届高考物理二轮专题复习资料 专题八 波粒二象性 原子与原子核.docx

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届高考物理二轮专题复习资料专题八波粒二象性原子与原子核

课标卷高考命题分析

年份

题号·题型·分值

模型·情景

难度

2015年

Ⅰ卷

35题

（1）·填空题·5分

光电效应

易

Ⅱ卷

35题

（1）·填空题·5分

波粒二象性

易

2016年

Ⅰ卷

35题

（1）·填空题·5分

光电效应

易

Ⅱ卷

35题

（1）·填空题·5分

核反应方程

易

Ⅲ卷

35题

（1）·填空题·5分

核反应与动量守恒

易

2017年

Ⅰ卷

17题·选择题·6分

核能的计算

中

Ⅱ卷

15题·选择题·6分

半衰期；动量守恒定律；质能方程

易

Ⅲ卷

19题·选择题·6分

光电效应

中

1．氢原子能级图

（1）能级图如图1所示．

图1

（2）一群氢原子处于量子数为n的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数：

N＝C＝.

2．原子核的衰变

衰变类型

α衰变

β衰变

衰变方程

X→Y＋He

X→Y＋e

衰变实质

2个质子和2个中子结合成一整体射出

中子转化为质子和电子

2H＋2n→He

n→H＋e

衰变规律

电荷数守恒、质量数守恒

3.核能

（1）原子核的结合能：

克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量．

（2）质量亏损：

原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．注意质量数与质量是两个不同的概念．

（3）质能方程：

E＝mc2，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比．

4．光电效应的实验规律

（1）任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应．

（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大．

（3）入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9s.

（4）当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比．

5．光电效应方程

（1）光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：

Ek＝hν－W0.

（2）极限频率νc＝.

高考题型1　光电效应与光的粒子性

例1　（多选）（2017·全国卷Ⅲ·19）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νa＞νb，则一定有Ua＜Ub

B．若νa＞νb，则一定有Eka＞Ekb

C．若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb

D．若νa＞νb，则一定有hνa－Eka＞hνb－Ekb

答案　BC

解析　由爱因斯坦光电效应方程得Ekm＝hν－W0，由动能定理得Ekm＝eU，若用a、b单色光照射同种金属时，逸出功W0相同．当νa＞νb时，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故选项A错误，B正确；若Ua＜Ub，则一定有Eka＜Ekb，故选项C正确；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故选项D错误．

1．处理光电效应问题的两条线索

一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：

（1）光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．

（2）光强→光子数目多→发射光电子数多→光电流大．

2．爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0的研究对象是金属表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大（如图2所示），直线的斜率为h，直线与ν轴的交点的物理意义是极限频率νc，直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值．

图2

1．（2017·广东广州市模拟）入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光强度减弱，而频率不变，则（　　）

A．有可能不发生光电效应

B．逸出的光电子的最大初动能将减小

C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小

D．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加

答案　C

解析　入射光的频率不变，则仍然能发生光电效应．故A错误．根据光电效应方程Ek＝hν－W0知，入射光的频率不变，则最大初动能不变．故B错误．光的强弱影响的是单位时间内发出光电子的数目，入射光强度减弱，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小．故C正确．发射出光电子的时间非常短，可认为是瞬时的，故D错误．

2．（多选）（2017·山东临沂市模拟）如图3所示，N为金属板，M为金属网，它们分别与电池的两极相连，各电池的电动势和极性如图所示，己知金属板的逸出功为4.8eV.现分别用不同频率的光照射金属板（各光子的能量已在图上标出），则下列说法正确的是（　　）

图3

A．A图中无光电子射出

B．B图中光电子到达金属网时的动能大小为1.5eV

C．C图中的光电子能到达金属网

D．D图中光电子到达金属网时的最大动能为3.5eV

答案　AB

解析　因入射光的能量3.8eV小于金属板的逸出功4.8eV，依据光电效应发生条件，不能发生光电效应，故A正确；因入射光的能量为4.8eV（等于金属板的逸出功4.8eV），因此光电子逸出时的速度恰好为零，则在电场力加速作用下，到达金属网的动能为1.5eV，故B正确；入射光的能量为5.8eV，大于金属板的逸出功4.8eV，依据光电效应方程Ek＝hν－W0，逸出来的光电子最大初动能为1.0eV，根据动能定理，知光电子不能到达金属网，故C错误；逸出的光电子最大初动能为：

