搜索
专题八选考部分（3-3、3-4、3-5）高考题型1光电效应与光的粒子性高考题型2原子结构和能级跃迁高考题型3核反应和核能的计算高考题型4动量和能量观点的综合应用栏目索引第3讲原子物理和动量高考题型1光电效应与光的粒子性解题方略1．处理光电效应问题的两条线索一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：(1)光强→光子数目多→发射光电子数多→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．2.爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0的研究对象是金属表面的电子，意义是说，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图1所示)，直线的斜率为h，直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc，直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值．图1例1某中学的实验小组利用如图2所示的装置研究光电效应规律，用理想电压表和理想电流表分别测量光电管的电压以及光电管的电流．当开关打开时，用光子能量为2.5eV的光照射光电管的阴极K，理想电流表有示数，闭合开关，移动滑动变阻器的触头，当电压表的示数小于0.6V时，理想电流表仍有示数，当理想电流表的示数刚好为零时，电压表的示数刚好为0.6V．则阴极K的逸出功为________，逸出的光电子的最大初动能为________．图2解析设用光子能量为2.5eV的光照射时，光电子的最大初动能为Ekm，阴极材料逸出功为W0，当反向电压达到U＝0.6V以后，具有最大初动能的光电子也达不到阳极，因此eU＝Ekm，由光电效应方程：Ekm＝hν－W0，由以上二式得：Ekm＝0.6eV，W0＝1.9eV.所以此时最大初动能为0.6eV，该材料的逸出功为1.9eV.答案1.9eV0.6eV预测1以下说法符合物理学史的是()A．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元B．康普顿效应表明光子只具有能量C．德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性D．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构E．为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的解析普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故A正确；康普顿效应不仅表明了光子具有能量，还表明了光子具有动量，故B错误；德布罗意把光的波粒二象性推广到实物粒子，认为实物粒子也具有波动性，故C正确；卢瑟福在用α粒子轰击金箔的实验中发现了质子，提出原子核式结构学说，故D错误；为了解释黑体辐射规律，普朗克提出电磁辐射的能量是量子化的，故E正确．答案ACE预测2如图3所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U，一束波长为λ的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m.电荷量为e，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中正确的是()A．入射光子的能量为hcλB．到达A板的光电子的最大动能为hcλ－W＋eUC．若增大两板间电压B板没有光电子逸出D．若减小入射光的波长一定会有光电子逸出E．若增大入射光的频率，金属板的逸出功将大于W图3解析入射光的能量为：E＝hν＝hcλ，A选项正确；由光电效应方程可得从B板逸出的光电子的最大初动能为：EB＝hν－W，由eU＝EA－EB可得到达A板的光电子的最大动能为EA＝hcλ－W＋eU，B选项正确；能不能发生光电效应，取决于入射光的频率，与板间电压无关，C选项错误；若减小入射光的波长，入射光频率增大，大于金属的极限频率，可以发生光电效应，D选项正确；若增大入射光的频率，金属板的逸出功不变，E选项错误．答案ABD高考题型2原子结构和能级跃迁解题方略1．汤姆孙发现电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据α粒子散射实验构建了原子核式结构模型．玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律．卢瑟福用α粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子．贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的．小居里夫妇首次发现了放射性同位素．2．原子的核式结构模型：(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动；(2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转．3．能级和能级跃迁(1)轨道量子化核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)(2)能量量子化(3)吸收或辐射能量量子化原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或发射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(mn)．原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝E1n2(n＝1,2,3，…)例2以下关于玻尔原子理论的说法正确的是()A．电子绕原子核做圆周运动的轨道半径不是任意的B．电子在绕原子核做圆周运动时，稳定地产生电磁辐射C．电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要辐射光子D．不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收E．氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，但它的光谱不是连续谱解析由于氢原子的轨道是不连续的，而氢原子在不同的轨道上的能级En＝1n2E1，故氢原子的能级是不连续的，即是分立的，故A正确；电子在绕原子核做圆周运动时，不会产生电磁辐射，只有跃迁时才会出现，故B错误；氢原子在不同的轨道上的能级En＝1n2E1，电子从量子数为2的能级跃迁到量子数为3的能级时要吸收光子，故C错误；由于氢原子发射的光子的能量：E＝Em－En＝1m2E1－1n2E1＝hν，不同频率的光照射处于基态的氢原子时，只有某些频率的光可以被氢原子吸收，故D正确；氢原子光谱有很多不同的亮线，说明氢原子能发出很多不同频率的光，是特征谱线，但它的光谱不是连续谱，故E正确．