教师课件高考物理二轮复习专题五加试选择题题型强化第3讲波粒二象性原子和原子核学案.docx
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教师课件高考物理二轮复习专题五加试选择题题型强化第3讲波粒二象性原子和原子核学案
第3讲 波粒二象性 原子和原子核
[历次选考考情分析]
章
知识
内容
考试要求
历次选考统计
必考
加试
2015/10
2016/04
2016/10
2017/04
2017/11
2018/04
波粒二
象性
能量量子化
b
15
光的粒子性
c
14
16
15
15
粒子的波动性
c
16
15
概率波
b
不确定性关系
b
14
原子
结构
电子的发现
a
原子的核式结构模型
b
氢原子光谱
b
玻尔的原子模型
c
14
14
15
14
15
15
原子核
原子核的组成
a
放射性元素的衰变
c
14
14
14
探测射线的方法
a
放射性的应用与防护
a
核力与结合能
c
16
14
14
14
核裂变
c
16
14
核聚变
c
14
粒子和宇宙
a
考点一 光电效应的规律和理解
1.光电效应
在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象,叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子.
2.实验规律
(1)每种金属都有一个极限频率.
(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大.
(3)光照射到金属表面时,光电子的发射几乎是瞬时的.
(4)在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大.
3.爱因斯坦光电效应方程
(1)光子:
光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的,这些能量子称为光子,频率为ν的光的能量子为hν.
(2)爱因斯坦光电效应方程
①表达式:
hν=Ek+W0或Ek=hν-W0.
②物理意义:
金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν,这些能量一部分用于克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的初动能Ek.
例1 (多选)如图1甲所示,在光电效应实验中,某同学用相同频率的单色光,分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为某中一个光电管的遏止电压Uc随入射光频率ν变化的函数关系图象.对于这两个光电管,下列判断正确的是( )
图1
A.因为材料不同逸出功不同,所以遏止电压Uc不同
B.光电子的最大初动能不同
C.因为光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同
D.两个光电管的Uc-ν图象的斜率可能不同
答案 ABC
解析 根据Ek=hν-W0和eUc=Ek联立得:
eUc=hν-W0即Uc=-,可知,入射光的频率相同,逸出功W0不同,则遏止电压Uc也不同,故A正确.根据Ek=hν-W0得,相同的频率,不同的逸出功,则光电子的最大初动能也不同,故B正确.虽然光的频率相同,但光强不确定,所以单位时间逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同,故C正确.由Uc=-,可知,Uc-ν图象的斜率k==常数,所以两个光电管的Uc-ν图象的斜率一定相同,故D错误.
1.(多选)在演示光电效应的实验中,原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连,用蓝色弧光灯照射锌板时,验电器的指针张开了一个角度,如图2所示,则( )
图2
A.验电器指针带正电
B.验电器指针带负电
C.改用紫色弧光灯照射锌板时,原来不带电的验电器的指针能张开一个角度
D.改用黄色弧光灯照射锌板时,只要光足够强,原来不带电的验电器的指针一定能张开一个角度
答案 AC
解析 锌板在弧光灯照射下,发生光电效应,有光电子逸出,锌板失去电子带正电,验电器与锌板相连,导致指针带正电,故A正确,B错误;改用紫色弧光灯照射锌板时,紫光频率大于蓝光,那么原来不带电的验电器,其指针会张开一个角度,故C正确;改用黄色弧光灯照射锌板时,黄光频率小于蓝光,不一定能发生光电效应,原来不带电的验电器的指针不一定会张开一个角度,故D错误.
2.(多选)光电效应实验中,下列表述正确的是( )
A.发生光电效应时,光照越强,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
答案 ACD
解析 光电流的大小与光电子的多少有关,增大光的强度,可以增大光电流,光照越强,光电流越大,故A正确;无论光强多强,光照时间多长,只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应,故B错误;根据爱因斯坦光电效应方程可知,超过极限频率的入射光频率越高,所产生的光电子的最大初动能就越大,对应的遏止电压越大,故C正确;无论光强多强,光照时间多长,只有光的频率大于极限频率才能产生光电效应,故D正确.
3.(多选)(2018·新高考研究联盟联考)研究光电效应的实验电路图如图3a所示,其光电流与电压的关系如图b所示.则下列说法中正确的是( )
图3
A.若把滑动变阻器的滑动触头向右滑动,光电流一定增大
B.图线甲与乙是同一种入射光,且甲的入射光强度大于乙光
C.由图可知,乙光的频率小于丙光频率
D.若将甲光换成丙光来照射锌板,其逸出功将减小
答案 BC
考点二 玻尔理论和能级
1.玻尔理论的理解
(1)电子绕核运动的半径是不连续的;
(2)电子跃迁辐射光子的频率不等于电子绕核圆周运动的频率;
(3)实物粒子也能使原子发生能级跃迁;
(4)能级之间跃迁时放出的光子频率是不连续的.
2.两类能级跃迁
(1)自发跃迁:
高能级→低能级,释放能量,发出光子.
光子的频率ν==.
(2)受激跃迁:
低能级→高能级,吸收能量.
①光照(吸收光子):
光子的能量必须恰等于能级差ΔE.
②碰撞:
只要入射粒子能量大于或等于能级差即可,E外≥ΔE.
