2020年高考物理二輪提分攻略專題09 原子物理

第第頁共12頁2020年物理二輪專題過關寶典專題九：原子物理知識回扣】一、光電效應光電效應規(guī)律存在著飽和電流：對于一定顏色的光，入射光越強，單位時間內發(fā)射的光電子數越多。存在著遏止電壓和截止頻率：光電子的能量只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關。當入射光的頻率低于截止頻率時不發(fā)生光電效應。光電效應具有瞬時性：當頻率超過截止頻率時，無論入射光怎樣微弱，幾乎在照到金屬時立即產生光電流，時間不超過10－9s。光電效應方程：Ek=hv—W0。光子的能量￡=hv，其中h=6.626xl0-34J?s(稱為普朗克常量)。逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的最小值。最大初動能：發(fā)生光電效應時，金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有動能的最大值。hW遏止電壓U與入射光頻率V、逸出功Wo間的關系:U=-v-0c0cee截止頻率與逸出功的關系：hVc=W0二、原子的躍遷自發(fā)躍遷：高能級-低能級，釋放能量，發(fā)出光子，所輻射的光子能量恰等于發(fā)生躍遷時兩能級間的AEE亠一能量差，輻射出的光子的頻率v=h=茴h低。受激躍遷：低能級f高能級，吸收能量。吸收光子：光子的能量必須恰等于能級差hv=AE，即對光子的吸收具有選擇性。碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E>AEO外當入射光子能量大于該能級的的能量值的絕對值時，原子對光子吸收不再具有選擇性，可以被吸收使氫原子發(fā)生電離。一群處在高能級n的氫原子向低能級躍遷時發(fā)射光子的種類N=C2；而一個處于高能級n的氫原子向n低能級躍遷時，釋放出的光子的種類最多為n-1。三、衰變、半衰期1．衰變規(guī)律及實質(l)a衰變和卩衰變的比較衰變類型a衰變卩衰變衰變方程MX—Zf弓Y+$HeMXfMz+iY+_0e衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出中子轉化為質子和電子2iH+20n—4He0nf1H+0e

勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數守恒、質量數守恒(2)y射線：Y射線經常是伴隨著a衰變或卩衰變同時產生的。2．三種射線的成分和性質名稱構成符號電何量質量電離能力貫穿本領a射線氦核+2e4u最強最弱卩射線電子je—e11837u較強較強Y射線光子Y00最弱最強半衰期的理解半衰期的公式：N余=N原￡k，m余=血原(1)以.式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數和質量，N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數和質量，t表示衰變時間，t表示半衰期。余四、原子核與核能1．核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變a衰變自發(fā)238Uf23fTh+2He卩衰變自發(fā)2?fPa+ye人工轉變人工控制l^N+gHef殳0+1H（盧瑟福發(fā)現質子）gHe+4BefifC+on（查德威克發(fā)現中子）27AI+鄉(xiāng)日點—這卩+護（約里奧?居里夫婦發(fā)現放射性同位素，同時發(fā)現正電子）汨14貯++0e重核裂變比較容易進行人工控制235U+1)n^54Ba+86Kr+31)n235U+om56Xe+98Sr+10護輕核聚變很難控制?H+jHpHe+on核反應方程式的書寫：“兩個守恒”質量數守恒核電荷數守恒?！緹衢T考點透析】考點一光電效應的規(guī)律（2016?全國卷I）現用某一光電管進行光電效應實驗，當用某一頻率的光入射時，有光電流產生。下列說法正確的是（）A?