1、专题整合突破专题整合突破第一部分 专题六原子物理与物理学史专题六原子物理与物理学史要点解读要点解读本专题考查的重点和热点：本专题考查的重点和热点：光电效应的规律及应用光电效应的规律及应用原子的能级跃迁原子的能级跃迁原子核的衰变规律原子核的衰变规律核反应方程的书写核反应方程的书写质量亏损和核能的计算质量亏损和核能的计算三种射线的特点及应用等三种射线的特点及应用等 备考对策备考对策 由于本专题涉及的知识点与科技相关，题目新颖，但难度不大，因此，备考由于本专题涉及的知识点与科技相关，题目新颖，但难度不大，因此，备考中应加强对基本概念和规律的理解，强化典题的训练。中应加强对基本概念和规律的理解，强化典
2、题的训练。第第15讲原子与原子核讲原子与原子核1 1体 系 认 知体 系 认 知 感 悟 真 题感 悟 真 题 2 2聚 焦 热 点聚 焦 热 点 备 考 通 关备 考 通 关3 3复 习 练 案复 习 练 案 课 时 跟 踪课 时 跟 踪 体系认知体系认知 感悟真题感悟真题 1(2019全国卷，14)氢原子能级示意图如图所示。光子能量在1.63 eV3.10 eV的光为可见光。要使处于基态(n1)的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为()A12.09 eV B10.20 eV C1.89 eV D1.51 eVA 解析可见光光子能量范围为1.63 eV3.10 eV，
3、则氢原子能级差应该在此范围内，可简单推算如下：2、1能级差为10.20 eV，此值大于可见光光子的能量；3、2能级差为1.89 eV，此值属于可见光光子的能量，符合题意。氢原子处于基态，要使氢原子达到第3能级，需提供的能量为1.51 eV(13.60 eV)12.09 eV，此值也是提供给氢原子的最少能量，选项A正确。C 3(2019北京卷，19)光电管是一种利用光照射产生电流的装置，当入射光照在管中金属板上时，可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。组组次次入射光子的能量入射光子的能量/eV相对光强相对光强光电流大光电流大小小/mA逸出光电子的逸出光电子的最大动能最大动能/eV第一组第一组
4、1234.04.04.0弱弱中中强强2943600.90.90.9第二组第二组4566.06.06.0弱弱中中强强2740552.92.92.9 由表中数据得出的论断中不正确的是()A两组实验采用了不同频率的入射光 B两组实验所用的金属板材质不同 C若入射光子的能量为5.0 eV，逸出光电子的最大动能为1.9 eV D若入射光子的能量为5.0 eV，相对光强越强，光电流越大 解析A对：光子的能量Eh，入射光子的能量不同，故入射光子的频率不同。B错：由爱因斯坦的光电效应方程hWEk，可求出两组实验的逸出功W均为3.1 eV，故两组实验所用的金属板材质相同。C对：由hWEk，W3.1 eV；当h5
5、.0 eV时，Ek1.9 eV。D对：光强越强，单位时间内射出的光子数越多，单位时间内逸出的光电子数越多，形成的光电流越大。本题选不正确的，故选B。B 4(2019天津，5)右图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系。由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是()C 解析由爱因斯坦光电效应方程EkhW0和动能定理eU0Ek得eUhW0，知遏止电压大，则光的频率大，bca，由光的色散现象知频率越大，折射率越大，光的偏折角越大。选项C正确。5(多选)(2019天津，6)我国核聚变反应研究大科学装置“人造太阳”2018年获得重大突破，等离子体中心电子温度首次达
6、到1亿摄氏度，为人类开发利用核聚变能源奠定了重要的技术基础。下列关于聚变的说法正确的是()A核聚变比核裂变更为安全、清洁 B任何两个原子核都可以发生聚变 C两个轻核结合成质量较大的核，总质量较聚变前增加 D两个轻核结合成质量较大的核，核子的比结合能增加AD 解析A对：核聚变没有放射性污染，安全、清洁。B错：只有原子序数小的“轻”核才能发生聚变。C错，D对：轻核聚变成质量较大的原子核、比结合能增加，总质量减小。6(2019江苏，12)(2)100年前，卢瑟福用粒子轰击氮核打出了质子。后来，人们用粒子轰击Ni核也打出了质子：HeNiCuHX，该反应中的X是_(选填“电子”“正电子”或“中子”)。此
