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专题八选修3-5一、原子结构与原子核1．a粒子散射实验结果：绝大多数a粒子沿原方向前进，少数a粒子发生较大偏转．2．原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.原子核的大小：原子的半径大约是10-10m，原子核的半径大约为10-14m～10-15m.3．玻尔理论有三个要点：(1)原子只能处于一系列的不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的．电子虽然绕核旋转，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态．(2)原子从一种定态跃迁到另一定态时，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hν=E2-E1.(3)原子的不同能量状态对应于电子沿不同圆形轨道运动．原子的定态是不连续的，因而电子的可能轨道是分立的．在玻尔模型中，原子的可能状态是不连续的，各状态对应的能量也是不连续的，这些不连续的能量值叫做能级．4．原子核是由质子和中子组成的．质子和中子统称为核子．将核子稳固地束缚在一起的力叫核力，是一种短程强力，只能在2.010-15m的距离内起作用，所以只有相邻的核子间才有核力作用．5．原子核的衰变(1)天然放射现象：有些元素自发地放射出看不见的射线，这种现象叫天然放射现象．(2)放射性元素放射的射线有三种：a射线、b射线、γ射线.(3)放射性元素放射出a粒子或b粒子后，衰变成新的原子核，原子核的这种变化称为衰变.衰变规律：衰变中的电荷数和质量数都是守恒的．(4)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间称为半衰期．不同的放射性元素的半衰期是不同的，但对于确定的放射性元素，其半衰期是确定的．它由原子核的内部因素所决定，跟元素的化学状态、温度、压强等因素无关.(5)同位素：具有相同质子数，中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，互称同位素．6．核反应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(人工转变)．典型的原子核人工转变质子的发现方程，卢瑟福.中子的发现方程，查德威克.7．核能(1)核反应中放出的能量称为核能．(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．(3)质能方程：质能关系为E=mc2，原子核的结合能DE=Dmc2.1441717281N+HeO+H，11H10n9121460Be+HeC+n，8．裂变(1)把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变，典型的裂变反应是：(2)链式反应：一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其他重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断地进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应．9．轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为：235190136192038540U+nSr+Xe+10n.22411120H+HHe+n.二、光电效应、波粒二象性1．光电效应的规律(1)任何一种金属都有发生光电效应的极限频率，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，随入射光的频率增大而增大．(3)光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s.(4)当入射光的频率大于金属极限频率时，光电流强度与入射光的强度成正比．2．光子说在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，光子的能量与其频率成正比，即E=hν.3．光电效应方程：Ek=hν-W.4．光的波粒二象性：光既具有波动性，又有粒子性．(1)大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性.(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．与其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的多少(概率)，由波动性起主导作用．(3)对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．5．物质波：任何运动物体都有一种波与它对应，波长是.hp方法指导：1．写核反应方程的方法：(1)书写原则：反应前后总质量数守恒、电荷数守恒；(2)注意事项：①书写核反应方程时要以事实为依据，不能随意编写；②核反应通常不可逆，方程中要用“→”连接，不能用“=”连接．2．计算核反应产生的核能的方法：(1)利用质量亏损计算：DE=Dmc2(其中原子质量单位相当的核能：1u=931.5MeV)；(2)利用正比关系计算：得出一个原子核产生的核能后，则得出核反应的原子核个数即可利用正比关系求解总核能；(3)利用衰变时系统增加的动能近似计算：DE≈DEk.1．光电效应规律【例1】对爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0，下面的理解正确的有()A．只要是用同种频率的光照射同一种金属，那么从金属中逸出的所有光电子都会具有同样的初动能EkB．式中的W0表示每个光电子从金属中飞出过程中克服金属中正电荷引力所做的功C．逸出功W0和截止频率νc之间应满足关系式W0=hνcD．光电子的最大初动能和入射光的频率成正比【切入点】根据光电效应规律及逸出功、最大初动能概念即可解答．【解析】爱因斯坦光电效应方程Ek=hν-W0中的W0表示从金属表面直接逸出的光电子克服金属中正电荷引力做的功，因此是所有逸出的光电子中克服引力做功的最小值．对应的光电子的初动能是所有光电子中最大的．其他光电子的初动能都小于这个值．若入射光的频率恰好是截止频率，即刚好能有光电子逸出，可理解为逸出的光电子的最大初动能是0，因此有W0=hνc.由Ek=hν-W0可知Ek和ν之间是一次函数关系，但不是正比关系．