2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 近代物理初步配套教案.doc

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2019-2020年高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第12章 近代物理初步配套教案 一、光電效應(yīng)及其規(guī)律 1．光電效應(yīng)現(xiàn)象 在光的照射下，金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象，發(fā)射出來(lái)的電子叫光電子． 2．光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件 入射光的頻率大于金屬的極限頻率． 3．光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)． (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大． (3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10－9s. (4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，飽和光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比． 二、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 1．光子說(shuō) 在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每—份叫做一個(gè)光子，光子的能量ε＝hν. 2．逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值． 3．最大初動(dòng)能：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值． 4．光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0. (2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動(dòng)能． 三、光的波粒二象性 1．光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性． 2．光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性． 3．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性． [自我診斷] 1．判斷正誤 (1)任何頻率的光照射到金屬表面都可以發(fā)生光電效應(yīng)．() (2)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功．(√) (3)光電子的最大初動(dòng)能與入射光子的頻率成正比．() (4)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動(dòng)性．(√) (5)德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了量子假說(shuō)，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律．() (6)美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性．(√) (7)法國(guó)物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性．(√) 2．當(dāng)用一束紫外線照射鋅板時(shí)，產(chǎn)生了光電效應(yīng)，這時(shí)(　　) A．鋅板帶負(fù)電 B．有正離子從鋅板逸出 C．有電子從鋅板逸出 D．鋅板會(huì)吸附空氣中的正離子 解析：選C.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，有光電子從鋅板中逸出，逸出光電子后的鋅板帶正電，對(duì)空氣中的正離子有排斥作用，C正確． 3．(多選)一單色光照到某金屬表面時(shí)，有光電子從金屬表面逸出，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．無(wú)論增大入射光的頻率還是增大入射光的強(qiáng)度，金屬的逸出功都不變 B．只延長(zhǎng)入射光照射時(shí)間，光電子的最大初動(dòng)能將增大 C．只增大入射光的頻率，光電子的最大初動(dòng)能將增大 D．只增大入射光的頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間將縮短 解析：選AC.金屬逸出功只與極限頻率有關(guān)，A正確．根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0可知，光電子的最大初動(dòng)能由入射光的頻率和逸出功決定，只延長(zhǎng)入射光照射時(shí)間，光電子的最大初動(dòng)能將不變，B錯(cuò)誤，C正確．發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率，光電子逸出所經(jīng)歷的時(shí)間幾乎同時(shí)，D錯(cuò)誤． 4．關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對(duì)立的 B．光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn) C．大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性 D．由于光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的—切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性 解析：選D.光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機(jī)械波和機(jī)械粒子，波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客體的兩個(gè)不同的側(cè)面、不同屬性，只能認(rèn)為光具有波粒二象性，A、B、C錯(cuò)誤，D正確． 5．在某次光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示．若該直線的斜率和截距分別為k和b，電子電荷量的絕對(duì)值為e，則普朗克常量可表示為_(kāi)_______，所用材料的逸出功可表示為_(kāi)_______． 解析：根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0及Ekm＝eUc得Uc＝－，故＝k，b＝－，得h＝ek，W0＝－eb. 答案：ek?。璭b 考點(diǎn)一　光電效應(yīng)的理解 1．光電效應(yīng)中的幾個(gè)概念比較 (1)光子與光電子 光子指光在空間傳播時(shí)的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，其本質(zhì)是電子． (2)光電子的動(dòng)能與光電子的最大初動(dòng)能 光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動(dòng)能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動(dòng)能． (3)光電流和飽和光電流 金屬板飛出的光電子到達(dá)陽(yáng)極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個(gè)飽和值，這個(gè)飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無(wú)關(guān)． (4)光的強(qiáng)弱與飽和光電流 頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強(qiáng)，飽和光電流越大． 2．對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律的解釋 對(duì)應(yīng)規(guī)律 對(duì)規(guī)律的產(chǎn)生的解釋 光電子的最大初動(dòng)能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān) 電子吸收光子能量后，一部分克服原子核引力做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動(dòng)能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動(dòng)能，對(duì)于確定的金屬，逸出功W0是一定的，故光電子的最大初動(dòng)能只隨入射光的頻率增大而增大 光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性 光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)光子的能量后，動(dòng)能立即增大，不需要能量積累的過(guò)程 光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大 光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大 1．