专题十二原子物理(选修3-5).

[备考方向要明了]主要问题①光电效应的有关计算问题；②原子跃迁过程辐射或吸收光子能量的计算问题；③核反应方程的书写和计算；主要考点①光电效应；②原子能级跃迁；③原子核的衰变和人工转变；④核能主要方法①光电效应规律；②原子核衰变规律主要策略抓住原子核这条主线，并对质能方程、玻尔理论以及光电效应等关键点适度深入复习光电效应条件规律光电效应方程一、光电效应及光电效应方程1．光电效应的实验规律实验高压电源锌板铜网弧光灯灵敏电流计紫光照射时电流计指针发生偏转指针偏转(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频率，才能产生光电效应。(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大。(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过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。2．掌握两条线索，明确各概念间的对应关系由上图可知两条线索：一是光的频率线，二是光的强度线。两条对应关系是：(1)光强―→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―→产生光电子的最大初动能大3．光电效应方程(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W的关系为12mv2＝hν－W。(2)极限频率ν0＝Wh。【例题1】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.改变频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应D．改变频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大【思路点拨】b光照射金属恰好发生光电效应，说明b光的频率等于金属的极限频率．【即时应用】((单选)(2013·华南师大附中高三月考)现有a、b、c三种单色光,其波长关系为λa＞λb＞λc.用b光照射某种金属时,恰好能发生光电效应.若分别用a光和c光照射该金属,则()A．a光照射时，不能发生光电效应B．c光照射时，不能发生光电效应C．a光照射时，释放出的光电子的最大初动能最大D．c光照射时，释放出的光电子的最大初动能最小【思路点拨】b光照射金属恰好发生光电效应，说明b光的频率等于金属的极限频率．二、氢原子光谱及能级跃迁1．氢原子能级图的理解原子也可以从激发态向基态跃迁(自发的)，电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少要辐射出能量，这一能量以光子的形式放出．原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态．原子从基态向激发态跃迁，电子克服库仑引力做功电势能增大，原子的能量增加要吸收能量．光子的发射和吸收(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态。氢原子可以有无穷多个定态。(2)横线左端的数字“1,2,3…”表示量子数。(3)横线右端的数字“－13.6，－3.4…”表示氢原子各定态的能量值(能级)。量子数n＝1的定态能量值最小，这个状态叫做基态，量子数越大，能量值越大，这些状态叫激发态。(4)相邻横线间的距离不相等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小。(5)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级的跃迁。2．跃迁分析(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：ν＝ΔEh＝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)：光子的能量必恰等于能级差hν＝ΔE②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大于电离能的光子可被吸收将原子电离。(3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N＝C2n＝nn－12。【例题2】(双选)氢原子的部分能级如图所示．已知可见光的光子能量在1.62eV到3.11eV之间．由此可推知，氢原子()A．从高能级向n=1能级跃迁时发出的光的波长比可见光的短B．从高能级向n=2能级跃迁时发出的光均为可见光C．从高能级向n=3能级跃迁时发出的光的频率比可见光的高D．从n=3能级向n=2能级跃迁时发出的光为可见光三、原子核的衰变、核能及核反应方程1．原子核的衰变衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX―→A－4Z－2Y＋42HeAZX―→AZ＋1Y＋0－1e2个质子和2个中子结合成一整体射出中子转化为质子和电子衰变实质211H＋210n―→42He10n―→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒2．核能(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。(2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差。注意质量数与质量是两个不同的概念。(3)质能方程：E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比。3.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n约里奥－居里夫妇发现放射性同位素3015P→3014Si＋0＋1e类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变很难控制21H＋31H→42He＋10n【例题3】23892U放射性衰变有多种可能途径，其中一种途径是先变成21083Bi，而21083Bi可以经一次衰变变成210aX(X代表某种元素)，也可以经过一次衰变变成b81Ti，210aX和b81Ti最后都变成20682Pb，衰变路径如图所示，则图中()A．a＝82，b＝211B．①是β衰变，②是α衰变C．①是α衰变，②是β衰变D.b81Ti经过一次α衰变变成20682Pb【例题4】(1)(2011·高考北京卷)表示放射性元素碘131(13153I)β衰变的方程是()A.13153I―→12751Sb＋42HeB.13153I―→13154Xe＋0－1eC.13153I―→13053I＋10nD.13153I―→13052Te＋11H(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→126C＋10n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B中X的质量数和中子数.