原子物理知识点讲解

一、光电效应现象
1、光电效应：
光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。

2、光电效应的研究结论：
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
．．．．．．．．．．．．．．．．，
才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。

②光电子的最大初动
．．．．．．．．
能与入射光的强度无关
．．．．．．．．．．，只随着入射光频率的增大
．．而增大
．．。

注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。

③入射光照到
金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的
．．．．．．．．．．．．，一般不超过10-9s；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。

3、光电效应的应用：
光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。

注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。

②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。

入射光的强度越大，光电流越大。

③遏止电压U0。

回路中的光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压
U 0满足：
2
max
2
1
eU
mv=，光电流将会减小到零，所以遏止电压与入射光的频率有
关。

4、波动理论无法解释的现象：
①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。

②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。

③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子.
二、光子说
1、普朗克常量
普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv的整数倍，hv称为一个能量量子。

即能量是一份一份的。

其中v辐射频率，h是一个常量，称为普朗克常量。

2、光子说
在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε跟光的频率ν成正比。

hv
=
ε，其中：h是普朗克常量，v是光的频率。

三、光电效应方程
1、逸出功W
: 电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力做的功。

2、光电效应方程：如果入射光子的能量hv 大于逸出功W 0，那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的动能——根据能量守恒定律，入射光子的能量hv 等于出射光子的最大初动能与逸出功之和，即
02
max 21W mv hv += 其中2max 2
1mv 是指出射光子的最大初动能。

3、 光电效应的解释：
①极限频率：金属内部的电子一般一次只能吸收一个光子的能量，只有入射
光子的能量hv 大于或者等于逸出功W 0 即：h
W
v 0≥时，电子才有可能逸出，这就
是光电效应存在极限频率的原因。

②遏制电压：由02max 21W mv hv +=和02
max 2
1eU mv =有：00W eU hv +=，所以遏
制电压只与入射光频率有关，与入射光的强度无关，这就是光电效应存在遏制电压的原因。

四、康普顿效应（表明光子具有动量）
1、康普顿效应：用X 射线照射物体时，一部分散射出来的X 射线的波长会变长，这个现象叫康普顿效应。

康普顿效应是验证光的波粒二象性的重要实验之一。

2、康普顿效应的意义：证明了爱因斯坦光子假说的正确性，揭示了光子不仅具有能量，还具有动量。

光子的动量为λh p =
3、现象解释：碰撞前后光子与电子总能量守恒，总动量也守恒。

碰撞前，电子可近似视为静止的，碰撞后，电子获得一定的能量和动量， X 光子的能量和动量减小，所以X 射线光子的波长λ变长。

高考考点：原子物理考点分析
一、历史人物及相关成就
1、 汤姆生：发现电子，并提出原子枣糕模型 ——说明原子可再分
2、 卢瑟福：α粒子散射实验——说明原子的核式结构模型 发现质子
3、 查德威克：发现中子
4、 约里奥.居里夫妇：发现正电子
5、 贝克勒尔：发现天然放射现象——说明原子核可再分
6、 爱因斯坦：质能方程2mc E =，2
mc E ∆=∆ 7、 玻尔：提出玻尔原子模型，解释氢原子线状光谱 8、 密立根：油滴实验——测量出电子的电荷量
提醒：
1、核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单箭头表示反应方向，不能用
等号连接。

2、核反应的生成物一定要以实验事实为基础，不能凭空只依据两个守恒定律杜撰出生成
物来写出核反应方程
3、核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒
三、三种射线比较
提醒：半衰期：表示原子衰变一半所用时间
1、半衰期由原子核内部本身的因素据顶，跟原子所处的物理状态(如压强、温度)或化学状
态（如单质、化合物）无关
2、半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，个别原子核经多长时间衰变无法预测，对个别
或极少数原子核，无半衰期而言。

3、 放射性同位素的应用：（1）工业、摊上、农业、医疗等（2）作为示踪原子 四、原子结构
1、 原子的核式结构模型 （1）α粒子散射实验结果：
绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大偏转，极少数α粒子甚至被反弹回来。

（2）原子的核式结构模型：
在原子中心有一个很小的原子核，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。

（3）原子核的尺度：原子核直径的数量级为10-15m ，原子直径的数量级约为10-10m 。

（4）原子核的组成：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数等于核内的质子数。

2、玻尔原子模型
（1）原子只能处于一系列能量不连续的状态中，具有确定能量的未定状态叫定态。

原子处于最低能级的状态叫基态，其他的状态叫激发态。

（2）频率条件：
高能m 到低能m 态：辐射光子λ
c
h
E E hv n m =-=
（3）原子的不同能量状态对应于电子的不同运行轨道。

五、氢原子光谱
（1） 氢原子能级图： 提醒：
A 、 原子跃迁条件：n m E E hv -=，只适用于光子和
原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况。