(xx高考全國(guó)乙卷)(多選)現(xiàn)用某一光電管進(jìn)行光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用某一頻率的光入射時(shí)，有光電流產(chǎn)生．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．保持入射光的頻率不變，入射光的光強(qiáng)變大，飽和光電流變大 B．入射光的頻率變高，飽和光電流變大 C．入射光的頻率變高，光電子的最大初動(dòng)能變大 D．保持入射光的光強(qiáng)不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產(chǎn)生 解析：選AC.產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，光的強(qiáng)度越大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，飽和光電流越大，說(shuō)法A正確．飽和光電流大小與入射光的頻率無(wú)關(guān)，說(shuō)法B錯(cuò)誤．光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，說(shuō)法C正確．減小入射光的頻率，如低于極限頻率，則不能發(fā)生光電效應(yīng)，沒(méi)有光電流產(chǎn)生，說(shuō)法D錯(cuò)誤． 2．(xx廣東深圳模擬)(多選)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，用同一種單色光，先后照射鋅和銀的表面，都能發(fā)生光電效應(yīng)．對(duì)于這兩個(gè)過(guò)程，下列物理過(guò)程中一定不同的是(　　) A．遏止電壓　　 B．飽和光電流 C．光電子的最大初動(dòng)能 D．逸出功 解析：選ACD.同一束光照射不同的金屬，一定相同的是入射光的光子能量，不同金屬的逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm＝hν－W0知，最大初動(dòng)能不同，則遏止電壓不同，選項(xiàng)A、C、D正確；同一束光照射，單位時(shí)間內(nèi)射到金屬表面的光子數(shù)目相等，所以飽和光電流是相同的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤． 3．(xx廣東省湛江一中高三模擬)(多選)用如圖所示的光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么(　　) A．a(chǎn)光的頻率一定大于b光的頻率 B．只增加a光的強(qiáng)度可使通過(guò)電流計(jì)G的電流增大 C．增加b光的強(qiáng)度可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) D．用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電流是由d到c 解析：選AB.由于用單色光a照射光電管陰極K，電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明發(fā)生了光電效應(yīng)，而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時(shí)，電流計(jì)G的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明b光不能發(fā)生光電效應(yīng)，即a光的頻率一定大于b光的頻率；增加a光的強(qiáng)度可使單位時(shí)間內(nèi)逸出光電子的數(shù)量增加，則通過(guò)電流計(jì)G的電流增大；因?yàn)閎光不能發(fā)生光電效應(yīng)，所以即使增加b光的強(qiáng)度也不可能使電流計(jì)G的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；用a光照射光電管陰極K時(shí)通過(guò)電流計(jì)G的電子的方向是由d到c，所以電流方向是由c到d.選項(xiàng)A、B正確． 光電效應(yīng)實(shí)質(zhì)及發(fā)生條件 (1)光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是金屬中的電子獲得能量后逸出金屬表面，從而使金屬帶上正電． (2)能否發(fā)生光電效應(yīng)，不取決于光的強(qiáng)度，而是取決于光的頻率．只要照射光的頻率大于該金屬的極限頻率，無(wú)論照射光強(qiáng)弱，均能發(fā)生光電效應(yīng)． 考點(diǎn)二　光電效應(yīng)方程及圖象的理解 1．愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 Ek＝hν－W0 hν：光子的能量 W0：逸出功，即從金屬表面直接飛出的光電子克服原子核引力所做的功． Ek：光電子的最大初動(dòng)能． 2．四類圖象 圖象名稱 圖線形狀 由圖線直接(間接)得到的物理量 最大初動(dòng)能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①極限頻率：圖線與ν軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)νc ②逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0＝|－E|＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn) ②飽和光電流Im：電流的最大值 ③最大初動(dòng)能：Ekm＝eUc 顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系 ①遏止電壓Uc1、Uc2 ②飽和光電流 ③最大初動(dòng)能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2 =遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線 ①截止頻率νc：圖線與橫軸的交點(diǎn) ②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大 ③普朗克常量h：等于圖線的斜率與電子電量的乘積，即h＝ke.(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓) [典例]　(xx重慶萬(wàn)州二中模擬)(多選)某金屬在光的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，其遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖象如圖所示．則由圖象可知(　　) A．該金屬的逸出功等于hν0 B．若已知電子電荷量e，就可以求出普朗克常量h C．遏止電壓是確定的，與照射光的頻率無(wú)關(guān) D．入射光的頻率為2ν0時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hν0 解析　當(dāng)遏止電壓為零時(shí)，最大初動(dòng)能為零，則入射光的能量等于逸出功，所以W0＝hν0，A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0和－eUc＝0－Ek得，Uc＝ν－，可知當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，遏止電壓與入射光的頻率呈線性關(guān)系，C錯(cuò)誤；因?yàn)閁c＝ν－，知圖線的斜率等于，從圖象上可以得出斜率的大小，已知電子電荷量e，可以求出普朗克常量h，B正確；從圖象上可知逸出功W0＝hν0，根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝h2ν0－W0＝hν0，D正確． 答案　ABD 應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng) (1)每種金屬都有一個(gè)截止頻率，光頻率大于這個(gè)截止頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)． (2)截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對(duì)應(yīng)著光的極限波長(zhǎng)和金屬的逸出功，即hν0＝h＝W0. (3)應(yīng)用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0時(shí)，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV＝1.610－19 J)． 1．(多選)甲、乙兩種金屬發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率間的關(guān)系分別如圖中的a、b所示．下列判斷正確的是(　　) A．圖線a與b不一定平行 B．乙金屬的極限頻率大于甲金屬的極限頻率 C．改變?nèi)肷涔鈴?qiáng)度不會(huì)對(duì)圖線產(chǎn)生任何影響 D．圖線的斜率是定值，與入射光和金屬材料均無(wú)關(guān) 解析：選BCD.