1、第十二章近代物理初步考 纲 要 求考 情 分 析光电效应放射性同位素1.命题规律高考对该部分内容多为单独考查，有时与电磁学或动量知识进行简单交汇命题。题型一般为选择题，难度中等。2.考查热点该部分内容知识点较多，考查热点有光电效应、原子的跃迁、原子核的衰变、核反应及核能的计算等。原子物理属于前沿科学知识，复习时应侧重对基本概念和规律的理解和应用。爱因斯坦光电效应方程核力、核反应方程氢原子光谱结合能、质量亏损氢原子的能级结构、能级公式裂变反应和聚变反应、裂变反应堆原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期射线的危害与防护第72课时波粒二象性(双基落实课)点点通(一)对光电效应的理解1光电效应现象
2、在光的照射下，金属中的电子从表面逸出的现象。发射出来的电子叫光电子。2光电效应的产生条件入射光的频率大于金属的极限频率。3光电效应的三大规律光电子的最大初动能随着入射光频率的增大而增大，与入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，逸出功W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大，与入射光强度无关光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电
3、流较大 小题练通1.(多选)(人教教材演示实验改编题)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是()A有光子从锌板逸出B有电子从锌板逸出C验电器指针张开一个角度D锌板带负电解析：选BC当用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，验电器指针张开一个角度，故B、C正确。2.(多选)如图所示，电路中所有元件完好，但当光照射到光电管上的金属材料上时，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是()A入射光太弱B入射光的波长太长C光照时间短D电源正、负极接反解析：选BD若入射光的频率小于极限频率，则没有光电子逸出，入射光的波长越长，频率越小；若所加反向电压大
4、于遏止电压，则电子就不能到达阳极，也不会有光电流，故B、D正确。3(粤教教材原题)用某种色光照射到金属表面时，金属表面有光电子飞出，如果光的强度减弱而频率不变，则()A光的强度减弱到某一最低数值时，就没有光电子飞出B单位时间内飞出的光电子数目减少C逸出的光电子的最大初动能减小D单位时间内逸出的光电子数目和最大初动能都减小解析：选B光的强度减弱而频率不变，则仍有光电子飞出，只是单位时间内飞出的光电子数目减少，而光电子的最大初动能与光的频率有关，频率不变最大初动能不变，故B正确。4(多选)如图所示，是工业生产中大部分光电控制设备(如夜亮昼熄的路灯)用到的光控继电器的示意图，它由电源、光电管、放大器
5、、电磁继电器等几部分组成。当用绿光照射光电管阴极K时，可以发生光电效应，则下列说法中正确的是()A增大绿光照射强度，光电子最大初动能增大B增大绿光照射强度，电路中的光电流增大C改用波长比绿光波长大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流D改用频率比绿光频率大的光照射光电管阴极K时，电路中一定有光电流解析：选BD增大绿光照射强度，光电子最大初动能不变，而光电流增大，A错误，B正确；改用频率大的光照射，入射光频率一定大于极限频率，则一定有光电流，D正确；光的波长越大频率越小，改用波长大的光照射，入射光频率不一定大于极限频率，则不一定有光电流，C错误。 融会贯通(1)光电子的最大初动能取决于入射光
6、的频率。(2)单位时间内逸出的光电子数取决于入射光的强弱。点点通(二)爱因斯坦的光电效应方程及应用1光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量h。2逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的最小值。3最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。4光电效应方程(1)表达式：EkhW0。(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek。5.光电效应的四类图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射
7、光频率的关系图 线极限频率：图线与轴交点的横坐标c逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0|E|E普朗克常量：图线的斜率kh颜色相同、强度不同的光，光电流与电压的关系遏止电压Uc：图线与横轴的交点饱和光电流Im：电流的最大值最大初动能：EkeUc颜色不同时，光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1eUc1，Ek2eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率c：图线与横轴的交点遏止电压Uc：随入射光频率的增大而增大普朗克常量h：等于图线的斜率与电子电荷量的乘积，即hke (注：此时两极之间接反向电压)小题练通1(2018全国卷)用波长为300 nm的光照射锌板
