1、专题七 原子与原子核 定位 五年考情分析 2017年2016年2015年2014年2013年卷T17(核能的计算)T35(1)(光电效应)T35(1)(光电效应)T35(1)(原子核的衰变、半衰期)T35(1)(核反应方程)卷T15(衰变方程)T35(1)(核反应方程)T35(1)(光电效应、波粒二象性)T35(1)(物理学史)T35(1)(核能的计算)卷T19(光电效应 方程)T35(1)(核反应方程、质量亏损)专题定位本专题是原子和原子核,纵观近五年的高考题,全国三套卷,对于原子和原子核的考查,前四年在选做部分的35题呈现,大多以选择题或填空题的形式出现,但2017年该部分变为必考后,考查
2、形式变为选择题在选择题部分呈现,知识点内容琐碎,考点较多,但主要考查的方面是原子核的衰变、半衰期、核反应方程、质能方程、光电效应方程这些方面.应考建议2018年高考复习备考过程中,应注意原子物理仍会从以下方面命题:(1)原子的能级跃迁;(2)原子核的衰变规律;(3)核反应方程的书写;(4)质量亏损和核能的计算;(5)三种射线的特点及应用;(6)光电效应的规律及应用.由于本部分内容知识点多,且与科技相关,题目新颖,因此,备考中加强对基本概念和规律的理解的同时,注意与前沿科技有关的知识迁移.整 合突 破实 战整合 网络要点重温【网络构建】【要点重温】1.能级跃迁(1)辐射条件:h=.(2)辐射光谱
3、线条数:一群处于量子数为n的激发态的氢原子,可辐射出的光谱线条数N=.2.光电效应(1)光电效应的实验规律:存在着 ;存在着 和 .(2)爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0.3.核反应、核能的计算(1)两个守恒:守恒、守恒.(2)质能方程:E=.Em-En 2nC饱和电流 遏止电压 截止频率 质量数 电荷数 mc2 突破 热点考向聚焦 热点考向一 光电效应与光的粒子性【核心提炼】1.光电效应的研究思路(1)两条线索:2.爱因斯坦光电效应方程Ek=h-W0的研究对象是金属表面的电子,意义是说,光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图所示),直线的斜率为h,直线与 轴的交点的物理意义是截
4、止频率 c,直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值.(2)两条对应关系:光强强光电子数目多发射光电子多光电流大 光子频率高光电子能量大光电子的最大初动能大【典例1】(2017安徽黄山模拟)关于光电效应,下列说法正确的是()A.截止频率越大的金属材料逸出功越大 B.只要光照射的时间足够长,任何金属都能产生光电效应 C.从金属表面出来的光电子的最大初动能越大,这种金属的逸出功越小 D.入射光的光强一定时,频率越高,单位时间内逸出的光电子数就越多 解析:由逸出功W=h0知,截止频率越大,逸出功越大,故A正确.光电效应的条件是入射光的频率大于金属的截止频率,与入射光的强度无关,故B错误.根据光电效应
5、方程Ek=h-W0知,最大初动能与入射光的频率成一次函数关系,不会影响金属的逸出功,故C错误.入射光的光强一定时,频率越高,光子的能量越大,入射光中的光子的数目越少,单位时间内逸出的光电子数就越少,故D错误.A【预测练习1】(2017安徽合肥模拟)从1907年起,密立根就开始测量金属的遏止电压Uc(即图1所示的电路中电流表G的读数减小到零时加在电极K,A之间的反向电压)与入射光的频率,由此算出普朗克常量h,并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较,以检验爱因斯坦光电效应方程的正确性.按照密立根的方法我们利用图示装置进行实验,得到了某金属的Uc-图像如图2所示.下列说法正确的是()A.该金属的截止频
6、率约为4.271014 Hz B.该金属的截止频率约为5.501014 Hz C.该图线的斜率为普朗克常量 D.该图线的斜率为这种金属的逸出功 A 解析:设金属的逸出功为 W0,截止频率为c,则有 W0=hc;光电子的最大初动能 Ekm与遏止电压Uc的关系是Ekm=eUc,光电效应方程为Ekm=h-W0;联立两式可得,Uc=he-0We,则图像的斜率为 he,故 C,D 错误;当 Uc=0 时,可解得=0Wh=c,此时读图可知,=4.271014Hz,即金属的截止频率为 4.271014Hz,故 A 正确,B 错误.热点考向二 原子结构和能级跃迁【核心提炼】1.原子结构的认识历程 2.原子能级