根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0＝hν－h(huán)ν0知，圖線的斜率表示普朗克常量，根據(jù)圖線斜率可得出普朗克常量，因此a與b一定平行，且兩斜率是固定值，與入射光和金屬材料皆無(wú)關(guān)系，A錯(cuò)誤，D正確；橫軸截距表示最大初動(dòng)能為零時(shí)的入射光頻率，此時(shí)的頻率等于金屬的極限頻率，由圖可知乙金屬的極限頻率大，故B正確；縱截距對(duì)應(yīng)ν＝0的時(shí)候，此時(shí)縱截距就是逸出功的相反數(shù)，根據(jù)W0＝hν0可求出，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，C正確． 2．(多選)用同一光電管研究a、b兩種單色光產(chǎn)生的光電效應(yīng)，得到光電流I與光電管兩極間所加電壓U的關(guān)系如圖所示．則這兩種光(　　) A．照射該光電管時(shí)，a光使其逸出的光電子最大初動(dòng)能大 B．從同種玻璃射入空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角大 C．通過(guò)同一裝置發(fā)生雙縫干涉，a光的相鄰條紋間距大 D．通過(guò)同一玻璃三棱鏡時(shí)，a光的偏折程度大 解析：選BC.從b的反向遏止電壓更高可知b光頻率更高，使逸出的光電子最大初動(dòng)能大，A錯(cuò)誤．a(chǎn)光頻率低，則折射率小，臨界角大，B正確．a(chǎn)光頻率低，則波長(zhǎng)長(zhǎng)，干涉時(shí)相鄰條紋間距大，C正確．a(chǎn)光頻率低，折射率小，通過(guò)同一玻璃三棱鏡時(shí)，a光的偏折程度小，D錯(cuò)誤． 3．從1907年起，美國(guó)物理學(xué)家密立根開(kāi)始以精湛的技術(shù)測(cè)量光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量．他通過(guò)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量某金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率ν，作出Uc－ν的圖象，由此算出普朗克常量h，并與普朗克根據(jù)黑體輻射測(cè)出的h相比較，以檢驗(yàn)愛(ài)因斯坦方程的正確性．圖中頻率ν1、ν2，遏止電壓Uc1、Uc2及電子的電荷量e均為已知，求： (1)普朗克常量h； (2)該金屬的截止頻率ν0. 解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0及動(dòng)能定理eUc＝Ek得Uc＝ν－ν0 結(jié)合圖象知k＝＝＝ 普朗克常量h＝，ν0＝. 答案：(1)　(2) 考點(diǎn)三　光的波粒二象性　物質(zhì)波 光既有波動(dòng)性，又有粒子性，兩者不是孤立的，而是有機(jī)的統(tǒng)一體，其表現(xiàn)規(guī)律為： (1)從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性． (2)從頻率上看：頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象． (3)從傳播與作用上看：光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性． (4)波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p＝也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ. (5)理解光的波粒二象性時(shí)不可把光當(dāng)成宏觀概念中的波，也不可把光當(dāng)成宏觀概念中的粒子． 1．(多選)如圖甲所示為實(shí)驗(yàn)小組利用100多個(gè)電子通過(guò)雙縫后的干涉圖樣，可以看出每一個(gè)電子都是一個(gè)點(diǎn)；如圖乙所示為該小組利用70 000多個(gè)電子通過(guò)雙縫后的干涉圖樣，為明暗相間的條紋．則對(duì)本實(shí)驗(yàn)的理解正確的是(　　) A．圖甲體現(xiàn)了電子的粒子性 B．圖乙體現(xiàn)了電子的粒子性 C．單個(gè)電子運(yùn)動(dòng)軌道是確定的 D．圖乙中明條紋是電子到達(dá)概率大的地方 解析：選AD.題圖甲中的每一個(gè)電子都是一個(gè)點(diǎn)，說(shuō)明少數(shù)粒子體現(xiàn)粒子性，到達(dá)的位置不同，說(shuō)明單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)軌道不確定，A正確，C錯(cuò)誤；題圖乙中明暗相間的條紋說(shuō)明大量的粒子表現(xiàn)為波動(dòng)性，B錯(cuò)誤；明條紋是電子到達(dá)概率大的地方，D正確． 2．(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性．下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是(　　) A．電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣 B．β射線在云室中穿過(guò)會(huì)留下清晰的徑跡 C．人們利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu) D．人們利用電子顯微鏡觀測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 解析：選ACD.電子束具有波動(dòng)性，通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，選項(xiàng)A正確. β射線在云室中高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，徑跡又細(xì)又直，表現(xiàn)出粒子性，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．人們利用慢中子衍射來(lái)研究晶體的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出波動(dòng)性，選項(xiàng)C正確．電子顯微鏡是利用電子束工作的，體現(xiàn)了波動(dòng)性，選項(xiàng)D正確． 3．如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等，則它們的________也相等． A．速度 B．動(dòng)能 C．動(dòng)量 D．總能量 解析：選C.由德布羅意波長(zhǎng)λ＝知二者的動(dòng)量應(yīng)相同，故C正確，由p＝mv可知二者速度不同，Ek＝mv2＝，二者動(dòng)能不同，由E＝mc2可知總能量也不同，A、B、D均錯(cuò)． 課時(shí)規(guī)范訓(xùn)練 [基礎(chǔ)鞏固題組] 1．在光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，與光的波動(dòng)理論不矛盾的是(　　) A．光電效應(yīng)是瞬時(shí)發(fā)生的 B．所有金屬都存在極限頻率 C．光電流隨著入射光增強(qiáng)而變大 D．入射光頻率越大，光電子最大初動(dòng)能越大 解析：選C.光具有波粒二象性，即光既具有波動(dòng)性又具有粒子性．光電效應(yīng)證實(shí)了光的粒子性．因?yàn)楣庾拥哪芰渴且环菀环莸?，不能積累，所以光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性，這與光的波動(dòng)性矛盾，A項(xiàng)錯(cuò)誤；同理，因?yàn)楣庾拥哪芰坎荒芊e累，所以只有當(dāng)光子的頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，才會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；光強(qiáng)增大時(shí)，光子數(shù)量和能量都增大，所以光電流會(huì)增大，這與波動(dòng)性無(wú)關(guān)，C項(xiàng)正確；一個(gè)光電子只能吸收一個(gè)光子，所以入射光的頻率增大，光電子吸收的能量變大，所以最大初動(dòng)能變大，D項(xiàng)錯(cuò)誤． 2．(多選)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說(shuō)法正確的有(　　) A．光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說(shuō)明中子具有波動(dòng)性 C．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用光的波動(dòng)性解釋 D．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長(zhǎng)也相等 解析：選AB.光電效應(yīng)現(xiàn)象、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律都可以用光的粒子性解釋，選項(xiàng)A正確、選項(xiàng)C錯(cuò)誤；熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說(shuō)明中子具有波動(dòng)性，選項(xiàng)B正確；由德布羅意波長(zhǎng)公式λ＝和p2＝2mEk知?jiǎng)幽芟嗟鹊馁|(zhì)子和電子動(dòng)量不同，德布羅意波長(zhǎng)不相等，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 3．