8、，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.281019 J。已知普朗克常量为6.631034 Js，真空中的光速为3.00108 ms1。能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为()A11014 HzB81014 HzC21015 Hz D81015 Hz解析：选B设单色光的最低频率为0，由爱因斯坦光电效应方程得Ekh1W0,0h0W0，又1，整理得0，代入数据解得081014 Hz，B正确。2(多选)(人教教材改编题)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A增大入射光的强度，光电流增大B减小入射光的强度，光电效应现象消失C改用频率小于的光照射，一定不发生
9、光电效应D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能增大解析：选AD增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数目增加，则光电流将增大，故选项A正确；光电效应是否发生取决于入射光的频率，而与入射光强度无关，故选项B错误；用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时，若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，故选项C错误；根据hW逸mv2 可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，故选项D正确。3(多选)(2017全国卷)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
10、。h为普朗克常量。下列说法正确的是()A若ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkbC若UaUb，则一定有Ekab，则一定有haEkahbEkb解析：选BC设该金属的逸出功为W0，根据爱因斯坦光电效应方程有EkhW0，同种金属的W0不变，则逸出光电子的最大初动能随的增大而增大，B项正确；又EkeU，则最大初动能与遏止电压成正比，C项正确；根据上述有eUhW0，遏止电压U随增大而增大，A项错误；又有hEkW0，W0相同，D项错误。4(多选)(沪科教材原题)在演示光电效应的实验中，某金属被光照射后产生了光电效应现象，实验测出了光电子的最大动能Ekm与入射光频率的关系，如图所示。由Ekm图像可求出(
11、)A该金属的逸出功B该金属的极限频率C单位时间内逸出的光电子数D普朗克常量解析：选ABD根据光电效应方程EkmhW0hh0知，图线的斜率表示普朗克常量，根据图线斜率可得出普朗克常量。横轴截距表示最大初动能为零时的入射光频率，此时的频率等于金属的极限频率，根据W0h0可求出逸出功。单位时间内逸出的光电子数无法从图像中获知。故A、B、D正确，C错误。5(多选)在某次光电效应实验中，得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示，若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则()A普朗克常量可表示为B若更换材料再实验，得到的图线的k不改变，b改变C所用材料的逸出功可表示为ebDb由入
12、射光决定，与所用材料无关解析：选BC根据光电效应方程EkmhW0，以及EkmeUc，得：Uc，图线的斜率k，解得普朗克常量hke，故A错误；纵轴截距的绝对值b，解得逸出功W0eb，故C正确；b等于逸出功与电荷量的比值，而逸出功与材料有关，则b与材料有关，故D错误；更换材料再实验，由于逸出功变化，可知图线的斜率不改变，纵轴截距改变，故B正确。 融会贯通利用光电效应分析问题，应把握的三个关系(1)爱因斯坦光电效应方程EkhW0，式中W0为逸出功，它与极限频率c的关系是W0hc。(2)Ek图像反映了光电子的最大初动能和入射光频率的关系。(3)光电子的最大初动能Ek可以利用光电管通过实验的方法测得，即
13、EkeUc，其中Uc是遏止电压。点点通(三)对波粒二象性的理解1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性。(2)光电效应说明光具有粒子性。(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2对光的波粒二象性的理解从数量上看个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性从频率上看频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强从传播与作用上看光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性波动性与粒子性的统一由光子的能量h、光子的动量表达式p也可以看出，光的
