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章末总结提高原子量子论光电效应光子光的波粒二象性玻尔理论、氢原子能级原子核α粒子散射实验、核式结构α衰变、β衰变、半衰期原子核的组成核反应方程核能核力与结合能质量亏损、质能方程核裂变、核聚变核能的应用，放射性污染和防护1．熟记光子能量计算式E＝hν和光电效应方程hν＝W0＋Ekm，从能量守恒角度理解这个方程并能依方程讨论有关问题．对光电效应的有关图象，要明确斜率、截距的物理意义．2．对原子核的认识卢瑟福由α粒子散射实验结果提出了原子的核式结构学说，指出在原子中存在一个很小的核；卢瑟福利用α粒子轰击氮核得到了质子，查德威克用实验证实在原子核中除了质子外，还有中子，从而确定了原子核是由质子和中子组成的；天然放射现象的发现又说明了原子核也有复杂的结构，而且原子核还能够按照一定的规律发生变化．3．对原子跃迁条件的理解原子的跃迁条件：hν＝E初－E终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，对于电子和原子作用而使原子电离和实物粒子作用而使原子激发的情况，则不受条件的限制．这是因为，原子一旦电离，原子结构即被破坏，因而不再遵守有关原子结构的理论，基态氢原子的电离能为13.6eV，只要大于或等于13.6eV的光子都能使基态的氢原子吸收而发生电离，只不过入射光子的能量越大，原子电离后产生的自由电子的动能越大．至于实物粒子和原子碰撞情况，由于实物粒子的动能部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于原子某两定态能量之差，也可以使原子受激发而向较高能级跃迁．4．关于核反应常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．不论是哪种类型的核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核反应方程的重要依据．需要特别注意的是，核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头符号“→”来连接，并指示反应的方向，而不能用“＝”连接核反应方程．核反应过程通常伴有巨大的能量转化．释放的核能依ΔE＝Δmc2计算，依Δm的两种单位，分别采用不同的方式求解．释放核能的主要途径有：重核的裂变和轻核的聚变．5．对半衰期、α衰变、β衰变的理解半衰期仅由原子核本身的性质决定，与原子核所处的物理、化学状态无关．α衰变的实质可表示为：211H＋210n→42Heβ衰变的实质可表示为：10n→11H＋0－1e关于衰变次数的推算，应先根据原来核与新生核的质量数之差求出α衰变次数，再依电荷数关系式求出β衰变次数．1．(2018·全国卷Ⅱ)用波长为300nm的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10－19J．已知普朗克常量为6.63×10－34J·s，真空中的光速为3.00×108m/s，能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A．1×1014HzB．8×1014HzC．2×1015HzD．8×1015Hz【解析】知道光效应方程Ek＝hν－W0；知道逸出功W0＝hνc并结合两个公式求解．由光电效应方程式得：Ek＝hν－W0得：W0＝hν－Ek＝hcλ－Ek刚好发生光电效应的临界频率为νc则W0＝hνc代入数据可得：νc＝8×1014Hz，故B正确．【答案】B2．(2018·全国卷Ⅲ)1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝核2713Al，产生了第一个人工放射性核素X：α＋2713Al→n＋X.X的原子序数和质量数分别为()A．15和28B．15和30C．16和30D．17和31【解析】根据核反应遵循的质量数守恒和电荷数守恒可知，X的电荷数为2＋13＝15，质量数为4＋27－1＝30，根据原子核的电荷数等于原子序数，可知X的原子序数为15，质量数为30，选项B正确．【答案】B3．(2018·北京)在核反应方程42He＋147N→178O＋X中，X表示的是()A．质子B．中子C．电子D．α粒子【解析】设X为ZAX，根据核反应的质量数守恒：4＋14＝17＋Z，则：Z＝1电荷数守恒：2＋7＝8＋4，则A＝1，即X为11H是质子，故选项A正确，B、C、D错误．【答案】A4．(2018·江苏)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为()A．1∶4B．1∶2C．2∶1D．4∶1【解析】根据半衰期公式m＝m0(12)tT，经过2T，A剩有的质量为mA＝m0(12)2TT，B剩有的质量为mB＝m0(12)2T2T，故mA∶mB＝1∶2，选项B正确．【答案】B5．(2018·江苏)光电效应实验中，用波长为λ0的单色光A照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为λ02的单色光B照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A、B两种光子的动量之比为______．(已知普朗克常量为h、光速为c)【解析】根据光电效应方程有0＝hcλ0－W0，当E＝2hcλ0时，Ek＝E－W0，解得Ek＝hcλ0；又光子动量p＝hλ，所以A、B两种光子的动量之比为1∶2.【答案】hcλ01∶26．(2018·天津)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线Hα、Hβ、Hγ和Hδ，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n＝2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定()A．Hα对应的前后能级之差最小B．同一介质对Hα的折射率最大C．同一介质中Hδ的传播速度最大D．用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ也一定能【解析】波长越大，频率越小，故Hα的频率最小，根据E＝hν可知Hα对应的能量最小，根据hν＝Em－En可知Hα对应的前后能级之差最小，A正确；Hα的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据ν＝cn可知Hα的传播速度最大，BC错误；Hγ的波长小于Hβ的波长，故Hγ的频率大于Hβ的频率，若用Hγ照射某一金属能发生光电效应，则Hβ不一定能，D错误．