近代物理初步1614波粒二象性 原子結構和原子核課件

第14講

波粒二象性原子結構和原子核第14講1【主干體系】【主干體系】2【核心必備】(1)光電效應的實驗規(guī)律。①存在著_____光電流。②存在著遏止電壓和_____頻率。③光電效應具有_______。飽和截止瞬時性【核心必備】飽和截止瞬時性3(2)愛因斯坦的光電效應方程。①表示式:____=Ek+W0或Ek=____-W0。②物理意義:金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν,這些能量一部分用于克服金屬的________,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek。hνhν逸出功W0(2)愛因斯坦的光電效應方程。hνhν逸出功W04(3)能級躍遷。①輻射條件:hν=_____。②輻射光譜線條數(shù):一群處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子,可輻射出的光譜條數(shù)N=____。Em-En(3)能級躍遷。Em-En5(4)結合能和質(zhì)量虧損。①結合能:原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開也需要_____,這就是原子核的結合能。能量(4)結合能和質(zhì)量虧損。能量6②質(zhì)量虧損。a.愛因斯坦質(zhì)能方程:_____。b.質(zhì)量虧損:原子核的質(zhì)量_____組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。c.核子在結合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm,與它們在互相結合過程中放出的能量ΔE的關系是_________。E=mc2小于ΔE=Δmc2②質(zhì)量虧損。E=mc2小于ΔE=Δmc27(5)需要掌握的物理思想和方法:觀察法、實驗法、假說法、理想化模型法、歸納法、類比法、分類法。(5)需要掌握的物理思想和方法:8近代物理初步1614波粒二象性原子結構和原子核課件9考點一光電效應與氫原子能級躍遷【典例1】(2017·青島二模)如圖所示是氫原子的能級圖,現(xiàn)有大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷,所輻射的光子中,只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應。以下判斷正確的是世紀金榜導學號49294067()考點一光電效應與氫原子能級躍遷10近代物理初步1614波粒二象性原子結構和原子核課件11A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n=3躍遷到n=2時輻射的光子B.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n=2躍遷到基態(tài)時輻射的光子C.若氫原子從激發(fā)態(tài)n=4躍遷到基態(tài),輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn)生光電效應D.若氫原子從激發(fā)態(tài)n=4躍遷到n=3,輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn)生光電效應A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n=3躍遷到n=2時輻射的光子12【思維養(yǎng)成】1.信息提取:大量氫原子處于n=3激發(fā)態(tài),向低能級躍遷,輻射的光子只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應?！舅季S養(yǎng)成】132.思考探究:(1)原子躍遷的條件是什么?提示:原子發(fā)生躍遷時,吸收或輻射的光子能量等于初、末兩個能級的能量差。(2)發(fā)生光電效應的條件是什么?提示:吸收光子的頻率大于等于極限頻率。2.思考探究:14【解析】選C。大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷,所輻射的光子中,只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應,可知頻率最大的光子,即從n=3躍遷到n=1輻射的光子能使金屬發(fā)生光電效應,故A、B錯誤;因為n=4躍遷到n=1輻射的光子能量大于n=3躍遷到n=1輻射的【解析】選C。大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷,所輻15光子能量,所以一定能使金屬發(fā)生光電效應,故C正確;n=4躍遷到n=3輻射的光子能量小于n=3躍遷到n=2輻射的光子能量,所以該光子一定不能使金屬發(fā)生光電效應,故D錯誤。光子能量,所以一定能使金屬發(fā)生光電效應,故C正確;n=4躍遷16【題組過關】1.(多選)(2017·全國卷Ⅲ)在光電效應實驗中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()【題組過關】17A.若νa>νb,則一定有Ua<UbB.若νa>νb,則一定有Eka>EkbC.若Ua<Ub,則一定有Eka<EkbD.若νa>νb,則一定有hνa-Eka>hνb-EkbA.若νa>νb,則一定有Ua<Ub18【解析】選B、C。由愛因斯坦光電效應方程hν=Ekm+W0,由動能定理可得Ekm=eU,故當νa>νb時,Ua>Ub,Eka>Ekb,故A錯誤,B正確;若Ua<Ub,則一定有Eka<Ekb,故C正確;由光電效應方程可得:金屬的逸出功W0=hνa-Eka=hνb-Ekb,故D錯誤?！窘馕觥窟xB、C。由愛因斯坦光電效應方程hν=Ekm+W0,192.(新題預測)(多選)如圖是分別對兩種金屬甲和乙用不同頻率的光照射發(fā)生光電效應時,光電子的最大初動能與入射光頻率間的函數(shù)圖象,下列判斷正確的是()2.(新題預測)(多選)如圖是分別對兩種金屬甲和乙20A.甲與乙不一定平行B.乙金屬的極限頻率大C.圖象縱軸截距由入射光強度決定D.甲與乙的斜率是固定值,與入射光和金屬材料皆無關系A.甲與乙不一定平行21【解析】選B、D。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0=hν-hν0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,因此甲與乙一定平行,且兩斜率是固定值,與入射光和金屬材料皆無關系,故A錯誤,D正確;橫軸截距表示最大初動能為零時的入射光頻率,此時的頻率等于金屬的極限頻率,由圖可知乙金屬的極限【解析】選B、D。