14、波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量频率和波长小题练通1(粤教教材原题)下列说法中正确的是()A光的波粒二象性学说彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说B在光的双缝干涉实验中，暗条纹的地方是光子永远不能到达的地方C光的双缝干涉实验中，大量光子打在光屏上的落点是有规律的，暗纹处落下光子的概率小D单个光子具有粒子性，大量光子具有波动性E光的波动性是因为光子之间的相互作用的结果解析：选C光的波粒二象性和光的电磁说并不互相矛盾，A错误；暗条纹的地方是光子到达的概率小的地方，B错误，C正确；光子既具有粒子性也具有波动性，只是单个光子粒子性比较明显，大量光子波动性
15、比较明显，D错误；光的波动性不是光子之间的相互作用的结果，E错误。2(人教教材改编题)用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明()A光只有粒子性没有波动性B光只有波动性没有粒子性C少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性解析：选D由题图可以看出，少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性，故D正确。1如图所示，当弧光灯射出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验()
16、A只能证明光具有波动性B只能证明光具有粒子性C只能证明光能够发生衍射D证明光具有波粒二象性解析：选D弧光灯射出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性；验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应，则证明了光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确。2下表给出了一些金属材料的逸出功。现用波长为400 nm的单色光照射这些材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h6.61034 Js，光速c3108 m/s)()材料铯钙镁铍钛逸出功(1019 J)3.04.35.96.26.6A2种B3种C4种 D5种解析：选A光电效应发生的条件是入射光的频率
17、大于金属的极限频率，入射光的能量大于金属的逸出功，单色光的能量为hh，解得6.61034 J4.951019 J，由表中材料可知光子能量大于逸出功的金属有2种，所以A项正确，B、C、D项错误。3两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打到物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打到物体表面的光子数之比为54，则这两束光的光子能量和波长之比分别为()A4545 B5445C5454 D4554解析：选D两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打到物体表面的光子数之比为54，根据ENE0可得光子能量之比为45，再根据E0hh，可知光子能量与波长成反比，故光子波
18、长之比为54。故D正确。4(2017北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h6.61034 Js，真空光速c3108 m/s)()A1021 J B1018 JC1015 J D1012 J解析：选B光子的能量Eh，c，联立解得E21018 J，B项正确。
19、5.如图所示，两平行金属板A、B板间电压恒为U，一束波长为的入射光射到金属板B上，使B板发生了光电效应，已知该金属板的逸出功为W，电子的质量为m，电荷量为e，已知普朗克常量为h，真空中光速为c，下列说法中不正确的是()A该入射光的能量为hB到达A板的光电子的最大动能为hWeUC若增大两板间电压，B板没有光电子逸出D若减小入射光的波长，一定会有光电子逸出解析：选C根据Eh，而，则该入射光的能量为h，故A正确；逸出光电子的最大动能EkmhW，根据动能定理，eUEkmEkm，则到达A板的光电子的最大动能为EkmhWeU，故B正确；若增大两板间电压，不会影响光电效应现象，仍有光电子逸出，故C错误；若减
20、小入射光的波长，那么入射光的频率增大，一定会有光电子逸出，故D正确。6.(多选)某同学在研究某金属的光电效应现象时，发现该金属逸出光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系如图所示。若图线在横、纵坐标轴上的截距分别为a和b，已知电子所带电荷量为e，由图像可以得到()A该金属的逸出功为零B普朗克常量为，单位为JHzC当入射光的频率为2a时，逸出光电子的最大初动能为bD当入射光的频率为3a时，遏止电压为解析：选CD根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0，可知Ek图线的斜率表示普朗克常量h，即h，单位为J/Hz，图线与纵轴截距的绝对值表示金属的逸出功W0，由题图知W0b，选项A、B错误；当入射光的频率2a