③大于电离能的光子被吸收,原子被电离.
3.谱线条数的确定方法
(1)一个处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为n-1.
(2)一群处于第n能级的氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:
①用数学中的组合知识求解:
N=C=.
②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.
例2 (多选)(2018·浙江4月选考·15)氢原子的能级图如图4所示,关于大量氢原子的能级跃迁,下列说法正确的是(可见光的波长范围为4.0×10-7m~7.6×10-7m,普朗克常量h=6.6×10-34J·s,真空中的光速c=3.0×108m/s)( )
图4
A.氢原子从高能级跃迁到基态时,会辐射γ射线
B.氢原子处在n=4能级时,会辐射可见光
C.氢原子从高能级向n=3能级跃迁时,辐射的光具有显著的热效应
D.氢原子从高能级向n=2能级跃迁时,辐射的光在同一介质中传播速度最小的光子能量为1.89eV
答案 BC
解析 γ射线是原子核衰变时产生的高能电磁波,与核外电子无关,故A选项错误;电子从高能级向低能级跃迁时辐射出光子,根据ΔE=hν=h,可得可见光光子的能量范围为1.63eV~3.09eV.从n=4能级跃迁到n=2能级ΔE=2.55eV,处在可见光能量范围内,故B选项正确;从高能级向n=3能级跃迁辐射出最大能量为ΔE=1.51eV<1.63eV,属于红外线,具有热效应,所以C选项正确;传播速度越小,折射率越大,光子频率越大,能量越大,而从高能级向n=2能级跃迁时最大能量为3.4eV,所以D选项错误.
4.(多选)下列关于玻尔原子理论及氢原子能级的说法,正确的是( )
A.原子中的电子运动轨道分布是连续的
B.原子中的电子在某一定态时,电子绕原子核运动,但不向外辐射能量
C.氢原子的核外电子由一个能级跃迁到另一个能级吸收光子时,氢原子的能量不变
D.一群氢原子从n=3能级向n=1能级跃迁,最多能发出3种不同频率的光子
答案 BD
解析 原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应,而电子的可能轨道的分布是不连续的,故A错误;原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量,故B正确;核外电子由一个能级跃迁到另一个能级时,吸收一定频率的光子后,能量会增大,故C错误;氢原子向低能级跃迁时是随机的,一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时最多可能发出C=3种不同频率的光子,故D正确.
5.(多选)如图5所示,μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子(bydrogenmuonatom).它在原子核物理的研究中有重要作用.图为μ氢原子的能级示意图,假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子,μ氢原子吸收光子后,发出频率为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光,且频率依次增大,则( )
图5
A.μ氢原子吸收光子后处于n=5能级
B.μ氢原子吸收光子后处于n=4能级
C.E等于h(ν6-ν4)
D.E等于h(ν5-ν2)
答案 BC
解析 由n=C=6,解得:
m=4,即μ氢原子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级,然后从n=4能级向低能级跃迁,故A错误,B正确.辐射光子按能量从小到大的顺序排列为能级4到能级3,能级3到能级2,能级4到能级2,能级2到能级1,能级3到能级1,能级4到能级1.所以能量E与hν3相等,也等于h(ν1+ν2),也等于h(ν6-ν4),故C正确,D错误.
6.(多选)根据国家科技部2017年3月6日报道,迄今为止,科学家已经成功检测定位了纳米晶体结构中的氢原子,按玻尔氢原子理论,氢原子的能级如图6所示,下列判断正确的是( )
图6
A.用光子能量为13.01eV的光照射一群处于基态的氢原子,可观测到多种不同频率的光
B.大量处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时,可能发出6条光谱线
C.氢原子从n=4激发态跃迁到n=2激发态需要吸收光子
D.氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时,氢原子的电势能减小,电子的动能增大
答案 BD
解析 氢原子发生能级跃迁的能量差:
-13.6eV+13.01eV=-0.59eV,氢原子没有-0.59eV的能级,故A错误;大量处于n=4激发态的氢原子向基态跃迁时可发出的光谱线条数为=6种,故B正确;氢原子由高能级态向低能级态跃迁时辐射光子,故C错误;氢原子的核外电子由高能级跃迁到低能级时,轨道半径减小,电场力做正功,氢原子电势能减小,电子的动能增大,D正确.
7.(多选)(2018·嘉兴一中期末)如图7是氢原子能级图,大量处在激发态n=5能级的氢原子向低能级跃迁,a是从n=4能级跃迁到n=2能级产生的光,b是从n=5能级跃迁到n=3能级产生的光.已知某金属的极限频率ν=5.53×1014Hz,普朗克常量h=6.6×10-34J·s,电子电荷量e=1.6×10-19C,则( )
图7
A.在相同的双缝干涉实验装置中,a光产生的干涉条纹间距比b光的更宽
B.a光和b光的光子动量之比为255∶97
C.用a光照射该金属时,能产生最大初动能为0.27eV的光电子
D.在同样的玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度
答案 BC
考点三 核反应与核能
1.核反应的四种类型
类型
可控性
核反应方程典例
衰变
α衰变
自发
U→Th+He
β衰变
自发
Th→Pa+ e
人工转变
人工控制
N+He→O+H(卢瑟福发现质子)
He+B
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