2011届“步步高”高考物理二轮复习资料：专题九__原子物理(选修3-5)[1]

专题九原子物理(选修3－5)专题定位本专题的内容主要是原子物理学部分．高考对本部分内容考查的重点和热点有以下几个方向：①原子的能级跃迁；②原子核的衰变规律；③核反应方程的书写；④质量亏损和核能的计算；⑤原子物理部分的物理学史和α、β、γ三种射线的特点及应用等．应考策略由于本专题涉及的知识点多，而且多是科技前沿的知识，题目新颖，但难度不大，因此，在复习备考中应加强对基本概念和规律的理解．必备知识方法知识回扣1．原子的核式结构原子核(1)英籍物理学家卢瑟福和他的助手进行了实验，实验的结果是绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生较大的偏转．(2)原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核，叫原子核．原子的全部正电荷量和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．(3)具有相同的而不同的原子，在元素周期表中处于同一位置，互称同位素．α粒子散射质子数中子数2．能级和能级跃迁(1)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)量子化原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝E1n2(n＝1,2,3…)(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.轨道能量一定频率3．天然放射现象、衰变、放射性的应用和防护(1)放射性元素自发地发出射线的现象叫做．放射性物质放出的射线通常有三种：、、．(2)原子核放出粒子或粒子后，变成新的原子核，我们把这种变化称为原子核的衰变．在衰变过程中，和都守恒．(3)放射性元素的原子核有发生衰变所需的时间，叫做这种元素的半衰期．放射性元素衰变的快慢是由内部本身的因素决定的,跟原子所处的状态无关.(4)放射性同位素的应用:一是利用它的;二是作为．天然放射现象α射线β射线γ射线αβ电荷数质量数半数原子核物理或化学射线示踪原子(5)α射线、β射线、γ射线之间的区别α射线β射线γ射线实质__________电子流________速度约为光速的约为光速的99%光速电离作用很强较弱很弱贯穿能力很弱较强最强氦核流光子4.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．在此过程中，质量数和电荷数都守恒．爱因斯坦的质能方程是或ΔE＝Δmc2.核反应E＝mc2101(2)核物理中，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．5．核反应规律和原子核的人工转变(1)核反应的规律为：反应前后质量数守恒和守恒．(2)原子核的人工转变卢瑟福发现质子的核反应方程为：查德威克发现中子的核反应方程为：94Be＋42n→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＋01n，3015P→3014Si＋01e聚变电荷数147N＋42He→178O＋11H1．在配平核反应方程式时，一般先满足守恒，后满足守恒．2．在处理粒子的碰撞和衰变问题时，通常应用动量守恒定律、质能方程和能的转化与守恒定律综合分析．3．核能的计算方法若Δm以kg为单位，ΔE＝Δm·c2，则ΔE的单位为．若Δm以原子的质量单位u为单位，则ΔE＝Δm×931.5MeV质量数电荷数焦耳规律方法热点题型例析题型1原子物理基本内容的理解例1以下关于原子核的说法正确的是()A．放射性元素的半衰期决定于原子的化学状态，与物理状态无关B．原子序数大于或等于83的元素，都能自发地放出射线C．β射线的穿透能力比γ射线强,能穿透几厘米厚的铅板D．原子核的平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定解析放射性元素的半衰期与物理和化学状态无关，由原子核内部结构决定，A错；γ射线的穿透能力较强，C错．BD预测演练1关于原子结构和原子核，下列说法中正确的是()A．利用α粒子散射实验可以估算原子核的半径B．利用α粒子散射实验可以估算核外电子的运动半径C．原子的核式结构模型很好地解释了氢原子光谱的实验D．处于激发态的氢原子放出光子后，核外电子运动的动能将增大AD题型2光电效应和能级跃迁问题例2(2010·江苏卷·12C)(1)研究光电效应的电路如图1所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图象中，正确的是________．图1(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子．光电子从金属表面逸出的过程中，其动量的大小________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是______________．(3)已知氢原子处在第一、第二激发态的能级分别为－3.4eV和－1.51eV，金属钠的截止频率为5.53×1014Hz，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.请通过计算判断，氢原子从第二激发态跃迁到第一激发态过程中发出的光照射金属钠板，能否发生光电效应．解析(1)入射光的频率相同，则光电子的最大初动能相同，由－eU＝－12mvm2知，两种情况下遏止电压相同，故选项A、B错误；光电流的强度与入射光的强度成正比，所以强光的光电流比弱光的光电流大，故选项C正确，选项D错误．(2)减小光电子受到金属表面层中力的阻碍作用(3)氢原子放出的光子能量E＝E2－E1，代入数据得E＝1.89eV.金属钠的逸出功W0＝hν0，代入数据得W0＝2.3eV.因为EW0，所以不能发生光电效应．答案(1)C(2)见解析(3)不能预测演练2如图2所示为氢原子的能级，已知可见光的光子能量范围为1.62eV～3.11eV,金属钠的逸出功为2.49eV.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()图2A．处于n＝3能级的氢原子可以吸收任意频率的紫外线，并且使氢原子电离B．氢原子从高能级向n＝3的能级跃迁时发出的光，不具有热效应C．从n＝5向n＝2能级跃迁的氢原子发出的光属于巴耳末线系D．用氢原子从高能级向基态跃迁时发出的光照射金属钠一定不能产生光电效应现象答案AC考能定时训练1．