21、时，由EkhW0，可得光电子的最大初动能Ek2abb，当入射光的频率为3a时，光电子的最大初动能为Ek2b，由最大初动能Ek与遏止电压的关系式EkeUc可知，遏止电压为Uc，选项C、D正确。7(多选)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示。则可判断出()A甲光的频率大于乙光的频率B乙光的波长大于丙光的波长C乙光的截止频率大于丙光的截止频率D甲光的光电子最大初动能小于丙光的光电子最大初动能解析：选BD因光电管不变，所以逸出功不变。由图像知甲光、乙光对应的遏止电压相等，且小于丙光对应的遏止电压，所以甲光和乙光的光电子
22、最大初动能相等且小于丙光的光电子最大初动能，故D正确；根据爱因斯坦光电效应方程EkhW0知甲光和乙光的频率相等，且小于丙光的频率，光的频率越大，波长越小，故A错误，B正确；截止频率是由金属决定的，与入射光无关，故C错误。8(多选)美国物理学家密立根利用如图甲所示的电路研究金属的遏止电压Uc与入射光频率的关系，描绘出如图乙所示的图像，由此算出普朗克常量h，电子电荷量用e表示，下列说法正确的是()A入射光的频率增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向M端移动B增大入射光的强度，光电子的最大初动能也增大C由Uc图像可知，这种金属截止频率为cD由Uc图像可求普朗克常量表达式为h解析：选CD入射光的
23、频率增大，光电子的最大初动能增大，则遏止电压增大，测遏止电压时，应使滑动变阻器的滑片P向N端移动，故A错误；根据光电效应方程EkmhW0知，光电子的最大初动能与入射光的强度无关，故B错误；根据EkmhW0eUc，解得Uc，图线的斜率k，则h，当遏止电压为零时，c，故C、D正确。9(多选)分别用波长为和2的光照射同一种金属，产生的速度最快的光电子速度之比为21，普朗克常量和真空中光速分别用h和c表示，下列说法正确的有()A该种金属的逸出功为B该种金属的逸出功为C波长超过2的光都不能使该金属发生光电效应D波长超过4的光都不能使该金属发生光电效应解析：选AD由hW0Ek知hW0mv12，hW0mv2
24、2，又v12v2，解得W0，故选项A正确，B错误；光的波长小于或等于3时才能发生光电效应，故选项C错误，D正确。10(多选)在光的双缝干涉实验中，光屏前放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，对于曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况，以下说法正确的是()A若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点B若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹C这一实验结果证明了光具有波粒二象性D这一实验结果否定了光具有粒子性解析：选ABC若曝光时间不长，可知光子数不多，往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点，A正确；若曝光时间足够长，可知光子数较多，往往表现为波动性，在底片上出现
25、干涉条纹，B正确；该实验表明光具有波粒二象性，C正确，D错误。第73课时原子结构与原子核(双基落实课)点点通(一)原子的核式结构1电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。2粒子散射实验(1)粒子散射实验装置(2)粒子散射实验的结果：绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数粒子甚至被“撞了回来”。3原子的核式结构模型(1)在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子的所有正电荷和几乎所有质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转。(2)核式结构模型的局限性：卢瑟福的原子核式结构模型能够很好地解释粒子
26、散射实验现象，但不能解释原子光谱是特征光谱和原子的稳定性。 小题练通1(粤教教材原题)如图的4个选项中，O点表示某原子核的位置，曲线ab和cd表示经过该原子核附近的粒子的运动轨迹，正确的图是()解析：选D粒子经过原子核时受原子核的库仑斥力，离原子核越近斥力作用越强，由此判断，D正确。2如图所示是粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹，M、N、P、Q是轨迹上的四点，在散射过程中可以认为重金属原子核静止。图中所标出的粒子在各点处的加速度方向正确的是()AM点 BN点CP点 DQ点解析：选C粒子(氦原子核)和重金属原子核都带正电，互相排斥，加速度方向与粒子所受斥力方向相同。带电粒子加速度方向沿
