2025年高考物理一輪復習（新人教新高考）第十六章近代物理復習講義（教師版）

考情分析試題情境生活實踐類醫(yī)用放射性核素、霓虹燈、氖管、光譜儀、原子鐘、威耳遜云室、射線測厚儀、原子彈、反應(yīng)堆與核電站、太陽、氫彈、環(huán)流器裝置等學習探究類光電效應(yīng)現(xiàn)象、光的波粒二象性、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、氫原子光譜、原子的能級結(jié)構(gòu)、射線的危害與防護、原子核的結(jié)合能、核裂變反應(yīng)和核聚變反應(yīng)等第1課時能量量子化光電效應(yīng)目標要求1.掌握黑體輻射的定義及其實驗規(guī)律，理解能量量子化的意義。2.理解光電效應(yīng)現(xiàn)象及光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。會利用光電效應(yīng)方程計算逸出功、截止頻率、最大初動能等物理量。3.會分析光電效應(yīng)常見的三類圖像?？键c一黑體及黑體輻射1.熱輻射(1)定義：周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的溫度有關(guān)，所以叫作熱輻射。(2)特點：熱輻射強度按波長的分布情況隨物體的溫度不同而有所不同。2．黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體：能夠完全吸收入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。(2)黑體輻射的實驗規(guī)律①黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。②隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，如圖。3．能量量子化(1)能量子：普朗克認為，當帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的整數(shù)倍，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大?。害牛絟ν，其中ν是帶電微粒吸收或輻射電磁波的頻率，h被稱為普朗克常量。h＝6.62607015×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。4．光子(1)光子及光子能量：愛因斯坦認為，光本身是由一個個不可分割的能量子組成，頻率為ν的光的能量子ε＝hν，稱為光子。(2)光子的動量：①康普頓認為，光子不僅具有能量，而且具有動量，光子的動量p與光的波長λ和普朗克常量h有關(guān)。三者關(guān)系為p＝eq\f(h,λ)。②在康普頓效應(yīng)中，當入射的光子與晶體中的電子碰撞時，要把一部分動量轉(zhuǎn)移給電子，光子動量可能會變小，波長λ變大。1．黑體能夠反射各種波長的電磁波，但不會輻射電磁波。(×)2．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較短的方向移動。(√)3．玻爾為得出黑體輻射的強度按波長分布的公式，提出了能量子的假說。(×)4．微觀粒子的能量是量子化的，即微觀粒子的能量是分立的。(√)例1(多選)關(guān)于黑體輻射的實驗規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是()A．黑體能夠完全吸收照射到它上面的光波B．隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所增加C．隨著溫度的升高，輻射強度極大值向波長較長的方向移動D．黑體輻射的強度只與它的溫度有關(guān)，與形狀和黑體材料無關(guān)答案AD解析能完全吸收照射到它上面的各種頻率的電磁波而不發(fā)生反射的物體稱為黑體，選項A正確；由題圖可知，隨著溫度的降低，各種波長的光輻射強度都有所減小，選項B錯誤；隨著溫度的升高，黑體輻射強度的極大值向波長較短的方向移動，選項C錯誤；一般物體輻射電磁波的情況除了與溫度有關(guān)，還與材料的種類及表面情況有關(guān)，但黑體輻射電磁波的情況只與它的溫度有關(guān)，選項D正確。例2(2023·江蘇卷·14)“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星可以觀測太陽輻射的硬X射線。硬X射線是波長很短的光子，設(shè)波長為λ。若太陽均勻地向各個方向輻射硬X射線，衛(wèi)星探測儀鏡頭正對著太陽，每秒接收到N個該種光子。已知探測儀鏡頭面積為S，衛(wèi)星離太陽中心的距離為R，普朗克常量為h，光速為c，求：(1)每個光子的動量p和能量E；(2)太陽輻射硬X射線的總功率P。答案(1)eq\f(h,λ)heq\f(c,λ)(2)eq\f(4πR2Nhc,Sλ)解析(1)由題意可知每個光子的動量為p＝eq\f(h,λ)每個光子的能量為E＝hν＝heq\f(c,λ)(2)太陽輻射的硬X射線光子以球面波的形式均勻地向各個方向輻射，以太陽為圓心，半徑為R的球面上每平方米面積上接收到的光子數(shù)相同，太陽每秒輻射光子的總能量E總＝P①面積為S的鏡頭每秒接收到的輻射光子的能量E1＝eq\f(S,4πR2)·E總＝eq\f(PS,4πR2)②又E1＝Nhν＝Neq\f(hc,λ)③聯(lián)立①②③解得P＝eq\f(4πR2Nhc,Sλ)。球面輻射模型設(shè)一個點光源或球光源輻射光子的功率為P0，它以球面波的形式均勻向外輻射光子，在一段很短的時間Δt內(nèi)輻射的能量E＝P0·Δt，到光源的距離為R處有個正對光源的面積為S的接收器，如圖所示，則在Δt內(nèi)接收器接收到的輻射光子能量E′＝eq\f(S,4πR2)E＝eq\f(P0Δt·S,4πR2)?？键c二光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)及其規(guī)律(1)光電效應(yīng)現(xiàn)象照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)，這種電子常稱為光電子。(2)光電效應(yīng)規(guī)律①每種金屬都有一個截止頻率νc，也稱作極限頻率，入射光的頻率必須大于或等于這個截止頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。②光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。③光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過10－9s。④當入射光的頻率大于或等于截止頻率時，在光的顏色不變的情況下，入射光越強，逸出的光電子數(shù)越多，飽和電流越大，逸出光電子的數(shù)目與入射光的強度成正比，飽和電流的大小與入射光的強度成正比。2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)光電效應(yīng)方程表達式：hν＝Ek＋W0或Ek＝hν－W0。①物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的最大初動能。②逸出功W0：電子從金屬中逸出所需做功的最小值叫作這種金屬的逸出功，逸出功W0與金屬的截止頻率的關(guān)系為W0＝hνc。③最大初動能：發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。Ek＝eq\f(1,2)mevc2，可以利用光電管實驗的方法測得，最大初動能與遏止電壓Uc的關(guān)系為Ek＝eUc。1．光子和光電子都不是實物粒子。(×)2．用紫外線燈照射鋅板，驗電器箔片張開，此時鋅板帶正電；若改用紅光照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器箔片不張開，說明紅外線的頻率小于鋅的截止頻率。(√)3．只要入射光的強度足夠大，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(×)4．要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于或等于該金屬的逸出功。(√)5．光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。(×)例3(2023·廣東省華南師大附中三模)如圖所示為研究光電效應(yīng)實驗的電路圖。初始時刻，滑動觸頭P在O點左側(cè)靠近a點某位置；用一定強度的綠光照射光電管K極，當閉合開關(guān)后，微安表的示數(shù)不為0，則在P向b端移動的過程中()A．微安表的示數(shù)不斷增大B．微安表的示數(shù)可能為零C．到達A極的光電子動能不斷增大D．K極逸出的光電子的最大初動能不斷增大答案C解析在P向b端移動的過程中，在到達O點之前，A極電勢低于K極電勢，隨著P靠近O，靜電力對光電子做的負功越來越少，微安表的示數(shù)增大；過了O點之后，A極電勢高于K極電勢，靜電力對光電子做正功，微安表的示數(shù)增大，當達到飽和電流后微安表的示數(shù)不再增大，A、B錯誤；A極電勢逐漸升高，P到達O點前靜電力對光電子做的負功減小，過了O點后靜電力對光電子做的正功逐漸增大，根據(jù)動能定理可知到達A極的光電子動能不斷增大，C正確；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0，可知K極逸出的光電子的最大初動能不變，D錯誤。拓展將滑片P停在適當位置不動，若提高綠光強度，則金屬的逸出功____________，光電子的最大初動能________，飽和電流__________。