(多選)產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)，關(guān)于逸出光電子的最大初動(dòng)能Ek，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān) B．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的波長(zhǎng)成反比 C．對(duì)于同種金屬，Ek與光照射的時(shí)間成正比 D．對(duì)于同種金屬，Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系 解析：選AD.根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0.可得：Ek與照射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無(wú)關(guān)，與照射光的頻率成線性關(guān)系，與波長(zhǎng)不成反比，所以A、D正確，B、C錯(cuò)誤． 4．在利用光電管研究光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，入射光照到某金屬表面上發(fā)生光電效應(yīng)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，那么(　　) A．從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將明顯增加 B．飽和光電流將會(huì)減弱 C．遏止電壓將會(huì)減小 D．有可能不再發(fā)生光電效應(yīng) 解析：選B.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，若入射光的強(qiáng)度減弱，而頻率保持不變，則從光照射到金屬表面到發(fā)射出光電子之間的時(shí)間間隔將保持不變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；入射光的強(qiáng)度減弱，則單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子的數(shù)目將減小，則飽和光電流將會(huì)減弱，選項(xiàng)B正確；根據(jù)eUc＝mv，入射光的頻率不變，則最大初動(dòng)能不變，則遏止電壓不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；因?yàn)楣怆娦?yīng)能否發(fā)生取決于光的頻率，故仍能發(fā)生光電效應(yīng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤． 5．(多選)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．用光照射某種金屬，有光電子從金屬表面逸出，如果光的頻率不變，而減弱光的強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)減少，光電子的最大初動(dòng)能不變 B．X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的 C．發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比 D．在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，因此光子散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng) 解析：選AD.根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，選項(xiàng)A正確；電子的衍射說(shuō)明粒子具有波動(dòng)性，證實(shí)了物質(zhì)波的存在，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，是線性關(guān)系，不是成正比，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在康普頓效應(yīng)中，當(dāng)入射光子與晶體中的電子碰撞時(shí)，把一部分動(dòng)量轉(zhuǎn)移給電子，則動(dòng)量減小，根據(jù)λ＝知波長(zhǎng)變長(zhǎng)，選項(xiàng)D正確． 6．如圖所示電路可研究光電效應(yīng)的規(guī)律．圖中標(biāo)有A和K的為光電管，其中K為陰極，A為陽(yáng)極．理想電流計(jì)可檢測(cè)通過(guò)光電管的電流，理想電壓表用來(lái)指示光電管兩端的電壓．現(xiàn)接通電源，用光子能量為10.5 eV的光照射陰極K，電流計(jì)中有示數(shù)，若將滑動(dòng)變阻器的滑片P緩慢向右滑動(dòng)，電流計(jì)的讀數(shù)逐漸減小，當(dāng)滑至某一位置時(shí)電流計(jì)的讀數(shù)恰好為零，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為6.0 V；現(xiàn)保持滑片P位置不變，光電管陰極材料的逸出功為_(kāi)_______，若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)________(填“為零”或“不為零”)． 解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程得：Ek＝hν－W，Ek＝Ue＝6 eV，解得逸出功W＝10.5 eV－6 eV＝4.5 eV，若增大入射光的強(qiáng)度，電流計(jì)的讀數(shù)仍為零． 答案：4.5 eV　為零 7．(1)已知光速為c，普朗克常量為h，則頻率為ν的光子的動(dòng)量為_(kāi)_______．用該頻率的光垂直照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動(dòng)量改變量的大小為_(kāi)_______． (2)幾種金屬的逸出功W0見(jiàn)下表： 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0(10－19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可見(jiàn)光照射上述金屬的表面，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明哪些金屬能發(fā)生光電效應(yīng)．已知該可見(jiàn)光的波長(zhǎng)的范圍為4.010－7～7.610－7 m，普朗克常量h＝6.6310－34Js. 解析：(1)光子的動(dòng)量為p＝，光速c＝λν，所以動(dòng)量p＝，動(dòng)量的變化量Δp＝p2－p1＝－＝. (2)光束中光子的最大能量 E＝＝ J＝4.9710－19 J，大于鈉、鉀、銣的逸出功，即鈉、鉀、銣可以發(fā)生光電效應(yīng)． 答案：(1)　　(2)鈉、鉀、銣 [綜合應(yīng)用題組] 8．研究光電效應(yīng)的電路如圖所示，用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽(yáng)極A吸收，在電路中形成光電流．則在如圖所示的光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是(　　) 解析：選C.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率有關(guān)，與光照強(qiáng)度無(wú)關(guān)，因此在入射光頻率相同的情況下，遏止電壓相同，在能發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，光電流隨著光照強(qiáng)度增大而增大，C正確．A、B表示入射光頻率相同的情況下，遏止電壓不相同，均錯(cuò)誤．D表示在發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電流隨著光照強(qiáng)度增大而減小，D錯(cuò)誤． 9．如圖所示，真空中有一平行板電容器，兩極板分別用鋅板和銅板制成(鋅板和銅板的截止頻率分別為ν1和ν2，且ν1＜ν2)，極板的面積為S，間距為d.鋅板與靈敏靜電計(jì)相連，鋅板和銅板原來(lái)都不帶電．現(xiàn)用頻率為ν(ν1＜ν＜ν2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，假設(shè)光電子全部到達(dá)另一極板，則電容器的最終帶電荷量Q正比于(　　) A.(ν1－ν)　　　　　 B.(ν1－ν2) C. D.(ν－ν1) 解析：選D.現(xiàn)用頻率為ν(ν1＜ν＜ν2)的單色光持續(xù)照射兩板內(nèi)表面，根據(jù)光電效應(yīng)的條件，知該單色光照射鋅板能發(fā)生光電效應(yīng)，照射銅板不能發(fā)生光電效應(yīng)．通過(guò)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動(dòng)能Ekm＝hν－h(huán)ν1.臨界狀態(tài)是電子減速到負(fù)極板時(shí)速度剛好為零．根據(jù)動(dòng)能定理有eU＝Ekm＝hν－h(huán)ν1.平行板電容器的電容C∝，而Q＝CU，所以Q∝(ν－ν1)，故D正確． 