7、后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能。目前人类获得核能的主要方式是_(选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”)。(3)在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长6.4107 m，每个激光脉冲的能量E1.5102 J。求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量h6.631034 Js，光速c3108 m/s。计算结果保留一位有效数字)中子中子 核裂变核裂变 聚焦热点聚焦热点 备考通关备考通关 一、光电效应(1)在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应。(2)光电效应的规律：研究发现，光电效应有以下规律：极限频率的存在：各种金属都存在极限频率0，只有0才能发生光电效应(与之对应的有极限
8、波长0，只有0才能发生光电效应)。瞬时性：无论照射光强还是弱，只有超过极限频率，从光照射到有光电子产生，经历的时间不超过109s，几乎是瞬时的。光电效应现象及规律光电效应现象及规律 核核 心心 知知 识识 二、光子说 光子说的内容是：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量E跟光的频率成正比：Eh。(光子是以电磁波形式存在的一份能量，没有静止质量)爱因斯坦利用光子说解释了光电效应。设每个光子只能被一个电子吸收(一个光子不能被多个电子分开吸收)；每个电子每次只能吸收一个光子(一个电子不能同时吸收多个光子)。光电效应的物理过程如下：入射光照到金属上，有些光子被电子吸收
9、，有些没有被电子吸收；吸收了光子的电子动能增大，将向各个方向运动；有些电子射出金属表面成为光电子，有些没射出；射出金属表面的电子克服金属中正电荷引力做的功也不相同；只有从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力做的功最少，飞出时动能最大。如果入射光子的能量比这个功的最小值还小，那就不能发生光电效应。这就解释了极限频率的存在；由于光电效应是由一个光子被一个电子吸收引起的，因此从有光照射到有光电子飞出的时间与照射光的强度无关，几乎是瞬时的。这就解释了光电效应的瞬时性。三、爱因斯坦光电效应方程(1)EkhW0(Ek是光电子的最大初动能；W0是逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功，
10、也就是使电子脱离某种金属所做功的最小值。)这个方程和能量守恒定律是完全一致的。(2)由于每个光电子从金属中飞出时，克服引力做的功不同，它们的初动能也不同。方程中的W0是逸出功，不是每个电子克服引力做的功；方程中的Ek不是每个光电子的初动能，而是最大初动能。(3)从光电效应方程可以看出：极限频率和逸出功间的关系是：h0W0。【典例1】(2019临沂三模)采用图甲所示的装置研究光电效应现象，电流表和电压表的零刻度均在表盘的正中间。分别用横截面积相同的单色光a，b，c照射光电管的阴极K，得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示。下列说法正确的是()B 典典 例例 探探 究究Aa光的强度比光
11、的强度比c光的大光的大Ba光的光子能量比光的光子能量比b光的小光的小Cc光照射时光电子的最大初动光照射时光电子的最大初动能比能比a光照射时的大光照射时的大D测量遏止电压时开关测量遏止电压时开关S应扳向应扳向1 解析由图可知，a的饱和电流最小，因此a光束照射时单位时间内产生的光电子数量小，光强小，故A错误；当光电流为零时，光电管两端加的电压为遏止电压，对应的光的频率为截止频率，根据eUhW，入射光的频率越高，对应的遏止电压U越大。a光、c光的遏止电压相等，所以a光、c光的频率相等，根据光电效应方程可知，c光照射时，光电子的最大初动能与a光相同，而b光的遏止电压大，则频率大，能量大，且对应的波长最
12、小，故B正确，C错误；测量遏止电压时，光电管加反向电压，开关S应扳向2，故D错误。1(2019南昌模拟)美国物理学家密立根利用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，描绘出图乙中的图象。电子电量用e表示，下列说法正确的是()类类 题题 演演 练练 答案 B 玻尔理论、氢原子能级玻尔理论、氢原子能级 核核 心心 知知 识识(5)氢原子还可吸收外来实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级差，均可使原子发生能级跃迁。(6)跃迁时电子动能、原子电势能与总能量变化：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子电势能减小，电子动能