保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大入射光的頻率變高，飽和光電流變大保持入射光的光強不變，不斷減小入射光的頻率，始終有光電流產生遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關【答案】AD【解析】根據光電效應實驗得出的結論：保持入射光的頻率不變，入射光的光強變大，飽和光電流變大，故A正確，B錯誤；遏止電壓的大小與入射光的頻率有關，與入射光的光強無關，保持入射光的光強不變,若低于截止頻率，則沒有光電流產生，故C錯誤，D正確。（2019?天津卷）如圖為a、b、c三種光在同一光電效應裝置中測得的光電流和電壓的關系。由a、b、c組成的復色光通過三棱鏡時，下述光路圖中正確的是（）【答案】cU_hvW【解析】由光電效應的方程Ek_加-W，動能定理eU_Ek，兩式聯(lián)立可得，故截止電壓越大說明光的頻率越大，則有三種光的頻率Vb>Vc>Va，則可知三種光的折射率的關系為"b>"c>na，因此光穿過三棱鏡時b光偏折最大，c光次之，a光最小，故選C，ABD錯誤。（2017-全國卷III）在光電效應實驗中，分別用頻率為va、vb的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應的遏止電壓分別為Ua和Ub、光電子的最大初動能分別為Eka和EKb。h為普朗克常量。下列說法正確的是（）A?若Va>Vb，則一定有Ua<UbB?若Va>Vb，則一定有Eka>EkbC?若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD?若va>vb，則一定有花一億>佗一匚【答案】BC【解析】光電效應中遏止電壓與最大初動能之間的關系為eU=Ek，根據光電效應方程可知Ek=hv-W0，若va>vb，則Eka>Ekb，Ua>Ub，選項A錯誤，選項B正確；若Ua<Ub，則Eka<Ekb，選項C正確；由光電效應方程可得W0=hv-Ek，則hva-Eka=hvb-Ekb，選項D錯誤。（2019-河北唐山市第一次模擬）用金屬銣為陰極的光電管觀測光電效應現象，實驗裝置示意圖如圖甲所示，實驗中測得銣的遏止電壓UC與入射光頻率v之間的關系如圖乙所示，圖線與橫軸交點的橫坐標為5.15x1014Hz.已知普朗克常量h=6.63x10-4J.s.則下列說法中正確的是（）欲測遏止電壓，應選擇電源左端為正極當電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動，電流表的示數持續(xù)增大增大照射光的強度，產生的光電子的最大初動能一定增大D?如果實驗中入射光的頻率卩=7.00x1014Hz,則產生的光電子的最大初動能Ek約為1.2x10-19J【答案】D【解析】由題圖甲所示的實驗裝置測量銣的遏止電壓Uc，因光電管左端為陽極，則電源左端為負極，故選項A錯誤；當電源左端為正極時，滑動變阻器的滑片向右滑動的過程中，光電管兩端電壓增大，光電流增大，當光電流達到飽和值，不再增大，即電流表讀數的變化是先增大后不變，故選項B錯誤；光電子的最大初動能與入射光的頻率和金屬的逸出功有關，與入射光的強度無關，故選項C錯誤；根據題圖乙可知，銣的截止頻率^=5.15x1014Hz,根據hvc=W0，則可求出該金屬的逸出功大小W0=6.63x10-34x5.15x1014Ju3.41xl0-19J,根據光電效應方程Ek=hv-W0，當入射光的頻率為v=7.00x1014Hz時，則最大初動能為Ek=6.63x10-34x7.00x1014J—3.41x10-19J~1.2x10-19J,故選項D正確。(安徽安慶一中2019屆模擬)關于物質的波粒二象性，下列說法中正確的是()不僅光子具有波粒二象性，一切運動的微粒都具有波粒二象性運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔時，都沒有特定的運動軌道波動性和粒子性，在宏觀現象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現象中是統(tǒng)一的實物的運動有特定的軌道，所以實物不具有波粒二象性【答案】ABC【解析】波粒二象性是微觀世界特有的規(guī)律，一切運動的微粒都具有波粒二象性，A正確。