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0=hν-22頻率大,故B正確;縱截距對應ν=0的時候,此時縱截距就是逸出功的相反數(shù),根據(jù)W0=hν0可求出,與入射光強度無關,故C錯誤。頻率大,故B正確;縱截距對應ν=0的時候,此時縱截距就是逸出23【名師點睛】氫原子能級躍遷和光電效應問題的解題技巧(1)氫原子能級躍遷問題的解題技巧:①每個氫原子每次躍遷能吸收或輻射一個特定頻率的光子。比如吸收能量時,如果光子的能量足夠大,則吸收后一定發(fā)生電離;如果光子能量恰好滿足量子化的條件,則剛好全部被吸收;如果光子能量吸收后不足以產(chǎn)生躍遷或電離,則這種光子不會被吸收。【名師點睛】氫原子能級躍遷和光電效應問題的解題技巧24②一群原子和一個原子在處理問題的時候是有區(qū)別的,氫原子核外只有一個電子,這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上,在某段時間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個軌道時,可能的情況只有一種,但是如果有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)了。②一群原子和一個原子在處理問題的時候是有區(qū)別的,氫原子核外只25③計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時,要注意能級的能量值均為負值,且單位應為“電子伏”,計算時需要換算成“焦”。③計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時,要注意能級26(2)研究光電效應的兩條線索:由以上可知兩條線索:一是光的頻率線,二是光的強度線。(2)研究光電效應的兩條線索:由以上可知兩條線索:一是光的頻27【加固訓練】1.(2017·唐山一模)下表給出了一些金屬材料的逸出功。材料銫鈣鎂鈹鈦逸出(功/×10-19J)3.04.35.96.26.6【加固訓練】材料銫鈣鎂鈹鈦逸出(功/×10-19J)3.0428現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料,能產(chǎn)生光電效應的材料最多有幾種?(普朗克常量h=6.6×10-34J·s,光速c=3.0×108m/s)()A.2種B.3種C.4種D.5種現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料,能產(chǎn)生光29【解析】選A。光子能量E==4.95×10-19J,故銫和鈣能發(fā)生光電效應。故B、C、D錯誤,A正確。【解析】選A。光子能量E==4.95×10-19J,故302.(多選)如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍遷,并發(fā)射光子照射一個鈉光電管,其逸出功為2.29eV,以下說法正確的是()2.(多選)如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍遷,31A.氫原子只能發(fā)出6種不同頻率的光子B.能夠讓鈉光電管發(fā)生光電效應現(xiàn)象的有4種光子C.為了增加鈉光電管的光電流強度,可增加入射光的頻率D.鈉光電管發(fā)出的光電子最多能夠讓氫原子從n=1的能級躍遷到n=2的能級A.氫原子只能發(fā)出6種不同頻率的光子32【解析】選A、B、D。大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍遷,能釋放出=6種頻率的光子,所以A選項是正確的。從n=4到n=2,從n=4到n=1,從n=3到n=1,從n=2到n=1的光子能使鈉發(fā)生光電效應,所以B選項是正確的。光電流強度與入射光的強度及正向電壓等因素【解析】選A、B、D。大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍33有關,所以增加入射光的頻率不一定使光電流強度增加,C選項是錯誤的。鈉金屬發(fā)生光電效應的光電子的最大初動能Ek=(E4-E1)-W0=10.46eV,而ΔE=E2-E1=10.2eV,由于Ek>ΔE,所以D選項是正確的。有關,所以增加入射光的頻率不一定使光電流強度增加,C選項是錯34考點二核反應方程與核能【典例2】(2017·榆林模擬)一個質(zhì)子和一個中子聚變結合成一個氘核,同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是世紀金榜導學號49294068()考點二核反應方程與核能35A.核反應方程是B.聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3C.輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.γ光子的波長λ=A.核反應方程是36【解題流程】第一步:審題干→提取關鍵信息(1)“一個質(zhì)子和一個中子聚變結合成一個氘核”發(fā)生核反應。(2)“同時輻射一個γ光子”核反應發(fā)生過程中有質(zhì)量虧損?！窘忸}流程】37第二步:破疑難→尋找規(guī)律方法(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒寫出核反應方程。(2)先求核反應過程的質(zhì)量虧損,再根據(jù)質(zhì)能方程求釋放的核能。第二步:破疑難→尋找規(guī)律方法38【解析】選B。據(jù)核反應質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得,可知選項A錯誤;聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,選項B正確;輻射出的γ光子的能量E=Δmc2,選項C錯誤;據(jù)Δmc2=可知γ光子的波長λ=,選項D錯誤。【解析】選B。據(jù)核反應質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得39【遷移訓練】【遷移訓練】40遷移1:考查核裂變與核聚變(多選)2017年7月13日是我國秦山核電站一期工程正式通過國家工程驗收22周年?，F(xiàn)秦山核電站第三期工程已并網(wǎng)發(fā)電,已知第三期工程中有兩個60萬千瓦的發(fā)電機組,發(fā)電站的核能來源于的裂變?