光電效應(yīng)、原子、原子核教案(含答案)

1、光電效應(yīng)、原子、原子核光電效應(yīng)、原子、原子核知識要點(diǎn)1. 波粒二象性光的粒子性光子說 E=hv h=6.63×1034焦·秒，稱普朗克恒量。光電效應(yīng) 極限頻率愛因斯坦光電效應(yīng)方程 mv2 = hvW 其中W為逸出功，mv2為光電子最大初動(dòng)能。2原子結(jié)構(gòu) 電子的發(fā)現(xiàn)粒子散射實(shí)驗(yàn) 氫原子光譜氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式3. 原子核 原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期放射性同位素核力、核反應(yīng)方程結(jié)合能、質(zhì)量虧損裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆射線的危害和防護(hù)建議用時(shí)20分鐘！題型一： 光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律，極限頻率、逸出功的概念。例1.對光電效應(yīng)的解釋，正確的是A金屬內(nèi)的每個(gè)電

2、子可以吸收一個(gè)或一個(gè)以上的光子，當(dāng)它積累的動(dòng)能足夠大時(shí)，就能逸出金屬B如果入射光子的能量小于金屬表面的電子克服原子核的引力逸出時(shí)需要做的最小功，光電效應(yīng)便不能發(fā)生了C發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，入射光越強(qiáng)，光子的能量就越大，光電子的最大初動(dòng)能就越大D由于不同金屬的逸出功是不相同的，因此使不同金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的最低頻率也不相同Tips：光照射金屬時(shí)，電子吸收一個(gè)的光子的能量后，動(dòng)能立即增大，如滿足光子的能量大于或等于該金屬的逸出功即可發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不需要能量積累。光電子的能量與最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān),由入射光的頻率決定，可由愛因斯坦光電效應(yīng)方程計(jì)算。Key：B D小試牛刀：下列哪些說法是正

3、確的是A光子說完全否定了波動(dòng)說B光的波粒二象性是指光與宏觀概念中的波與粒子很相似C光的波動(dòng)說和光子說都有其正確性，但又都是不完善的，都有不能解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象D光的波粒二象性才是對光的本性的正確認(rèn)識Key： C D 題型二：用波爾理論解答氫原子能級躍遷例2按照玻爾理論，一個(gè)氫原子中的電子從半徑為ra的圓周軌道上自發(fā)地直接躍遷到一個(gè)半徑為rb的圓周軌道上，rarb，在此過程中A原子要發(fā)出一系列頻率的光子B原子要吸收一系列頻率的光子C原子要發(fā)出某一頻率的光子D原子要吸收某一頻率的光子 Tips： 由波爾理論氫原子從高能級躍遷到低能級時(shí)會(huì)輻射出一定頻率的光子。 Key：選C小試牛刀： 處于基態(tài)的氫原子被

4、一束單色光照射后，能輻射出三種頻率分別為 1、 2、 3的光子，且 1 2 3，則射光的頻率可能為A 1 B 2+ 3 C 2 D 3Key：選AB題型三： 原子的核式結(jié)構(gòu)、粒子散射實(shí)驗(yàn)例3關(guān)于粒子散射實(shí)驗(yàn)的下述說法中正確的是 （ ）A在實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是絕大多數(shù)粒子穿過金箔后，仍沿原來方向前進(jìn)，少數(shù)發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至被彈回接近180°；B使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)的力是來自帶正電的核及核外電子，當(dāng)粒子接近核時(shí)是核的推斥力使粒子發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，當(dāng)粒子接近電子時(shí)，是電子的吸引力使之發(fā)生明 顯偏轉(zhuǎn)；C實(shí)驗(yàn)表明原子中心有一個(gè)極小的核，它占有原子體積的極小部分；

5、 D實(shí)驗(yàn)表明原子中心的核帶有原子的全部正電及全部質(zhì)量。Tips：應(yīng)了解粒子散射實(shí)驗(yàn)的表現(xiàn)與機(jī)理：少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)甚至反彈，絕大多數(shù)粒子穿過原子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。粒子距金原子核越近因庫侖斥力越大，偏轉(zhuǎn)角度就越大，且原子核與原子相比非常小。Key：選 A C小試牛刀：盧瑟福對粒子散射實(shí)驗(yàn)的解釋是 （ ）A使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的主要力是原子中電子對粒子的作用力。B使粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的力主要是庫侖力。C原子核很小，粒子接近它的機(jī)會(huì)很少，所以絕大多數(shù)的粒子仍沿原來的方向前進(jìn)。 D能產(chǎn)生大角度偏轉(zhuǎn)的粒子是穿過原子時(shí)離原子核近的粒子。Tips：分析方法與例3相同。Key：BCD題型四：天然放射現(xiàn)象規(guī)律及原子結(jié)構(gòu)例4.