由于微觀粒子的運動遵守不確定關系，所以運動的微觀粒子與光子一樣，當它們通過一個小孔發(fā)生衍射時，都沒有特定的運動軌道，B正確。波粒二象性適用于微觀高速領域，C正確。宏觀物體運動形成的德布羅意波的波長很小，很難被觀察到，但它仍有波粒二象性，D錯誤。【增分攻略】兩條對應關系光強大f光子數目多f發(fā)射光電子多f光電流大；光子頻率高-光子能量大-光電子的最大初動能大。2．定量分析時應抓住三個關系式愛因斯坦光電效應方程：Ek=hv-W0最大初動能與遏止電壓的關系：Ek=eUc逸出功與極限頻率的關系：W0=hvc光電效應的四類圖象分析圖象名稱圖線形狀由圖線直接(或間接)得到的物理量最大初動能Ek與入射光頻率v的關系圖線極限頻率：圖線與v軸交點的橫坐標vc逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W=—E=E普朗克常量：圖線的斜率k=h顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系遏止電壓U：圖線與橫軸交點的橫坐標飽和光電流Im：電流的最大值最大初動能：Ek=eUc顏色不同時，光電流與電壓的關系遏止電壓uc1、uc2飽和光電流⑶最大初動能Ek1=eUc1，Ek2=eUc2遏止電壓U與入C射光頻率v的關系圖線極限頻率vc：圖線與橫軸的交點的橫坐標值遏止電壓U：隨入射光頻率的增大而增大普朗克常量h等于圖線的斜率與電子電荷量的乘積，即h=ke考點二原子的躍遷、原子核的衰變及半衰期圖示為氫原子能級圖以及從n=3、4、5、6能級躍遷到n=2能級時輻射的四條光譜線，已知從n=3躍遷到n=2的能級時輻射光的波長為656nm,下列敘述正確的有（）四條譜線中頻率最大的是Hj用633nm的光照射能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級一群處于n=3能級上的氫原子向低能級躍遷時，最多產生3種譜線如果H,可以使某種金屬發(fā)生光電效應，只要照射時間足夠長，光的強度足夠大，也可以使該金屬發(fā)生光電效應【答案】AC【解析】頻率最大的光子對應的能量最大，即躍遷時能量差最大，故從n=6躍遷到n=2的頻率最大，選項A正確；原子躍遷過程中，吸收光子的能量應剛好等于兩能級的能量差，選項B錯誤；從n=3向低能級躍遷時，可以是從3—2、2—1或者是3—1,即有三種頻率不同的光子，選項C正確；光電效應與光照的時間無關，Hj光子的能量最大，故其他光子不一定可以使該金屬產生光電效應，選項D錯誤。2.（2019?新課標全國I卷）氫原子能級示意圖如圖所示。光子能量在1.63eV?3.10eV的光為可見光。要使處于基態(tài)（n=1）的氫原子被激發(fā)后可輻射出可見光光子，最少應給氫原子提供的能量為（）17cV0-0.85-1.5L3.40113.60A．12.09eVB．10.20eVC．1.89eVD．1.5leV【答案】A【解析】由題意可知，基態(tài)（n=1）氫原子被激發(fā)后，至少被激發(fā)到n=3能級后，躍遷才可能產生能量在1.63eV?3.10eV的可見光。故AE=_1-51-（-13-60）eV二12.09eV。故本題選ao（2017?高考全國卷II）一靜止的鈾核放出一個a粒子衰變成釷核，衰變方程為238U—234Th+2He。下列說法正確的是（）衰變后釷核的動能等于a粒子的動能衰變后釷核的動量大小等于a粒子的動量大小鈾核的半衰期等于其放出一個a粒子所經歷的時間衰變后a粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量【答案】B【解析】靜止的原子核在衰變前后動量守恒，由動量守恒定律得0=m1v1+m2v2，可知m1v1=-m2v2，故衰變后釷核的動量大小等于a粒子的動量大小，選項B正確；而動能Ek=2m，由于釷核的質量（％］）大于a粒子的質量（m2），故其動能不等，選項A錯誤；鈾核的半衰期是大量的鈾核半數發(fā)生衰變所用的時間，而不是放出一個a粒子所經歷的時間，選項C錯誤；原子核衰變前后質量數守恒，衰變時放出核能，質量虧損,選項D錯誤。（2019?山東濟寧二模）鈾核（235U）經過m次a衰變和n次卩衰變變成鉛核（^Pb）。關于該過程，下列說法正TOC\o"1-5"\h\z確的是（）m=5n=4c?鈾核（235U）的比結合能比鉛核（282丹）的比結合能大D.鈾核（235U）的衰變過程的半衰期與溫度和壓強有關【答案】B【解析】由題意可知衰變方程為：235U^207Pb+ma+nP，則235=207+4m，解得m=7,又92=82+7x2

