【3年高考2年模拟1年预测】2015版高考物理专题16波粒二象性原子结构和原子核(含解析)

1专题16波粒二象性原子结构和原子核（选修3-5）【2015年高考命题预测】本考点由于点多面广，考题难度不是很大，属必得部分，因而要求复习过程要扫清盲点，不留死角，同时由于各部分内容体现的能力与思想不同，考点出现的几率也不同，复习时应有所侧重，侧重点要与历年考试频率联系，应与体现能力相联系，还应与科技动向联系（探月卫星、氦3，射线、红外摄象、太阳风等），更应与近代物理发展趋势联系。对于光电效应、原子结构的认知过程以及原子核结构、核反应方程的书写等是本考点的重要知识点也是命题的重点。考察形式多以选择题和填空题出现，多要求定性分析，少见定量计算。因此理解知识的基础上就要求见多识广，所以在复习中要特别注意课本的重要性。课本是知识之源，对这部分内容一定要做到熟读、精读，并且要间隔一段时间就要简要复习一遍，绝不能留任何的死角，包括课后的阅读材料、小实验、小资料、相对论简介等，因为很多的信息题都是从这里取材的。“回归课本”“不回避陈题”是本部分的复习特点。不仅如此，搞清某一现象产生的本质，构建知识结构体系，根据已知的知识和物理事实、条件，对物理进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来，以求触类傍通。波粒二象性的重点在于光电效应，原子结构的重点在于波尔模型，原子核的重点则在于核反应方程的书写，备考过程中要加强训练，同时本考点还涉及很多的近代物理学史，需要我们加以总结归纳。【2015年高考考点定位】作为选择题和填空题，本考点的涉及面广，选项可能涉及近代物理学史，波尔模型，光电效应和原子核结构，而填空题可能涉及衰变、核反应方程的书写、光电效应的极限频率和最大初动能等，既是备考的重点也是命题的热门选项。【考点pk】名师考点透析考点一、波粒二象性【名师点睛】1.量子论：①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。每一份电磁波的能量h②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的○31905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。即：h，其中是电磁波的频率，h为普朗克恒量：h=6.63×10－34sJ2.黑体和黑体辐射：○1任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。○2随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加；○3随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。23.光电效应：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出，发射出来的电子就叫光电子，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极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。④金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9秒。波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难考点二、原子结构【名师点睛】1.汤姆生原子结构模型：1897年英国物理学家汤姆生发现了电子，从而打破了原子不可再分的观念，揭示出原子也有复杂的结构。汤姆生的原子模型：1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。2.原子核式结构模型：实验结构图如下，实验现象：a.绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。b.有少数粒子发生较大角度的偏转c.有极少数粒子的偏转角超过了90°，有的几乎达到180°，即被反向弹回。结论否定了汤姆生原子结构模型，提出核式结构模型即在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。33.波尔的原子机构模型：○1原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）：a.电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b.电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。②跃迁假设：原子从一个定态（设能量为Em）跃迁到另一定态（设能量为En）时，它辐射成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hv=Em－En③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。总结：○1能级：各个状态的能量值。○2基态即能量值最低的状态，距离原子核最近的运行轨道。○3氢原子能级公式121nEEn4考点三、原子核结构【名师点睛】1.天然放射现象：1896年法国物理学，贝克勒耳发现放射现象。从而揭示出原子核也有复杂的结构。放射性射线的成分有三种：射线种类射线组成性质电离作用贯穿能力射线氦核组成的粒子流很强很弱射线高速电子流较强较强射线高频光子很弱很强1.原子核衰变和半衰期：衰变过程中电荷数和质量数守恒。衰变类型衰变方程衰变规律衰变HeYXMZMZ4242新核42质量数减少电荷数减少衰变eYXMZMZ011新核质量数不变电荷数增加衰变的实质：eHn011110，辐射伴随着衰变和衰变产生半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。3.1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷P3015，即：5nPAlHe1030152713424．核反应方程：（1）卢瑟福用α粒子轰击氦核打出质子：HOHeN1117842147（2）贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象：α衰变：HeThU422349023892β衰变：ePaTh012349123490（3）查德威克用α粒子轰击铍核打出中子：nCHeBe101264294（4）居里夫人发现正电子：eSiPnPHeAl0130143015103015422713（5）轻核聚变：HHn211110（6）重核裂变：nKrBanUSrnXenU1089361445610235929038101365410235923105.