27、相应点与重金属原子核连线指向曲线的凹侧，故只有选项C正确。 融会贯通(1)根据粒子散射的现象可以得出原子的核式结构模型。(2)少数粒子发生大角度偏转是由于经过原子核附近时受到了较强的作用力。(3)原子核与粒子之间的作用力为库仑斥力，距离越近，斥力越强。点点通(二)能级跃迁1氢原子光谱(1)光谱：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱。(2)光谱分类 (3)氢原子光谱的实验规律：氢原子光谱是线状光谱，巴耳末系谱线的波长满足R(n3,4,5，R是里德伯常量，R1.10107 m1)。(4)光谱分析：利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定
28、物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。2氢原子的能级结构、能级公式(1)玻尔理论定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。跃迁：电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时，会放出能量为h的光子，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hEmEn。(h是普朗克常量，h6.631034 Js)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。(2)几个概念能级：在玻尔理论中，原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值，叫做能
29、级。基态：原子能量最低的状态。激发态：在原子能量状态中除基态之外的其他的状态。量子数：原子的状态是不连续的，用于表示原子状态的正整数。(3)氢原子的能级公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1为基态能量，其数值为E113.6 eV。(4)氢原子的半径公式：rnn2r1(n1,2,3，)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1 0.531010 m。3氢原子的能级图 小题练通1(多选)(教科教材原题)根据玻尔原子结构理论，原子中电子绕核运动的半径()A可以取任意值B是一系列不连续的特定值C可以在某一范围内任意取值D不同的轨道半径与不同的能量状态相对应解析：选BD根据玻尔原子结构理论，电
30、子绕核运动的半径只能是一系列不连续的特定值，且不同的轨道半径与不同的能量状态相对应，故B、D正确。2.如图是氢原子的能级示意图。当氢原子从n4能级跃迁到n3能级时，辐射出光子a；从n3能级跃迁到n2能级时，辐射出光子b。以下判断正确的是()A在真空中光子a的波长大于光子b的波长B光子b可使氢原子从基态跃迁到激发态C光子a可能使处于n4能级的氢原子电离D大量处于n3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射2种不同的谱线解析：选A氢原子从n4能级跃迁到n3能级的能级差小于从n3能级跃迁到n2能级时的能级差，根据EmEnh知，光子a的能量小于光子b的能量，所以光子a的频率小于光子b的频率，在真空中光子a的
31、波长大于光子b的波长，故A正确；光子b的能量小于基态与任一激发态的能级差，所以不能被基态的原子吸收，故B错误；根据EmEnh可知光子a的能量小于n4能级氢原子的电离能，所以不能使处于n4能级的氢原子电离，C错误；大量处于n3能级的氢原子向低能级跃迁时最多辐射3种不同的谱线，故D错误。3(2018天津高考)氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线H、H、H和H，都是氢原子中电子从量子数n2的能级跃迁到n2的能级时发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定()AH对应的前后能级之差最小B同一介质对H的折射率最大C同一介质中H的传播速度最大D用H照射某一金属能发生光电效应，则H也一定能解析：选A根据，
32、可得，由EmEnh，知H对应的两能级之差最小，故A正确；光在同一介质中传播，频率越高，折射率越大，而传播速度v，则H的折射率最小，H的传播速度最小，故B、C错误；光的频率达到截止频率才能发生光电效应，所以用H照射某一金属能发生光电效应，而H则不一定能，故D错误。4(沪科教材原题)处于基态的氢原子在某单色光照射下，只能发出频率分别为1、2、3的三种光，且123，则该照射光的光子能量为()Ah1Bh2Ch3 Dh(123)解析：选C基态氢原子吸收光子后只能发出频率为1、2、3的三种光，说明氢原子从n1能级可以跃迁到n3能级，故该光子的能量为h3，C正确。 融会贯通解答氢原子能级图与原子跃迁问题的注