答案ADE预测3关于原子结构及原子核的知识，下列判断正确的是()A．每一种原子都有自己的特征谱线B．处于n＝3的一个氢原子回到基态时一定会辐射三种频率的光子C．α射线的穿透能力比γ射线弱D．β衰变中的电子来自原子的内层电子E．放射性元素的半衰期与压力、温度无关解析由于每种原子都有自己的特征谱线，故可以根据原子光谱来鉴别物质，故A正确；根据C23＝3，知一群氢原子处于n＝3的激发态向较低能级跃迁，最多可放出三种频率的光子，但是一个氢原子可能辐射一种，也可能辐射两种频率的光子，故B错误；α射线的穿透能力比γ射线的穿透能力弱，故C正确；原子核发生β衰变放出的电子是原子核内的中子转化为质子而释放的电子，故D错误；放射性元素的半衰期与压力、温度无关，只与自身有关，E正确．答案ACE预测4已知金属铯的逸出功为1.88eV，氢原子能级图如图4所示，下列说法正确的是()A．大量处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子B．一个处于n＝3能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出3种频率的光子C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级过程中辐射出的光子能使金属铯发生光电效应图4D．大量处于n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光照射金属铯，产生的光电子最大初动能为8.32eVE．用光子能量为11eV的紫外线照射大量处于基态的氢原子，会有氢原子跃迁到n＝2能级解析根据C24＝6可知，大量处于n＝4能级的氢原子跃迁到基态的过程中最多可释放出6种频率的光子，故A正确；一个处于n＝3能级的氢原子最多可以辐射出两种不同频率的光子，故B错误；从n＝3能级跃迁到n＝2能级过程中辐射出的光子能量ΔE＝(3.4－1.51)eV＝1.89eV，而金属铯的逸出功为1.88eV，符合光电效应发生条件，故C正确；根据辐射的光子能量等于两能级间的能级差可知，n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光能量为ΔE′＝(13.6－3.4)eV＝10.2eV，再根据Ekm＝hν－W0，则有产生的光电子最大初动能为Ekm＝(10.2－1.88)eV＝8.32eV，故D正确；由于氢原子的能级中基态的氢原子为能级为－13.6eV，而n＝2能级的氢原子跃迁到基态过程中发出的光能量为ΔE′＝(13.6－3.4)eV＝10.2eV，因此光子能量为11eV的紫外线照射大量处于基态的氢原子不可能出现跃迁现象，故E错误．答案ACD高考题型3核反应和核能的计算解题方略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＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H＋210n→42He10n→11H＋0－1e衰变规律质量数守恒、电荷数守恒2.α射线、β射线、γ射线之间的区别名称α射线β射线γ射线实质氦核流电子流光子速度约为光速的110约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强3.核反应、核能、裂变、轻核的聚变(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．(2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2或ΔE＝Δmc2.(3)把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变．(4)核能的计算：①ΔE＝Δmc2，其中Δm为核反应方程中的质量亏损；②ΔE＝Δm×931.5MeV，其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位．(5)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：147N＋42He→178O＋11H查德威克发现中子的核反应方程为：94Be＋42He→126C＋10n约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：2713Al＋42He→3015P＋10n，3015P→3014Si＋01e例3如图5所示，一个铀核(23892U)放出一个α粒子后衰变成钍核(23490Th)，其衰变方程为______________________________；已知静止的铀核、钍核和α粒子的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，上述衰变过程中释放出的核能为____________________．图5解析根据电荷数和质量数守恒得到衰变方程为：23892U→23490Th＋42He根据爱因斯坦质能方程：E＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2.答案23892U→23490Th＋42He(m1－m2－m3)c2预测5下列关于核反应及衰变的表述正确的有()A.21H＋31H→42He＋10n是轻核聚变B．X＋147H→178O＋11H中，X表示32HeC．半衰期与原子处所的化学状态无关D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的E.23290Th衰变成20882Pb要经过6次α衰变和4次β衰变解析轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，故A正确；根据质量数和电荷数守恒得X＋147H→178O＋11H中，X表示42He，故B错误；放射性元素的半衰期是由核内自身的因素决定的，与原子所处的化学状态无关，故C正确；β衰变中产生的β射线实际上是原子核中的中子转变成质子，而放出电子，故D错误；23290Th衰变成20882Pb时，质量数减小24，而质子数减小8，对于β衰变质量数不变，质子数增加1，因此经过244＝6次α衰变，而α衰变质量数减小4，质子数减小2，所以要经过4次β衰变，故E正确．答案ACE预测6一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子，并释放核能．已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m1、m2、m3、m4，真空中的光速为c.下列说法正确的是()A．核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4C．释放的能量ΔE＝(m3－m4－m1－m2)c2D．太阳辐射的能量主要来自其内部发生的核聚变反应E．氘核的比结合能大于氦核的比结合能解析该核反应方程是21H＋31H→42He＋10n，质量数、电荷数守恒，故A正确；聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4