，F(xiàn)有4種說法,以下說法中完全正確的是()遷移1:考查核裂變與核聚變41A.原子核中有92個質(zhì)子,有143個中子B的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核,反應方程式為C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.一個裂變能放出200MeV的能量,合3.2×10-11JA.原子核中有92個質(zhì)子,有143個中子42【解析】選A、B、D。由的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關系易知A正確;由核反應方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確;半衰期不受外界因素干擾,故C錯誤;通過計算知D正確,故本題選A、B、D?！窘馕觥窟xA、B、D。由的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關系易知A正43遷移2:考查核裂變中的質(zhì)量虧損一個原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應,其裂變方程為,則下列說法正確的是()遷移2:考查核裂變中的質(zhì)量虧損44A.X的原子核中含有86個中子B.X的原子核中含有141個核子C.因為裂變釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因為裂變釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少A.X的原子核中含有86個中子45【解析】選A。設X的原子核中含有x個質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)為y,根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒有:92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,所以X的中子數(shù)為:y-x=86,故A正確;由A分析可知X的質(zhì)量數(shù)為140,即核子數(shù)為140,故B錯誤;因為裂變釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量減少,但質(zhì)量數(shù)不變,故C、D錯誤?！窘馕觥窟xA。設X的原子核中含有x個質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)46遷移3:考查結合能(多選)下列說法正確的是()A.鈾核裂變的核反應是B.原子從低能級向高能級躍遷,不一定通過吸收光子來實現(xiàn)遷移3:考查結合能47C.根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知光的波長越大,光子的能量越小D.氕和氚結合成氦原子核時,其質(zhì)量虧損所對應的能量等于該氦原子核的結合能C.根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知光的波長越大,光子的能量越小48【解析】選B、C。鈾核裂變的核反應是用一個中子轟擊鈾核得到三個中子,但是方程式中中子不能約去,故A錯誤;從低能級向高能級躍遷時,可能通過粒子的碰撞獲得能量來實現(xiàn),故B正確;根據(jù)E=hν=,可知,光的波長越大,光子的能量越小,故C正確;氚核本身有一定的結合能,所以氕和氚結合成氦原子核時,其質(zhì)量虧損所對應的能量小于該氦原子核的結合能,故D錯誤。【解析】選B、C。鈾核裂變的核反應是用一個中子轟49【名師點睛】核能的計算方法(1)書寫核反應方程。(2)計算質(zhì)量虧損Δm。(3)利用ΔE=Δmc2計算釋放的核能。【名師點睛】核能的計算方法50【加固訓練】1.(多選)(2017·長沙二模)根據(jù)《中國廣播電視報》報道,在暑天就診的小病人,低鋅發(fā)病率高達60%以上。由于鋅對人體代謝起著重要作用,因此兒童生長發(fā)育時期測量體內(nèi)含鋅量已成為體格檢查的重要內(nèi)容之一,也引起了我國科技工作者的高度重視?！炯庸逃柧殹?1其中比較簡單的一種檢測方法是取兒童的頭發(fā)約50g,放在核反應堆中經(jīng)中子轟擊后,頭發(fā)中的鋅元素與中子反應生成具有放射性的同位素鋅,其核反應方程式為衰變放射出能量為1115eV的γ射線,通過測定γ射線的強度可以計算出頭發(fā)中鋅的含量。關于以上敘述,下列說法正確的是()其中比較簡單的一種檢測方法是取兒童的頭發(fā)約50g,52A.和具有相同的核子數(shù)B和具有相同的質(zhì)子數(shù)C.放出的γ射線通過磁場一定不偏轉(zhuǎn)D.γ射線在真空中傳播的速度是3.0×108m/sA.和具有相同的核子數(shù)53【解析】選B、C、D。核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)和具有相同的質(zhì)子數(shù),不同的核子數(shù),故A錯誤,B正確;γ射線不帶電,在磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn),故C正確;γ射線在真空中傳播的速度等于光速,為3.0×108m/s,故D正確?！窘馕觥窟xB、C、D。核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)和542.(多選)人們發(fā)現(xiàn),不同的原子核,其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關系。下列關于原子結構和核反應的說法正確的()2.(多選)人們發(fā)現(xiàn),不同的原子核,其核子的平均質(zhì)55A.由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損,要放出核能B.由圖可知,原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損,要吸收能量A.由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損,要放56C.已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的y射線能使某金屬板逸出光電子,若增加y射線強度,則逸出光電子的最大初動能增大D.