(均選填“增大”“減小”或“不變”)答案不變不變增大例4(2024·湖南省聯(lián)考)表中給出了鋁和鈣的截止頻率和逸出功，已知普朗克常量與光速的乘積為1240eV·nm，若用200nm的光分別照射兩種金屬，下列選項正確的是()金屬鋁鈣νc/(×1014Hz)10.17.73W0/eV4.23.2A.只有金屬鈣能發(fā)生光電效應(yīng)B．若增大入射光的波長，則截止頻率減小C．金屬鋁和鈣對應(yīng)遏止電壓之比為2∶3D．金屬鋁和鈣對應(yīng)遏止電壓之比為21∶16答案C解析由題意可知，光子能量E＝eq\f(hc,λ)＝eq\f(1240,200)eV＝6.2eV，光子能量大于兩種金屬的逸出功，故均能發(fā)生光電效應(yīng)，A錯誤；截止頻率只與金屬自身的性質(zhì)有關(guān)，與入射光的頻率無關(guān)，B錯誤；由愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ek＝E－W0，結(jié)合動能定理eUc＝Ek得，鋁的遏止電壓為2V，鈣的遏止電壓為3V，則金屬鋁和金屬鈣的遏止電壓之比為2∶3，故C正確，D錯誤。光電效應(yīng)的分析思路考點三光電效應(yīng)常見的三類圖像1．Ek－ν圖像(1)寫出最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系式：Ek＝hν－W0＝h(ν－νc)。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與ν軸交點的橫坐標：截止頻率νc。②圖線與Ek軸交點坐標的絕對值：逸出功W0。③圖線的斜率：普朗克常量h。2.Uc－ν圖像(此時兩極間接反向電壓)(1)寫出遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系式Uc＝eq\f(h,e)(ν－νc)。(2)由圖像獲得的信息：①圖線與橫軸交點的坐標：截止頻率νc。②圖線的斜率k＝eq\f(h,e)。3．光電流I與電壓的關(guān)系(用同一光電管做實驗)兩種色光對應(yīng)的截止頻率νc甲＝νc乙，兩種色光強度關(guān)系甲光較強。(2)丙、丁兩種色光的比較：兩種色光對應(yīng)的光電子最大初動能Ek丙<Ek丁，兩色光頻率ν丙<ν??；兩種色光對應(yīng)的截止頻率νc丙＝νc丁。例5(2022·河北卷·4)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知()A．鈉的逸出功為hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比答案A解析根據(jù)遏止電壓與最大初動能的關(guān)系有eUc＝Ekmax，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有Ekmax＝hν－W0，當Uc為0時，解得W0＝hνc，A正確；鈉的截止頻率為νc，根據(jù)題圖可知，截止頻率小于8.5×1014Hz，B錯誤；根據(jù)上述分析，有Uc＝eq\f(h,e)ν－eq\f(W0,e)，可知題圖中直線的斜率表示eq\f(h,e)，遏止電壓Uc與入射光頻率ν成線性關(guān)系，不是正比，C、D錯誤。例6(2023·吉林梅河口市五中期中)某探究小組在實驗室用相同雙縫干涉實驗裝置測量甲、乙兩種單色光的波長時，發(fā)現(xiàn)甲光的相鄰亮條紋間距大，乙光的相鄰亮條紋間距小，若用這兩種光分別照射同一金屬板，且都能發(fā)生光電效應(yīng)，以下說法正確的是()A．甲種單色光對應(yīng)圖乙中的曲線BB．乙種單色光光子的動量小C．若想通過圖甲裝置測得圖乙中的UB和UC，需使A極接電源正極，K極接電源的負極D．若用甲、乙兩種單色光，對同一裝置做單縫衍射實驗，則甲種光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象答案D解析甲光干涉條紋間距大說明甲光波長較長，頻率低，使同一金屬板發(fā)生光電效應(yīng)時，甲光對應(yīng)的最大初動能小，所以遏止電壓小，甲光應(yīng)對應(yīng)曲線C，據(jù)p＝eq\f(h,λ)可知甲光的動量小，故A、B錯誤；若想通過題圖甲裝置測得題圖乙中的UB和UC，需在光電管兩端應(yīng)加反向電壓，A極板應(yīng)接電源負極，K極板應(yīng)接電源正極，故C錯誤；波長越長的光，對同一裝置做單縫衍射實驗的現(xiàn)象越明顯，甲光更容易發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，故D正確。課時精練1．關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A．截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B．只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)C．從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小D．發(fā)生光電效應(yīng)時，入射光的頻率一定，光強越強，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少答案A解析逸出功W0＝hνc，W0∝νc，A正確；只有照射光的頻率大于或等于金屬截止頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，與光照的時間無關(guān)，B錯誤；由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0知，最大初動能與入射光的頻率和金屬逸出功兩個因素有關(guān)，入射光頻率ν不確定時，無法確定Ek與W0的關(guān)系，C錯誤；發(fā)生光電效應(yīng)的前提下，入射光的頻率一定時，光強越強，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)越多，D錯誤。2．(2022·江蘇卷·4)上海光源通過電子－光子散射使光子能量增加，光子能量增加后()A．頻率減小 B．波長減小C．動量減小 D．速度減小答案B解析根據(jù)ε＝hν可知光子的能量增加后，光子的頻率增加，又根據(jù)λ＝eq\f(c,ν)，光在真空中傳播速度不變，可知光子波長減小，故A、D錯誤，B正確；根據(jù)p＝eq\f(h,λ)，可知光子的動量增大，故C錯誤。3．(2024·寧夏銀川一中期中)物理學中有很多關(guān)于“通量”的概念，如磁通量、輻射通量等，其中輻射通量Φ表示單位時間內(nèi)通過某一截面的輻射能，其單位為J/s，波長為λ的平行光垂直照射在面積為S的紙板上，已知該束光單位體積內(nèi)的光子數(shù)為n，光速為c，普朗克常量為h，則該束光的輻射通量為()A.eq\f(hc2nS,λ)B.eq\f(hc2nλ3,S)C.eq\f(hc2,nSλ3)D.eq\f(hc2,nS2λ)答案A解析時間t內(nèi)，照射在紙板上的光子數(shù)為N＝nctS，輻射能為E＝Nhν＝Nheq\f(c,λ)則該束光的輻射通量為Φ＝eq\f(E,t)＝eq\f(hc2nS,λ)，故選A。4．(2023·廣東廣州市檢測)如圖，放映電影時，強光照在膠片上，一方面，將膠片上的“影”投到屏幕上；另一方面，通過聲道后的光照在光電管上，隨即產(chǎn)生光電流，喇叭發(fā)出與畫面同步的聲音。電影實現(xiàn)聲音與影像同步，主要應(yīng)用了光電效應(yīng)的下列哪一條規(guī)律()A．光電效應(yīng)的發(fā)生時間極短，光停止照射，光電效應(yīng)立即停止B．入射光的頻率必須大于金屬的截止頻率，光電效應(yīng)才能發(fā)生C．光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨著入射光的頻率增大而增大D．當入射光的頻率大于截止頻率時，光電流的大小隨入射光的強度增大而增大答案A解析電影實現(xiàn)聲音與影像同步，主要應(yīng)用了光電效應(yīng)中的規(guī)律是：光電效應(yīng)的發(fā)生時間極短，光停止照射，光電效應(yīng)立即停止，依據(jù)該原理實現(xiàn)聲音與影像同步，故選A。5．微光夜視儀可以在極低亮度的環(huán)境下，利用火光、月光、星光、大氣輝光等微弱光線或者發(fā)射紅外探測光照射物體，物體反射的光通過像增強器放大后轉(zhuǎn)變成人眼可清晰觀察的圖像，從而實現(xiàn)在夜間對目標進行觀察。微光夜視儀的核心部件是像增強器，它主要由光電陰極、微通道板、熒光屏幕三個部分組成(如圖所示)。光電陰極將微弱的原始光信號通過光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化成光電子，再通過微通道板對電子進行倍增，利用二次發(fā)射的電子能將光電子數(shù)量增加數(shù)百上千倍，最后在熒光屏幕(陽極)上將增強后的電子信號再次轉(zhuǎn)換為光學信號，讓人眼可以看到。在整個過程中，電子會被外加的靜電場加速，進一步增強信號，下列說法正確的是()A．原始光信號無論頻率多少，都能使光電陰極發(fā)生光電效應(yīng)B．原始光信號頻率越大，則經(jīng)過光電陰極發(fā)生光電效應(yīng)后光電子的最大初動能越大C．原始光信號轉(zhuǎn)化而成的光電子就是光子D．電子被外加靜電場加速，說明該電場方向與電子運動方向相同答案B解析原始光信號頻率必須大于等于截止頻率，才能發(fā)生光電效應(yīng)，選項A錯誤；由Ek＝hν－W0知原始光信號頻率越大，則經(jīng)過光電陰極發(fā)生光電效應(yīng)后光電子的最大初動能越大，選項B正確；原始光信號轉(zhuǎn)化而成的光電子是電子，而非光子，選項C錯誤；電子被外加靜電場加速，說明該電場方向與電子運動方向相反，選項D錯誤。6.(2023·浙江1月選考·11)被譽為“中國天眼”的大口徑球面射電望遠鏡已發(fā)現(xiàn)660余顆新脈沖星，領(lǐng)先世界。