子和一群氢原子能级跃迁的可能性． 2．两点提醒：(1)原子能级之间跃迁时吸收或放出的光子能量一定等于两能级之间的差值．(2)要使氢原子发生电离，原子吸收的能量可以是大于原子该能级值的任意值．11。
高三物理知识结构化学习材料 量子论初步 原子核
高三物理知识结构化学习材料第十七章量子论初步原子核考纲要求：一．光电效应：1．光电效应现象：_________________________________________________________，___ ______________________________叫做光电子.2．光电效应的规律：⑴每种金属都有一个___________，当______________________________________时才会发生光电效应；当入射光的____________________________，无论光怎样强，也不会发生光电效应.⑵逸出的光电子的最大初动能与光的__________________无关，只与光的__________有关，且随着光的________的增加而增加.⑶当入射光的频率大于金属的极限频率，发生光电效应时，形成的光电流与_________成正比.⑷发生光电效应的时间很______，大约在_______S内.3．光子说：根据普朗克对电磁波的解释，爱因斯坦提出：光是一份一份的，每一份就是__________，光子的能量与它的_________成正比，即E=__________.4．光电效应方程：⑴金属的逸出功：_________________________________________________________叫做逸出功.⑵光电方程：____________________________________.例1：关于光电效应的规律，下列说法中正确的是：（）A.当某种色光照射到金属的表面时，能产生光电效应，则入射光的频率越高，产生的光电子的最大初动能越大B.当某种色光照射到金属表面上时，能产生光电效应，则入射光的强度越大，产生的光电子数越多C.同一频率的光照射不同金属，如果能产生光电效应，则逸出功大的金属产生的光电子的最大初动能也越大D.对某金属，入射光波长必须小于某一极限波长，才能产生光电效应例2：关于光电效应，下列说法中正确的是：（）A.动能最大的光电子的动能与入射光的频率成正比B.光电子的动能越大，光电子形成的光电流就越大C.光子本身所具有的能量取决于光子本身的频率D.用频率为ν1的绿光照射某金属发生了光电效应，则改用频率为ν2的红光照射该金属一定不发生光电效应例3：入射光照射到某金属表面上发生了光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么：（）A.从光照至金属表面上到发射光电子之间的时间间隔将明显增加B.逸出光电子的最大初动能将减少C.单位时间从金属表面逸出的光电子数目将减少D.有可能不发生光电效应例4：如图所示，C为真空光电管，光电管的内半壁K涂有碱金属，正常使用时将它和电源、灵敏电流计、电键相连，下列说法错误的是：（）A.当电键断开时，用紫光照射光电管的内半壁K后，K板带正电B.正常使用时，a处为电源的正极，b处为电源的负极C.正常使用时，通过灵敏电流计G的电流方向是自上向下的D.在其它条件不变的情况下，增大照射光的强度，通过灵敏电流计的电流就增大例5：利用光电管研究光电效应实验如图所示，用极限频率为ν0的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则（）A.用紫外光照射，电流表不一定有电流通过B.用红光照射时，电流表中一定无电流通过C.用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端，电流表中一定无电流通过D.用频率为ν0的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表的示数可能不变二．光的波粒二象性：1．光既具有波动性，又具有粒子性，，即光具有______________________.2.大量光子表现出它的____________，少量光子表现出__________；频率越低的光子越能表现出__________性，频率越高的光子表现出________.3.当有少量的光子照射到双缝干涉实验的装置中，感光照片上只是_____________，说明光与胶片作用时显示出它的__________，当有大量的光子照射或曝光时间较长时，感光照片上是_________________，说明光子在空间各点出现的可能性可用____________来描述，所以光是一种____________.例6：下列说法正确的是：（）A.光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体B.光是波，与橡皮绳上的波相似C.光的波动性是大量光子运动规律的表现，在干涉条纹中，那些光强度大的地方，光子到达的概率大D.在宏观现象中波动性和粒子性是对立的，在微观世界中是可以统一的三．物质波：一切运动的微观粒子都具有____________，其波长与动量的关系用德布罗意公式来表示________________，这种波叫做____________.四．原子的核式结构原子核：1．卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现_____________α通过金箔后仍沿原方向运动，_________α粒子通过金箔后发生较大角度的偏转，_____________α粒子通过金箔后发生大角度的偏转，甚至超过180º。
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量子论初步 原子核一章末检测
一、选择题（共8小题,每小题6分,共48分）
1.（2009·宁波质检）氢原子从n =3的激发态向低能级状态跃迁可能放出的光子中,只有一种
光子不能使金属A 产生光电效应,则下列说法正确的是
（ ）
A .不能使金属A 产生光电效应的光子一定是从n =3激发态直接跃迁到基态放出的
B .不能使金属A 产生光电效应的光子一定是从n =3激发态直接跃迁到n =2激发态时放出的
C .从n =4激发态跃迁到n =3激发态,所放出的光子一定不能使金属A 产生光电效应
D .从n =4激发态跃迁到基态,所放出的光子一定不能使金属A 产生光电效应
答案 BC
2.某核反应方程为X He H H 423121+→+.已知H 21的质量为2.013 6 u ,H 31的质量为
3.018 0 u ,42He 的质量为
4.002 6 u ,X 的质量为1.008 7 u .则下列说法中正确的是
（ ）
A .X 是质子，该反应释放能量
B .X 是中子，该反应释放能量
C .X 是质子，该反应吸收能量
D .X 是中子，该反应吸收能量
答案 B 3.目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料,这些岩石都不同程度地含有放射
