2020高考物理二轮复习 600分冲刺 专题六 原子物理与物理学史 第15讲 原子与原子核课件

专题整合突破第一部分专题六原子物理与物理学史[要点解读]本专题考查的重点和热点：①光电效应的规律及应用②原子的能级跃迁③原子核的衰变规律④核反应方程的书写⑤质量亏损和核能的计算⑥三种射线的特点及应用等[备考对策]由于本专题涉及的知识点与科技相关，题目新颖，但难度不大，因此，备考中应加强对基本概念和规律的理解，强化典题的训练。第15讲原子与原子核1体系认知感悟真题2聚焦热点备考通关3复习练案课时跟踪体系认知感悟真题一、波粒二象性知识网络•1．(2019·全国卷Ⅰ，14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63eV～3.10eV的光为可见光。要使处于基态(n＝1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()•A．12.09eV•B．10.20eV•C．1.89eV•D．1.51eVA•[解析]可见光光子能量范围为1.63eV～3.10eV，则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89eV，此值属于可见光光子的能量，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为－1.51eV－(－13.60eV)＝12.09eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。C2．(2019·全国卷Ⅱ，15)太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2γ已知11H和42He的质量分别为mp＝1.0078u和mα＝4.0026u，1u＝931MeV/c2，c为光速。在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8MeVB．16MeVC．26MeVD．52MeV[解析]因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计。质量亏损Δm＝4mp－mα由质能方程得ΔE＝Δmc2＝(4×1.0078－4.0026)×931MeV≈26.6MeV。•3．(2019·北京卷，19)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组次入射光子的能量/eV相对光强光电流大小/mA逸出光电子的最大动能/eV第一组1234.04.04.0弱中强2943600.90.90.9第二组4566.06.06.0弱中强2740552.92.92.9•由表中数据得出的论断中不正确的是()•A．两组实验采用了不同频率的入射光•B．两组实验所用的金属板材质不同•C．若入射光子的能量为5.0eV，逸出光电子的最大动能为1.9eV•D．若入射光子的能量为5.0eV，相对光强越强，光电流越大•[解析]A对：光子的能量E＝hν，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同。B错：由爱因斯坦的光电效应方程hν＝W＋Ek，可求出两组实验的逸出功W均为3.1eV，故两组实验所用的金属板材质相同。C对：由hν＝W＋Ek，W＝3.1eV；当hν＝5.0eV时，Ek＝1.9eV。D对：光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大。•本题选不正确的，故选B。B•4．(2019·天津，5)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是()C•[解析]由爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0和动能定理－eU＝0－Ek得eU＝hν－W0，知遏止电压大，则光的频率大，νbνcνa，由光的色散现象知频率越大，折射率越大，光的偏折角越大。选项C正确。•5．(多选)(2019·天津，6)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是()•A．核聚变比核裂变更为安全、清洁•B．任何两个原子核都可以发生聚变•C．两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加•D．两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加AD•[解析]A对：核聚变没有放射性污染，安全、清洁。B错：只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变。C错，D对：轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加，总质量减小。•6．(2019·江苏，12)(2)100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用α粒子轰击Ni核也打出了质子：He＋Ni→Cu＋H＋X，该反应中的X是________(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是________(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。•(3)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ＝6.4×10－7m，每个激光脉冲的能量E＝1.5×10－2J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s。计算结果保留一位有效数字)中子核裂变[解析](2)设X的质量数为A，质子数为Z，即AZX，由质量数守恒得A＝4＋60－62－1＝1，由电荷数守恒得Z＝2＋28－29－1＝0，则知X是中子；目前人类获得核能的主要方式是重核的裂变。(3)光子能量ε＝hcλ光子数目n＝Eε代入数据得n≈5×1016聚焦热点备考通关•一、光电效应•(1)在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。•(2)光电效应的规律：研究发现，光电效应有以下规律：•①极限频率的存在：各种金属都存在极限频率ν0，只有ν≥ν0才能发生光电效应(与之对应的有极限波长λ0，只有λ≤λ0才能发生光电效应)。•②瞬时性：无论照射光强还是弱，只有超过极限频率，从光照射到有光电子产生，经历的时间不超过10－9s，几乎是瞬时的。光电效应现象及规律核心知识•二、光子说•光子说的内容是：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量E跟光的频率ν成正比：E＝hν。(光子是以电磁波形式存在的一份能量，没有静止质量)•爱因斯坦利用光子说解释了光电效应。设每个光子只能被一个电子吸收(一个光子不能被多个电子分开吸收)；每个电子每次只能吸收一个光子(一个电子不能同时吸收多个光子)。