天眼對距地球為L的天體進行觀測，其接收光子的橫截面半徑為R。若天體射向天眼的輻射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到該天體發(fā)出的頻率為ν的N個光子。普朗克常量為h，則該天體發(fā)射頻率為ν光子的功率為()A.eq\f(4NL2hν,R2η)B.eq\f(2NL2hν,R2η)C.eq\f(ηL2hν,4R2N)D.eq\f(ηL2hν,2R2N)答案A解析設(shè)天體發(fā)射頻率為ν光子的功率為P，由題意可知天眼每秒接收光子的能量E＝P·eq\f(πR2,4πL2)·η＝Nhν，解得P＝eq\f(4NL2hν,R2η)，故選A。7.(2021·江蘇卷·8)如圖所示，分別用1、2兩種材料作K極進行光電效應(yīng)探究，其截止頻率ν1<ν2，保持入射光不變，則光電子到達A極時動能的最大值Ekm隨電壓U變化關(guān)系的圖像是()答案C解析光電管所加電壓為正向電壓，則根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知光電子到達A極時動能的最大值Ekm＝Ue＋hν－h(huán)ν截止，可知Ekm－U圖像的斜率相同，均為e；截止頻率越大，則圖像在縱軸上的截距越小，因ν1<ν2，則圖像C正確，A、B、D錯誤。8．(多選)在光電效應(yīng)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(yīng)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()A．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－Ekb答案BC解析由愛因斯坦光電效應(yīng)方程得Ek＝hν－W0，由動能定理得Ek＝eU，用a、b單色光照射同種金屬時，逸出功W0相同。當νa＞νb時，一定有Eka＞Ekb，Ua＞Ub，故選項A錯誤，B正確；若Ua＜Ub，則一定有Eka＜Ekb，故選項C正確；因逸出功相同，有W0＝hνa－Eka＝hνb－Ekb，故選項D錯誤。9.(多選)(2024·貴州貴陽市開學考)利用如圖所示的電路做光電效應(yīng)實驗。實驗時，閉合開關(guān)S，用兩種已知頻率的入射光照射光電管，在電路中均出現(xiàn)了光電流。電子的電荷量已知，現(xiàn)把電源的正負極對調(diào)后可以測出()A．普朗克常量B．K極金屬材料的逸出功C．一定光強下的飽和電流D．光電子脫離金屬后的最大初動能答案ABD解析將電源反接，光電管中加反向電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當電流表的示數(shù)為0時，電壓表的示數(shù)表示遏止電壓，由動能定理得，光電子獲得的最大初動能Ekm＝eUc，則該實驗可以測量光電子脫離金屬后的最大初動能，故選項D正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程得Ekm＝hν－W0，兩種入射光的頻率ν已知，由該裝置可以測出兩種入射光光電子獲得的最大初動能，從而列出兩個方程，解方程組則可以計算出普朗克常量h和K極金屬材料的逸出功W0，故A、B正確；若加正向電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當電流表的示數(shù)不再增大時，電流表的示數(shù)為該光強下的飽和電流，加反向電壓不能得到飽和電流，故C錯誤。10．(多選)(2023·天津市模擬)如圖所示，甲、乙為兩束光經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后產(chǎn)生的干涉條紋，丙圖為光電效應(yīng)實驗圖，實驗中施加反向電壓得到的光電流I與光電管兩端電壓U的關(guān)系如圖丁所示，下列說法正確的是()A．若甲光能使丙圖中光電管產(chǎn)生光電流，則乙光一定能使丙圖中光電管產(chǎn)生光電流B．當UAK小于0，但UAK沒有達到遏止電壓時，流經(jīng)電流表方向為從上到下C．若甲光對應(yīng)丁圖中曲線b，則乙光可能對應(yīng)丁圖中曲線cD．a(chǎn)光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能一定小于b光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能答案AB解析根據(jù)Δx＝eq\f(l,d)λ，可知甲光波長比乙光長，甲光頻率小于乙光，若甲光能使題圖丙中光電管產(chǎn)生光電流，則乙光一定能使題圖丙中光電管產(chǎn)生光電流，選項A正確；UAK沒有達到遏止電壓時，光電子在光電管中的運動方向由右至左，電流流經(jīng)電流表方向為從上到下，選項B正確；根據(jù)題圖丁可知，b、c兩種光射向同一光電管，反向遏止電壓是一樣的，說明b、c是同一種頻率的光，但是由A選項可知，甲、乙光頻率不同，兩者是矛盾的，選項C錯誤；根據(jù)上述分析可知，a光遏止電壓小，由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可知，a光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動能一定小于b光照射的，但是a光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能不一定小于b光照射光電管產(chǎn)生的光電子動能，選項D錯誤。11.(2024·江蘇南通市模擬)某點光源以功率P向外均勻輻射某頻率的光子，點光源正對圖中的光電管窗口，窗口的有效接收面積為S，每個光子照射到陰極K都能激發(fā)出一個光電子。已知閉合開關(guān)時電壓表示數(shù)為U，陰極K的逸出功為W0，光速為c，電子電荷量為e，光子能量為E，光電管每秒接收到N個光子。求：(1)光子的動量大小p和光電子到達陽極A時的最大動能Ekm；(2)微安表的最大電流I和光電管窗口距點光源的距離R。答案(1)eq\f(E,c)E－W0＋eU(2)Neeq\r(\f(PS,4πNE))解析(1)每個光子的能量E＝hν每個光子的動量為p＝eq\f(hν,c)＝eq\f(E,c)光電子從K逸出時的最大初動能Ek＝E－W0光電子到達A時的最大動能Ekm＝Ek＋eU＝E－W0＋eU(2)通過微安表的電流I＝eq\f(q,t)＝Ne設(shè)t秒發(fā)射總光子數(shù)為n，則eq\f(n,4πR2)·S＝Ntt秒輻射光子的總能量E′＝nE＝eq\f(4πR2NE,S)·t點光源輻射光子的功率P＝eq\f(E′,t)＝eq\f(4πR2NE,S)得光電管窗口距點光源的距離R＝eq\r(\f(PS,4πNE))。12．(2023·安徽宿州市一模)太陽內(nèi)部不斷發(fā)生輕核聚變反應(yīng)，向外輻射能量，其輻射的總功率P＝3.75×1026W。已知輻射的光傳到地球需要t＝500s，地球的半徑R0＝6.4×106m，真空中的光速c＝3×108m/s。求：(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)(1)地球接收太陽能的功率P0；(2)依據(jù)愛因斯坦波粒二象性理論，能量為ε的光子具有的動量為5×10－19kg·m/s。假設(shè)輻射到地球上的太陽光全部被吸收，而沒有被反射，估算地球受到太陽光的壓力F的大小。答案(1)1.7×1017W(2)5.7×108N解析(1)日地之間的距離r＝ct＝3×108×500m＝1.5×1011m根據(jù)球面積公式，太陽在距地球處的球面積S＝4πr2過地球的球心的截面面積S0＝πR02地球表面接收到太陽能的功率P0＝eq\f(S0,S)P＝eq\f(πR02,4πr2)·P＝eq\f(6.4×1062,4×1.5×10112)×3.75×1026W≈1.7×1017W(2)設(shè)地球在Δt時間內(nèi)接收到的光子數(shù)為n，接收到的光子的能量nε＝P0Δt一個光子動量p＝eq\f(hν,c)＝eq\f(ε,c)根據(jù)動量定理FΔt＝np代入數(shù)據(jù)解得F≈5.7×108N。

第2課時波粒二象性物質(zhì)波原子結(jié)構(gòu)與玻爾理論目標要求1.理解波粒二象性的特征。2.了解實物粒子的波動性，知道物質(zhì)波的概念。3.掌握原子的核式結(jié)構(gòu)及玻爾的原子理論，理解氫原子能級圖及原子受激躍遷條件?？键c一光的波粒二象性與物質(zhì)波1.光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性。(2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性。(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性。思考用很弱的光做雙縫干涉實驗，把入射光減弱到可以認為光源和感光膠片之間不可能同時有兩個光子存在，如圖所示是不同數(shù)量的光子照射到感光膠片上得到的照片。試從光的本性解釋光的干涉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。答案大量光子的行為表現(xiàn)為波動性，少數(shù)光子的行為表現(xiàn)為粒子性；光在傳播過程中表現(xiàn)為波動性，光在與物質(zhì)作用時表現(xiàn)為粒子性。光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵循波動規(guī)律的表現(xiàn)。如果用比較弱的光曝光時間比較短，少量光子通過狹縫在屏的感光底片上顯示出一個個光點，顯示出粒子性；如果曝光時間比較長，很多光子的行為就顯示出波動性，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方。