对于光子和原子作用而使原子电离时，只要入射光的能量eV E 6.13≥，原子就能吸收，对于实物粒子与原子作用使原子激发时，粒子能量大于或等于能级差即可。

B 、 原子跃迁发出的光谱线条数2
)
1(2
-=
=n n C N n ，是一群氢原子，而不是一个，因为某一个氢原子有固定的跃迁路径。

六、核力与核能
1、核力：原子核内核子间存在的相互作用力
2、特点：强相互作用、短程力，作用范围1.5×10-15m 之内
3、核能（1）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和他的质量成正比。

即2
mc E =含义：物体具有的能量与他的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大，物体的能量减小，质量也减小。

（2）核子在结合成核子时出现质量亏损m ∆，吸收的能量也要相应减小。

2
mc E ∆=∆ 原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m ∆，吸收能量2mc E ∆=∆ （2） 获得方式：重核裂变和轻核聚变
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3-4倍。

1 -13.61
2 -3.40
3 -1.51
4 -0.85
5 -0.54 ∞ 0 n E /eV
图3
波粒二象性、原子结构和原子核
一、单项选择题
1．（云南省昆明八中2012届高三上学期期中考试）氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下述说法中正确的是（ ）
A ．电子绕核旋转的半径增大
B ．氢原子的能量增大
C ．氢原子的电势能增大
D ．氢原子核外电子的速率增大 2.（云南省部分名校2012届高三上学期联考理综卷）某光电管的阴极为金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，如图所示是氢原子的能级图，一群处于n = 4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光照射到该光电管的阴极上，这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是（ ）
A.2条
B.4条
C.5条
D.6条
３．图1所示为氢原子的四个能级，其中E 为基态，若氢原子A 处于激发态
E 2，氢原子B 处于激发态E 3，则下列说法正确的是 （ ） A ．原子A 可能辐射出3种频率的光子 B ．原子B 可能辐射出3种频率的光子
C ．原子A 能够吸收原子B 发出的光子并跃迁道能级E 4
D ．原子B 能够吸收原子A 发出的光子并跃迁道能级
E 4
4．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）下列核反应方程中属于β衰变的是（ ）
A ．2351144891
92056360U+n Ba Kr+3n →+ B ．131131053541I Xe e -→+
C ．4141712781He+N O H →+
D ．238
234
4
92902U Th+He →
5.（福建省福州八中2012届高三上学期质检物理试卷）用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则（ ）
A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变
B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小
C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小
D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子选出了
6．（云南省昆明八中2012届高三上学期期中考试）下面列出的是一些核反应方程（ ）
A ．X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子
B ．X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子
X
S P +→i 30
1430
15
Y
B H Be +→+1052
19
4
Z
Li He He +→+7
3424
2
E 4
E 3 E 2
E 1 图1
C ．X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子
D ．X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子 7．(2011年广州模拟)仔细观察氢原子的光谱，发现它只有几条分离的不连续的亮线，其原因是( )
A ．氢原子只有几个能级
B ．氢原子只能发出平行光
C ．氢原子有时发光，有时不发光
D ．氢原子辐射的光子的能量是不连续的，所以对应的光的频率也是不连续的
8．（甘肃省河西五市部分高中2012届高三上学期联考试题）下列说法正确的是（ ）
A ．天然放射现象说明原子核内部具有复杂结构
B ．α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂结构
C ．原子核能发生β衰变说明原子核内存在电子
D ．氢原子从定态n =3跃迁到n =2，再跃迁到n =l 定态，则后一次跃迁辐射出的光子波长比前一次的长
9．（山西省忻州一中2012届高三上学期月考试题）核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137。

碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线。

下列说法正确的是（ ）
A ．碘131释放的β射线由氦核组成
B ．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量
C ．与铯137相比，碘131衰变更慢
D ．铯133和铯137含有相同的质子数 10.（甘肃省兰州五十五中2012届高三上学期月考试题）放射性同位素钍232经α､β衰变会生成氡,其衰变方程为
βαRn Th 22086232
90
y x ++→，其中( )
A.x =1，y =3
B.x =2，y =3 C .x =3，y =1 D.x =3，y =2 11．(2011届·南京调研)下列叙述中不正确的有________．
A ．光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实
B ．在α粒子散射实验的基础上，卢瑟福提出了原子的核式结构模型
C ．红外线照射某金属表面时发生了光电效应，则紫外线也一定可以使该金属发生光电效应
D ．普朗克为了解释光电效应的规律，提出了光子说。