7、跃迁问题的解题技巧(1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差.(2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值.(3)一群原子和一个原子不同,它们的核外电子向基态跃迁时发射光子的种类N=2nC=(1)2n n.【典例2】(2017四川广元二模)如图所示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2.49 eV的金属钠,说法正确的是()A.这群氢原子能发出三种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=2所发出的光波长最短 B.这群氢原子能发出两种频率不同的光,其中从n=3跃迁到n=1所发出的光频率
8、最小 C.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为9.60 eV D.金属钠表面所发出的光电子的最大初动能为11.11 eV C 解析:一群氢原子处于n=3的激发态,可能放出3种不同频率的光子,从n=3跃迁到n=1辐射的光子频率最大,波长最短.故A,B错误.从n=3跃迁到n=1辐射的光子能量最大,为12.09 eV.则光电子的最大初动能Ekm=h-W0=(12.09-2.49)eV=9.60 eV.故C正确,D错误.【拓展延伸】在典例2中,假若一个处于n=3的激发态氢原子向低能级跃迁的情况是怎样的?最多有几种不同频率的光子?解析:一个处于n=3的激发态氢原子向较低能级跃迁时,可能情况是3到2,2
9、再到1,或者3到1;产生不同频率的光子是一种或两种,最多有两种.答案:3到2,2再到1,或者3到1;两种【预测练习2】(2017贵州遵义模拟)根据 粒子散射实验,卢瑟福提出了原子的核式结构模型.如图表示了原子核式结构模型的 粒子散射图景.图中实线表示 粒子的运动轨迹.其中一个 粒子在从a运动到b、再运动到c的过程中(粒子在b点时距原子核最近),下列判断正确的是()A.粒子的动能先增大后减小 B.粒子的电势能先增大后减小 C.粒子的加速度先变小后变大 D.电场力对 粒子先做正功后做负功 B 解析:粒子受到斥力作用,根据电场力做功特点可知,从a运动b过程中电场力做负功,电势能增加,动能减小,从b运
10、动到c过程中,电场力做正功,电势能减小,动能增加,A,D错误,B正确;根据点电荷周围电场可知,距离原子核近的地方电场强度大,故越靠近原子核加速度越大,因此粒子加速度先增大后减小,故C错误.热点考向三 核反应和核能的计算【核心提炼】1.四种核反应 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 自发 23892 U23490Th42 He 衰变 衰变 自发 23490 Th23491Pa01e 147 N42 He178O11 H(卢瑟福发现质子)42 He94 Be126 C10 n(查德威克发现中子)2713 Al42 He 3015 P10 n 人工 转变 人工 控制 3015 P3014Si10 e
11、(约里奥居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子)23592 U10 n14456Ba8936Kr+103 n 重核 裂变 比较容易进 行人工控制 23592 U10 n13654Xe9038Sr+1100 n 轻核 聚变 很难控制 21 H31 H42 He10 n 2.半衰期(1)特点:由原子核本身决定,与原子所处的化学状态和外部环境无关.(2)公式:m 余=m 原(12)tT,其中 T 为半衰期,t 为经历的时间.(3)适用条件:大量原子核.3.核能的理解与计算(1)比结合能越大,原子核中核子结合的越牢固.(2)到目前为止,核能发电还只停留在利用裂变核能发电.(3)核能的计算方法:根据爱
12、因斯坦质能方程,用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方,即 E=mc2.根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量,用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV,即 E=m931.5(MeV).如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现,则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能.【典例3】(2016全国卷,35)在下列描述核过程的方程中,属于 衰变的是 ,属于 衰变的是 ,属于裂变的是 ,属于聚变的是 .(填正确答案标号)A.146 C147 N01e B.3215 P3216S01e C.23892 U23490Th42 He D.147 N42 He