人們把這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。思考一名運動員正以10m/s的速度奔跑，已知他的質(zhì)量為60kg，普朗克常量h＝6.6×10－34J·s，試估算他的德布羅意波長。為什么我們觀察不到運動員的波動性？答案λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(6.6×10－34,60×10)m＝1.1×10－36m，因為實際的障礙物(或小孔)的尺寸遠大于運動員的德布羅意波長，所以觀察不到干涉和衍射等波動特性。例1(2024·山東青島市開學考)透射電子顯微鏡(TEM)使用高能電子作為光源，簡稱透射電鏡。透射電鏡工作時電子經(jīng)過高壓加速和強磁場聚焦后得到觀察樣品的像。已知顯微鏡的分辨率與使用光源(光子或電子)的波長成正比，普通光學顯微鏡分辨率為0.2μm，透射電鏡能清晰地觀察到直徑2nm的金原子。若光學顯微鏡使用的可見光平均波長為600nm，動量大小為1.1×10－27N·s。關(guān)于高能電子，下列說法正確的是()A．波長約為2nmB．波長約為6×10－6nmC．動量大小約為1.1×10－29N·sD．動量大小約為1.1×10－25N·s答案D解析顯微鏡的分辨率與使用光源(光子或電子)的波長成正比，則0.2μm＝k600nm,2nm＝kλ，解得λ＝6nm，故A、B錯誤；由題意可知p′＝1.1×10－27N·s，λ′＝600nm，則p＝eq\f(h,λ)＝eq\f(p′λ′,λ)＝1.1×10－25N·s，故C錯誤，D正確。例2(多選)(2022·浙江1月選考·16)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為1.2×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列說法正確的是()A．發(fā)射電子的動能約為8.0×10－15JB．發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5×10－11mC．只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉D．如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣答案BD解析根據(jù)動量的大小與動能的關(guān)系可知發(fā)射電子的動能約為Ek＝eq\f(p2,2m)＝eq\f(1.2×10－232,2×9.1×10－31)J≈8.0×10－17J，故A錯誤；發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(6.6×10－34,1.2×10－23)m＝5.5×10－11m，故B正確；物質(zhì)波也具有波粒二象性，故電子的波動性是每個電子本身的性質(zhì)，則每個電子依次通過雙縫都能發(fā)生干涉現(xiàn)象，只是需要大量電子顯示出干涉圖樣，故C錯誤，D正確。例3(2024·上海市師大附中月考)用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖像，則()A．圖像(a)表明光具有波動性B．圖像(c)表明光具有粒子性C．用紫外線觀察不到類似的圖像D．實驗表明光既有波動性又有粒子性答案D解析題圖(a)只有分散的亮點，表明光具有粒子性；題圖(c)呈現(xiàn)干涉條紋，表明光具有波動性，A、B錯誤，D正確；紫外線也具有波粒二象性，也可以觀察到類似的圖像，C錯誤?？键c二原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜1．原子結(jié)構(gòu)(1)電子的發(fā)現(xiàn)：物理學家J.J.湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。(2)α粒子散射實驗：1909年，物理學家盧瑟福和他的助手進行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來。(3)原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。2．氫原子光譜(1)光譜：用棱鏡或光柵可以把光按波長(頻率)展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。(2)光譜分類(3)光譜分析：利用每種原子都有自己的特征譜線來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學元素上有著重大的意義。(4)氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)，式中R∞叫作里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1。例4(多選)(2024·天津市模擬)如圖甲所示是湯姆孫的原子模型，他認為原子是一個球體，正電荷彌漫性地分布在整個球體內(nèi)，電子鑲嵌在其中。甲圖中的小圓點代表正電荷，大圓點代表電子。湯姆孫的原子模型無法解釋α粒子散射實驗。如圖乙所示是盧瑟福為解釋α粒子散射實驗假設(shè)的情景：占原子質(zhì)量絕大部分的帶正電的那部分物質(zhì)應(yīng)集中在很小的空間范圍。下列說法中正確的是()A．α粒子質(zhì)量遠大于電子質(zhì)量，電子對α粒子速度的影響可以忽略B．入射方向的延長線越接近原子核的α粒子發(fā)生散射時的偏轉(zhuǎn)角越大C．由不同元素原子核對α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的質(zhì)量D．由α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以估計出原子核半徑的數(shù)量級是10－15m答案ABD解析α粒子質(zhì)量遠大于電子質(zhì)量，電子對α粒子速度的影響可以忽略，故A正確；入射方向的延長線越接近原子核的α粒子，所受庫侖力就越大，發(fā)生散射時的偏轉(zhuǎn)角越大，故B正確；α粒子散射類似于碰撞，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)無法確定各種元素原子核的質(zhì)量，故C錯誤；由α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以估計出原子核半徑的數(shù)量級是10－15m，故D正確。例5(多選)(2024·重慶市模擬)根據(jù)巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)可以求出氫原子在可見光區(qū)的四條光譜線的波長λ。后來的科學家把巴耳末公式中的2換成了1和3計算出了紫外區(qū)和紅外區(qū)的其他譜線的波長。這些公式與玻爾理論的躍遷公式hν＝－E1(eq\f(1,m2)－eq\f(1,n2))，m<n，E1是基態(tài)能量，對氫原子光譜的解釋完全相符。已知波長從長到短的順序是：紅外線、紅橙黃綠青藍紫可見光、紫外線，光速為c，普朗克常量為h，下列說法正確的是()A．巴耳末公式表示的是電子從高能級向量子數(shù)為2的低能級躍遷時發(fā)出的光譜線波長B．巴耳末公式表示的是電子從量子數(shù)為2的低能級向高能級躍遷時發(fā)出的光譜線波長C．若把巴耳末公式中的2換成1則能夠計算出紫外光區(qū)的譜線波長D．可以通過玻爾理論推導出巴耳末公式，計算得出里德伯常量R∞＝－eq\f(E1,hc)答案ACD解析因在玻爾理論的躍遷公式hν＝eq\f(hc,λ)＝－E1(eq\f(1,m2)－eq\f(1,n2))中，若m＝2即可變形為巴耳末公式eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)的形式，則巴耳末公式表示的是電子從高能級向量子數(shù)為2的低能級躍遷時發(fā)出的光譜線波長，選項A正確，B錯誤；若把巴耳末公式中的2換成1則計算所得的λ的值減小，即得到的是波長小于可見光的紫外光區(qū)的譜線波長，選項C正確；對比兩式hν＝eq\f(hc,λ)＝－E1(eq\f(1,m2)－eq\f(1,n2))eq\f(1,λ)＝R∞(eq\f(1,22)－eq\f(1,n2))(n＝3,4,5，…)可得R∞＝－eq\f(E1,hc)，選項D正確。考點三玻爾原子理論能級躍遷1．玻爾原子理論的基本假設(shè)(1)軌道量子化與定態(tài)①軌道量子化：電子運行軌道半徑不是任意的，而是量子化的，電子在這些軌道上繞核的運動是穩(wěn)定的，不產(chǎn)生電磁輻射。半徑公式：rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，r1＝0.53×10－10m。②定態(tài)：電子在不同軌道上運動時，具有不同的能量，原子的能量也只能取一系列特定的值，這些量子化的能量值叫能級，具有確定能量的穩(wěn)定狀態(tài)，稱為定態(tài)。能級公式：En＝eq\f(E1,n2)(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，對于氫原子來說，E1＝－13.6_eV。(2)躍遷——頻率條件①躍遷：原子由一個能量態(tài)變?yōu)榱硪粋€能量態(tài)的過程稱為躍遷。②頻率條件自發(fā)躍遷：高能級→低能級，釋放能量，發(fā)射光子。釋放光子的頻率滿足hν＝ΔE＝E高－E低。受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量。吸收光子的能量必須恰好等于能級差hν＝ΔE＝E高－E低。注意：若實物粒子與原子碰撞，使原子受激躍遷，實物粒子能量大于能級的能量差。2．電離(1)電離態(tài)：n＝∞，E＝0。(2)電離能：指原子從基態(tài)或某一激發(fā)態(tài)躍遷到電離態(tài)所需要吸收的最小能量。