13、增大，原子总能量减小；反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子总能量增大。【典例2】(2019山东省日照市模拟)氢原子能级如图，一群氢原子处于n4能级上。当氢原子从n4能级跃迁到n3能级时，辐射光的波长为1 884 nm，下列判断正确的是()D 典典 例例 探探 究究A氢原子向低能级跃迁时，最多产生氢原子向低能级跃迁时，最多产生4种谱线种谱线B从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量放出能量C氢原子从氢原子从n3能级跃迁到能级跃迁到n2能级时，辐射光能级时，辐射光的波长大于的波长大于1 884 nmD用从能级用从能级n2跃迁到跃迁
14、到n1辐射的光照射辐射的光照射W逸逸6.34 eV的铂，能发生光电效应的铂，能发生光电效应 解析根据C6知，一群处于n4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生6种谱线，故A错误；由高能级向低能级跃迁，氢原子向外辐射能量，不是原子核辐射能量，故B错误；从n3和n2的能级差大于n4和n3的能级差，则从n3能级跃迁到能级比从n4能级跃迁到n3能级辐射出电磁波的频率大，波长短，即辐射光的波长小于1 884 nm，故C错误；从n2能级跃迁到n1能级辐射出的光子的能量为：EE2E13.4 eV(13.6)eV10.2 eV6.34 eV，而使金属发生光电效应的条件是光子的能量大于电子的逸出功，故可以发生光电
15、效应，故D正确。2(2019海淀区二模)“通过观测的结果，间接构建微观世界图景”是现代物理学研究的重要手段，如通过光电效应实验确定了光具有粒子性。弗兰克赫兹实验是研究汞原子能量是否具有量子化特点的重要实验。实验原理如图1所示，灯丝K发射出初速度不计的电子，K与栅极G间的电场使电子加速，GA间加有0.5 V电压的反向电场使电子减速，电流表的示数大小间接反映了单位时间内能到达A极电子的多少。在原来真空的容器中充入汞蒸汽后，发现KG间电压每升高4.9 V时，电流表的示数I就会显著下降，如图2所示。科学家猜测电流的变化与电子和汞原子的碰撞有关，玻尔进一步指出该现象应从汞原子能量量子化的角度去解释。仅依
16、据本实验结果构建的微观图景合理的是()类类 题题 演演 练练 A汞原子的能量是连续变化的 B存在同一个电子使多个汞原子发生跃迁的可能 C相对于G极，在K极附近时电子更容易使汞原子跃迁 D电流上升，是因为单位时间内使汞原子发生跃迁的电子个数减少 答案 B 解析从图可知，电流、电压是起伏变化的，即汞原子吸收电子能量是跃迁的，不是连续的，故A错误；KG间电压每升高4.9 V时，电流表的示数I就会显著下降，说明4.9 eV的能量可能对应汞原子低能级之间的一次跃迁，当电子的动能较大时，存在同一个电子使多个汞原子发生跃迁的可能，故B正确；从电路可知，电子从K极射出，向G极做加速运动，在G极附近的动能较大，
17、所以在G极附近时电子更容易使汞原子跃迁，故C错误；电流上升，是因为单位时间内加速电压增大，并不是由于使汞原子发生跃迁的电子个数减少，故D错误。1衰变及核反应方程的书写和核能的计算(1)原子核的衰变 衰变实质：衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核并射出；衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子，再将电子射出；衰变伴随着衰变或衰变同时发生，不改变原子核的质量数与电荷数，以光子形式释放出衰变过程中产生的能量。衰变的快慢由原子核内部因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关；半衰期是统计规律，对个别、少数原子无意义。核反应和核能的计算核反应和核能的计算 核核 心心 知知 识识(2)核反应
18、方程的书写 核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替。核反应方程遵循质量数、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能。核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程。(3)核能的计算方法 根据爱因斯坦质能方程。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Emc2(J)。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Em931.5(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。AD 典典 例例 探探 究究 类类 题题 演演 练练 B 复习练案复习练案 课时跟踪课时跟踪