33、意事项(1)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的。(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由hEmEn求得，若求波长可由公式c求得。(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n1。(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：用数学中的组合知识求解：NC。利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加。点点通(三)原子核的衰变规律1原子核的组成原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。质子带正电，中子不带电。2天然放射现象(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构。(2)
34、三种射线构成符号电荷量质量电离能力穿透能力射线氦核He2e4 u最强最弱射线电子ee较强较强射线光子00最弱最强3.原子核的衰变(1)衰变：原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。(2)分类衰变：XYHe衰变：XYe。(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。半衰期由原子核内部自身的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关。 小题练通1(2017全国卷)一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为UThHe。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
35、与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量解析：选B静止的铀核在衰变过程中遵循动量守恒定律，由于系统的总动量为零，因此衰变后产生的钍核和粒子的动量等大反向，即pThp，B项正确；因此有，由于钍核和粒子的质量不等，因此衰变后钍核和粒子的动能不等，A项错误；根据半衰期的定义可知，C项错误；由于衰变过程释放能量，根据爱因斯坦质能方程可知，衰变过程有质量亏损，D项错误。2(粤教教材原题)氡222放在天平的左盘时，需在天平的右盘加444 g砝码，天平才能处于平衡状态，氡222发生衰变，经过一个半衰期以后，欲使天平再次平衡，应从右盘中取出的砝码为()A220 g B8 gC2 g D4 g解析：选D经过一个半衰
36、期，有一半的氡222发生衰变，放出的粒子的总质量为4 g，故D正确。3(2019东北三校模拟)如图所示为查德威克发现中子的实验示意图，利用钋(Po)衰变放出的粒子轰击铍(Be)，产生的粒子P能将石蜡中的质子打出来，下列说法正确的是()A粒子是氦原子B粒子Q的穿透能力比粒子P的强C钋的衰变方程为 PoPbHeD粒子轰击铍的核反应方程为HeBe 126Cn解析：选D粒子是氦原子核，选项A错误；粒子P是中子，粒子Q是质子，由于质子带正电，当质子射入物体时，受到库仑力的作用会阻碍质子的运动，而中子不带电，不受库仑力作用，粒子P的穿透能力比粒子Q的强，选项B错误；在钋衰变中，根据质量数守恒知产生的是Pb
37、，选项C错误；HeBeCn是查德威克发现中子的核反应方程，选项D正确。4(鲁科教材原题)完成下面的核反应方程式，并指出其衰变类型。 RaRn_，这是_衰变。PbBi_，这是_衰变。解析：根据电荷数守恒和质量数守恒可得：RaRnHe，为衰变。 PbBie，为衰变。答案：Hee 融会贯通(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒。(2)每发生一次衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次衰变，原子核的质子数增大“1”。(3)原子核的衰变发生的快慢由半衰期决定，半衰期取决于放射性元素的种类，与原子所处的外界条件无关。点点通(四)核反应方程与核能计算1核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变
38、衰变自发UThHe衰变自发ThPae人工转变人工控制NHeOH(卢瑟福发现质子)HeBeCn(查德威克发现中子)AlHePn(约里奥居里夫妇发现人工放射性)PSie重核裂变比较容易进行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n轻核聚变很难控制HHHen2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础。如质子(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(e)、正电子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“”表示反应方向。(3)核反应过程中质量数