(3)若吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還具有動能。思考一群氫原子處于n＝5的激發(fā)態(tài)，試在能級圖上畫出它們從n＝5激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷時的可能輻射情況示意圖，最多能輻射出________種不同頻率的光子，公式為______________。答案10Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)1．處于基態(tài)的氫原子可以吸收能量為11eV的光子而躍遷到高能級。(×)2．一個氫原子處于n＝5激發(fā)態(tài)，向基態(tài)躍遷時，可能輻射出10種不同頻率的光子。(×)3．氫原子吸收或輻射光子的頻率條件是hν＝En－Em(m<n)。(√)4．氫原子各能級的能量指電子繞核運動的動能。(×)5．玻爾理論能解釋所有元素的原子光譜。(×)例6(2022·重慶卷·6)如圖為氫原子的能級示意圖。已知藍光光子的能量范圍為2.53～2.76eV，紫光光子的能量范圍為2.76～3.10eV。若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后，可輻射藍光，不輻射紫光，則激發(fā)氫原子的光子能量為()A．10.20eV B．12.09eVC．12.75eV D．13.06eV答案C解析從n＝4躍遷到n＝2能級時，輻射光子能量ΔE1＝－0.85eV－(－3.40eV)＝2.55eV，處于藍光的能量范圍，若使處于基態(tài)的氫原子被激發(fā)后只輻射藍光，不輻射紫光，則需激發(fā)氫原子到n＝4能級，則激發(fā)氫原子的光子能量為ΔE2＝E4－E1＝12.75eV，故選C。例7(2023·遼寧卷·6)原子處于磁場中，某些能級會發(fā)生劈裂。某種原子能級劈裂前后的部分能級圖如圖所示，相應(yīng)能級躍遷放出的光子分別設(shè)為①②③④。若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，且逸出光電子的最大初動能為Ek，則()A．①和③的能量相等B．②的頻率大于④的頻率C．用②照射該金屬一定能發(fā)生光電效應(yīng)D．用④照射該金屬，逸出光電子的最大初動能小于Ek答案A解析由題圖可知①和③對應(yīng)的躍遷能級差相同，可知①和③的能量相等，選項A正確；因②對應(yīng)的能級差小于④對應(yīng)的能級差，可知②的能量小于④的能量，根據(jù)E＝hν可知②的頻率小于④的頻率，選項B錯誤；因②對應(yīng)的能級差小于①對應(yīng)的能級差，可知②的能量小于①的能量，②的頻率小于①的頻率，則若用①照射某金屬表面時能發(fā)生光電效應(yīng)，用②照射該金屬不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，選項C錯誤；因④對應(yīng)的能級差大于①對應(yīng)的能級差，可知④的能量大于①的能量，即④的頻率大于①的頻率，因用①照射某金屬表面時能逸出光電子的最大初動能為Ek，根據(jù)Ek＝hν－W逸出功，則用④照射該金屬，逸出光電子的最大初動能大于Ek，選項D錯誤。課時精練1．(2022·湖南卷·1)關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和微觀粒子波粒二象性，下列說法正確的是()A．盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型解釋了原子光譜的分立特征B．玻爾的原子理論完全揭示了微觀粒子運動的規(guī)律C．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性D．電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣揭示了電子的粒子性答案C解析玻爾的原子理論成功地解釋了氫原子的分立光譜，但不足之處是它保留了經(jīng)典理論中的一些觀點，如電子軌道的概念，還不能完全揭示微觀粒子的運動規(guī)律，A、B錯誤；光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，C正確；電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣，證實了電子的波動性，D錯誤。2.(2023·湖北卷·1)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子()A．n＝2和n＝1能級之間的躍遷B．n＝3和n＝1能級之間的躍遷C．n＝3和n＝2能級之間的躍遷D．n＝4和n＝2能級之間的躍遷答案A解析由題圖可知n＝2和n＝1能級之間的能量差值為ΔE＝E2－E1＝－3.4eV－(－13.6eV)＝10.2eV，與探測器探測到的譜線能量相等，故可知此譜線來源于太陽中氫原子n＝2和n＝1能級之間的躍遷，故選A。3．(2022·北京卷·1)氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子()A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量減少C．吸收光子，能量增加 D．吸收光子，能量減少答案B解析氫原子從某激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)，則該氫原子放出光子，且放出光子的能量等于兩能級之差，能量減少，故選B。4．(2023·江蘇揚州市三模)如圖所示為電子在場中運動的初速度v的四種情況，其中電子的德布羅意波長變長的是()答案B解析德布羅意波長公式為λ＝eq\f(h,p)，因此當電子速度減小時，動量減小，德布羅意波長變長。電子沿著與電場相反的方向做加速運動，動量增大，德布羅意波長變短，故A錯誤；電子沿著電場方向做減速運動，動量減小，德布羅意波長變長，故B正確；磁場對電子不做功，不改變電子速度大小，故德布羅意波長不變，故C、D錯誤。5．(2023·山東卷·1)“夢天號”實驗艙攜帶世界首套可相互比對的冷原子鐘組發(fā)射升空，對提升我國導航定位、深空探測等技術(shù)具有重要意義。如圖所示為某原子鐘工作的四能級體系，原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ，然后自發(fā)輻射出頻率為ν1的光子，躍遷到鐘躍遷的上能級2，并在一定條件下可躍遷到鐘躍遷的下能級1，實現(xiàn)受激輻射，發(fā)出鐘激光，最后輻射出頻率為ν3的光子回到基態(tài)。該原子鐘產(chǎn)生的鐘激光的頻率ν2為()A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3答案D解析原子吸收頻率為ν0的光子從基態(tài)能級Ⅰ躍遷至激發(fā)態(tài)能級Ⅱ時有EⅡ－EⅠ＝hν0，且從激發(fā)態(tài)能級Ⅱ向下躍遷到基態(tài)能級Ⅰ的過程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，聯(lián)立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故選D。6．(多選)(2022·海南卷·11)一群處于n＝4激發(fā)態(tài)的氫原子躍遷向外輻射出不同頻率的光子，則()A．需要向外吸收能量B．共能放出6種不同頻率的光子C．n＝4向n＝3躍遷發(fā)出的光子頻率最大D．n＝4向n＝1躍遷發(fā)出的光子頻率最大答案BD解析高能級向低能級躍遷向外放出能量，以光子形式釋放出去，故A錯誤；最多能放不同頻率光子的種數(shù)為Ceq\o\al(2,4)＝6，故B正確；從最高能級向最低能級躍遷釋放的光子能量最大，對應(yīng)的頻率最大，波長最小，則n＝4向n＝1躍遷發(fā)出的光子頻率最大，故D正確，C錯誤。7．(2022·廣東卷·5)目前科學家已經(jīng)能夠制備出能量量子數(shù)n較大的氫原子。氫原子第n能級的能量為En＝eq\f(E1,n2)，其中E1＝－13.6eV。圖是按能量排列的電磁波譜，要使n＝20的氫原子吸收一個光子后，恰好失去一個電子變成氫離子，被吸收的光子是()A．紅外線波段的光子 B．可見光波段的光子C．紫外線波段的光子 D．X射線波段的光子答案A解析要使處于n＝20的氫原子吸收一個光子后恰好失去一個電子變成氫離子，則需要吸收光子的能量為E＝0－(eq\f(－13.6,202))eV＝0.034eV，結(jié)合題圖可知被吸收的光子是紅外線波段的光子，故選A。8．(多選)(2023·浙江省聯(lián)考)甲圖所示是研究光電效應(yīng)的實驗裝置圖，乙圖是玻爾氫原子模型中的能級圖，已知乙圖巴耳末系中波長最長的四種光為可見光，用其中頻率最高的可見光照射甲圖中的光電管能發(fā)生光電效應(yīng)。下列說法正確的是()A．帕邢系中有可能存在紫外線B．用賴曼系中的任意光照射甲圖光電管都能發(fā)生光電效應(yīng)C．利用甲圖裝置研究光電管遏止電壓應(yīng)變換電源的正負極D．甲圖中向右移動滑動變阻器滑片時微安表中的電流一定會增大答案BC解析巴耳末系中波長最長的四種光為可見光，其中能量差最小的對應(yīng)能級間的躍遷為3→2，帕邢系中所有躍遷對應(yīng)的能量均小于3→2的能量差，頻率低于可見光的頻率，不可能存在紫外線，故A錯誤；賴曼系中頻率最低(最低能量)的光對應(yīng)的躍遷是2→1，該頻率大于巴耳末系中的任意光，用來照射光電管一定能發(fā)生光電效應(yīng)，故B正確；研究光電管的遏止電壓時，需讓電子做減速運動，應(yīng)變換電源的正負極，故C正確；向右移動滑動變阻器滑片，光電管兩端加速電壓增大，在達到飽和電流前，電流隨電壓增大而增大，達到飽和電流后，電流保持不變，故D錯誤。9．(2023·陜西省師大附中檢測)有些金屬原子受激后，從某激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)時，會發(fā)出特定顏色的光。