1、专题十六 光电效应、原子和原子核 专题十六 光电效应、原子和原子核 主干知识整合专题十六 主干知识整合 一、玻尔原子模型氢原子能级1氢原子能级：轨道半径 rnn2r1(n1,2,3)，能级公式 En 1n2E1(E113.6 eV，n1,2,3)2能级跃迁：原子从一种定态(E 初)跃迁到另一种定态(E 终)时，它辐射(或吸收)一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即 hE 初E 终(E 终E 初)专题十六 主干知识整合 【特别提醒】(1)如果原子吸收光子从低能级向高能级跃迁，则光子的能量必须等于两个能级之差；(2)如果通过碰撞或加热等方式从低能级向高能级跃迁，则入射粒子的能量需大
2、于两能级之差二、原子核1原子核的人工转变(1)卢瑟福发现质子的核反应方程：147N42He 178O11H；(2)查德威克发现中子的核反应方程：94Be42He 126C10n.2天然衰变中核的变化规律(1)衰变：MZ XM4Z2 Y42He；专题十六 主干知识整合 (2)衰变：MZ X MZ1Y 01e，衰变不改变质量数；(3)射线总是伴随 衰变或 衰变放出的【特别提醒】半衰期的大小只由原子核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关；半衰期是统计规律，对少数(几个)粒子不成立3裂变与聚变：重核裂变和轻核聚变过程都伴随着巨大的能量释放(1)重核裂变：重核分裂成两个较轻质量核的反应
3、过程如23592U10n 9038Sr13654Xe1010n.专题十六 主干知识整合 (2)轻核聚变：轻核结合成质量较重核的反应过程(因在高温条件下发生，又称热核反应)如21H31H42He10n.4爱因斯坦质能方程：Emc2(一定的质量 m 总是跟一定的能量 mc2 对应)，Emc2.三、光电效应的实验规律1入射光的频率 必须大于金属的极限频率 0；2光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大；最大初动能 Ek12mv2hW0；3瞬间发生；4光电流的强度与入射光的强度成正比要点热点探究专题十六 要点热点探究 探究点一 原子的核式结构与玻尔理论1处于第 n 激发态的大量氢原子发射光子的种类
4、数为 NC2n.2解氢原子能级问题要注意利用氢原子能级图，如果题目没有提供，可由氢原子能级公式 En 1n2E1(E113.6 eV，n1,2,3)推导专题十六 要点热点探究 例1 2011四川卷 氢原子从能级m跃迁到能级n时辐射红光的频率为1，从能级n跃到能级k时吸收紫光的频率为2，已知普朗克常数为h，若氢原子从能级k跃迁到能级m，则()A吸收光子的能量为h1h2B辐射光子的能量为h1h2C吸收光子的能量为h2h1D辐射光子的能量为h2h1专题十六 要点热点探究 例1 D【解析】氢原子从m能级跃迁到n能级辐射能量，即EmEnh1，氢原子从n能级跃迁到k能级吸收能量，即EkEnh2，氢原子从k
5、能级跃迁到m能级，EkEmh2Enh1Enh2h1，因紫光的频率2大于红光的频率1，所以EkEm，即辐射光子的能量为h2h1，D正确【点评】光子的能量由两种定态的能量差决定，通过计算光子的能量可确定光的频率，从而确定光所属的范围及光速关系 专题十六 要点热点探究 已知氢原子的基态能量为 E，激发态能量 EnE1n2，其中 n2、3、.用 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为多少？例 1 变式题 1 4hcE1 【解析】氢原子从第一激发态电离，即为原子从 n2 跃迁到，所以hc EE2E14，故：4hcE1.专题十六 要点热点探究 2011江苏卷
6、按照玻尔原子理论，氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量 (选填“越大”或“越小”)已知氢原子的基态能量为 E1(E1 0)，电子质量为 m,基态氢原子中的电子吸收一频率为 的光子被电离后，电子速度大小为 (普朗克常量为 h)例 1 变式题 2 2hE1m【解析】电子离原子核越远，能级越大，电势能越大，原子能量也就越大；根据能量守恒定律有 hE112mv2，所以电离后电子速度大小为2hE1m.专题十六 要点热点探究 探究点二 核反应方程(衰变、人工核转变、裂变与聚变方程)1核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒发生一次 衰变，原子核的质量数减少 4，原子序数减少 2；发生一次 衰变，原子核的质