在核反應堆的外面修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏C.已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的y射線能使某金屬板57【解析】選A、D。由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時,有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,要釋放能量,故A正確。由圖可知,原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,要釋放能量,故B錯誤。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0知,光電子的最大初動能與入射光的強度無關,與入射光的頻率有關,故C錯誤。在核反應堆的外面修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏,故D正確?！窘馕觥窟xA、D。由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時,有58考點三原子核的衰變【典例3】(2017·寶雞一模)放射性同位素釷經(jīng)一系列α、β衰變后生成氡,以下說法正確的是()世紀金榜導學號49294069考點三原子核的衰變59A.每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少2個B.每經(jīng)過一次β衰變原子核的質(zhì)子數(shù)會增加1個C.放射性元素釷的原子核比氡原子核的中子數(shù)少4個D.釷衰變成氡一共經(jīng)過2次α衰變和3次β衰變A.每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少2個60【思維養(yǎng)成】1.信息提取:質(zhì)量數(shù)232、質(zhì)子數(shù)90的釷,經(jīng)一系列α、β衰變后,生成質(zhì)量數(shù)220、質(zhì)子數(shù)86的氡Rn?！舅季S養(yǎng)成】612.思考探究:(1)經(jīng)過一次β衰變或α衰變,電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)如何變化?提示:經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4。(2)原子核衰變遵循的規(guī)律是什么?提示:質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。2.思考探究:62【解析】選B。經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4,故A錯誤;經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù),則質(zhì)子數(shù)增加1個,故B正確;元素的原子核的質(zhì)量數(shù)為232,質(zhì)子數(shù)為90,則中子數(shù)為142原子核的質(zhì)量數(shù)為220,質(zhì)子數(shù)為86,【解析】選B。經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少63則中子數(shù)為134,可知放射性元素的原子核比原子核的中子數(shù)多8個,故C錯誤衰變成,可知質(zhì)量數(shù)少12,電荷數(shù)少4,因為經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4,經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,可知經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變,故D錯誤。則中子數(shù)為134,可知放射性元素的原子核比64【題組過關】1.自日本福島核電站泄露后,我國檢測核電站是否安全,并確認浙江的嘉興秦山核電站可安全使用?，F(xiàn)知核電站核泄漏的污染物中含有碘131和銫137。碘131的半衰期約為8天,會釋放β射線;銫137是銫133的同位素,半衰期約為30年,發(fā)生衰變時會輻射γ射線。下列說法正確的是()【題組過關】65A.碘131釋放的β射線由氦核組成B.銫137衰變時輻射出的γ光子能量小于可見光光子能量C.與銫137相比,碘131衰變更慢D.銫133和銫137含有相同的質(zhì)子數(shù)A.碘131釋放的β射線由氦核組成66【解析】選D。β射線是高速運動的電子流,不是氦原子核,A錯誤;γ射線的頻率大于可見光的頻率,根據(jù)E=hν可知,γ射線光子能量大于可見光光子能量,B錯誤;半衰期越短,衰變越快,C錯誤;銫133和銫137都是銫元素,是質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同位素,所以D正確?！窘馕觥窟xD。β射線是高速運動的電子流,不是氦原子核,A錯誤672.(新題預測)(多選)核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可缺少,但安全是核電站面臨的非常嚴峻的問題。核泄漏中的钚(Pu)是一種具有放射性的超鈾元素,钚的危險性在于它對人體的毒性,與其他放射性元素相比钚在這方面更強,一旦侵入人體,就會潛伏在2.(新題預測)(多選)核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會中已不可68人體肺部、骨骼等組織細胞中,破壞細胞基因,提高罹患癌癥的風險。已知钚的一種同位素的半衰期為24100年,其衰變方程下列有關說法正確的是()人體肺部、骨骼等組織細胞中,破壞細胞基因,提高罹69A.X原子核中含有143個中子B.100個經(jīng)過24100年后一定還剩余50個C.由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程中總質(zhì)量增加D.衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子,具有很強的穿透能力A.X原子核中含有143個中子70【解析】選A、D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,X的電荷數(shù)為92,質(zhì)量數(shù)為235,則中子數(shù)為143,故A正確;半衰期具有統(tǒng)計規(guī)律,對大量的原子核適用,故B錯誤;由于衰變時釋放巨大能量,根據(jù)E=mc2,衰變過程總質(zhì)量減小,故C錯誤;衰變發(fā)出的γ射線是波長很短的光子,具有很強的穿透能力,故D正確?！