圖甲所示為鈉原子和鋰原子分別從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)的能級差值，鈉原子發(fā)出頻率為5.09×1014Hz的黃光，可見光譜如圖乙所示。鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為()A．紅色B．橙色C．綠色D．青色答案A解析由ΔE＝hν，根據(jù)題圖甲可得ΔENa＝hνNa，ΔELi＝hνLi，代入數(shù)據(jù)可得νLi≈4.48×1014Hz對照題圖乙可知，鋰原子從激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)發(fā)光顏色為紅色，故選A。10.(2023·河北省模擬)為了解釋氫原子的發(fā)光現(xiàn)象，玻爾于1913年提出了原子假說。如圖所示，一電子繞氫原子核做勻速圓周運動，基態(tài)的軌道半徑為r1，電子在該軌道上運動的動能為Ek1，基態(tài)原子的能量為E1，某激發(fā)態(tài)的軌道半徑為r2，電子在該軌道上運動的動能為Ek2，該激發(fā)態(tài)原子的能量為E2。普朗克常量為h，下列說法中正確的是()A．Ek2>Ek1B．電子可以在r1和r2之間的任意軌道上穩(wěn)定運動C．處于該激發(fā)態(tài)的原子向基態(tài)躍遷時釋放的光子頻率為eq\f(E2－E1,h)D．氫原子的上述能級躍遷釋放能量的方式和氫彈釋放能量的方式相同答案C解析電子繞原子核做圓周運動，由庫侖力提供向心力得keq\f(e2,r2)＝meq\f(v2,r)可得電子的動能為Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(ke2,2r)∝eq\f(1,r)由于r1<r2，則有Ek1>Ek2，故A錯誤；根據(jù)玻爾的電子軌道量子化假設(shè)，可知電子不可以在r1和r2之間的任意軌道上穩(wěn)定運動，故B錯誤；處于該激發(fā)態(tài)的原子向基態(tài)躍遷時釋放的光子能量為hν＝E2－E1可得釋放的光子頻率為ν＝eq\f(E2－E1,h)，故C正確；氫原子的上述能級躍遷釋放能量的方式和氫彈釋放能量的方式不相同，氫彈是通過輕核聚變釋放能量，故D錯誤。11．(2024·山東省模擬)為了研究大量處于n＝3能級的氫原子躍遷時的發(fā)光特點，現(xiàn)利用氫原子躍遷時產(chǎn)生的三種單色光照射同一個光電管，如圖甲所示，移動滑動變阻器的滑片調(diào)節(jié)光電管兩端電壓，分別得到三種光照射時光電流與光電管兩端電壓的關(guān)系，如圖乙所示，則對于a、b、c三種光，下列說法正確的是()A．a(chǎn)、b、c光子的動量大小關(guān)系為pa<pc<pbB．a(chǎn)、b、c三種光從真空中進入同一介質(zhì)后，在介質(zhì)中的波長滿足以下關(guān)系eq\f(1,λc)＝eq\f(1,λa)＋eq\f(1,λb)C．用a光照射時逸出的光電子最大初動能最小D．通過同一個單縫裝置進行單縫衍射實驗，中央亮條紋寬度c光最寬答案C解析根據(jù)題圖乙可知，a、b、c三種光的遏止電壓關(guān)系為Uc>Ub>Ua，根據(jù)eUc＝hν－W0，可知νc>νb>νa，由ν＝eq\f(c,λ)知λa>λb>λc，單縫衍射時，a光中央亮條紋最寬，D錯誤；由p＝eq\f(h,λ)知pa<pb<pc，A錯誤；若這三種光是原子從能級n＝3躍遷到較低能級時發(fā)出的光，根據(jù)躍遷原理可得heq\f(c,λc)＝heq\f(c,λb)＋heq\f(c,λa)，整理得eq\f(1,λc)＝eq\f(1,λa)＋eq\f(1,λb)，進入同一種介質(zhì)后，由于介質(zhì)對三種光的折射率不一樣，造成波長發(fā)生變化，所以不再滿足上述關(guān)系，故B錯誤；a光的遏止電壓最小，根據(jù)eUc＝Ek可知，a光照射時逸出的光電子最大初動能最小，故C正確。12．(2024·江蘇南通市海安中學開學考)光電效應(yīng)中，原子的內(nèi)、外層電子都可能被激發(fā)而發(fā)生光電效應(yīng)。多電子原子核外電子的分布可以分為若干殼層，由內(nèi)到外依次是1s、2s、2p、…。相比于外層電子，內(nèi)層電子離原子核更近，電離能更大，如果要激發(fā)內(nèi)層電子，需要更大能量的高能粒子流或者高能光子。實驗中用能量為20keV的高能光子照射某原子，致使1s能級上的一個電子被擊出，該能級中出現(xiàn)一個空穴(如圖甲)，來自2s能級上的電子躍遷到1s能級填充空穴，相應(yīng)地將能量轉(zhuǎn)移給2p能級上的電子，使這個電子脫離原子束縛跑到真空中去，這個電子被稱為俄歇電子。已知該元素1s、2s和2p能級電子的電離能分別為5.60keV、0.70keV和0.58keV，假設(shè)2p能級上電子的初動能為0，那么成為俄歇電子后其動能為()A．4.32keV B．13.70keVC．13.82keV D．13.12keV答案A解析俄歇電子的總能量來自于2s上的電子躍遷到1s上所釋放的能量，則有5.60keV－0.70keV＝4.9keV，則成為俄歇電子后其動能為Ek＝4.9keV－0.58keV＝4.32keV，故選A。13．(多選)(2023·浙江6月選考·15)有一種新型光電效應(yīng)量子材料，其逸出功為W0。當紫外光照射該材料時，只產(chǎn)生動能和動量單一的相干光電子束。用該電子束照射間距為d的雙縫，在與縫相距為L的觀測屏上形成干涉條紋，測得條紋間距為Δx。已知電子質(zhì)量為m，普朗克常量為h，光速為c，則()A．電子的動量pe＝eq\f(hL,dΔx)B．電子的動能Ek＝eq\f(hL2,2md2Δx2)C．光子的能量E＝W0＋eq\f(chL,dΔx)D．光子的動量p＝eq\f(W0,c)＋eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)答案AD解析根據(jù)條紋間距公式Δx＝eq\f(L,d)λ，可得λ＝eq\f(dΔx,L)。根據(jù)pe＝eq\f(h,λ)，可得pe＝eq\f(hL,dΔx)，故A正確；根據(jù)動能和動量的關(guān)系Ek＝eq\f(pe2,2m)，結(jié)合A選項可得Ek＝eq\f(h2L2,2md2Δx2)，故B錯誤；光子的能量E＝W0＋Ek＝W0＋eq\f(h2L2,2md2Δx2)，故C錯誤；光子的動量p＝mc，光子的能量E＝mc2，聯(lián)立可得p＝eq\f(E,c)，則光子的動量p＝eq\f(W0,c)＋eq\f(h2L2,2cmd2Δx2)，故D正確。

第3課時原子核目標要求1.了解天然放射現(xiàn)象及三種射線的性質(zhì)。2.了解原子核的衰變，掌握半衰期的概念，并會進行有關(guān)計算。3.了解四種核反應(yīng)類型，能根據(jù)質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程。4.認識原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能，能進行有關(guān)核能的計算。考點一原子核的衰變半衰期1.原子核的組成：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)。2．天然放射現(xiàn)象放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)。天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復雜的結(jié)構(gòu)。原子序數(shù)大于83的元素都能自發(fā)地發(fā)出射線，原子序數(shù)小于或等于83的，有的也能發(fā)出射線。3．三種射線的比較名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)α射線氦核eq\o\ar(4,2)He＋2e4u最強最弱β射線電子eq\o\ar(0,－1)e－eeq\f(1,1837)u較強較強γ射線光子γ00最弱最強4.原子核的衰變(1)衰變：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。(2)α衰變、β衰變衰變類型α衰變β衰變衰變方程eq\o\ar(M,Z)X→eq\o\ar(M－4,Z－2)Y＋eq\o\ar(4,2)Heeq\o\ar(M,Z)X→eq\o\ar(M,Z＋1)Y＋eq\o\ar(0,－1)e衰變實質(zhì)2個質(zhì)子和2個中子結(jié)合成一個整體射出中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子2eq\o\ar(1,1)H＋2eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(4,2)Heeq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(1,1)H＋eq\o\ar(0,－1)e勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒(3)γ射線：γ射線經(jīng)常是伴隨著α衰變或β衰變同時產(chǎn)生的。5．半衰期(1)公式：N余＝N原，m余＝m原，式中t為衰變時間，T為半衰期。(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由核內(nèi)部自身的因素決定的，跟原子所處的外部條件(如溫度、壓強)和化學狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān)(選填“有關(guān)”或“無關(guān)”)。6．放射性同位素的應(yīng)用與防護(1)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質(zhì)相同。