Ekm＝E光－W0＝6.8eV－4.8eV＝2.0eV，到达金属网时最大动能为2.0eV－1.5eV＝0.5eV，故D错误．

高考题型2　原子结构和能级跃迁

例2　（2017·辽宁大连市3月模拟）如图4为氢原子的能级示意图，一群氢原子处于n＝3的激发态，在向较低能级跃迁的过程中向外发出光子，用这些光照射逸出功为2.25eV的金属钾，下列说法正确的是（　　）

图4

A．这群氢原子能发出3种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝2所发出的光波长最短

B．这群氢原子能发出2种频率不同的光，其中从n＝3跃迁到n＝1所发出的光频率最小

C．金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为9.84eV

D．金属钾表面所发出的光电子的最大初动能为12.86eV

答案　C

解析　这群氢原子能发出三种频率不同的光，根据玻尔理论hν＝Em－En（m＞n）得知，从n＝3跃迁到n＝2所发出的光能量最小，由E＝hν＝h得知，频率最低，波长最长，故A、B错误；从n＝3跃迁到n＝1辐射的光子能量最大，发生光电效应时，产生的光电子最大初动能最大，光子能量最大值为13.60eV－1.51eV＝12.09eV，根据光电效应方程得，Ekm＝hν－W0＝12.09eV－2.25eV＝9.84eV，故C正确，D错误．

1．汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据α粒子散射实验构建了原子的核式结构模型．玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律．卢瑟福用α粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子．贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了原子核是有结构的．居里夫妇首次发现了放射性同位素．

2．原子的核式结构模型

（1）在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动；

（2）原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转．

3．能级和能级跃迁：

（1）轨道量子化

核外电子只能在一些分立的轨道上运动

rn＝n2r1（n＝1,2,3，…）

（2）能量量子化

原子只能处于一系列不连续的能量状态

En＝（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辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En（m>n）．

3．（2017·湖北武汉市2月调考）关于原子结构，下列说法错误的是（　　）

A．汤姆孙根据气体放电管实验断定阴极射线是带负电的粒子流

B．卢瑟福α粒子散射实验表明：

原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动

C．各种原子的发射光谱都是连续谱

D．玻尔在原子核式结构模型的基础上，结合普朗克的量子概念，提出了玻尔的原子模型

答案　C

解析　各种原子的发射光谱都是明线光谱．

4．关于玻尔原子理论的基本假设，下列说法中正确的是（　　）

A．原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力

B．电子绕核运动的轨道半径是任意的

C．原子的能量包括电子的动能和势能，电子动能可取任意值，势能只能取某些特定值

D．电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射（或吸收）的光子频率等于电子绕核运动的频率

答案　A

解析　根据玻尔理论的基本假设知，原子中的电子绕原子核做圆周运动，库仑力提供向心力，A项正确；电子绕核运动的轨道半径是一些特定的值，B项错误；原子的能量包括电子的动能和势能，由于轨道是量子化的，则电子动能也是一些特定的值，C项错误；电子由一条轨道跃迁到另一条轨道上时，辐射（或吸收）的光子能量等于两能级间的能量差，D项错误．

5．（2017·山东青岛市模拟）原子从A能级跃迁到B能级时吸收波长为λ1的光子；原子从B能级跃迁到C能级时发射波长为λ2的光子．已知λ1>λ2，那么原子从A能级跃迁到C能级时将要（　　）

A．发出波长为λ1－λ2的光子

B．发出波长为的光子

C．吸收波长为λ1－λ2的光子

D．吸收波长为的光子

答案　B

解析　由λ1>λ2知ν1<ν2，A到B吸收光子的能量小于B到C辐射光子的能量，故A跃迁到C放出能量，AC间能级差EA－EC＝h－h＝h，得λ3＝.

高考题型3　核反应和核能的计算

例3　（2017·全国卷Ⅱ·15）一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为U→Th＋He，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　B

解析　静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；根据Ek＝可知，选项A错误；半衰期的定义是统计规律，选项C错误；铀核在衰变过程中，伴随着一定的能量放出，即衰变过程中有一定的质量亏损，故衰变后α粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，选项D错误．

1．α射线、β射线、γ射线之间的区别

名称

α射线

β射线

γ射线

实质

氦核流

电子流

光子

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

2.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，称为核反应．核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律．

（2）质能方程：

一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2或ΔE＝Δmc2.

（3）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，称为聚变．

（4）核能的计算：

①ΔE＝Δmc2，其中Δm为核反应方程中的质量亏损；②ΔE＝Δm×931.5MeV，其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位．

（5）原子核的人工转变

卢瑟福发现质子的核反应方程为：

N＋He→O＋H

查德威克发现中子的核反应方程为：

Be＋He→C＋n

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：

Al＋He→P＋n，P→Si