创新设计全国通用2020版高考物理二轮复习专题突破5原子结构和原子核

专题突破5 原子结构和原子核

【备考策略】 2017年高考考纲要求选修3－5由选考变为必考，这部分内容可能在高考题中以选择题的形式出现，与往年不同的是：选择题由5个选项变为4个选项。复习时重点掌握氢原子能级结构和能级公式；光电效应规律和爱因斯坦光电效应方程；核反应方程式的书写；原子核的衰变及半衰期；结合能和核能的计算等。

氢原子能级 光电效应 [规 律 方 法]

1.玻尔理论的基本内容

能级假设：氢原子E n ＝E 1

n

2，n 为量子数 跃迁假设：hν＝E 末－E 初

轨道量子化假设：氢原子r n ＝n 2

r 1，n 为量子数 2.爱因斯坦光电效应方程及图象表示

图1

(1)E k ＝hν－W 0

(2)用图象表示光电效应方程(如图1所示) 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W 0＝E ③普朗克常量：图线的斜率k ＝h 3.解决氢原子能级跃迁问题的技巧

(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。 (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。

(3)一群原子和一个原子不同，它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N ＝C 2

n ＝

n （n －1）

2

。

[精 典 题 组]

1.氢原子的部分能级如图2所示，氢原子吸收以下能量可以从基态跃迁到n ＝2能级的是( )

图2

A.10.2 eV

B.3.4 eV

eV

eV

解析 由玻尔的跃迁理论知，从基态跃迁到n ＝2能级需吸收的能量为两个能级的差，ΔE ＝－3.4 eV －(－13.6 eV)＝10.2 eV ，故选A 。 答案 A

2.(多选)[2014·山东理综，39(1)]氢原子能级如图3，当氢原子从n ＝3跃迁到n ＝2的能级时，辐射光的波长为656 nm 。以下判断正确的是( )

图3

A.氢原子从n ＝2跃迁到n ＝1的能级时，辐射光的波长大于656 nm

B.用波长为325 nm 的光照射，可使氢原子从n ＝1跃迁到n ＝2的能级

C.一群处于n ＝3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线

D.用波长为633 nm 的光照射，不能使氢原子从n ＝2跃迁到n ＝3的能级 解析 由玻尔的能级跃迁公式E m －E n ＝hν＝h c

λ得：E 3－E 2＝h

c λ1，E 2－E 1＝h c λ2

，又λ1＝656 nm ，结合能级图上的能级值解得λ2＝122 nm<656 nm ，故A 、B 均错，D 对；根据C 2

3＝3可知，一群处于n ＝3能级氢原子向低级跃迁，辐射的光子频率最多3种，故C 对。 答案 CD

3.如图4所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )

图4

A.只能证明光具有波动性

B.只能证明光具有粒子性

C.只能证明光能够发生衍射

D.证明光具有波粒二象性

解析 弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D 正确。 答案 D

4.(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

解析 用频率为ν的光照射光电管阴极，发生光电效应，改用频率较小的光照射时，有可能发生光电效应，故C 错误；据hν＝12mv 2

max ＋W 可知增加照射光频率，光电子最大初动能增

大，故D 正确；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A 正确；光电效应是否发生与照射光频率有关而与照射光强度无关，故B 错误。 答案 AD

5.爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能E km 与入射光频率ν的关系如图5所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是( )

图5

A.逸出功与ν有关

B.E km 与入射光强度成正比

C.当ν<ν0时，会逸出光电子

D.图中直线的斜率与普朗克常量有关

解析 由爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0和W 0＝hν0(W 0为金属的逸出功)可得，E k ＝hν－hν0，可见图象的斜率表示普朗克常量，D 正确；只有ν≥ν0时才会发生光电效应，C 错；金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A 错；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B 错。 答案 D

原子核的衰变及半衰期 [规 律 方 法]

1.衰变规律及实质

(1)α衰变和β衰变的比较

衰变类型 α衰变

β衰变

衰变方程 M

Z

X →M －4Z －2Y ＋4

2He

M Z

X→ M Z ＋1Y ＋ 0

－1e

衰变实质

2个质子和2个中子结合成一个整体射

出 中子转化为质子和电子

21

1H ＋21

0n→4

2He 10

n→11H ＋ 0

－1e

衰变规律

电荷数守恒、质量数守恒

2.半衰期

(1)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。 (2)公式：N 余＝N 原·(12)t

τ

m 余＝m 原·(12

)t

τ

t 表示衰变时间，τ表示半衰期。

3.衰变次数的确定方法