(2)應(yīng)用：放射治療、培優(yōu)、保鮮、做示蹤原子等。(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。1．三種射線按穿透能力由強到弱的排列順序是γ射線、β射線、α射線。(√)2．β衰變中的電子來源于原子核外電子。(×)3．發(fā)生β衰變時，新核的電荷數(shù)不變。(×)4．如果現(xiàn)在有100個某放射性元素的原子核，那么經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。(×)例1(2023·浙江1月選考·9)宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產(chǎn)生中子，中子與大氣中的氮14會產(chǎn)生以下核反應(yīng)：eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(14,6)C＋eq\o\ar(1,1)H，產(chǎn)生的eq\o\ar(14,6)C能自發(fā)進行β衰變，其半衰期為5730年，利用碳14的衰變規(guī)律可推斷古木的年代。下列說法正確的是()A.eq\o\ar(14,6)C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是eq\o\ar(15,7)NB．β衰變輻射出的電子來自碳原子的核外電子C．近年來由于地球的溫室效應(yīng)，引起eq\o\ar(14,6)C的半衰期發(fā)生微小變化D．若測得一古木樣品的eq\o\ar(14,6)C含量為活體植物的eq\f(1,4)，則該古木距今約為11460年答案D解析根據(jù)eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(0,－1)e，即eq\o\ar(14,6)C發(fā)生β衰變的產(chǎn)物是eq\o\ar(14,7)N，選項A錯誤；β衰變輻射出的電子來自原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時放出的電子，選項B錯誤；半衰期是放射性物質(zhì)的固有屬性，由原子核本身決定，與外界環(huán)境無關(guān)，選項C錯誤；若測得一古木樣品的eq\o\ar(14,6)C含量為活體植物的eq\f(1,4)，可知經(jīng)過了2個半衰期，則該古木距今約為5730×2年＝11460年，選項D正確。例2(多選)科學家利用天然放射性元素的衰變規(guī)律，通過對目前發(fā)現(xiàn)的古老巖石中鈾含量來推算地球的年齡，鈾238的相對含量隨時間的變化規(guī)律如圖所示，下列說法正確的是()A．鈾238發(fā)生α衰變的方程為eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(242,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeB．測得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時的一半，可推算出地球的年齡約為45億年C．2000個鈾核經(jīng)過90億年，一定還有500個鈾核未發(fā)生衰變D．鈾238(eq\o\ar(238,92)U)最終衰變形成鉛206(eq\o\ar(206,82)Pb)，需經(jīng)8次α衰變，6次β衰變答案BD解析鈾238發(fā)生α衰變的方程為eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)He，選項A錯誤；測得某巖石中現(xiàn)含有的鈾是巖石形成初期時的一半，即經(jīng)過了一個半衰期，可推算出地球的年齡約為45億年，選項B正確；半衰期是大量原子核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)的原子核衰變不適用，選項C錯誤；鈾238(eq\o\ar(238,92)U)最終衰變形成鉛206(eq\o\ar(206,82)Pb)，α衰變的次數(shù)eq\f(238－206,4)＝8次，β衰變的次數(shù)82＋2×8－92＝6次，選項D正確。例3(2022·全國甲卷·17)兩種放射性元素的半衰期分別為t0和2t0，在t＝0時刻這兩種元素的原子核總數(shù)為N，在t＝2t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為eq\f(N,3)，則在t＝4t0時刻，尚未衰變的原子核總數(shù)為()A.eq\f(N,12)B.eq\f(N,9)C.eq\f(N,8)D.eq\f(N,6)答案C解析根據(jù)題意設(shè)半衰期為t0的元素原子核數(shù)為x，另一種元素原子核數(shù)為y，有x＋y＝N，經(jīng)歷2t0后有eq\f(1,4)x＋eq\f(1,2)y＝eq\f(N,3)，聯(lián)立可得x＝eq\f(2,3)N，y＝eq\f(1,3)N，在t＝4t0時，原子核數(shù)為x的元素經(jīng)歷了4個半衰期，原子核數(shù)為y的元素經(jīng)歷了2個半衰期，則此時未衰變的原子核總數(shù)為n＝eq\f(1,24)x＋eq\f(1,22)y＝eq\f(N,8)，故選C?？键c二核反應(yīng)核反應(yīng)類型1．核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\ar(234,90)Th→eq\o\ar(234,91)Pa＋eq\o\ar(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂?基本粒子轟擊原子核)eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\ar(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(9,4)Be→eq\o\ar(12,6)C＋eq\o\ar(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\ar(27,13)Al＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(30,15)P＋eq\o\ar(1,0)n約里奧－居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\ar(30,15)P→eq\o\ar(30,14)Si＋eq\o\ar(0,＋1)e重核裂變?nèi)菀卓刂?慢中子、鏈式反應(yīng))eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)neq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(136,54)Xe＋eq\o\ar(90,38)Sr＋10eq\o\ar(1,0)n輕核聚變現(xiàn)階段很難控制(需要極高溫度——一般由核裂變提供)eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n＋17.6MeV2．核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(eq\o\ar(1,1)H)、中子(eq\o\ar(1,0)n)、α粒子(eq\o\ar(4,2)He)、β粒子(eq\o\ar(0,－1)e)、正電子(eq\o\ar(0,＋1)e)、氘核(eq\o\ar(2,1)H)、氚核(eq\o\ar(3,1)H)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵循的規(guī)律：質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。(3)由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時只能用“→”表示反應(yīng)方向。例4(2023·天津卷·3)關(guān)于太陽上進行的核聚變，下列說法正確的是()A．核聚變需要在高溫下進行B．核聚變中電荷不守恒C．太陽質(zhì)量不變D．太陽核反應(yīng)方程式：eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(141,56)Ba＋eq\o\ar(92,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n答案A解析因為高溫時才能使得粒子的熱運動劇烈，才有可能克服它們自身相互間的排斥力，使得它們間的距離縮短，才能發(fā)生核聚變，故A正確；核聚變中電荷是守恒的，故B錯誤；因為太陽一直在發(fā)生核聚變，會放出大量能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知有質(zhì)量虧損，故C錯誤；核聚變的方程為eq\o\ar(2,1)H＋eq\o\ar(3,1)H→eq\o\ar(4,2)He＋eq\o\ar(1,0)n，題中為核裂變方程，故D錯誤。例5(2023·北京卷·3)下列核反應(yīng)方程中括號內(nèi)的粒子為中子的是()A.eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋()B.