6、天然放射現(xiàn)象顯示出 （ ）A原子不是單一的基本粒子 B原子核不是單一的基本粒子C原子內(nèi)部大部分是空的 D原子有一定的能級Tips：天然放射現(xiàn)象是原子核自發(fā)的物理現(xiàn)象，該現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)證明了原子核還有更小的粒子結(jié)構(gòu)。Key：B 小試牛刀：關(guān)于射線的說法中，錯(cuò)誤的是 （ ）A射線是處于激發(fā)狀態(tài)的原子核放射的B射線是從原子內(nèi)層電子放射出來的C射線是一種不帶電的中子流 D射線是一種不帶電的光子流Tips：應(yīng)熟知 、三種射線各自的性質(zhì)。Key： BC題型五： 原子核放射性衰變的規(guī)律例五下列關(guān)于放射性元素衰變的描述，哪些是錯(cuò)誤的 （ ）A原子核放出電子后，它的質(zhì)量數(shù)不變而電荷數(shù)卻減少1。B核衰變時(shí)放出的射線都

7、是由帶電粒子所組成的C半衰期表示放射性元素衰變的快慢，它和外界的溫度、壓強(qiáng)無關(guān)。D衰變不改變元素在周期表上的位置Tips：根據(jù)原子核的衰變規(guī)律原子核輻射出射線即電子流后質(zhì)子數(shù)即正電荷數(shù)增加1，而不是減少1，天然放射性衰變輻射出的三種射線中的射線為不帶電的光子流。Key： AB小試牛刀：衰變中所放出的電子，來自 （ ）A原子核外內(nèi)層電子 B原子核內(nèi)所含電子C原子核內(nèi)中子衰變?yōu)橘|(zhì)子放出的電子 D原子核內(nèi)質(zhì)子衰變?yōu)橹凶臃懦龅碾娮覶ips： 根據(jù)原子核的衰變規(guī)律,原子核輻射出射線即電子流是原子核中的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子時(shí)所輻射出的電子流。Key：C題型六： 放射性同位素、放射性物質(zhì)的半衰期，核裂變與核聚變的

8、質(zhì)量虧損。例六下列說法錯(cuò)誤的是()A.半衰期表示放射性元素衰變的快慢，半衰期越長，衰變越慢B.同位素的核外電子數(shù)相同，因而具有相同的化學(xué)性質(zhì)C.陰極射線和射線都是電子流，它們的產(chǎn)生機(jī)理是一樣的D.重核裂變過程中一定伴隨著質(zhì)量虧損 Tips：衰變是原子核中的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子輻射出一個(gè)電子的核衰變，陰極射線是金屬導(dǎo)體的原子的最外層電子在熱激發(fā)與電場作用下形成的電子射線流。Key： BC小試牛刀：目前，核反應(yīng)產(chǎn)生的核能主要來源于U的裂變，則下列說法中正確的是       A U原子核中有92個(gè)質(zhì)子、143個(gè)核子 B U的一種可能的裂

9、變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，核反應(yīng)方程為，說明U是由Ba和Kr組成的C U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短D若一個(gè)鈾核在裂變前后的質(zhì)量虧損為，則其釋放的核能為 Tips：“U”中的“92”為鈾235原子核的質(zhì)子數(shù)或核電荷數(shù)，“235”為 鈾235原子核的質(zhì)量數(shù)即中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的總和。鈾235核在中子的轟擊下裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，本質(zhì)上是重核不穩(wěn)定在中子轟擊下發(fā)生了裂變，并非是 “U是由Ba和Kr組成的”。 放射性衰變的半衰期與溫度、壓強(qiáng)等物理?xiàng)l件無關(guān)。 Key：選D題型七： 核裂變與核聚變反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒例七原子核聚變可以給人類未來提供豐富的潔凈