10．美國(guó)物理學(xué)家密立根以精湛的技術(shù)測(cè)出了光電效應(yīng)中幾個(gè)重要的物理量．若某次實(shí)驗(yàn)中，他用光照射某種金屬時(shí)發(fā)現(xiàn)其發(fā)生了光電效應(yīng)，且得到該金屬逸出的光電子的最大初動(dòng)能隨入射光頻率的變化圖象如圖所示，經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)現(xiàn)圖象與橫軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為4.77，與縱軸交點(diǎn)坐標(biāo)為0.5.已知電子的電荷量為1.610－19 C，由圖中數(shù)據(jù)可知普朗克常量為_(kāi)_______ Js，金屬的極限頻率為_(kāi)_______ Hz.(均保留兩位有效數(shù)字) 解析：根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W，Ek－ν圖象的橫軸的截距大小等于截止頻率，由圖知該金屬的截止頻率為ν0＝4.771014 Hz≈4.81014Hz.根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ekm＝hν－W0，當(dāng)入射光的頻率為ν＝6.01014 Hz時(shí)，最大初動(dòng)能為Ekm＝0.5 eV.當(dāng)入射光的頻率為ν0＝4.771014 Hz時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為0. 即h6.01014Hz－W0＝0.51.610－19J， 即h4.771014Hz－W0＝0 聯(lián)立兩式解得h＝6.510－34Js. 答案：6.510－34　4.81014 11．圖示是研究光電管產(chǎn)生的電流的電路圖，A、K是光電管的兩個(gè)電極，已知該光電管陰極的極限頻率為ν0.現(xiàn)將頻率為ν(大于ν0)的光照射在陰極上，則： (1)________是陰極，陰極材料的逸出功等于________． (2)加在A、K間的正向電壓為U時(shí)，到達(dá)陽(yáng)極的光電子的最大動(dòng)能為_(kāi)_________________，將A、K間的正向電壓從零開(kāi)始逐漸增加，電流表的示數(shù)的變化情況是________________． (3)為了阻止光電子到達(dá)陽(yáng)極，在A、K間應(yīng)加上U反＝________的反向電壓． (4)下列方法一定能夠增加飽和光電流的是(　　) A．照射光頻率不變，增加光強(qiáng) B．照射光強(qiáng)度不變，增加光的頻率 C．增加A、K電極間的電壓 D．減小A、K電極間的電壓 解析：(1)被光照射的金屬將有光電子逸出，故K是陰極，逸出功與極限頻率的關(guān)系為W0＝hν0. (2)根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，逸出的光電子的最大初動(dòng)能為hν－h(huán)ν0，經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速獲得的能量為eU，所以到達(dá)陽(yáng)極的光電子的最大動(dòng)能為hν－h(huán)ν0＋eU，隨著電壓增加，單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極的光電子數(shù)量將逐漸增多，但當(dāng)從陰極逸出的所有光電子都到達(dá)陽(yáng)極時(shí)，再增大電壓，也不可能使單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)陽(yáng)極的光電子數(shù)量增多．所以，電流表的示數(shù)先是逐漸增大，直至保持不變． (3)從陰極逸出的光電子在到達(dá)陽(yáng)極的過(guò)程中將被減速，被電場(chǎng)消耗的動(dòng)能為eUc，如果hν－h(huán)ν0＝eUc，就將沒(méi)有光電子能夠到達(dá)陽(yáng)極，所以Uc＝. (4)要增加單位時(shí)間內(nèi)從陰極逸出的光電子的數(shù)量，就需要增加照射光單位時(shí)間內(nèi)入射光子的個(gè)數(shù)，所以只有A正確． 答案：(1)K　hν0　(2)hν－h(huán)ν0＋eU　逐漸增大，直至保持不變　(3)　(4)A 12．如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管．用波長(zhǎng)λ＝0.50 μm的綠光照射陰極K，實(shí)驗(yàn)測(cè)得流過(guò)○G表的電流I與AK之間的電勢(shì)差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h＝6.6310－34 Js.結(jié)合圖象，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大動(dòng)能； (2)該陰極材料的極限波長(zhǎng)． 解析：(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù) n＝＝(個(gè))＝4.01012(個(gè)) 光電子的最大初動(dòng)能為： Ekm＝eU0＝1.610－19C0.6 V＝9.610－20 J (2)設(shè)陰極材料的極限波長(zhǎng)為λ0，根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekm＝h－h(huán)，代入數(shù)據(jù)得λ0＝0.66 μm. 答案：(1)4.01012個(gè)　9.610－20 J (2)0.66 μm 第2節(jié)　原子和原子核 一、原子結(jié)構(gòu) 1．原子的核式結(jié)構(gòu) (1)1909～1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福進(jìn)行了α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型． (2)α粒子散射實(shí)驗(yàn) ①實(shí)驗(yàn)裝置：如下圖所示；②實(shí)驗(yàn)結(jié)果：α粒子穿過(guò)金箔后，絕大多數(shù)沿原方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)角度大于90，甚至被彈回． (3)核式結(jié)構(gòu)模型：原子中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)． 2．氫原子光譜 氫原子光譜線是最早被發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線，這些光譜線可用一個(gè)統(tǒng)一的公式表示： ＝Rn＝3,4,5，… 3．玻爾的原子模型 (1)玻爾理論 ①軌道假設(shè)：原子中的電子在庫(kù)侖引力的作用下，繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)，電子繞核運(yùn)動(dòng)的可能軌道是不連續(xù)的； ②定態(tài)假設(shè)：電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，原子處于不同的狀態(tài)．因而具有不同的能量，即原子的能量是不連續(xù)的．這些具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)稱為定態(tài)，在各個(gè)定態(tài)中，處于基態(tài)的原子是穩(wěn)定的，不向外輻射能量； ③躍遷假設(shè)：原子從一個(gè)能量狀態(tài)向另一個(gè)能量狀態(tài)躍遷時(shí)要放出或吸收一定頻率的光子，光子的能量等于這兩個(gè)狀態(tài)的能量差，即hν＝Em－En. (2)幾個(gè)概念 ①能級(jí)：在玻爾理論中，原子各個(gè)狀態(tài)的能量值； ②基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)； ③激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他能量較高的狀態(tài)； ④量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)． (3)氫原子的能級(jí)和軌道半徑 ①氫原子的半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)半徑，r1＝0.5310－10m； ②氫原子的能級(jí)公式：En＝E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，E1＝－13.6 eV. 二、原子核 1．原子核的組成 (1)原子核由質(zhì)子和中子組成，兩者統(tǒng)稱為核子． (2)原子核常用X表示，X為元素符號(hào)，上角標(biāo)A表示核的質(zhì)量數(shù)，下角標(biāo)Z表示核的電荷數(shù)(原子序數(shù))． (3)同位素是具有相同的質(zhì)子數(shù)而中子數(shù)不同的原子核，在元素周期表中處于同一位置． 2．天然放射現(xiàn)象 (1)天然放射現(xiàn)象：某些元素自發(fā)放射某些射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象，這些元素稱為放射性元素． (2)三種射線的本質(zhì)：α射線是氦核，β射線是電子，γ射線是光子． 3．