窘馕觥窟xA、D。根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒知,X的電荷數(shù)為713.(2017·大連二模)有關原子及原子核方面的知識,下列說法正確的是()A.放射性物質(zhì)衰變時放出來的γ光子,是原子從高能級向低能級躍遷時產(chǎn)生的B.若使放射性物質(zhì)的溫度升高,其半衰期將減小C.β衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r所產(chǎn)生的D.輕核聚變要在很高的溫度下才能發(fā)生3.(2017·大連二模)有關原子及原子核方面的知識,下列說72【解析】選D。放射性物質(zhì)衰變時放出來的γ光子,來自原子核,故A錯誤;放射性物質(zhì)的半衰期由原子核內(nèi)部因素決定,與溫度以及化學狀態(tài)等無關,故B錯誤;β衰變所釋放的電子來自原子核,是原子核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€質(zhì)子和一個電子釋放出來,故C錯誤;輕核聚變需在很高的溫度下發(fā)生,會釋放出更高的能量,所以輕核聚變又稱為熱核反應,故D正確。【解析】選D。放射性物質(zhì)衰變時放出來的γ光子,來自原子核,故734.(多選)有關近代物理知識,下列敘述中正確的是()A.康普頓效應深入地揭示了光的粒子性的一面,該效應表明光子除了具有能量之外還具有動量B.碘-131的半衰期大約為8天,40天后,碘-131就只剩下原來的4.(多選)有關近代物理知識,下列敘述中正確的74C.Th核發(fā)生一次α衰變后,新核與原來的原子核相比,中子數(shù)減少了4D.比結合能越大,原子核中核子結合得越不牢固,原子核越不穩(wěn)定C.Th核發(fā)生一次α衰變后,新核與原來的原子核相比,中子數(shù)減75【解析】選A、B?？灯疹D效應說明光具有粒子性,該效應表明光子不僅具有能量,還具有動量,故A正確。根據(jù)m=m0(-)n知,經(jīng)過40天,即經(jīng)過5個半衰期,碘-131的剩余質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?故B正確。Th核發(fā)生一次α衰變后,新核與原來的原子核相比,質(zhì)量數(shù)少4,電荷數(shù)少2,則中子數(shù)少2,故C錯誤。比結合能越大,原子核中核子結合越牢固,原子核越穩(wěn)定,故D錯誤?！窘馕觥窟xA、B?？灯疹D效應說明光具有粒子性,該76【名師點睛】α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法(1)方法一:由于β衰變不改變質(zhì)量數(shù),故可以先由質(zhì)量數(shù)改變確定α衰變的次數(shù),再根據(jù)電荷數(shù)守恒確定β衰變的次數(shù)。(2)方法二:設α衰變次數(shù)為x,β衰變次數(shù)為y,根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒列方程求解?！久麕燑c睛】α衰變和β衰變次數(shù)的確定方法77近代物理初步1614波粒二象性原子結構和原子核課件78第14講

波粒二象性原子結構和原子核第14講79【主干體系】【主干體系】80【核心必備】(1)光電效應的實驗規(guī)律。①存在著_____光電流。②存在著遏止電壓和_____頻率。③光電效應具有_______。飽和截止瞬時性【核心必備】飽和截止瞬時性81(2)愛因斯坦的光電效應方程。①表示式:____=Ek+W0或Ek=____-W0。②物理意義:金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是hν,這些能量一部分用于克服金屬的________,剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek。hνhν逸出功W0(2)愛因斯坦的光電效應方程。hνhν逸出功W082(3)能級躍遷。①輻射條件:hν=_____。②輻射光譜線條數(shù):一群處于量子數(shù)為n的激發(fā)態(tài)的氫原子,可輻射出的光譜條數(shù)N=____。Em-En(3)能級躍遷。Em-En83(4)結合能和質(zhì)量虧損。①結合能:原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開也需要_____,這就是原子核的結合能。能量(4)結合能和質(zhì)量虧損。能量84②質(zhì)量虧損。a.愛因斯坦質(zhì)能方程:_____。b.質(zhì)量虧損:原子核的質(zhì)量_____組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。c.核子在結合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm,與它們在互相結合過程中放出的能量ΔE的關系是_________。E=mc2小于ΔE=Δmc2②質(zhì)量虧損。E=mc2小于ΔE=Δmc285(5)需要掌握的物理思想和方法:觀察法、實驗法、假說法、理想化模型法、歸納法、類比法、分類法。(5)需要掌握的物理思想和方法:86近代物理初步1614波粒二象性原子結構和原子核課件87考點一光電效應與氫原子能級躍遷【典例1】(2017·青島二模)如圖所示是氫原子的能級圖,現(xiàn)有大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷,所輻射的光子中,只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應。以下判斷正確的是世紀金榜導學號49294067()考點一光電效應與氫原子能級躍遷88近代物理初步1614波粒二象性原子結構和原子核課件89A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n=3躍遷到n=2時輻射的光子B.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n=2躍遷到基態(tài)時輻射的光子C.若氫原子從激發(fā)態(tài)n=4躍遷到基態(tài),輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn)生光電效應D.