1、第14讲近代物理初步1.氢原子能级：(1)能级图如图所示。(2)跃迁分析。自发跃迁：高能级低能级。_能量，发出能量为_的光子，且h_。受激跃迁：低能级高能级，_能量。a.光照(吸收光子)：光子的能量等于能级差h=_。b.碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可。E外_。c.大于电离能的光子可被吸收将原子_。一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N=_。释放hEm-En吸收EE电离2.原子核的衰变、核能：(1)原子核的衰变。衰变类型衰变衰变衰变方程衰变实质_个质子和_个中子结合成一个整体射出1个中子转化为_和_衰变规律_守恒、_守恒221个质子1个电子电荷数质量数
2、(2)核反应方程、核能。核反应方程：遵循_。质能方程：E_。核能的计算：E=_。质量数守恒和电荷数守恒mc2mc23.光电效应及其方程：(1)光电效应的规律。入射光的频率必须_。光电子的最大初动能与_无关，只随_而增大。入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是_的，一般不大于10-9 s。当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的_成正比。大于或等于金属的极限频率入射光的强度入射光的频率增大瞬时强度(2)光电效应方程。表达式:h=_或Ek=_。物理意义:金属中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_,剩下的表现为逸出后电子的最大初动能。Ek+W0h-W0逸
3、出功W01.(双选)(2013广东高考)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是下列说法正确的有()A.上述裂变反应中伴随着中子放出B.铀块体积对链式反应的发生无影响C.铀核的链式反应可人工控制D.铀核的半衰期会受到环境温度的影响【解析】选A、C。核裂变反应是重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应，A选项正确；铀块要发生链式反应需达到一定的体积，B选项错误；链式反应可人工控制用以建立核电站，C选项正确；原子核的半衰期由原子核本身的性质决定，与其所处的环境或状态无关，D选项错误。2.(双选)(2012广东高考)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径
4、之一,下列释放核能的反应方程,表述正确的有()A.是核聚变反应B.是衰变C.是核裂变反应D.是衰变【解析】选A、C。两个轻核聚合成一个较重的核的反应为核聚变反应，故A对B错。重核被中子轰击后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中子的反应为核裂变反应，故C对。原子核放出或粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核的衰变。原子核的衰变的反应物只有一种，故D错。3.(双选)(2011广东高考)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【解析】选C、D。要产生光电效应入射光的频率必须大
5、于一个最小频率，即极限频率，当入射光的频率小于极限频率时，不管光的强度多大都不会产生光电效应。与光照时间无关，故D正确，A、B错误；对同一种金属，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，需要的遏止电压越大，C正确。4.(2013上海高考)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A.锌板带负电B.有正离子从锌板逸出C.有电子从锌板逸出D.锌板会吸附空气中的正离子【解析】选C。当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误。5.(2013福建高考)在卢瑟福粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个粒子经历
6、金箔散射过程的径迹，其中正确的是()【解析】选C。粒子与原子核相互排斥，A、D错；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，B错，C对。6.(2013重庆高考)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：则a+b可能是()A.B.C.D.【解析】选D。根据题中所给裂变反应方程，质量数守恒，电荷数守恒，故a+b的质量数应为235+1-2=234，电荷数应为92，故只有D选项正确。热点考向 1 氢原子能级结构及原子跃迁【典例1】(双选)(2013贵阳二模)如图是氢原子的能级图，对于一群处于n=4的氢原子，下列说法中正确的是()A这群氢原子能够吸收任意能量的光子后向更高能级跃迁B
7、这群氢原子能够发出6种不同频率的光C这群氢原子发出的光子中，能量最大为10.2 eVD从n=4能级跃迁到n=3能级发出的光的波长最长【解题探究】(1)发生光电效应的条件是入射光的频率必须_金属的极限频率；(2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数N=；(3)处于n=4的氢原子向低能级跃迁时，哪两个能级间跃迁发出的光子能量最大？哪两个能级间跃迁发出的光子能量最小？提示：原子由高能级向低能级跃迁时，要释放能量，且满足hEmEn。故由n4能级跃迁到n1能级产生的光子能量最大，由n4能级跃迁到n3能级产生的光子能量最小。大于等于【解析】选B、D。氢原子由低能级向高能级跃迁时只能吸
8、收特定频率的光子，选项A错误；处于n=4激发态的大量氢原子跃迁时，最多发出的光子种数为选项B正确；这群氢原子发出的光子中，由n4能级跃迁到n1能级产生的光子能量最大，能量最大为12.75 eV，选项C错误；由n4能级跃迁到n3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，波长最长，选项D正确。【总结提升】解答氢原子能级跃迁问题的四点技巧(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(4)计算时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各能级的能量