重核裂变核聚变Ⅰ释放核能的途径——裂变和聚变（1）裂变反应：①裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。例如：nKrBanU1089361445610235923②链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。链式反应的条件：临界体积，极高的温度.③U23592裂变时平均每个核子放能约200MeV能量1kgU23592全部裂变放出的能量相当于2800吨煤完全燃烧放出能量！（2）聚变反应：①聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。例如：MeV6.1710423121nHeHH②一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放出17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量3MeV以上。比列变反应中平均每个核子放出的能量大3~4倍。③聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温。【试题演练】1.【2014·北京市通州区高三1月份摸底考试】卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的6基础是A．α粒子的散射实验B．光电效应实验C．电子的发现D．中子的发现2.【2014·辽宁省辽宁师大附中高三上期期中考试】下列说法正确的是______．（选对1个给2分，选对2个给3分，选对3个给4分；每选错1个扣2分，最低得分为0分）a．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应b．卢瑟福用粒子轰击氮原子核，其核反应方程式是147N＋42He→17181OHc．21083Bi的半衰期是5天，12g21083Bi经过15天后还有1.5g未衰变d．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增大，原子总能量增大e．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象【三年高考】12、13、14高考试题及其解析71.【2014·上海卷】核反应方程式94Be+42He126C+X中的X表示（A）质子（B）电子（C）光子（D）中子2.【2014·新课标全国卷Ⅱ】在人类对微观世界进行探索的过程中，科学实验起到了非常重要的作用。下列说法符合历史事实的是（填正确答案标号，选对1个给2分，选对2个得4分，选对3个得5分，每选错1个扣3分，最低得分0分）。A.密立根通过油滴实验测得了基本电荷的数值B.贝克勒尔通过对天然放射性现象的研究，发现了原子中存在原子核C.居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋（P0）和镭（Ra）两种新元素D.卢瑟福通过а粒子散射实验，证实了在原子核内存在质子E.汤姆孙通过阴极射线在电场和在磁场中的偏转实验，发现了阴极射线是由带负电的粒子组成，并测出了该粒子的比荷3.【2014·山东卷】氢原子能级如图，当氢原子从n=3跃迁到n=2的能级时，辐射光的波长为656nm。以下判断正确的是。（双选，填正确答案标号）8a．氢原子从n=2跃迁到n=1的能级时，辐射光的波长大于656nmb．用波长为325nm的光照射，可使氢原子从n=1跃迁到n=2能级c．一群处于n=3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线d．用波长为633nm的光照射，不能使氢原子从n=2跃迁到n=3的能级4.【2014·重庆卷】碘131的半衰期约为8天，若某药物含有质量为m的碘131，经过32天后，该药物中碘131的含量大约还有A.4mB.8mC.16mD.32m5．【2014·天津卷】下列说法正确确的是A．玻尔对氢原子光谱的研究导致原子的核式结构模型的建立B．可利用某些物质在紫外线照射下发出荧光来设计防伪措施C．天然放射现象中产生的射线都能在电场或磁场中发生偏转D．观察者与波源互相远离时接收到波的频率与波源频率不同96.【2014·新课标全国卷Ⅰ】关于天然放射性，下列说法正确的是，（填写正确答案标号。选对1个得3分，选对2个得4分，选对3个得6分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）A．所有元素都可能发生衰变B．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C．放射性元素与别的元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E．一个原子核在一次衰变中可同量放出α、β和γ三种射线7.【2014·江苏卷】已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014Hz和5.44×1011Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的。A．波长B．频率C．能量D．动量108.【2014·海南卷】在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能产生光电效应。对于这两个过程。下列四个物理量中，一定不同的是__________。（填入正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得3分，选对3个得4分；有选错的得0分）A．遏制电压B．饱和光电流C．光电子的最大初动能D．逸出功考点：光电效应9.【2014·福建卷】如图，放射性元素镭衰变过程中释放出α、β、γ三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是。（填选项前的字母）A.①表示γ射线，③表示α射线B.②表示β射线，③表示α射线C.④表示α射线，⑤表示γ射线D.⑤表示β射线，⑥表