若氫原子從激發(fā)態(tài)n=4躍遷到n=3,輻射出的光子一定能使該金屬產(chǎn)生光電效應A.該光子一定是氫原子從激發(fā)態(tài)n=3躍遷到n=2時輻射的光子90【思維養(yǎng)成】1.信息提取:大量氫原子處于n=3激發(fā)態(tài),向低能級躍遷,輻射的光子只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應。【思維養(yǎng)成】912.思考探究:(1)原子躍遷的條件是什么?提示:原子發(fā)生躍遷時,吸收或輻射的光子能量等于初、末兩個能級的能量差。(2)發(fā)生光電效應的條件是什么?提示:吸收光子的頻率大于等于極限頻率。2.思考探究:92【解析】選C。大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷,所輻射的光子中,只有一種能使某金屬產(chǎn)生光電效應,可知頻率最大的光子,即從n=3躍遷到n=1輻射的光子能使金屬發(fā)生光電效應,故A、B錯誤;因為n=4躍遷到n=1輻射的光子能量大于n=3躍遷到n=1輻射的【解析】選C。大量處于n=3激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷,所輻93光子能量,所以一定能使金屬發(fā)生光電效應,故C正確;n=4躍遷到n=3輻射的光子能量小于n=3躍遷到n=2輻射的光子能量,所以該光子一定不能使金屬發(fā)生光電效應,故D錯誤。光子能量,所以一定能使金屬發(fā)生光電效應,故C正確;n=4躍遷94【題組過關】1.(多選)(2017·全國卷Ⅲ)在光電效應實驗中,分別用頻率為νa、νb的單色光a、b照射到同種金屬上,測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和Ekb。h為普朗克常量。下列說法正確的是()【題組過關】95A.若νa>νb,則一定有Ua<UbB.若νa>νb,則一定有Eka>EkbC.若Ua<Ub,則一定有Eka<EkbD.若νa>νb,則一定有hνa-Eka>hνb-EkbA.若νa>νb,則一定有Ua<Ub96【解析】選B、C。由愛因斯坦光電效應方程hν=Ekm+W0,由動能定理可得Ekm=eU,故當νa>νb時,Ua>Ub,Eka>Ekb,故A錯誤,B正確;若Ua<Ub,則一定有Eka<Ekb,故C正確;由光電效應方程可得:金屬的逸出功W0=hνa-Eka=hνb-Ekb,故D錯誤?！窘馕觥窟xB、C。由愛因斯坦光電效應方程hν=Ekm+W0,972.(新題預測)(多選)如圖是分別對兩種金屬甲和乙用不同頻率的光照射發(fā)生光電效應時,光電子的最大初動能與入射光頻率間的函數(shù)圖象,下列判斷正確的是()2.(新題預測)(多選)如圖是分別對兩種金屬甲和乙98A.甲與乙不一定平行B.乙金屬的極限頻率大C.圖象縱軸截距由入射光強度決定D.甲與乙的斜率是固定值,與入射光和金屬材料皆無關系A.甲與乙不一定平行99【解析】選B、D。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0=hν-hν0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,因此甲與乙一定平行,且兩斜率是固定值,與入射光和金屬材料皆無關系,故A錯誤,D正確;橫軸截距表示最大初動能為零時的入射光頻率,此時的頻率等于金屬的極限頻率,由圖可知乙金屬的極限【解析】選B、D。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0=hν-100頻率大,故B正確;縱截距對應ν=0的時候,此時縱截距就是逸出功的相反數(shù),根據(jù)W0=hν0可求出,與入射光強度無關,故C錯誤。頻率大,故B正確;縱截距對應ν=0的時候,此時縱截距就是逸出101【名師點睛】氫原子能級躍遷和光電效應問題的解題技巧(1)氫原子能級躍遷問題的解題技巧:①每個氫原子每次躍遷能吸收或輻射一個特定頻率的光子。比如吸收能量時,如果光子的能量足夠大,則吸收后一定發(fā)生電離;如果光子能量恰好滿足量子化的條件,則剛好全部被吸收;如果光子能量吸收后不足以產(chǎn)生躍遷或電離,則這種光子不會被吸收?！久麕燑c睛】氫原子能級躍遷和光電效應問題的解題技巧102②一群原子和一個原子在處理問題的時候是有區(qū)別的,氫原子核外只有一個電子,這個電子在某個時刻只能處在某一個可能的軌道上,在某段時間內(nèi),由某一軌道躍遷到另一個軌道時,可能的情況只有一種,但是如果有大量的氫原子,這些原子的核外電子躍遷時就會有各種情況出現(xiàn)了。②一群原子和一個原子在處理問題的時候是有區(qū)別的,氫原子核外只103③計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時,要注意能級的能量值均為負值,且單位應為“電子伏”,計算時需要換算成“焦”。③計算氫原子能級躍遷放出或吸收光子的頻率和波長時,要注意能級104(2)研究光電效應的兩條線索:由以上可知兩條線索:一是光的頻率線,二是光的強度線。(2)研究光電效應的兩條線索:由以上可知兩條線索:一是光的頻105【加固訓練】1.(2017·唐山一模)下表給出了一些金屬材料的逸出功。材料銫鈣鎂鈹鈦逸出(功/×10-19J)3.04.35.96.26.6【加固訓練】材料銫鈣鎂鈹鈦逸出(功/×10-19J)3.04106現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料,能產(chǎn)生光電效應的材料最多有幾種?(普朗克常量h=6.6×10-34J·s,光速c=3.0×108m/s)()A.2種B.3種C.4種D.5種現(xiàn)用波長為400nm的單色光照射上述材料,能產(chǎn)生光107【解析】選A。光子能量E==4.95×10-19J,故銫和鈣能發(fā)生光電效應。故B、C、D錯誤,A正確?！窘馕觥窟xA。光子能量E==4.95×10-19J,故1082.(多選)如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍遷,并發(fā)射光子照射一個鈉光電管,其逸出功為2.29eV,以下說法正確的是()2.(多選)如圖所示,現(xiàn)有大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍遷,109A.氫原子只能發(fā)出6種不同頻率的光子B.能夠讓鈉光電管發(fā)生光電效應現(xiàn)象的有4種光子C.為了增加鈉光電管的光電流強度,可增加入射光的頻率D.鈉光電管發(fā)出的光電子最多能夠讓氫原子從n=1的能級躍遷到n=2的能級A.氫原子只能發(fā)出6種不同頻率的光子110【解析】選A、B、D。