9、值均为负值；能量单位1 eV1.61019 J。【变式训练】(双选)(2013郑州二模)下列说法正确的是()A.衰变所释放的电子是原子核外的电子电离形成的B.光电效应和电子的衍射现象说明粒子的波动性C.原子从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为1的光子；原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为2的光子，已知12。那么原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长的光子D.粒子散射实验说明了原子具有核式结构【解析】选C、D。衰变所释放的电子是原子核内中子转化为质子和电子，电子从原子核中释放出来形成的，选项A错误；光电效应说明光具有粒子性，电子的衍射现象说明粒子的波动性，选项B错误；根据原子
10、从a能级状态跃迁到b能级状态时发射波长为1的光子，原子从b能级状态跃迁到c能级状态时吸收波长为2的光子，则有：解得即原子从a能级状态跃迁到c能级状态时将要吸收波长的光子，选项C正确。粒子散射实验说明了原子具有核式结构，选项D正确。【变式备选】(双选)(2013长沙二模)下列说法正确的是()A光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量B将由放射性元素组成的化合物进行高温分解，会改变放射性元素的半衰期C原子核的质量大于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损D普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说【解析】选A、D。光子像其他粒子一样，不但具有能量，也具有动量，选项A正确。将由放射性元素组
11、成的化合物进行高温分解，不会改变放射性元素的半衰期，选项B错误。原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损，选项C错误。普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说，选项D正确。热点考向 2 核反应方程的理解应用【典例2】(双选)(2013广州二模)钚(Pu)是一种具有放射性的超铀元素。已知钚的一种同位素的半衰期为24 100年，其衰变方程为下列有关说法正确的是()A.X原子核中含有143个中子B.80个经过24 100年后一定还剩余40个C.衰变发出的射线是频率很大的电磁波，具有很强的穿透能力D.由于衰变时释放巨大能量，根据E=mc2，衰变过程总质量增加【解题探究】(1)核反
12、应过程遵循_守恒和_守恒。(2)半衰期是一个_规律，是针对_衰变规律的总结。(3)射线的组成是_，速度为_。质量数电荷数统计大量原子核高频电磁波光速【解析】选A、C。由质量数、电荷数守恒得X的质量数为239-4=235，X的电荷数为94-2=92，故中子数为235-92=143，A对。半衰期是针对大量原子核衰变而言的，B错。射线是频率很高的电磁波，波长很短，穿透能力很强，C对。衰变释放能量，总质量减少，D错。【总结提升】解答核反应方程及核能计算的方法(1)掌握核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律；(2)掌握常见的主要核反应方程式，并知道其意义；(3)熟记常见的基本粒子的符号，如质子、中子
13、、粒子等；(4)进行核能计算时注意单位的对应，若m用kg作单位，则E用J作单位；若m用u作单位，则E用eV作单位，且1 u对应931.5 MeV。【变式训练1】(双选)(2013湛江二模)氘核、氚核、中子、氦核的质量分别是m1、m2、m3和m4，如果氘核和氚核结合生成氦核，则下列说法中正确的是()A.核反应方程为B.这是一个裂变反应C.核反应过程中的质量亏损m=m1+m2-m4D.核反应过程中释放的核能E=(m1+m2-m3-m4)c2【解析】选A、D。由质量数守恒、电荷数守恒知A对。该反应为轻核聚变，B错。核反应的质量亏损m=m1+m2-m3-m4，C错。由E=mc2知D对。【变式训练2】一
14、个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是()A.核反应方程是B.聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3C.辐射出的光子的能量E=(m3-m1-m2)c2D.光子的波长【解析】选B。根据衰变遵循质量数和电荷数守恒，此核反应的核反应方程应为选项错误；根据质能方程，光子的能量为E=(m1+m2-m3)c2,C选项错误；由知，波长D选项错误。故选B。热点考向 3 光电效应现象的理解应用【典例3】(双选)(2013汕头二模)如图是研究光电效应的装置，用一定频率的光束照射金属板K，有粒子逸出
15、，则()A.逸出的粒子是电子B.改变光束的频率，金属的逸出功随之改变C.减少光束的光强，逸出的粒子初动能减少D.减少光束的频率，金属板可能没有粒子逸出【解题探究】(1)金属的逸出功由_决定。(2)改变入射光的光强，_数变化，从而可使饱和电流_。(3)光电效应现象中，入射光的频率必须_极限频率。【解析】选A、D。逸出的粒子是光电子，A对。改变入射光的频率，光电子的动能改变，而逸出功不变，B错。减少光强，光电子数减少，初动能不变，C错。减小光束的频率，若小于极限频率，则不会逸出光电子，D对。金属本身的性质光电子变化大于等于【总结提升】光电效应问题的分析技巧(1)光电效应实验规律可理解记忆：“放不放
16、(光电子)，看光限(入射光最低频率)；放多少(光电子)，看光强；(光电子的)最大初动能(大小)，看(入射光的)频率；要放瞬时放”。(2)要求掌握爱因斯坦光电效应方程。作为能量守恒的一种表达式可以定性理解方程的意义：即入射光子的能量一部分相当于转换在金属的逸出功上，剩余部分转化为光电子的动能。对某种金属来说W0为定值，因而光子频率决定了能否发生光电效应及光电子的初动能大小。每个光子的一份能量h与一个光电子的动能对应。【变式训练1】(双选)(2013湛江一模)如图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率的关系图像，由图像可知：()A.该金属的逸出功等于EB.该金属的逸出功等于h0C.