39、守恒，电荷数守恒。3对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即Emc2。方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损m，其能量也要相应减少，即Emc2。(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加m，吸收的能量为Emc2。4核能的计算方法(1)应用质能方程解题的流程图：(2)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能。在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示。(3)根据核子比结合能来计
40、算结合能：原子核的结合能核子比结合能核子数。 小题练通1(2018全国卷)1934年，约里奥居里夫妇用粒子轰击铝核Al，产生了第一个人工放射性核素X：AlnX。X的原子序数和质量数分别为()A15和28B15和30C16和30 D17和31解析：选B将核反应方程式改写成HeAlnX，由电荷数守恒和质量数守恒知，X应为X，B正确。2(沪科教材原题)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型：He_HeH，是_变。NaMg_，是_变。Na_NaH，是_变。92Un56Ba_3n，是_变。解析：HeHHeH，是轻核聚变。NaMge，是衰变。Na01eNaH，是人工转变。UnBaKr3n，是重核裂变。答案
41、：H轻核聚e衰e人工转Kr重核裂3(教科教材原题)两个氘核聚变时产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)，已知氘核的质量mH2.014 1 u，氦核的质量为mHe3.016 0 u，中子的质量为mn1.008 7 u。(以上质量均指静质量)(1)写出核反应方程；(2)计算反应释放出的核能；(3)如果反应前两个氘核的动能均为0.35 MeV，它们正面对碰发生聚变，且反应释放的核能全部转化为动能，计算反应生成的氦核和中子的动能。解析：(1)HHHen。(2)m2.014 12 u3.016 0 u1.008 7 u0.003 5 uE0.003 5931.5 MeV3.26 MeV。(3)核反应过程中
42、动量守恒，设氦核质量为m1，速度大小为v1，中子质量为m2，速度大小为v2m1v1m2v2p根据Ek，可得Ek1E总(0.3523.26)MeV0.99 MeVEk2E总(0.3523.26)MeV2.97 MeV。答案：(1)HHHen(2)3.26 MeV(3)0.99 MeV2.97 MeV 融会贯通(1)根据Emc2计算时，m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是“J”。(2)根据Em931.5 MeV计算时，m的单位是“u”，E的单位是“MeV”。1对卢瑟福的粒子散射实验的结果，下列说法中正确的是()A原子内存在电子B原子的大小为1010 mC原子的正电荷均匀分布在它的全
43、部体积上D原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核内解析：选D根据粒子散射实验现象，绝大多数粒子穿过金箔后沿原来方向前进，少数发生较大角度的偏转，极少数偏转角超过90，可知C错，D对；粒子散射实验的结果不能说明原子内存在电子也不能判定原子的大小为1010 m，A、B错。2.(2019沈阳联考)如图所示，根据氢原子的能级图，现让一束单色光照射到一群处于基态(量子数n1)的氢原子上，受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量为()A13.6 eVB3.4 eVC12.75 eV D12.09 eV解析：选C根据受激的氢原子能自发地发出6种不同频率的光，有6，解得n
44、4，即能自发地发出6种不同频率的光的受激氢原子一定是在n4能级，则照射处于基态的氢原子的单色光的光子能量为0.85 eV(13.6 eV)12.75 eV，C正确。3“慧眼”观测的范围是美丽的银河系，射线暴是主要研究的对象之一。射线暴是来自天空中某一方向的射线强度在短时间内突然增强，随后又迅速减弱的现象，它是仅次于宇宙大爆炸的爆发现象。下列关于射线的论述中正确的是()A射线同、射线一样，都是高速带电粒子流B射线的穿透能力比射线强，但比射线弱C射线是原子核能级跃迁时产生的D利用射线可以使空气电离，消除静电解析：选C射线是电磁波，不是高速带电粒子流，A错误；、三种射线中，射线能量最高，穿透能力最强
45、，B错误；利用射线的电离作用可以使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电，D错误；射线是原子核能级跃迁时产生的，C正确。4(2018江苏高考)已知A和B两种放射性元素的半衰期分别为T和2T，则相同质量的A和B经过2T后，剩有的A和B质量之比为()A14 B12C21 D41解析：选B根据衰变规律，经过2T后A剩有的质量mAm0m0，B剩有的质量mBm0m0，所以，故选项B正确。5(2018天津高考)国家大科学工程中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台。下列核反应中放出的粒子为中子的是()A.N俘获一个粒子，产