大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍遷,能釋放出=6種頻率的光子,所以A選項是正確的。從n=4到n=2,從n=4到n=1,從n=3到n=1,從n=2到n=1的光子能使鈉發(fā)生光電效應,所以B選項是正確的。光電流強度與入射光的強度及正向電壓等因素【解析】選A、B、D。大量氫原子從n=4的能級發(fā)生躍111有關,所以增加入射光的頻率不一定使光電流強度增加,C選項是錯誤的。鈉金屬發(fā)生光電效應的光電子的最大初動能Ek=(E4-E1)-W0=10.46eV,而ΔE=E2-E1=10.2eV,由于Ek>ΔE,所以D選項是正確的。有關,所以增加入射光的頻率不一定使光電流強度增加,C選項是錯112考點二核反應方程與核能【典例2】(2017·榆林模擬)一個質(zhì)子和一個中子聚變結合成一個氘核,同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3,普朗克常量為h,真空中的光速為c。下列說法正確的是世紀金榜導學號49294068()考點二核反應方程與核能113A.核反應方程是B.聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3C.輻射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.γ光子的波長λ=A.核反應方程是114【解題流程】第一步:審題干→提取關鍵信息(1)“一個質(zhì)子和一個中子聚變結合成一個氘核”發(fā)生核反應。(2)“同時輻射一個γ光子”核反應發(fā)生過程中有質(zhì)量虧損。【解題流程】115第二步:破疑難→尋找規(guī)律方法(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒寫出核反應方程。(2)先求核反應過程的質(zhì)量虧損,再根據(jù)質(zhì)能方程求釋放的核能。第二步:破疑難→尋找規(guī)律方法116【解析】選B。據(jù)核反應質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得,可知選項A錯誤;聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3,選項B正確;輻射出的γ光子的能量E=Δmc2,選項C錯誤;據(jù)Δmc2=可知γ光子的波長λ=,選項D錯誤?！窘馕觥窟xB。據(jù)核反應質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒得117【遷移訓練】【遷移訓練】118遷移1:考查核裂變與核聚變(多選)2017年7月13日是我國秦山核電站一期工程正式通過國家工程驗收22周年。現(xiàn)秦山核電站第三期工程已并網(wǎng)發(fā)電,已知第三期工程中有兩個60萬千瓦的發(fā)電機組,發(fā)電站的核能來源于的裂變?，F(xiàn)有4種說法,以下說法中完全正確的是()遷移1:考查核裂變與核聚變119A.原子核中有92個質(zhì)子,有143個中子B的一種可能裂變是變成兩個中等質(zhì)量的原子核,反應方程式為C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.一個裂變能放出200MeV的能量,合3.2×10-11JA.原子核中有92個質(zhì)子,有143個中子120【解析】選A、B、D。由的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關系易知A正確;由核反應方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確;半衰期不受外界因素干擾,故C錯誤;通過計算知D正確,故本題選A、B、D?！窘馕觥窟xA、B、D。由的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關系易知A正121遷移2:考查核裂變中的質(zhì)量虧損一個原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應,其裂變方程為,則下列說法正確的是()遷移2:考查核裂變中的質(zhì)量虧損122A.X的原子核中含有86個中子B.X的原子核中含有141個核子C.因為裂變釋放能量,根據(jù)E=mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因為裂變釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)減少A.X的原子核中含有86個中子123【解析】選A。設X的原子核中含有x個質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)為y,根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒有:92=x+38,235+1=y+94+2,解得x=54,y=140,所以X的中子數(shù)為:y-x=86,故A正確;由A分析可知X的質(zhì)量數(shù)為140,即核子數(shù)為140,故B錯誤;因為裂變釋放能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,所以裂變后的總質(zhì)量減少,但質(zhì)量數(shù)不變,故C、D錯誤。【解析】選A。設X的原子核中含有x個質(zhì)子,質(zhì)量數(shù)124遷移3:考查結合能(多選)下列說法正確的是()A.鈾核裂變的核反應是B.原子從低能級向高能級躍遷,不一定通過吸收光子來實現(xiàn)遷移3:考查結合能125C.根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知光的波長越大,光子的能量越小D.氕和氚結合成氦原子核時,其質(zhì)量虧損所對應的能量等于該氦原子核的結合能C.根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知光的波長越大,光子的能量越小126【解析】選B、C。鈾核裂變的核反應是用一個中子轟擊鈾核得到三個中子,但是方程式中中子不能約去,故A錯誤;從低能級向高能級躍遷時,可能通過粒子的碰撞獲得能量來實現(xiàn),故B正確;根據(jù)E=hν=,可知,光的波長越大,光子的能量越小,故C正確;氚核本身有一定的結合能,所以氕和氚結合成氦原子核時,其質(zhì)量虧損所對應的能量小于該氦原子核的結合能,故D錯誤?！窘馕觥窟xB、C。