(2010·天津卷·8)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应,得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图3所示．则这两种光()A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大图3解析由题图知，EkmaEkmb，故选项A错误；对同一光电管，由光电效应方程Ekm＝hν－W，知νaνb，由sinC＝1n知，CaCb，故选项B正确；由Δx＝ldλ及λ＝cν知，频率越小，波长越长，间距越大，即ΔxaΔxb，故选项C正确；因νaνb，所以通过三棱镜时，b的偏折程度大，故选项D错误．答案BC2．(2010·天津卷·2)下列关于原子和原子核的说法正确的是()A．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D．比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固解析β衰变的实质是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子，然后释放出电子，故选项A错误；玻尔理论的一个假设就是原子能量的量子化，故选项B正确；放射性元素的半衰期只由原子核的内部因素决定，与温度无关，故选项C错误；比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固，故选项D错误．B3.一个23592U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应,其裂变方程为23592U+10n→X＋9438Sr＋210n，则下列叙述正确的是()A．X原子核中含有141个核子B．X原子核中含有86个中子C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加D.23592U与23892U是同位素解析根据核反应方程中的核电荷数和质量数守恒知道14054X，故B对A、C错；同位素是核电荷数相同而质量数不同的物质，D对．BD4．(2010·课标全国卷·34)用频率为ν0的光照射大量处于基态的氢原子，在所发射的光谱中仅能观测到频率分别为ν1、ν2、ν3的三条谱线，且ν3ν2ν1，则________．(填入正确选项前的字母)A．ν0ν1B．ν3＝ν2＋ν1C．ν0＝ν1＋ν2＋ν3D.1ν1＝1ν2＋1ν3解析频率为ν0的光照射处于基态的氢原子后，能观测到三种不同频率的光子，意味着吸收频率为ν0的光子后，氢原子处于第二激发态，从能级图可以判断ΔE3＝ΔE2＋ΔE1.又由公式hν＝ΔE，则有ν3＝ν2＋ν1，B正确．B5.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是________(填选项前的字母)A．核反应方程是11H+10n→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．γ光子的波长λ＝h(m1＋m2－m3)c2D．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2B6．一个放射性原子核先后放射出一个β粒子和一个γ粒子后，衰变成一个新核，则这个新核跟原来相比较，说法正确的是()A．质量数不变，质子数减少1B．质量数不变，质子数增加1C．质量数减少1，质子数不变D．质量数增加1，质子数不变A7．美国物理学家密立根利用图4甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率ν的关系，描绘出图乙中的图象，由此算出普朗克常量h.电子电量用e表示．下列说法正确的是()A．入射光的频率增大，为了测遏止电压，则滑动变阻器的滑片P应向M端移动B．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C．由Uc－ν图象可知，这种金属的截止频率为νcD．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝U1eν1－νc解析(1)对A、B、C系统由动量守恒定律得0＝(mA＋mB＋mC)vCvC＝0答案CD图48．(1)在汤姆孙发现电子后，对于原子中正、负电荷的分布问题，科学家们提出了许多模型，最后他们认定：占原子质量绝大部分的正电荷集中在很小的空间范围内，电子绕正电荷旋转．此模型称原子的有核模型，最先提出原子有核模型的科学家是________，他所根据的实验是_________________．(2)写出下列两个核反应的反应方程2713Al(铝核)俘获一个α粒子后放出一个中子：_________________________.α粒子轰击147N(氮核)放出一个质子：_________________________.147N＋42He→178O＋11H卢瑟福α粒子散射实验2713Al＋42He→3015P＋10n9．(1)下列说法正确的是()A．黑体辐射，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加，另一方面辐射强度的极大值向波长较短的方向移动B．原子核越大，它的结合能越高，原子核中核子结合得越牢固C．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长D．4个放射性元素的原子核经过一个半衰期后一定还剩下2个没有发生衰变(2)一群氢原子处于量子数n＝4的能级状态，氢原子的能级示意图如图5所示，那么图5①该群氢原子可能发射________种频率的光子．②氢原子由n＝4的能级直接跃迁到n＝2的能级时，辐射出的光子照射到逸出功为2.25eV的金属钾时能发生光电效应，由此产生的光电子的最大的初动能是________eV.答案(1)AC(2)①6②0.310．(1)下列说法中正确的是()A．普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说B．光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性C．α粒子散射实验证明了原子核是由质子和中子组成的D．天然放射现象的发现揭示了原子的核式结构(2)请将下列两个核反应方程补充完整．①42He+147N→178O＋____②23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋____AB210n11