１２、（04全国卷）．在核反应方程式kX Xe Sr n U ++→+136
5490381023592中
（ ）
A ．X 是中子，k=9
B ．X 是中子，k=10
C ．X 是质子，k=9
D ．X 是质子，k=10
１３、某原子核X A
Z 吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子。

由此可知 （）
A ．A=7，Z=3
B ．A=7，Z=4
C ．A=8，Z=3
D ．A=8，Z=4
１４、（06黑龙江）中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为.n p D m m m 、、现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为 D p n γ+=+ 若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是：( )
A.21[()]2D p n m m m c E ---
B.2
1[()]2D n p m m m c E +-+ C.21[()]2D p n m m m c E --+ D.2
1[()]2
D n p m m m c
E +-- １５、.现有三个核反应：
①Na 24
11→
Mg 24
12＋e 01- ②U 23592＋n 10→Ba 14156＋Kr 36＋3n 1
③H 2
1＋H 3
1→He 4
2＋n 1
0 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
C ①是β衰变，②是裂变，③是聚变
D ①是β衰变，②是聚变，③是裂变 １６、（０６重庆）14C 是一种半衰期为5730年的放射性同位素。

若考古工作者探测到某古木中14C 的含量为原来的
4
1
，则该古树死亡时间距今大约 （ ） A.22920年 B.11460 C.5730年 D.2865年
１７、（０６北京）目前核电站利用的核反应是 （ ） A.裂变，核燃料为铀 B.聚变，核燃烧为铀 C.裂变，核燃烧为氘 D.聚变，核燃料为氘 １８、（０７北京）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 ．汤姆生发现电子，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 ．按照波尔理论，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，原子总能量增加 二、双项选择题
１９．（山东省临沂市2012届高三上学期期中考试试题）科学家们并不比常人有太多的身体差异，只是他们善于观察，勤于思考，有更好的发现问题探究问题的毅力。

下列规律或定律与对应的科学家叙述正确的是（ ）
A ．伽利略与自由落体定律
B ．开普勒与行星运动定律
C ．爱因斯坦与能量守恒定律
D ．牛顿与相对论
２０.（陕西省长安一中2012届高三上学期月考试卷）随着科技的发展，大量的科学实验
促进了人们对微观领域的认识，下列说法正确的是（ ）
A．汤姆孙通过对阴极射线的研究发现了电子，从而揭示了原子核是有复杂结构的 B．卢瑟福通过α粒子轰击氮核实验的研究，发现了质子
C ．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想
D ．玻尔建立了量子理论，成功解释了各种原子发光现象 ２１.关于近代物理初步的相关知识，下列说法中正确的是（ ）
A.α粒子散射实验揭示了原子核有复杂结构
B.光电效应和康普顿效应均揭示了光具有粒子性
C.氢原子相邻低能级间的跃迁比相邻高能级间跃迁所辐射的光子波长短
D.升高或者降低放射性物质的温度均可改变其半衰期 ２２.在下列4个核反应方程中，x 表示α粒子的是（ ）
A ．30301514P Si x →+
B ．238234
9290U Th x →+ C ．2727113121Al x Mg H +→+
D ．2730113150Al x P n +→+
２３．（山西省忻州一中2012届高三上学期月考试题）已知金属钙的逸出功为2.7eV ，氢原子的部分能级如图所示，一群氢原子处于量子数n =4能级状态，则（ ）
A ．氢原子可能辐射6种频率的光子
B ．氢原子可能辐射5种频率的光子
C ．有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
D ．有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应
２４、(06广东)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置
（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。

下列关于“人造太阳”的说法正确的是 （ ） A ．“人造太阳”的核反应方程是n He H H 1
04
23
12
1+→+ B ．“人造太阳”的核反应方程是
n Kr Ba n U 1
092361415610235
92
3++→+ C ．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是2
mc E ∆=∆
D ．“人造太阳”核能大小的计算公式是2
2
1mc E =
题号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ 答案 Ｄ Ｂ Ｂ Ｂ Ａ Ｄ D Ａ Ｄ Ｄ D Ｂ 题号 １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０ ２１ ２２ ２３ ２４ 答案
Ａ
Ｃ
Ｃ
Ｂ
Ａ
Ｄ
ＡＢ
ＢＣ
ＢＣ
ＢＤ
ＡＣ
ＡＣ。