—n得n=4,故A錯誤，B正確；原子核的結合能與核子數之比，稱作比結合能，鈾核(^U)的比結合能比鉛核(207Pb)的比結合能小，故C錯誤；鈾核(翔U)的衰變過程的半衰期與溫度和壓強無關，由原子核內部因素決定，故D錯誤?！驹龇止ヂ浴看_定衰變次數的方法：設放射性元素AX經過n次a衰變和m次卩衰變后，變成穩(wěn)定的新元素a；Yo反應方程：AX—A；Y+n4He+m_0e。根據電荷數和質量數守恒列方程A=A；+4n,Z=Z；+2n—m.兩式聯(lián)立解得：A—A；A—A；,一一n=~4~，m=~2~+Z；—Zo注意：為了確定衰變次數，一般是由質量數的改變先確定a衰變的次數，這是因為卩衰變的次數的多少對質量數沒有影響，然后再根據衰變規(guī)律確定卩衰變的次數。對半衰期的理解應注意(1)放射性元素衰變的快慢是由原子核內部因素決定的，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強等)和化學狀態(tài)(如單質、化合物等)無關；(2)半衰期是一個統(tǒng)計概念，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結，對于少量原子核的衰變，上述規(guī)律不成立—群處在高能級n的氫原子向低能級躍遷時發(fā)射光子的種類N=Cn；而一個處于高能級n的氫原子向低能級躍遷時，釋放出的光子的種類最多為n-1?？键c三核反應方程與核能1.(2017?天津卷)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是()A.A.2H+3HT4He+m1120B.14N+4Het17O+1H7281D.235U+mt144Ba+89Kr+3m92056D.235U+mt144Ba+89Kr+3m92056360213150【答案】A【解析】2h+3ht2He+0n是一個氘核與一個氚核結合成一個氦核，同時放出一個中子，屬于聚變反應,故a正確；盤+4Het17o+1h是盧瑟福發(fā)現質子的核反應，他用a粒子轟擊氮原子核，產生氧的同位素——氧17和一個質子，是人類第一次實現的原子核的人工轉變，屬于人工核反應，故B錯誤;4He+27AlT30P+in是小居里夫婦用a粒子轟擊鋁片時發(fā)現了放射性磷(磷30)，屬于人工核反應，故213150C錯誤；235U+inti44Ba+89Kr+3in是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應，故D錯誤。92056360“人造太陽”實驗中的可控熱核反應的聚變方程是2H+3H^2He+1)n，反應原料氘(?H)富存于海水中，氚(jH)可以用中子轟擊鋰核?Li)得到，則關于中子轟擊鋰核?Li)產生一個氚(3H)和一個新核，下列說法正確的是()該核反應方程為6Li+on—2He+1H核反應生成物中的a粒子具有很強的電離本領，但穿透能力較弱在中子轟擊鋰核(3Li)的核反應生成物中有a粒子，故該核反應屬于a衰變核聚變的條件是要達到高溫高壓的熱核反應狀態(tài)，故核聚變過程不能釋放出核能【答案】B【解析】根據題意以及質量數守恒和電荷數守恒可得中子轟擊鋰核的核反應方程為3Li+0n-4He+dH,A錯誤；核反應生成物中的a粒子具有很強的電離本領，但穿透能力較弱，B正確；伴隨著天然放射現象發(fā)生的衰變中產生a粒子，這樣的核反應才是a衰變，而中子轟擊鋰核(3Li)的核反應是原子核的人工轉變，故C錯誤；核反應中釋放的核能來源于核反應過程中的質量虧損，與核反應的條件無關，故D錯誤。(2019?高考全國卷II)太陽內部核反應的主要模式之一是質子一質子循環(huán)，循環(huán)的結果可表示為4iH-2He+2皆+2丫?已知iH和4He的質量分別為mp=i.0078u和ma=4.0026u，iu=93iMeV/c2,c