7、量数不变，原子序数增加 1.确定衰变次数时，应先由质量数的变化确定 衰变的次数，然后再根据衰变规律确定 衰变的次数2核反应中释放或吸收的能量，可根据 Emc2 来计算m是反应物和生成物的质量差，1 u 相当于 931.5 MeV.注意：重核裂变和轻核聚变(热核反应)均为释放能量的核反应专题十六 要点热点探究 例 2 碘 131 核不稳定，会发生 衰变，其半衰期为 8 天(1)碘 131 核的衰变方程：13153I (衰变后的元素用 X 表示)(2)经过 天有 75%的碘 131 核发生了衰变例 2(1)13154X 01e(2)16【解析】(1)在衰变的过程中，质量数守恒，核电荷数守恒，即13
8、153I13154X 01e.(2)经过 8 天后，有一半发生衰变，即 50%发生衰变，再经过 8 天，剩下一半的一半发生衰变，这时有 75%的碘 131 核发生了衰变，所以共用时间 16 天专题十六 要点热点探究【点评】核反应过程中，质量数与电荷数均守恒，这是书写核反应方程的关键本题考查了核反应方程、半衰期等知识点下面的变式题则综合考查了核反应及衰变的特点 专题十六 要点热点探究 2010广东卷(双选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()A.23892 U23490 Th42He 是 衰变B.147N42He178O11H 是 衰变 C.21H31H42He10n 是轻核聚变D.8
9、234Se8236Kr201e 是重核裂变例 2 变式题 1 AC【解析】B 为人工核转变，D 为衰变，AC 正确专题十六 要点热点探究 原子核23892U 经放射性衰变变为原子核23490Th，继而经放射性衰变变为原子核23491Pa，再经放射性衰变变为原子核23492U，放射性衰变、和依次为()A 衰变、衰变和 衰变B 衰变、衰变和 衰变C 衰变、衰变和 衰变D 衰变、衰变和 衰变专题十六 要点热点探究 例 2 变式题 2 A【解析】23492U 23490Th，质量数少 4，电荷数少 2，说明为 衰变.23490Th 23491Pa，质量数加 1，质量数不变，说明为 衰变，中子转化成质子
10、.23490Th23492U，质子数加1，质量数不变，说明为 衰变，中子转化成质子专题十六 要点热点探究 探究点三 光电效应1光电效应方程：h12mv2mW，Wh0，0 为极限频率，W为逸出功2遏止电压与最大初动能的关系：eU12mv2m.专题十六 要点热点探究 例3 2011广东卷(双选)光电效应实验中，下列表述正确的是()A光照时间越长光电流越大 B入射光足够强就可以有光电流 C遏止电压与入射光的频率有关 D入射光频率大于极限频率才能产生光电子 专题十六 要点热点探究 例 3 CD【解析】光电流的大小与入射光的强度有关，与光照时间无关，A 错；入射光的频率必须大于极限频率才可能产生光电效应
11、，小于这个频率的光，无论照射强度多么大、照射时间多么长，都不可能产生光电效应，更不可能有光电流，B 错；光电流的大小只与到达阳极的光电子个数有关，A 错由 h12mv2mW 和 eU12mv2m知，CD 正确专题十六 要点热点探究 2011上海卷 用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是()A改用频率更小的紫外线照射B改用 X 射线照射C改用强度更大的原紫外线照射D延长原紫外线的照射时间专题十六 要点热点探究 例 3 变式题 1 B【解析】入射光的频率必须大于某一极限频率才可能产生光电效应，小于这个频率的光，无论照射时间多么、照射强度多么大，都不可能产生光电效应，由于 X 射线的频率大于紫外线的频率，因此用 X 射线可能产生光电效应，故 ACD 错而 B 对专题十六 要点热点探究 在做光电效应的实验时，某金属被光照射发生了光电效应，实验测得光电子的最大初动能 Ek 与入射光的频率 的关系如图6161 所示，由实验图象不能求出()A该金属的极限频率和极限波长B普朗克常量C该金属的逸出功D单位时间内逸出的光电子数专题十六 要点热点探究 例 3 变式题 2 D【解析】由光电效应方程 hEkW 可知，Ek 的斜率为普朗克常量，在 轴上的截距为极限频率 0，从而可求得极限波长，在 Ek 轴上截距的绝对值即为逸出功，但不能求出单位时间内逸出的光子数