46、生O并放出一个粒子B.Al俘获一个粒子，产生P并放出一个粒子C.B俘获一个质子，产生Be并放出一个粒子D.Li俘获一个质子，产生He并放出一个粒子解析：选B根据质量数守恒、电荷数守恒，各选项核反应方程如下：NHeOH，故A错误；AlHePn，故B正确；BHBeHe，故C错误；LiHHeHe，故D错误。6中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用光子能量为E的射线照射静止氘核使之分解，反应方程为Dpn。若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是()A.(mDmpmn)c2EB.(mpmnmD)c2EC.(mDmpmn)c2ED.(mpmnmD)c2E解析：选C氘核分解成中
47、子、质子时，质量增加mmpmnmD，所以2EkE(mpmnmD)c2，中子动能为Ek(mDmpmn)c2E。故C正确。7如图所示是氢原子从n3、4、5、6能级跃迁到n2能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的是()AH BHCH DH解析：选D根据能级跃迁公式可知，当氢原子由第6能级跃迁到第2能级时，发出光子的能量最高，为hE6E2，辐射的光子H频率最大，故D选项正确。8(2017天津高考)我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.HHHenB.NHeOHC.HeAlPnD.UnBaKr3n解
48、析：选AA项是氢元素的两种同位素氘和氚聚变成氦元素的核反应方程，B、C项属于原子核的人工转变，D项属于重核的裂变，因此只有A项正确。9(多选)(2019周口模拟)卢瑟福通过用粒子(He)轰击氮核(N)的实验，首次实现了原子核的人工转变，则下列说法中正确的是()A该核反应的方程为HeNOHB通过此实验发现了质子C原子核在人工转变的过程中，电荷数可以不守恒D在此实验中，核子反应前的总质量一定等于反应后的总质量解析：选AB由质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为：HeNOH，选项A正确；卢瑟福通过此实验发现了质子，选项B正确；在原子核的人工转变过程中，其电荷数守恒，选项C错误；由于在核反应中有能量
49、转化，所以质量数守恒，质量不守恒，选项D错误。10(多选)在某些恒星内，3个粒子结合成1个C原子核，C原子核的质量是12.000 0 u，He原子核的质量是4.002 6 u。已知1 u1.661027 kg,1 eV1.61019 J。则()A反应过程中的质量亏损是0.007 8 uB反应过程中的质量亏损是1.291029 kgC反应过程中释放的能量是7.26 MeVD反应过程中释放的能量是1.161019 J解析：选ABC由题意可得核反应方程为3He6CE。则核反应中的质量亏损为m(34.002 612.000 0)u0.007 8 u0.007 81.661027 kg1.291029
50、kg，由质能方程得Emc21.291029(3108)2 J1.1611012 J7.26 MeV。故A、B、C正确。11.(多选)静止在匀强磁场中的U核发生衰变，产生一个粒子和一个未知的粒子X，它们在磁场中的运动轨迹如图所示，下列说法正确的是()A该核反应方程为UXHeB粒子和X粒子在磁场中做圆周运动时转动方向相同C轨迹1、2分别是粒子、X粒子的运动轨迹D粒子、X粒子运动轨迹半径之比为451解析：选ABD由题意可知该核反应方程为UXHe，选项A正确；核反应前U核静止，动量为零，根据动量守恒可知反应后系统总动量为零，所以粒子和X粒子的动量大小相等，方向相反，即速度方向相反，又都带正电，故转动方
51、向相同，选项B正确；根据动量守恒可知粒子和X粒子的动量大小p相等，由带电粒子在磁场中运动半径公式R可知轨道半径R与其所带电荷量成反比，故粒子、X粒子运动轨迹半径之比为451，选项C错误，D正确。12裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U为燃料的反应堆中，当U俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为U nXeSr3n235043 91.008 7138.917 8 93.915 4反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(原子的质量单位为u)，已知1 u的质量对应的能量为9.3102 MeV，此裂变反应释放出的能量是_MeV。解析：此裂变反应的质量亏损为：(235.043 91.008 7)u(138.917 893.915 431.008 7)u0.193 3 u由1 u的质量对应的能量为9.3102 MeVE9.31020.193 3 MeV1.80102 MeV。答案：1.80102