原子核的衰變 (1)衰變：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉(zhuǎn)變成新核的變化．可分為α衰變、β衰變，并伴隨著γ射線放出． (2)半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時(shí)間． 4．放射性同位素的應(yīng)用 (1)利用射線：放射性同位素放出的射線應(yīng)用于工業(yè)、探傷、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等． (2)作示蹤原子． 5．核反應(yīng)、核力與核能 (1)核反應(yīng)規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒． (2)核力 ①概念：組成原子核的核子之間存在的作用力． ②核力特點(diǎn) a．核力是強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)，在它的作用范圍內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多． b．核力是短程力，作用范圍在1.510－15 m之內(nèi)． c．每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性． (3)質(zhì)量虧損 ①愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2. ②質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象． (4)結(jié)合能：克服核力束縛，使原子核分解為單個(gè)核子時(shí)需要的能量，或若干個(gè)核子在核力作用下結(jié)合成原子核時(shí)需要的能量． 6．核裂變和核聚變 (1)重核裂變 ①定義：使重核分裂成幾個(gè)質(zhì)量較小的原子核的核反應(yīng)． ②鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生裂變，一種典型的反應(yīng)是生成鋇和氪，同時(shí)放出三個(gè)中子，核反應(yīng)方程為：U＋n→Ba＋Kr＋3n. ③鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)． ④鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件：a.要有足夠濃度的U；b.鈾塊體積需大于臨界體積，或鈾塊質(zhì)量大于臨界質(zhì)量． (2)輕核聚變 ①定義：兩個(gè)輕核結(jié)合成較重的核，這樣的核反應(yīng)叫聚變． ②聚變發(fā)生的條件：使物體達(dá)到幾百萬(wàn)度的高溫． [自我診斷] 1．判斷正誤 (1)盧瑟福做α粒子散射實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)α粒子絕大多數(shù)穿過(guò)只有少數(shù)發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)．(√) (2)氫原子發(fā)射光譜是由一條一條亮線組成的．(√) (3)氫原子由能量為En的定態(tài)向低能級(jí)躍遷時(shí)，氫原子輻射的光子能量為hν＝En.() (4)氫原子吸收光子后，將從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷．() (5)發(fā)生β衰變時(shí)，新核的核電荷數(shù)不變．() (6)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒．(√) (7)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化．() 2．(多選)如圖所示為盧瑟福和他的助手做α粒子散射實(shí)驗(yàn)的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C三個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．相同時(shí)間內(nèi)放在A位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多 B．相同時(shí)間內(nèi)放在B位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最少 C．相同時(shí)間內(nèi)放在C位置時(shí)觀察到屏上的閃光次數(shù)最少 D．放在C位置時(shí)觀察不到屏上有閃光 解析：選AC.盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是絕大多數(shù)α粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大于90，甚至被彈回，A、C正確． 3．(多選)以下關(guān)于玻爾原子理論的說(shuō)法正確的是(　　) A．電子繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不是任意的 B．電子在繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，穩(wěn)定地產(chǎn)生電磁輻射 C．電子從量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為3的能級(jí)時(shí)要輻射光子 D．不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時(shí)，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收 解析：選AD.根據(jù)玻爾原子理論知，氫原子的軌道是不連續(xù)的，只有半徑大小符合一定條件，電子才能穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，A正確；電子在繞原子核做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，只有躍遷時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，B錯(cuò)誤．電子從量子數(shù)為2的能級(jí)躍遷到量子數(shù)為3的能級(jí)時(shí)要吸收光子，C錯(cuò)誤．由于氫原子發(fā)射的光子的能量：E＝En－Em＝E1－E1＝hν，不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時(shí)，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收，D正確． 4．(xx高考全國(guó)甲卷)在下列描述核過(guò)程的方程中，屬于α衰變的是________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號(hào)) A.C→N＋e B.P→S＋e C.U→Th＋He D.N＋He→O＋H E.U＋n→Xe＋Sr＋2n F.H＋H→He＋n 解析：α衰變是一種元素衰變成另一種元素過(guò)程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^(guò)程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過(guò)程，選項(xiàng)E是常見(jiàn)的一種裂變；聚變是兩個(gè)較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過(guò)程，選項(xiàng)F是典型的核聚變過(guò)程． 答案：C　AB　E　F 5．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：H＋H→He＋x，式中x是某種粒子．已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和 1.008 7 u；1 u＝931.5 MeV/c2，c是真空中的光速．由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是________，該反應(yīng)釋放出的能量為_(kāi)_______MeV(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得：x的電荷數(shù)為0，質(zhì)量數(shù)為(2＋3－4)＝1，可知x為中子．由愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝(2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u)c2＝0.018 9 u931.5 MeV＝17.6 MeV. 答案：(1)n(或中子)　17.6 考點(diǎn)一　氫原子能級(jí)及能級(jí)躍遷 1．對(duì)氫原子的能級(jí)圖的理解 (1)氫原子的能級(jí)圖(如下圖)． (2)氫原子能級(jí)圖的意義： ①能級(jí)圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)——定態(tài)． ②橫線左端的數(shù)字“1,2,3…”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“－13.6，－3.4…”表示氫原子的能級(jí)． ③相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級(jí)差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級(jí)差越?。? ④帶箭頭的豎線表示原子由較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷，原子躍遷條件為：hν＝Em－En. 2．