浙江省2020高考物理二轮复习 专题五 第三讲 原子物理课件

第一部分专题复习讲义专题五机械振动与机械波光与电磁波原子物理第三讲原子物理知识内容考试要求备考指津1.能量量子化b新高考对本讲的考查频率较高，题型以不定项选择题为主，但试题难度不大.2.光的粒子性c3.粒子的波动性c4.概率波b5.不确定性关系b6.电子的发现a7.原子的核式结构模型b8.氢原子光谱b9.玻尔的原子模型c知识内容考试要求备考指津10.原子核的组成a新高考对本讲的考查频率较高，题型以不定项选择题为主，但试题难度不大.11.放射性元素的衰变c12.探测射线的方法a13.放射性的应用与防护a14.核力与结合能c15.核裂变c16.核聚变c17.粒子和宇宙a光电效应与波粒二象性【重难提炼】(2019·宁波统考)如图所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接，用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转．下列说法正确的是()A．a光的频率一定大于b光的频率B．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应C．电源正极可能与c接线柱连接D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是d→G→f[解析]由于电源的接法不知道，所以有两种情况：c接负极，d接正极；a光照射阴极K时，电流计G的指针发生偏转，b光照射时，电流计G的指针不发生偏转，a光的频率一定大于b光的频率．c接正极，d接负极：a光照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，a光产生的光电子能到达负极d端，b光照射时，指针不发生偏转，b光产生的光电子不能到达负极d端，所以a光产生的光电子的最大初动能大，所以a光的频率一定大于b光的频率，A、C正确，B错误；电流的方向与负电荷定向移动的方向相反，若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是d→G→f，D正确．[答案]ACD【题组过关】考向一光电效应1．用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转．而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，那么下列说法不正确的是()A．a光的频率一定大于b光的频率B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大C．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到cD．用a光照射时，增大光电管两端的电压时，流过G的电流可能不变解析：选C.由于用单色光a照射光电管阴极K，电流计G的指针发生偏转，说明发生了光电效应，而用另一频率的单色光b照射光电管阴极K时，电流计G的指针不发生偏转，说明b光不能发生光电效应，即a光的频率一定大于b光的频率；增加a光的强度可使单位时间内逸出光电子的数量增加，则通过电流计G的电流增大，因为b光不能发生光电效应，所以即使增加b光的强度也不可能使电流计G的指针发生偏转；用a光照射光电管阴极K时，通过电流计G的电子的方向是由d到c，所以电流方向是由c到d，选项B正确．若光电流达到饱和值，增大电压电流不变，D正确．2．如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5)．由图可知()A．该金属的截止频率为4.27×1014HzB．该金属的截止频率为5.5×1014HzC．该图线的斜率表示普朗克常量D．该金属的逸出功为0.5eV解析：选AC.图线在横轴上的截距为截止频率，A正确、B错误；由光电效应方程Ek＝hν－W0，可知图线的斜率为普朗克常量，C正确；金属的逸出功为：W0＝hν0＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV＝1.77eV，D错误．考向二光的波粒二象性3．物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果下列认识正确的是()A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方C．只有大量光子的行为才表现出波动性D．只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性解析：选BC.单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．光具有波粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性．所以正确选项为BC.不论光子还是微观粒子，都具有波粒二象性．4．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在照相底片上先后出现如图甲、乙、丙所示的图象，则()A．图象甲表明光具有粒子性B．图象乙表明光具有波动性C．用紫外线观察不到类似的图象D．实验表明光是一种概率波解析：选ABD.图象甲曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性．图象乙曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故C错误．1．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0hν：光电子的能量．W0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功．Ek：光电子的最大初动能．2．图象分析图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图线(1)极限频率：ν0(2)逸出功：W0＝|－E|＝E(3)普朗克常量：图线的斜率k＝h遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线(1)截止(极限)频率：ν0(2)遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大(3)普朗克常量：h＝ke(k为斜率，e为电子电量)图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量频率相同、光强不同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压：Uc(2)饱和光电流：Im(电流的最大值)(3)最大初动能：Ekm＝eUc频率不同、光强相同时，光电流与电压的关系(1)遏止电压：Uc1、Uc2(2)饱和光电流：电流最大值(3)最大初动能：Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2原子与原子核【重难提炼】1．