13、178O11 H E.23592 U10 n14054Xe9438Sr+102 n F.31H21 H42 He10 n 解析:C 中 23892 U 衰变放出粒子,即为衰变;A,B 中 146 C,3215 P 衰变中均放出 01 e,即为衰变;E 中 23592 U 吸收中子后分裂为中等质量的原子核,并放出两个中子,即为重核裂变;F 中为两个轻核反应形成较重核的反应,即为轻核聚变.答案:C AB E F【预测练习 3】(2017黑龙江大庆模拟)(多选)核电站的核能来源于 23592 U 核的裂变,下列说法中正确的是()A.反应后的核废料已不具有放射性,不需要进一步处理 B.23592 U
14、的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核,如 13954 Xe 和 9538 Sr,反应方程为 23592 U10 n13954Xe+9538 Sr+102 n C.23592 U 是天然放射性元素,常温下它的半衰期约为 45 亿年,升高温度半衰期缩短 D.一个 23592 U 核裂变的质量亏损为 m=0.215 5 u,则释放的核能约 201 MeV BD 解析:反应后的核废料仍然具有放射性,需要进一步处理,故 A 错误;发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒,故反应方程为 23592 U10 n13954Xe9538Sr+102 n,故 B 正确;半衰期的大小由原子核内部因素决定,与外部
15、环境无关,即升高温度并不能使半衰期缩短,故 C 错误;根据质能方程E=0.215 5931 MeV201 MeV,故 D 正确.实战 高考真题演练 1.光电效应(2017全国卷,19)在光电效应实验中,分别用频率为 a,b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 a b,则一定有Ua b,则一定有EkaEkb C.若UaUb,则一定有Eka b,则一定有h a-Ekah b-Ekb BC 解析:由爱因斯坦光电效应方程知,Eka=ha-W0,Ekb=hb-W0,当ab时,EkaEkb,选
16、项B正确.由最大初动能和遏止电压的关系,eUa=Eka知eUb=Ekb,若ab,得EkaEkb进而知UaUb,选项A错误;若UaUb,则一定有EkaEkb,选项C正确;对同一种金属,则有ha-Eka=hb-Ekb=W0,选项D错误.2.核能的计算(2017全国卷,17)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电,氘核聚变反应方程是 21 H21 H32 He10 n,已知 21 H 的质量为 2.013 6 u,32 He 的质量为 3.015 0 u,10 n 的质量为 1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7 MeV B
17、.3.3 MeV C.2.7 MeV D.0.93 MeV B 解析:氘核聚变反应中亏损的质量m=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7u=0.003 5 u,释放的核能E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,选项B正确.3.衰变方程(2017全国卷,15)一静止的铀核放出一个 粒子衰变成钍核,衰变方程为 23892 U23490Th42 He,下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于 粒子的动能 B.衰变后钍核的动量大小等于 粒子的动量大小 C.铀核的半衰期等于其放出一个 粒子所经历的时间 D.衰变后 粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 B 解析:衰变前后
18、动量守恒,衰变前动量为零,故衰变后钍核与粒子动量大小相等,方向相反,选项B正确;又Ek=,钍核与粒子动量大小相等,但质量不同,故动能不同,选项A错误;半衰期是放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,而放出粒子所经历的时间是一个原子核的衰变时间,选项C错误;衰变前后质量数不变,但有质量亏损,选项D错误.22pm4.波粒二象性(2015全国卷,35)(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是()A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关 解析:电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;射线在云室中留下清晰的径迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子的波动性来观测物质的微观结构,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E错误.ACD 点击进入提升 专题限时检测