性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡会发生放射
性衰变,放射出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病,根据
有关放射性知识可知,下列说法正确的是
( )
A.氡的半衰期为3.8天,若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个原子核了
B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C.γ射线一般伴随着α或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力
最弱
D.发生α衰变时,生成核与原来的核相比,中子数减少了4个
答案 BC
4.中子和质子结合成氘核,同时放出γ光子,核反应方程是11H+10n →21H+γ,以下说法中错误．．
的 是
( )
A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的总质量
B.反应前后质量数不变,因而质量不变
C.由核子组成原子核一定向外释放能量
D.光子所具有的能量为Δmc2,Δm为反应中的质量亏损,c为光速
答案 B
5.在下列四个方程中,X1、X2、X3和X4各代表某种粒子
235 92U+1
n→141
56
Ba+92
36
Kr+3X1
30 15P→30
14
Si+X2
238 92U→234
90
Th+X3
234 90Th→234
91
Pa+X4
以下判断中错误
．．的是( )
A.X1是中子
B.X2是质子
C.X3是α粒子
D.X4是电子
答案 B
6.下列说法中正确的是( )
A.放射性元素的原子核内的核子有半数发生变化所需的时间就是半衰期
B.光导纤维内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C.当放射性元素的原子外层电子具有较高能量时,将发生β衰变
D.放射性的原子核发生衰变后产生的新核从高能级向低能级跃迁时,辐射出γ射线
答案 D
7.美国研究人员正在研制一种新型镍—铜长效电池,它是采用铜和半衰期长达100年的放射性
同位素镍63(63
28
Ni)这两种金属作为长寿命电池的材料.将镍63置于中央,四周包上铜皮,利用镍63发生β衰变时释放电子给铜片,用镍63和铜片作电池两极,为外接负载提供电能.下列有关该电池的说法正确的是( )
A.镍63的衰变方程是63
28Ni→0
1-
e+63
29
Cu
B.镍63的衰变方程是63
28Ni→0
1-
e+62
29
Cu
C.外接负载时镍63的电势比铜片高
D.该电池内电流方向是从铜片到镍
答案 ACD
8.(2009·海口模拟)某同学采用如图所示的实验装置来研究光电效应现象.当用某一
频率的光照射光电管的阴极K时,会发生光电效应现象,电流计中有电流通过.闭合
开关S ,在阳极A 和阴极K 之间加上反向电压,通过调节滑动变阻器的滑片逐渐增大电压,直至电流计中电流恰好为零,此时电压表的电压值称为反向截止电压.现有频率为ν的绿光照射阴极,测量到反向截止电压为U ,设电子电荷量为e ,普朗克常量为h ,则( )
A.逸出的光电子的最大初动能为eU
B.阴极K 的逸出功W =h ν-eU
C.如改用紫光照射,则光电子的最大初动能一定增加
D.如改用紫光照射,则阴极K 的逸出功一定发生变化
答案 ABC
二、计算论述题(共4小题,共52分,其中9、10小题各12分,11、12小题各14分)
9.物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应.根据这
一理论,在太阳内部4个氢核(1
1H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子(01e)并放出能量.已
知质子质量m p =1.007 3 u,α粒子质量αm =4.001 5 u,电子的质量m e =0.000 5 u,1 u 的质量对应931.5 MeV 的能量.
(1)写出该热核反应方程.
(2)一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量?(结果保留四位有效数字)
答案 (1)41
1H →42He+201e (2)24.87 MeV
10.已知氢原子基态的电子轨道半径r 1=0.53×10-10 m,基态的能级值为E 1=-13.6 eV.
(1)求电子在n =1的轨道上运动形成的等效电流.
(2)有一群氢原子处于量子数n =3的激发态,画出能级图,在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线.
(3)计算这几条光谱线中最长的波长.
答案 (1)1.05×10-3 A (2)
(3)6.58×10-7
m
11.2006年,我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展,这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列.该反应所进行的聚变过程是2
1H+31H →4
2He+10n,反应原料氘(21H)富存于海水中,而氚(31H)是放射性元素,自然界中不存
在,但可以通过中子轰击锂核(6
3Li)的人工核转变得到.则
(1)请把下列用中子轰击锂核(6
3Li)产生一个氚核(31H)和一个新核的人工核转变方程填写
完整.
63Li+ → +3
1H.
(2)在(1)中,每生产1 g 的氚同时有多少个6
3Li 核实现了核转变?(阿伏加德罗常数N A 取6.0
× 1023 mol -1
)
(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时,平均每个核子释放的能量为5.6×10-13 J,求该核聚
变过程中的质量亏损.
答案 (1)10n 4
2He (2)2.0×1023个 (3)3.1×10-29 kg 12.1930年科学家发现钋放出的射线贯穿能力极强,它甚至能穿透几厘米厚的铅板,1932年,英国年轻物理学家查德威克用这种未知射线分别轰击氢原子和氮原子,结果打出一些氢核和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量.若未知射线均与静止的氢核和氮核正碰,测出被打出的氢核最大速度为v H =3.3×107 m/s,被打出的氮核的最大速度v N =4.5×106 m/s,假定正碰时无机械能损失,设未知射线中粒子质量为m ,初速为v ,质子的质量为m ′.
(1)推导被打出的氢核和氮核的速度表达式;
(2)根据上述数据,推算出未知射线中粒子的质量m 与质子的质量m ′之比.(已知氮核质量为氢核质量的14倍,结果保留三位有效数字)
答案 (1)v H =
v H 2m m m + v N =v N 2m m m + (2)m m '=1.05。