17、入射光的频率为20时，产生的光电子的最大初动能为2ED.入射光的频率为时，产生的光电子的最大初动能为【解析】选A、B。由光电效应方程h=W+Ek得Ek=h-W。若=0，则W=-Ek=-E，A对。由逸出功的意义知W=h0，B对。由光电效应方程得，当加倍或减半时，Ek不会加倍或减半，C、D均错。【变式训练2】(双选)产生光电效应时,关于逸出光电子的最大初动能Ek,下列说法正确的是()A.对于同种金属,Ek与照射光的强度无关B.对于同种金属,Ek与照射光的波长成正比C.对于同种金属,Ek与照射光的时间成正比D.对于不同种金属,若照射光频率不变,Ek与金属的逸出功成线性关系【解析】选A、D。由爱因斯坦
18、光电效应方程Ek=h-W0可知,Ek与入射光的强度无关,选项A正确;Ek与入射光的频率成线性关系,与波长不是成正比的关系,选项B错误;由于电子一次性吸收光子的全部能量,Ek与入射光时间无关,选项C错误;对于不同金属,若照射光的频率不变,由光电效应方程可知,Ek与金属的逸出功成线性关系,选项D正确。【变式训练3】(2011福建高考)爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖。某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示，其中0为极限频率。从图中可以确定的是()A.逸出功与有关B.Ekm与入射光强度成正比C.当3的高能级的氢原子向n3能级跃
19、迁时，发出的光有一部分是可见光B.大量处在n3能级的氢原子向n2能级跃迁时，发出的光是紫外线C.大量处在n3能级的氢原子向n1能级跃迁时，发出的光都应具有显著的热效应D.处在n3能级的氢原子吸收任意频率的紫外线光子都能发生电离【解析】选D。当处在n3的高能级的氢原子向n3能级跃迁时，放出光子的最大能量E1.51 eV，故不可能为可见光，A错；当从n3能级向n2能级跃迁时，光子能量E3.4 eV1.51 eV1.89 eV为可见光，B错；当从n3能级向n1能级跃迁时，光子能量E12.09 eV在紫外区，无显著的热效应，C错；紫外线光子的能量h3.11 eV，大于处于n3能级的氢原子的电离能，故D
20、正确。9.(双选)下列说法中正确的是()A.玻尔理论成功解释了所有原子的光谱B.已知氡的半衰期为3.8天，若取1 g氡放在天平左盘上，砝码放于右盘，左右两边恰好平衡，则7.6天后，需取走0.75 g砝码天平才再次平衡C.是原子核的人工转变D.光电效应实验中，遏止电压与入射光的频率有关【解析】选C、D。玻尔理论只解释了氢原子光谱，A错误；氡衰变后会变成其他物质，故B错误；C选项中的核反应是人工转变，C正确；遏止电压与入射光的频率有关，D正确。10.(2012北京高考)一个氢原子从n=3能级跃迁到n=2能级。该氢原子()A.放出光子，能量增加B.放出光子，能量减少C.吸收光子，能量增加D.吸收光子，能量减少【解析】选B。根据玻尔理论，氢原子能级越高对应的能量越大，当氢原子从较高能级向较低能级跃迁时放出光子，能量减少。
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