10、能源.當(dāng)氘等離子體被加熱到適當(dāng)高溫時(shí)，氘核參與的幾種聚變反應(yīng)可能發(fā)生，放出能量.這幾種反應(yīng)的總效果可以表示， 由平衡條件可知（ ）A. K=1，d=4 B.K=2，d=2 C.K=1，d=6 D.K=2，d=3Tips： 根據(jù)核聚變規(guī)律，由電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒分析計(jì)算。Key：B小試牛刀：前段時(shí)間，伊朗及朝鮮的“核危機(jī)”引起了全球的矚目，其焦點(diǎn)問題就是雙方核電站采用輕水堆還是重水堆，重水堆核電站在發(fā)電的同時(shí)還可以生產(chǎn)出可供研制核武器的钚239（Pu），這種钚239（Pu）可由鈾239（U）經(jīng)過n次衰變而產(chǎn)生，則n為 A2 B239 C3 D1Key ： B題型八：核裂變、核聚變、核能的利用及核輻

11、射防護(hù)例八2011年3月11日，日本大地震引發(fā)了福島核電站核泄漏事故，下列關(guān)于核電站的說法正確的是（ ）A核電站利用核聚變反應(yīng)時(shí)釋放的能量進(jìn)行發(fā)電B核電站利用海洋的潮汐能發(fā)電C核能是可再生能源D核泄漏釋放的放射性物質(zhì)發(fā)出的射線對人體是有危害的 Tips： 核電站是利用核裂變可控的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)時(shí)釋放的能量進(jìn)行發(fā)電。核能不是可再生能源。Key：D.小試牛刀：不擴(kuò)散核武器條約締約國第八次審議大會(huì)在紐約聯(lián)合國總部召開，消除核武器與和平利用核能成為參會(huì)國討論的焦點(diǎn)。關(guān)于原子彈與核電站的敘述正確的是A原子彈對聚變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站控制裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率B原子彈對聚變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站控制聚

12、變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率C原子彈對裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站不控制裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率D原子彈對裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)不加控制，核電站控制聚變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率 Key： A建議用時(shí)5分鐘！1. 光電效應(yīng) 1)“光子”與“光電子” 光子是指光在空間傳播時(shí)的每一份能量(即能量是不連續(xù)的)，光子不帶電，是微觀領(lǐng)域中的一種粒子；而光電子是金屬表面受到光照時(shí)發(fā)射出來的電子，因此其本質(zhì)就是電子。 2)“光子的能量”與“入射光的強(qiáng)度” 光子的能量是一份一份的，每一份的能量為=h，其大小由光的頻率決定；而入射光的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)入射光中包含光子數(shù)的多少，入射光的強(qiáng)度可表示為I=nh，其中n為單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)。 3)“光電

13、子的最大初動(dòng)能”與“光電子的動(dòng)能” 光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的能量，只需克服原子核的引力做功就能從金屬表面逸出，那么這些光電子具有最大初動(dòng)能，其值為Ek=h-W0(式中W0為金屬的逸出功)。而不從金屬表面發(fā)射的光電子，在逸出的過程中損失的能量會(huì)更多，所以此時(shí)光電子的動(dòng)能Ek<Ek。由于光子的能量是一份一份的，那么金屬中的電子也只能一份一份地吸收光子的能量，而且這個(gè)傳遞能量的過程只能是一個(gè)光子對一個(gè)電子的行為。如果光的頻率低于極限頻率，則光子提供給電子的能量不足以克服原子的束縛，就不能發(fā)生光電效應(yīng)。 4)而當(dāng)光的頻率高于極限頻率時(shí)，能量傳遞給電子以后，電子擺脫束縛要消耗一部分能量，

14、剩余的能量以光電子的動(dòng)能形式存在，這樣光電子的最大初動(dòng)能Ek=1/2mvm2=h-W0，其中W0為金屬的逸出功，可見光的頻率越高，電子的初動(dòng)能越大。 5).電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，所以光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的。 6)發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)與光強(qiáng)度成正比，光強(qiáng)度越大意味著單位時(shí)間內(nèi)打在金屬上的光子數(shù)越多，那么逸出的光電子數(shù)目也就越多，飽和光電流也就越大。2.波爾的氫原子理論1)氫原子能級對氫原子而言，核外的一個(gè)電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，若半徑不同，則對應(yīng)著的原子能量也不同，若使原子電離，外界必須對原子做功，使電子擺脫它與原子核之間的庫侖力的束縛，所以原子電離