關(guān)于能級(jí)躍遷的三點(diǎn)說(shuō)明 (1)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，也可以被處于基態(tài)的氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)處于基態(tài)的氫原子吸收的光子能量大于13.6 eV，氫原子電離后，電子具有一定的初動(dòng)能． (2)當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫(kù)侖引力做正功，原子的電勢(shì)能減小，電子動(dòng)能增大，原子能量減小，反之．軌道半徑增大時(shí)，原子電勢(shì)能增大、電子動(dòng)能減小，原子能量增大． (3)一群氫原子處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線條數(shù)：N＝C＝. [典例1]　(多選)如圖所示為氫原子能級(jí)圖．下列說(shuō)法正確的是(　　) A．一個(gè)處于n＝3能級(jí)的氫原子，可以吸收一個(gè)能量為0.7 eV的光子 B．一個(gè)處于n＝3能級(jí)的氫原子，可以吸收一個(gè)能量為2 eV的光子 C．大量處于n＝3能級(jí)的氫原子，躍遷到基態(tài)的過(guò)程中可以釋放出3種頻率的光子 D．氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中釋放的光子的能量不可能大于13.6 eV 解析　根據(jù)ΔE＝Em－En，可知0.7 eV不在ΔE范圍內(nèi)，A錯(cuò)誤．n＝3能級(jí)的氫原子，E3＝－1.51 eV，當(dāng)吸收能量為2 eV的光子時(shí)，出現(xiàn)電離現(xiàn)象，B正確．根據(jù)C＝3知，這些n＝3能級(jí)的氫原子可以輻射出三種不同頻率的光子，C正確．根據(jù)輻射的光子能量等于兩能級(jí)間的能級(jí)差，可知，從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的過(guò)程中釋放的光子的能量最大值小于13.6 eV，D正確． 答案　BCD 氫原子能級(jí)圖與原子躍遷問(wèn)題的解答技巧 (1)能級(jí)之間躍遷時(shí)放出的光子頻率是不連續(xù)的． (2)能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由hν＝Em－En求得．若求波長(zhǎng)可由公式c＝λν求得． (3)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n－1)． (4)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法．①用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解：N＝C＝. ②利用能級(jí)圖求解：在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫(huà)出，然后相加． 1．(多選)如圖為氫原子的能級(jí)示意圖，鋅的逸出功是3.34 eV，下列對(duì)氫原子在能級(jí)躍遷過(guò)程中發(fā)射或吸收光子的特征認(rèn)識(shí)正確的是(　　) A．用氫原子從高能級(jí)向基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射的光照射鋅板一定不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象 B．一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，能放出3種不同頻率的光 C．一群處于n＝3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí)，發(fā)出的光照射鋅板，鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為8.75 eV D．用能量為10.3 eV的光子照射，可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài) 解析：選BC.從高能級(jí)向基態(tài)躍遷最小能量值為10.2 eV＞3.34 eV一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)，A錯(cuò)；n＝3向基態(tài)躍遷時(shí)，輻射的光子頻率種類為C＝3種，B對(duì)；從n＝3躍遷到n＝1輻射光子的能量為ΔE＝E3－E1＝12.09 eV，照射鋅板最大初動(dòng)能Ek＝(12.09－3.34) eV＝8.75 eV，C對(duì)；10.3 eV的光子能量不滿足能級(jí)差公式，不會(huì)使基態(tài)的氫原子躍遷，D錯(cuò)． 2．(xx東北四校聯(lián)考)(多選)如圖所示，氫原子可在下列各能級(jí)間發(fā)生躍遷，設(shè)從n＝4到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ1，從n＝4到n＝2能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ2，從n＝2到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ3，則下列關(guān)系式中正確的是(　　) A．λ1＜λ3 B．λ3＜λ2 C．λ3＞λ2 D.＝＋ 解析：選AB.已知從n＝4到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ1，從n＝4到n＝2能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ2，從n＝2到n＝1能級(jí)輻射的電磁波的波長(zhǎng)為λ3，則λ1、λ2、λ3的關(guān)系為h＞h＞h，即＞，λ1＜λ3，＞，λ3＜λ2，又h＝h＋h，即＝＋，則＝－，即正確選項(xiàng)為A、B. 3．(xx湖北荊門(mén)模擬)(多選)氫原子核外電子發(fā)生了兩次躍遷，第一次從外層軌道躍遷到n＝3軌道；第二次核外電子再?gòu)膎＝3軌道躍遷到n＝2軌道，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．兩次躍遷原子的能量增加相等 B．第二次躍遷原子的能量減小量比第一次的大 C．兩次躍遷原子的電勢(shì)能減小量均大于電子的動(dòng)能增加量 D．兩次躍遷原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量 解析：選BC.氫原子核外電子從外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道這一過(guò)程中，原子的能量減小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的電勢(shì)能減小量大于電子的動(dòng)能增加量．又由氫原子能級(jí)圖知因躍遷到n＝3軌道放出的光子能量(或原子的能量減小量)最多為1.51 eV，而氫原子核外電子從n＝3軌道躍遷到n＝2軌道放出的光子的能量(或原子的能量減小量)為1.89 eV，B、C正確． 4．(1)(多選)用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測(cè)到了一定數(shù)目的光譜線，如圖．調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來(lái)增加了5條．用Δn表示兩次觀測(cè)中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示調(diào)高后電子的能量．根據(jù)圖所示的氫原子的能級(jí)圖可以判斷，Δn和E的可能值為(　　) A．Δn＝1,13.22 eV＜E＜13.32 eV B．Δn＝2,13.22 eV＜E＜13.32 eV C．Δn＝1,12.75 eV＜E＜13.06 eV D．Δn＝2,12.75 eV＜E＜13.06 eV (2)如圖所示為氫原子的能級(jí)圖．用光子能量為13.06 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，可能觀測(cè)到氫原子發(fā)射的不同波長(zhǎng)的光有________種，其中最短波長(zhǎng)為_(kāi)_______ m(已知普朗克常量h＝6.6310－34 Js)． 解析：(1)由原子在某一級(jí)級(jí)躍遷最多發(fā)射譜線數(shù)C可知C＝1，C＝3，C＝6，C＝10，C＝15. 由題意可知比原來(lái)增加5條光譜線，則調(diào)高電子能量前后，最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)分別可能為2和4,5和6……Δn＝2和Δn＝1. 當(dāng)Δn＝2時(shí)： 原子吸收了實(shí)物粒子(電子)的能量，則調(diào)高后電子的能量E≥E4－E1，E＜E5－E1 所以E≥[－0.85－(－13.60)]eV＝12.75 eV E＜[－0.54－(－13.60)]eV＝13.06 eV 所以12.75 eV≤E＜13.06 eV 故D正確． 