鈾核裂變的核反應是用一個中子轟127【名師點睛】核能的計算方法(1)書寫核反應方程。(2)計算質(zhì)量虧損Δm。(3)利用ΔE=Δmc2計算釋放的核能?！久麕燑c睛】核能的計算方法128【加固訓練】1.(多選)(2017·長沙二模)根據(jù)《中國廣播電視報》報道,在暑天就診的小病人,低鋅發(fā)病率高達60%以上。由于鋅對人體代謝起著重要作用,因此兒童生長發(fā)育時期測量體內(nèi)含鋅量已成為體格檢查的重要內(nèi)容之一,也引起了我國科技工作者的高度重視?！炯庸逃柧殹?29其中比較簡單的一種檢測方法是取兒童的頭發(fā)約50g,放在核反應堆中經(jīng)中子轟擊后,頭發(fā)中的鋅元素與中子反應生成具有放射性的同位素鋅,其核反應方程式為衰變放射出能量為1115eV的γ射線,通過測定γ射線的強度可以計算出頭發(fā)中鋅的含量。關于以上敘述,下列說法正確的是()其中比較簡單的一種檢測方法是取兒童的頭發(fā)約50g,130A.和具有相同的核子數(shù)B和具有相同的質(zhì)子數(shù)C.放出的γ射線通過磁場一定不偏轉(zhuǎn)D.γ射線在真空中傳播的速度是3.0×108m/sA.和具有相同的核子數(shù)131【解析】選B、C、D。核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)和具有相同的質(zhì)子數(shù),不同的核子數(shù),故A錯誤,B正確;γ射線不帶電,在磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn),故C正確;γ射線在真空中傳播的速度等于光速,為3.0×108m/s,故D正確?！窘馕觥窟xB、C、D。核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)和1322.(多選)人們發(fā)現(xiàn),不同的原子核,其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖所示的關系。下列關于原子結構和核反應的說法正確的()2.(多選)人們發(fā)現(xiàn),不同的原子核,其核子的平均質(zhì)133A.由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損,要放出核能B.由圖可知,原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損,要吸收能量A.由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損,要放134C.已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的y射線能使某金屬板逸出光電子,若增加y射線強度,則逸出光電子的最大初動能增大D.在核反應堆的外面修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏C.已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的y射線能使某金屬板135【解析】選A、D。由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時,有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,要釋放能量,故A正確。由圖可知,原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知,要釋放能量,故B錯誤。根據(jù)光電效應方程Ekm=hν-W0知,光電子的最大初動能與入射光的強度無關,與入射光的頻率有關,故C錯誤。在核反應堆的外面修建很厚的水泥層能防止放射線和放射性物質(zhì)的泄漏,故D正確?！窘馕觥窟xA、D。由圖可知,原子核A裂變成原子核B和C時,有136考點三原子核的衰變【典例3】(2017·寶雞一模)放射性同位素釷經(jīng)一系列α、β衰變后生成氡,以下說法正確的是()世紀金榜導學號49294069考點三原子核的衰變137A.每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少2個B.每經(jīng)過一次β衰變原子核的質(zhì)子數(shù)會增加1個C.放射性元素釷的原子核比氡原子核的中子數(shù)少4個D.釷衰變成氡一共經(jīng)過2次α衰變和3次β衰變A.每經(jīng)過一次α衰變原子核的質(zhì)量數(shù)會減少2個138【思維養(yǎng)成】1.信息提取:質(zhì)量數(shù)232、質(zhì)子數(shù)90的釷,經(jīng)一系列α、β衰變后,生成質(zhì)量數(shù)220、質(zhì)子數(shù)86的氡Rn?！舅季S養(yǎng)成】1392.思考探究:(1)經(jīng)過一次β衰變或α衰變,電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)如何變化?提示:經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4。(2)原子核衰變遵循的規(guī)律是什么?提示:質(zhì)量數(shù)守恒,電荷數(shù)守恒。2.思考探究:140【解析】選B。經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4,故A錯誤;經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,質(zhì)子數(shù)等于電荷數(shù),則質(zhì)子數(shù)增加1個,故B正確;元素的原子核的質(zhì)量數(shù)為232,質(zhì)子數(shù)為90,則中子數(shù)為142原子核的質(zhì)量數(shù)為220,質(zhì)子數(shù)為86,【解析】選B。經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少141則中子數(shù)為134,可知放射性元素的原子核比原子核的中子數(shù)多8個,故C錯誤衰變成,可知質(zhì)量數(shù)少12,電荷數(shù)少4,因為經(jīng)過一次α衰變,電荷數(shù)少2,質(zhì)量數(shù)少4,經(jīng)過一次β衰變,電荷數(shù)多1,質(zhì)量數(shù)不變,可知經(jīng)過3次α衰變,2次β衰變,故D錯誤。則中子數(shù)為134,可知放射性元素的原子核比142【題組過關】1.自日本福島核電站泄露后,我國檢測核電站是否安全,并確認浙江的嘉興秦山核電站可安全使用。現(xiàn)