【答案】A7．(2018·天津)国家大科学过程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B.2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C.115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D.63Li俘获一个质子，产生32He并放出一个粒子【解析】根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为147N＋42He→178O＋11H、2713Al＋42He→3015P＋10n、115B＋42He→84Be＋73Li、63Li＋42He→32He＋73Li，故只有B选项符合题意．【答案】B8．(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电，氘核聚变反应方程是21H＋21H→32He＋10n，已知21H的质量为2.0136u，32He的质量为3.0150u，10n的质量为1.0087u，1u＝931MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV【答案】B9．(2017·全国卷Ⅱ)一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为23892U→23490Th＋42He.下列说法正确的是()A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量【答案】B10．(多选)(2017·全国卷Ⅱ)在光电效应实验中，分别用频率为νa、νb的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量．下列说法正确的是()A．若νaνb，则一定有UaUbB．若νaνb，则一定有EkaEkbC．若UaUb，则一定有EkaEkbD．若νaνb，则一定有hνa－Ekahνb－Ekb【解析】由光电效应方程Ek＝hν－W0可知，该动能会在遏止电压做功下恰好减为零，则U0q＝hν－W0，其中W0为逸出功，同种金属的W0相同．若νaνb，则UaUb，故A错误；若νaνb，根据Ek＝hν－W0，可得EkaEkb，故B正确；若UaUb，根据Ek＝U0q，可得EkaEkb，故C正确；若νaνb，根据Ek＝hν－W0可知hν－Ek＝W0，故hνa－Eka＝hνb－Ekb，D错误．【答案】BC11．(2017·天津)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.21H＋31H→42He＋10nB.147N＋42He→178O＋11HC.42He＋2713Al→3015P＋10nD.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n【解析】21H＋31H→42He＋10n是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，属于聚变反应，故A正确；147N＋42He→178O＋11H是卢瑟福发现质子的核反应，他用α粒子轰击氮原子核，产生氧的同位素——氧17和一个质子，是人类第一次实现的原子核的人工转变，属于人工核反应，故B错误；42He＋2713Al→3015P＋10n是小居里夫妇用α粒子轰击铝片时发现了放射性磷(磷30)，属于人工核反应，故C错误；23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是一种典型的铀核裂变，属于裂变反应，故D错误．【答案】A12．(2017·北京)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100nm(1nm＝10－9m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲．大连光源因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用．一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，真空光速c＝3×108m/s)()A．10－21JB．10－18JC．10－15JD．10－12J【解析】一个处于极紫外波段的光子的能量约为E＝hcλ≈2×10－18J，由题意可知，光子的能量应比电离一个分子的能量稍大，因此数量级应相同，故选B.【答案】B13．(多选)(2017·海南)三束单色光1、2和3的波长分别为λ1、λ2和λ3(λ1λ2λ3)．分别用着三束光照射同一种金属．已知用光束2照射时，恰能产生光电子．下列说法正确的是()A．用光束1照射时，不能产生光电子B．用光束3照射时，不能产生光电子C．用光束2照射时，光越强，单位时间内产生的光电子数目越多D．用光束2照射时，光越强，产生的光电子的最大初动能越大【答案】AC14．(多选)(2017·江苏)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有()A.42He核的结合能约为14MeVB.42He核比63Li核更稳定C．两个21H核结合成42He核时释放能量D.23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大【解析】由图知42He核的比结合能约为7MeV，所以结合能约为4×7MeV＝28MeV，故A错误；42He核比63Li核的比结合能大，所以42He核比63Li核更稳定，B正确；两个21H核结合成42He核时，即由比结合能小的反应生成比结合能大的释放能量，C正确；由图知23592U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的小，所以D错误．【答案】BC15．(2016·上海)研究放射性元素射线性质的实验装置如图所示．两块平行放置的金属板A、B分别与电源的两极a、b连接，放射源发出的射线从其上方小孔向外射出．则()A．a为电源正极，到达A板的为α射线B．a为电源正极，到达A板的为β射线C．a为电源负极，到达A板的为α射线D．a为电源负极，到达A板的为β射线【答案】B16．(多选)(2016·全国卷Ⅰ)现用某一光电管进行光电效应的实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是()