同理當(dāng)Δn＝1時(shí)，使調(diào)高后電子的能量滿足 E6－E1≤E＜E7－E1 [－0.38－(－13.60)]eV≤E＜[－0.28－(－13.60)]eV 13．22 eV≤E＜13.32 eV 故A正確． (2)13.6 eV－13.06 eV＝0.54 eV，可見(jiàn)用光子能量為13.06 eV的光照射氫原子可使氫原子由基態(tài)躍遷到第5能級(jí)，氫原子由第5能級(jí)躍遷到低能級(jí)，能夠輻射的頻率種類為C＝10種，由ΔE＝hν＝h知，能級(jí)差最大對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)最短，最大能級(jí)差為13.06 eV，則λ＝＝ m＝9.510－8m. 答案：(1)AD　(2)10　9.510－8 考點(diǎn)二　原子核與原子核的衰變 1．衰變規(guī)律及實(shí)質(zhì) (1)兩種衰變的比較 衰變類型 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y＋He X→Y＋e 衰變實(shí)質(zhì) 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 2H＋2n→He n→H＋e 衰變規(guī)律 質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒 (2)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時(shí)產(chǎn)生的．其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生α衰變或β衰變的過(guò)程中，產(chǎn)生的新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子． 2．原子核的人工轉(zhuǎn)變 用高能粒子轟擊靶核，產(chǎn)生另一種新核的反應(yīng)過(guò)程． (1)盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為：N＋He→O＋H. (2)查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為： Be＋He→C＋n. (3)居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為：Al＋He→P＋n. P→Si＋e. 3．確定衰變次數(shù)的方法 因?yàn)棣滤プ儗?duì)質(zhì)量數(shù)無(wú)影響，先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)． 4．半衰期 (1)公式：N余＝N原，m余＝m原 (2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無(wú)關(guān)． [典例2]　(xx河南三門(mén)峽四校聯(lián)考)(1)原子核U經(jīng)放射性衰變①變?yōu)樵雍薚h，繼而經(jīng)放射性衰變②變?yōu)樵雍薖a，再經(jīng)放射性衰變③變?yōu)樵雍薝.放射性衰變①、②和③依次為(　　) A．α衰變、β衰變和β衰變　 B．β衰變、α衰變和β衰變 C．β衰變、β衰變和α衰變 D．α衰變、β衰變和α衰變 (2)法國(guó)科學(xué)家貝可勒爾(H.A.Becquerel)在1896年發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象．如圖反映的是放射性元素鈾核衰變的特性曲線．由圖可知，鈾的半衰期為_(kāi)_______年；請(qǐng)?jiān)谙率降睦ㄌ?hào)中，填入鈾在衰變過(guò)程中原子核放出的粒子的符號(hào)． U→Th＋(　　) 解析　(1)衰變過(guò)程中電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒，由題意可得衰變方程分別為： U→Th＋He，Th→Pa＋e，Pa→U＋e，所以A對(duì)． (2)根據(jù)半衰期的定義，由題圖坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)可知，鈾的半衰期為1620年；由核反應(yīng)所遵循的電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，衰變過(guò)程中放出的粒子的電荷數(shù)為Z＝92－90＝2，質(zhì)量數(shù)為A＝238－234＝4，符號(hào)為He. 答案　(1)A　(2)1620　He 1．(多選)放射性元素在衰變過(guò)程中，有些放出α射線，有些放出β射線，有些在放出α射線或β射線的同時(shí)，還以射線的形式釋放能量．例如Th核的衰變過(guò)程可表示為T(mén)h→Pa＋e＋γ，關(guān)于此衰變，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.Th核的質(zhì)量等于Pa核的質(zhì)量 B.Th核的質(zhì)量大于Pa核的質(zhì)量 C．一個(gè)Th核衰變成一個(gè)Pa核后，中子數(shù)減少了1 D．γ射線是由Th原子的外層電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)釋放出的 解析：選BC.衰變前后有質(zhì)量虧損，因?yàn)橛心芰酷尫?，Th核的質(zhì)量大于Pa核的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤，B正確．一個(gè)Th核有234－90＝144個(gè)中子，一個(gè)Pa核有234－91＝143個(gè)中子，中子數(shù)減少了1，故C正確．放射性物質(zhì)衰變時(shí)放出來(lái)的γ光子，來(lái)自原子核，D錯(cuò)誤． 2．(xx湖北鄂州三模)(多選)靜止的鐳原子核Ra經(jīng)一次α衰變后變成一個(gè)新核Rn，則下列相關(guān)說(shuō)法正確的是(　　) A．該衰變方程為Ra→Rn＋He B．若該元素的半衰期為τ，則經(jīng)過(guò)2τ的時(shí)間，2 kg的Ra中有1.5 kg已經(jīng)發(fā)生了衰變 C．隨著該元素樣品的不斷衰變，剩下末衰變的原子核Ra越來(lái)越少，其半衰期也變短 D．若把該元素放到密閉的容器中，則可以減慢它的衰變速度 解析：選AB.由鐳的α衰變方程Ra→Rn＋He，可判斷A正確．由m＝m0，可知，t＝2τ時(shí)，m＝0.5 kg，則已衰變的鐳為m衰＝2 kg－0.5 kg＝1.5 kg，B正確．放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件沒(méi)有關(guān)系，C、D錯(cuò)誤． 3．(1)(多選)Th(釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變，變成Pb(鉛)．以下說(shuō)法正確的是(　　) A．鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子 B．鉛核比釷核少16個(gè)中子 C．共經(jīng)過(guò)4次α衰變和6次β衰變 D．共經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變 (2)約里奧—居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素P衰變成Si的同時(shí)放出另一種粒子，這種粒子是________． P是P的同位素，被廣泛應(yīng)用于生物示蹤技術(shù)，1 mg的P隨時(shí)間衰變的關(guān)系如圖所示，請(qǐng)估算4 mg的P經(jīng)多少天的衰變后還剩0.25 mg? 解析：(1)設(shè)α衰變次數(shù)為x，β衰變次數(shù)為y，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得232＝208＋4x,90＝82＋2x－y，解得x＝6，y＝4，C錯(cuò)、D對(duì)．鉛核、釷核的質(zhì)子數(shù)分別為82、90，故A對(duì)．鉛核、釷核的中子數(shù)分別為126、142，故B對(duì)． (2)寫(xiě)出衰變方程為P―→Si＋e，故這種粒子為e(正電子) 由m－t圖知P的半衰期為14天，由m余＝m原()得0.25 mg＝4 mg()，故t＝56天． 答案：(1)ABD　(2)正電子　56天 考點(diǎn)三　核反應(yīng)類型、核能 1．核反應(yīng)類型 (1)核反應(yīng)的四種類型：衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變． (2)核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號(hào)連接． (3)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來(lái)寫(xiě)核反應(yīng)方程． (4)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化． (5)核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒． 2．計(jì)算核能的幾種方法 (1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)Δm的單位是“kg”，c