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋()C.eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋()D.eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋()答案A解析根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，核反應(yīng)方程為eq\o\ar(235,92)U＋eq\o\ar(1,0)n→eq\o\ar(144,56)Ba＋eq\o\ar(89,36)Kr＋3eq\o\ar(1,0)n，故A符合題意；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，核反應(yīng)方程為eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)He，故B不符合題意；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，核反應(yīng)方程為eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(17,8)O＋eq\o\ar(1,1)H，故C不符合題意；根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒知，核反應(yīng)方程為eq\o\ar(14,6)C→eq\o\ar(14,7)N＋eq\o\ar(0,－1)e，故D不符合題意。例6(2023·全國甲卷·15)在下列兩個核反應(yīng)方程中X＋eq\o\ar(14,7)N→Y＋eq\o\ar(17,8)O、Y＋eq\o\ar(7,3)Li→2X，X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，則()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4答案D解析設(shè)Y的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)分別為m和n，根據(jù)核反應(yīng)方程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，第一個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足A＋14＝n＋17，Z＋7＝m＋8，第二個核反應(yīng)方程的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)滿足n＋7＝2A，m＋3＝2Z，聯(lián)立解得Z＝2，A＝4，故選D?？键c三質(zhì)量虧損及核能的計算1．核力和核能(1)核力：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力。核力是強相互作用，為短程力，作用范圍只有約10－15m，與電性無關(guān)。(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開需要的能量，叫作原子核的結(jié)合能，也叫核能。(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。2．質(zhì)量虧損凡是釋放核能的核反應(yīng)，反應(yīng)后各原子核(新生核)及微觀粒子的質(zhì)量(即靜止質(zhì)量)之和變小，兩者的差值就叫質(zhì)量虧損。3．質(zhì)能方程(1)愛因斯坦得出物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系：E＝mc2。(2)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其對應(yīng)減少的能量ΔE＝Δmc2。原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。4．核能的計算(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能。①ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“kg”，c的單位為“m/s”，則ΔE的單位為“J”。②ΔE＝Δmc2中，若Δm的單位為“u”，則可直接利用ΔE＝Δm×931.5MeV/u計算，此時ΔE的單位為“MeV”，即1u＝1.6605×10－27kg，相當于931.5MeV，這個結(jié)論可在計算中直接應(yīng)用。(2)利用比結(jié)合能計算核能原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。1．核力就是庫侖力。(×)2．核反應(yīng)中，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定有核能產(chǎn)生。(√)3．原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。(×)4．原子核越大，它的結(jié)合能越大，比結(jié)合能可能越小。(√)例7(2023·全國乙卷·16)2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J。假設(shè)釋放的能量來自物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s)()A．1019kg B．1024kgC．1029kg D．1034kg答案C解析根據(jù)質(zhì)能方程E＝mc2可知，每秒平均減少的質(zhì)量為Δm＝eq\f(E0,60c2)＝eq\f(1048,60×3×1082)kg＝eq\f(1030,5.4)kg，則每秒平均減少的質(zhì)量量級為1029kg，故選C。例8(多選)(2022·福建卷·2改編)2011年3月，日本發(fā)生的大地震造成了福島核電站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素eq\o\ar(131,53)I，其衰變方程為eq\o\ar(131,53)I→eq\o\ar(131,54)Xe＋eq\o\ar(0,－1)e，半衰期為8天，已知mI＝131.03721u，mXe＝131.03186u，me＝0.000549u，1u相當于931.5MeV，則下列說法正確的是()A．該反應(yīng)前后質(zhì)量虧損0.00535uB．該反應(yīng)中釋放的能量約為7.16×10－13JC．放射性元素eq\o\ar(131,53)I發(fā)生的衰變?yōu)棣了プ僁．經(jīng)過16天，75%的eq\o\ar(131,53)I原子核發(fā)生了衰變答案BD解析該反應(yīng)前后質(zhì)量虧損為Δm＝mI－mXe－me＝131.03721u－131.03186u－0.000549u＝0.004801u，ΔE＝Δmc2＝0.004801×931.5×106×1.6×10－19J≈7.16×10－13J，故A錯誤，B正確；放射性元素eq\o\ar(131,53)I發(fā)生的衰變?yōu)棣滤プ儯蔆錯誤；由于半衰期為8天，可知經(jīng)過16天，即經(jīng)過兩個半衰期，75%的eq\o\ar(131,53)I原子核發(fā)生了衰變，故D正確。例9(2023·山東濟南市歷城二中模擬)太陽目前處于主序星階段，氫燃燒殆盡后將發(fā)生“氦閃”，進入紅巨星階段?！昂らW”是氦(eq\o\ar(4,2)He)聚變變成碳，2eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(8,4)Be，eq\o\ar(8,4)Be極不穩(wěn)定，短時間再結(jié)合一個氦變成碳的過程：eq\o\ar(8,4)Be＋eq\o\ar(4,2)He→eq\o\ar(12,6)C。已知原子核的比結(jié)合能—質(zhì)量數(shù)的圖像如圖，eq\o\ar(4,2)He的縱坐標為7.08，eq\o\ar(12,6)C的縱坐標為7.69，下列說法中正確的是()A．原子核的結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定B．一次“氦閃”放出的核能為7.32MeVC．氦4的核子平均質(zhì)量小于碳12的核子平均質(zhì)量D．氦4的結(jié)合能為7.08MeV答案B解析原子核的比結(jié)合能越大，原子核就越穩(wěn)定，A錯誤；一次“氦閃”放出的核能為12×7.69MeV－3×4×7.08MeV＝7.32MeV，B正確；反應(yīng)過程中釋放能量，核子有質(zhì)量虧損，故氦4的核子平均質(zhì)量大于碳12的核子平均質(zhì)量，C錯誤；氦4的比結(jié)合能為7.08MeV，結(jié)合能為4×7.08MeV＝28.32MeV，D錯誤。課時精練1．(2023·廣東卷·1)理論認為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應(yīng)eq\o\ar(12,6)C＋Y→eq\o\ar(16,8)O的影響。下列說法正確的是()A．Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強B．Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強C．Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強D．Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強答案D解析根據(jù)核反應(yīng)滿足質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，Y是α粒子(eq\o\ar(4,2)He)，三種射線的穿透能力，γ射線最強，α射線最弱；三種射線的電離能力，α射線最強，γ射線最弱。故選D。2．(2022·海南卷·2)下列屬于β衰變的是()A.eq\o\ar(238,92)U→eq\o\ar(234,90)Th＋eq\o\ar(4,2)HeB.eq\o\a