答案：C【点评】光电效应规律：每种金属都有极限频率，当入射光的频率大于这种金属的极限频率时才能发生光电效应；光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大，跟入射光强度无关；光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10-9s.爱因斯坦光电效应方程：Ek=hν-W0.其中Ek为光电子获得的最大初动能，hν为光子的能量，W0为光电子的逸出功．【同类变式1】(2011·新课标)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为__________．若用波长为(0)单色光做实验，则其遏止电压为________________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.0000kmkmchhcUWhcEhWhWUeEe金属逸出功若用波长为单色光实验，根据爱因斯坦光电效应方程由动能定理可得【解析】00000;;()hchchcee答案写成也可2．波粒二象性【例2】在b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，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在．(1)中微子与水中的发生核反应，产生中子(n)和正电子()，即可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是(填写选项前的字母)()11010+1+Hn+e中微子0+1e11H11H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：已知正电子和电子的质量都为9.110-31kg，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________．(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．11+1-1e+e2【切入点】根据核反应方程的质量数、电荷数守恒，能量守恒以及物质波概念、公式即可求解．【解析】(1)根据核反应方程的质量数、电荷数守恒可以判定，中微子的质量数和电荷数均为0.(2)反应方程遵循能量守恒，由质能方程，反应中产生的每个光子的能量223148219.110(310)J2..8210JemcEmcDD ,.32nenehppmEkmmppne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，故不可能只产生一个光子，因为此过程遵循动量守恒．粒子的动量，物质波的波长由，知，则141A28.210;3ne ;遵循动量守恒答案：hphp任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波长与之对应，波长是，式中是运动物体的动量，是普朗克常量，人们把这种波叫做物质波．物质波既不是机械波，也不是电磁波；物质波在某一地方出现的强度与在该处找到它所代表的粒子的概率成正比；物质波是一种概率波．宏观物体的物质波波长太小，所以很难观察到它们的【点评】波动性．【同类变式2】(2011·师大附中模拟)日本福岛核电站发生爆炸以来，亚太地区遭受到近年来非常严重的一次核辐射扩散，下列关于核辐射的说法正确的是()A．放射性物质放出的射线中，a粒子的动能很大，因此贯穿物质的本领很强B．射线就是一种电磁波，因此防手机辐射的孕妇防护服能有效地减少射线对人体的伤害C．放射性碘131的物理半衰期是8天，因此空气中的放射性碘16天后都会消失D．放射性碘131的衰变产物是氙131，已知它的衰变方程是，可知它在衰变过程中会放出b射线和γ射线.13113105354-1IXe+e【解析】a粒子贯穿物质的本领弱，A错,b射线和γ射线贯穿物质的本领强，a射线、b射线都不是电磁波，B错；放射性碘131经过16天后变为原来的四分之一，C错．发生a、b衰变时伴随着有γ射线放出，D对．3．能级【例2】图甲所示为氢原子的能级，图乙为氢原子的光谱．已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2能级时的辐射光，则谱线b是氢原子()A．从n=3的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光B．从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光C．从n=4的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光D．从n=5的能级跃迁到n=3的能级时的辐射光【切入点】根据玻尔理论，电子发生跃迁吸收或放出的能量为两能级的能量之差．【解析】谱线b的波长处于400nm～500nm间，由E=hc/可知其光子能量处于2.48eV～3.11eV之间中的某一数值，根据能级图可知，谱线b可能是氢原子从n=5的能级跃迁到n=2的能级时的辐射光．【点评】要用光子使原子受激发，就必须使光子的能量(hν)等于两能级的能量差(E1-E2)，光子能量(hν)大于或小于这个值(E1-E2)，都不能使原子跃迁．有一种特例：如果光子能量大于或等于原子的电离能，也可以发生跃迁(电离也可以理解为一种跃迁)．电子碰撞也能使原子能级跃迁．电子与光子不同，电子的能量不是一份一份的，只要入射电子的能量大于或等于两能级的能量差值(hν≥E1-E2)，均可使原子发生能级跃迁．【同类变式3】(2011·湖南师大附中模拟)已知氢原子的基态能量为E1，激发态能量En=E1/n2，其中n=2,3…用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为()111142A.B.349C.D.hchcEEhchcEE2111 41 4 CABDEEcEh第一激发态的氢原子能量，根据公式可知电离时满足得【解析】对，、、错．4．核反应方程、质能关系【例4】在热核反应中，如果两个中子和两个质子结合成一个a粒子时，放出28.30MeV的能量；当三个a粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV的能量；则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为()A．21.04MeVB．35.56MeVC．92.16MeVD．77.64MeV【切入点】三个a粒子结合成一个碳核，实质上就是6个中子和6个质子结合成一个碳核的分解式．【解析】两个中子和两个质子结合成一个a粒子是一个轻核的聚变核反应，核反应不是只要电荷数和质量数都守恒就随便写一个都可以的，一定