15、后的能量比原子其他狀態(tài)的能量都高。我們把原子電離后的能量記為零，即選取電子離核無窮遠(yuǎn)處時(shí)氫原子的能量為零，則其他狀態(tài)下的能量值就是負(fù)的。 原子各能級的關(guān)系為：En= (n=1,2,3,) E=-13.6eV 對于氫原子而言，基態(tài)能量：E1= -13.6 eV。 其他各激發(fā)態(tài)的能量為: E2=-3.4 eV，E3=-1.51 eV 2)能級圖氫原子的能級圖如右圖所示。 3）原子從低能級向高能級躍遷：吸收一定能量的光子，當(dāng)一個(gè)光子的能量滿足h=E末-E初時(shí)，才能被某一個(gè)原子吸收，使原子從低能級E初向高能級E末躍遷，而當(dāng)光子能量h大于或小于E末 -E初時(shí)都不能被原子吸收。4)原子從高能級向低能級躍遷

16、，以光子的形式向外輻射能量，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時(shí)的兩能級間的能量差。5)當(dāng)光子能量大于或等于13.6 eV時(shí)，也可以被氫原子吸收，使氫原子電離；當(dāng)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。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)為N=n(n-1)/2 。6)原子還可吸收外來實(shí)物粒子(例如自由電子)的能量而被激發(fā)，由于實(shí)物粒子的動(dòng)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兩能級的差值(E=Em-En且m>n)，均可使原子發(fā)生能級躍遷。7)躍遷時(shí)電子動(dòng)能、原子勢能與原子能量的變化當(dāng)軌道半徑減小時(shí)，庫侖引力做正功

17、，原子的電勢能Ep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)，原子電勢能增大，電子動(dòng)能減小，原子能量增大。原子在各能級間躍遷時(shí)，所吸收的光子的能量只能等于兩能級間的能級差。原子電離時(shí)所吸收的光子的能量可以大于或等于某一能級的能量絕對值，即EE -En。3.原子核1）衰變和衰變的比較衰變類型 衰變 衰變 2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氦核射出衰變方程 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒 2）衰變：衰變是伴隨著衰變或衰變同時(shí)發(fā)生的，衰變不改變原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變過程中，產(chǎn)生的新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。 (

18、1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接。 (2)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)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程。 (3)核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；遵循電荷數(shù)守恒。4)半衰期 用N0、m0分別表示衰變前的原子核數(shù)目和質(zhì)量，N、m分別表示衰變后剩余的原子核的數(shù)目和質(zhì)量，為半衰期，t表示衰變過程所經(jīng)歷的時(shí)間，則 4.核力與結(jié)合能1）核力的特點(diǎn)：核力是強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)。在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫倫力大得多；核力是短程力，作用范圍在1.5×1015m以內(nèi)。距離大于0.8×1015m時(shí)，

19、核力表現(xiàn)為吸引，且隨距離增大而減小；距離超過1.5×1015m時(shí)，核力急劇下降幾乎消失；距離小于0.8×1015m時(shí)，核力表現(xiàn)為排斥，因此核子不會(huì)融合在一起。每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。2）結(jié)合能 平均結(jié)合能結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時(shí)會(huì)放出一定的能量，把這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能。平均結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比為該原子的平均結(jié)合能。3）質(zhì)量虧損：愛因斯坦質(zhì)能方程：Emc²質(zhì)量虧損：Emc² 建議用時(shí)10分鐘?。?0分鐘小測試，滿分80分，每空10分）1.用頻率為6.00×1014Hz的光照射鈉片，恰可使

20、鈉發(fā)生光電效應(yīng)，現(xiàn)改用頻率為8.00×1014Hz的紫外線照射，飛出的光電子的最大初動(dòng)能應(yīng)該為多少？Key：1.33×10-19J2. 2.下列能揭示原子具有核式結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)是（   ）  A光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)       B倫琴射線的發(fā)現(xiàn) C粒子散射         D氫原子光譜的發(fā)現(xiàn)Key：選C。 3. 盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，這一模型建立的基礎(chǔ)是A. 粒子的散射實(shí)驗(yàn)  &

21、#160;              B.對陰極射線的研究C. 天然放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)                D.質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)Key：選 A4關(guān)于天然放射現(xiàn)象，下列說法正確的是 A放射性元素的原子核內(nèi)的核子有半數(shù)發(fā)生變化所需的時(shí)間就是半衰期 B放射性物質(zhì)放出的射線中，粒子動(dòng)能很大因此貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)很強(qiáng) C當(dāng)放射性元素的原子的核外電子具有較高能量時(shí)，將發(fā)生哀變 D放射性的原子核發(fā)生衰變后產(chǎn)生的新核從高能級向低能級躍遷時(shí)，輻射出射線Key： 選 D5.天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知 A來自于原子核外的電子B的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波C的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波D的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子Key 選D6. 關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是：