玻尔理论的三条假设(1)轨道量子化：核外电子只能在一些分立的轨道上运动．(2)能量量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态．(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．2．跃迁规律(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量．(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量等于能级差hν＝ΔE.②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，可能辐射出光谱线条数：N＝C2n.3．几种核反应(1)天然衰变①α衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He②β衰变：AZX→AZ＋1Y＋0－1e(2)人工转变①质子的发现：147N＋42He→178O＋11H②中子的发现：94Be＋42He→126C＋10n(3)重核裂变：23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n(4)轻核聚变：21H＋31H→42He＋10n4．半衰期不同元素的半衰期是不一样的，用τ表示半衰期，m0与N0表示衰变前的质量和原子核数，m和N表示衰变后的质量和原子核数，t表示衰变时间，则m＝12tτm0或mm0＝12tτ，N＝12tτN0或NN0＝12tτ.5．质能方程E＝mc2关于原子结构和核反应的说法中正确的是()A．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型B．发现中子的核反应方程是94Be＋42He→126C＋10nC．200万个23892U的原子核经过两个半衰期后剩下50万个23892UD．据图可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量[解析]本题考查核裂变、核聚变以及核反应方程．卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型，选项A正确；发现中子的核反应方程为94Be＋42He→126C＋10n，选项B正确；半衰期为统计规律，适用于大量的原子发生衰变，选项C错误；在核反应过程中，若有质量亏损，将放出能量，由题图中核子的平均质量可知，原子核D和E聚变原子核F过程中，将有质量亏损，要放出能量，选项D错误．[答案]AB【题组过关】考向一原子的能级跃迁1．如图为氢原子的能级示意图，锌的逸出功是3.34eV，那么对氢原子在能级跃迁过程中发射或吸收光子的特征认识正确的是()A．用氢原子从高能级向基态跃迁时发射的光照射锌板一定不能产生光电效应B．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，能发出3种不同频率的光C．一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，发出的光照射锌板，板表面所发出的光电子的最大初动能为8.75eVD．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到激发态解析：选BC.氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光子的最小能量为10.2eV，照射金属锌板一定能产生光电效应现象，故A错误；一群处于n＝3能级的氢原子向基态跃迁时，根据N＝C2n可知，能发出3种不同频率的光，故B正确；氢原子从n＝3的能级向基态跃迁时发出的光子的能量最大为E大＝－1.51eV＋13.6eV＝12.09eV，因锌的逸出功是3.34eV，锌板表面所发出的光电子的最大初动能为Ekm＝12.09eV－3.34eV＝8.75eV，故C正确；用能量为10.3eV的光子照射，小于12.09eV，不可使处于基态的氢原子跃迁到激发态，若正好等于12.09eV，才能跃迁，故D错误．2．当用具有1.87eV能量的光子照射n＝3激发态的氢原子时()A．氢原子不会吸收这个光子B．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为0.36eVC．氢原子吸收该光子后被电离，电离后电子的动能为零D．氢原子吸收该光子后不会被电离解析：选B.当n＝3时，氢原子的能量E3＝－13.632eV＝－1.51eV，所以处于n＝3激发态的氢原子的电离能是1.51eV，当该原子吸收具有1.87eV能量的光子后被电离，电离后电子的动能是(1.87－1.51)eV＝0.36eV.考向二核反应方程与核能计算3.23892U的衰变方程为23892U→23490Th＋42He，其衰变曲线如图，T为半衰期，则()A．23892U发生的是α衰变B．23892U发生的是β衰变C．k＝3D．k＝4解析：选AC.重核自发释放α粒子(42He)的过程叫做α衰变，A项正确、B项错误；半衰期是指大量的原子核有一半发生衰变的时间，12k＝18，解得：k＝3，C项正确、D项错误．4．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：选AC.21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应，而不是β衰变，A正确、B错误；C、D选项中都是核裂变反应，C正确，D错误．5．热核反应方程：21H＋31H→42He＋X＋17.6MeV，其中X表示某种粒子，则下列表述正确的是()A．X是质子B．该反应需要吸收17.6MeV的能量才能发生C．平均每个核子能释放3MeV以上的能量D．(m21H＋m31H)(m42He＋mX)解析：选CD.由核反应中的质量数守恒和电荷数守恒可知X为中子，则选项A错误；该反应为轻核聚变，反应过程中释放能量，则选项B错误；该反应共有5个核子，平均每个核子释放的能量为17.65MeV＝3.52MeV，则选项C正确；由于该反应释放能量，则反应前后存在质量亏损，反应前的质量应大于反应后的质量，则选项D正确．