•光电效应的物理过程如下：入射光照到金属上，有些光子被电子吸收，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子，有些没射出；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少，飞出时动能最大。•如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了极限频率的存在；由于光电效应是由一个光子被一个电子吸收引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。•三、爱因斯坦光电效应方程•(1)Ek＝hν－W0(Ek是光电子的最大初动能；W0是逸出功，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，也就是使电子脱离某种金属所做功的最小值。)这个方程和能量守恒定律是完全一致的。•(2)由于每个光电子从金属中飞出时，克服引力做的功不同，它们的初动能也不同。方程中的W0是逸出功，不是每个电子克服引力做的功；方程中的Ek不是每个光电子的初动能，而是最大初动能。•(3)从光电效应方程可以看出：极限频率和逸出功间的关系是：hν0＝W0。•【典例1】(2019·临沂三模)采用图甲所示的装置研究光电效应现象，电流表和电压表的零刻度均在表盘的正中间。分别用横截面积相同的单色光a，b，c照射光电管的阴极K，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示。下列说法正确的是()B典例探究A．a光的强度比c光的大B．a光的光子能量比b光的小C．c光照射时光电子的最大初动能比a光照射时的大D．测量遏止电压时开关S应扳向1•[解析]由图可知，a的饱和电流最小，因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量小，光强小，故A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eU＝hν－W，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大。a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，根据光电效应方程可知，c光照射时，光电子的最大初动能与a光相同，而b光的遏止电压大，则频率大，能量大，且对应的波长最小，故B正确，C错误；测量遏止电压时，光电管加反向电压，开关S应扳向2，故D错误。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：图线与ν轴交点的横坐标ν。②逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：图线的斜率是k＝h图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系①遏止电压Uc：图线与横轴的交点②饱和光电流Im：电流的最大值③最大初动能，Ekm＝eUc颜色不同时，光电流与电压的关系①遏止电压Ucl、Uc2②饱和光电流③最大初动能Ek1＝eUc1Ek2＝eUc2图象名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量遏止电压Uc与入射光频率ν的关系图线①截止频率νc：图线与横轴的交点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：等于图线的斜率与电子电量的乘积，即h＝ke(注：此时两极之间接反向电压)•1．(2019·南昌模拟)美国物理学家密立根利用图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。电子电量用e表示，下列说法正确的是()类题演练•[答案]BA．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．由Uc－ν图象可求普朗克常量表达式为h＝U1eν1－ν0C．由Uc－ν图象可知，这种金属的截止频率为ν1D．增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大[解析]入射光的频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏制电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故A错误；根据Ekm＝hν－W0＝eUc，解得：Uc＝hνe－hνce，图线的斜率为：k＝he＝U1ν1－ν0，则有：h＝U1eν1－ν0，当遏止电压为零时，ν＝ν0。所以这种金属的截止频率为ν0，故B正确、C错误；根据光电效应方程Ekm＝hν－W0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故D错误。玻尔理论、氢原子能级核心知识1．玻尔理论的基本内容能级假设：氢原子En＝E1n2，n为量子数跃迁假设：hν＝E末－E初轨道量子化假设：氢原子rn＝n2r1，n为量子数2．对跃迁的理解(1)氢原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定频率的光子，当光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，否则不吸收。(2)氢原子从高能级向低能级跃迁：以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时两能级间的能量差。(3)电离：当光子能量大于等于原子所处的能级的能量值的绝对值时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离，多余的能量作为电子的初动能。(4)光谱线条数：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为N＝nn－12。•(5)氢原子还可吸收外来实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级差，均可使原子发生能级跃迁。•(6)跃迁时电子动能、原子电势能与总能量变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子电势能减小，电子动能增大，原子总能量减小；反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子总能量增大。•【典例2】(2019·山东省日照市模拟)氢原子能级如图，一群氢原子处于n＝4能级上。当氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级时，辐射光的波长为1884nm，下列判断正确的是()D典例探究A．氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线B．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量C．氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级时，辐射光的波长大于1884nmD．用从能级n＝2跃迁到n＝1辐射的光照射W逸＝6.34eV的铂，能发生光电效