2025新高考方案一輪物理第十五章 原子物理

2025新高考方案一輪物理第十五章原子物理第十五章原子物理基礎(chǔ)落實課第1講光電效應(yīng)波粒二象性第2講原子結(jié)構(gòu)原子核第1講光電效應(yīng)波粒二象性(基礎(chǔ)落實課)一、黑體輻射能量子1．黑體、黑體輻射的實驗規(guī)律(1)黑體：能夠入射的各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體。(2)黑體輻射的實驗規(guī)律①對于一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與有關(guān)，還與材料的及表面狀況有關(guān)。②黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的有關(guān)。隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有，另一方面，輻射強度的極大值向波長較的方向移動，如圖所示。2．能量子(1)定義：普朗克認(rèn)為，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時，只能輻射或吸收某個最小能量值ε的，這個不可再分的最小能量值ε叫作能量子。(2)能量子大?。害牛剑渲笑褪菐щ娢⒘Ｎ栈蜉椛潆姶挪ǖ念l率，h稱為普朗克常量。h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。二、光電效應(yīng)1．光電效應(yīng)現(xiàn)象(1)定義：在光的照射下，金屬中的從表面逸出的現(xiàn)象，逸出的電子叫作。(2)產(chǎn)生條件：入射光的頻率金屬的極限頻率。2．光電效應(yīng)的四條規(guī)律(1)每種金屬都有一個頻率，入射光的頻率必須這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。(2)光電子的最大初動能與入射光的無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而。(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是的。(4)當(dāng)入射光的頻率大于截止頻率時，入射光越強，單位時間內(nèi)逸出的電子數(shù)越多，飽和光電流。三、愛因斯坦的光電效應(yīng)理論1．光子說在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光子，光子的能量ε＝。2．愛因斯坦光電效應(yīng)方程(1)表達(dá)式：Ek＝hν－。(2)各量的意義：①ν：照射光的頻率。②W0：為逸出功，指使電子脫離某種金屬所做功的最小值。③Ek：為光電子的最大初動能，指發(fā)生光電效應(yīng)時，金屬表面上的吸收光子后克服原子核的引力逸出時所具有的動能的最大值。(3)公式的意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是hν，這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動能Ek＝。四、光的波粒二象性與物質(zhì)波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有性。(2)光電效應(yīng)說明光具有性。(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的性。2．物質(zhì)波(1)概率波：光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵循波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達(dá)概率的地方，暗條紋是光子到達(dá)概率的地方，因此光波又叫概率波。(2)物質(zhì)波：任何一個運動著的物體，小到微觀粒子、大到宏觀物體都有一種波與它對應(yīng)，其波長λ＝，p為運動物體的動量，h為普朗克常量。理解判斷(1)黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，各種波長的輻射強度都增加，輻射強度極大值向波長較短的方向移動。()(2)光子和光電子都是實物粒子。()(3)只要入射光的強度足夠大，或照射時間足夠長，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。()(4)從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小。()(5)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。()(6)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性。()(7)光電效應(yīng)現(xiàn)象、康普頓效應(yīng)都說明了光具有粒子性。()(8)法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實物粒子也具有波動性。()逐點清(一)光電效應(yīng)規(guī)律的理解及應(yīng)用1．與光電效應(yīng)有關(guān)的五組概念對比(1)光子與光電子：光子指光在空間傳播時的每一份能量，光子不帶電；光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是因，光電子是果。(2)光電子的動能與光電子的最大初動能：只有金屬表面的電子直接向外飛出時，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能。(3)光電流與飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達(dá)陽極，回路中便產(chǎn)生光電流，隨著所加正向電壓的增大，光電流趨于一個飽和值，這個飽和值是飽和光電流，在一定的光照條件下，飽和光電流與所加電壓大小無關(guān)。(4)入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量，而光子能量E＝hν。(5)光的強度與飽和光電流：頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光越強，飽和光電流越大，但不是簡單的正比關(guān)系。2．光電效應(yīng)的兩條分析思路(1)入射光強度大→光子數(shù)目多→發(fā)射光電子多→光電流大；(2)光子頻率高→光子能量大→光電子的最大初動能大。3．光電效應(yīng)中三個重要關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ek＝hν－W0。(2)光電子的最大初動能Ek與遏止電壓Uc的關(guān)系：Ek＝eUc。(3)逸出功W0與截止頻率νc的關(guān)系：W0＝hνc。[考法全訓(xùn)]考法1對光子說的理解1．(2023·海南高考)(多選)已知一個激光發(fā)射器功率為P，發(fā)射波長為λ的光，光速為c，普朗克常量為h，則()A．光的頻率為eq\f(c,λ)B．光子的能量為eq\f(h,λ)C．光子的動量為eq\f(h,λ)D．在時間t內(nèi)激光器發(fā)射的光子數(shù)為eq\f(Ptc,hλ)考法2光電效應(yīng)規(guī)律的研究2．(2024·重慶模擬)用如圖所示裝置進(jìn)行光電效應(yīng)實驗：用頻率為ν的單色光照射金屬K，滑動變阻器的滑片P與固定端O都在中央位置時，靈敏電流計G中有電流通過。下列說法正確的是()A．增大該單色光的強度，靈敏電流計G示數(shù)一定增大B．滑片P向a端移動過程中，靈敏電流計G示數(shù)一定不斷增大C．滑片P向a端移動可測遏止電壓UcD．換用頻率小于ν的單色光照射金屬K，靈敏電流計G中一定沒有電流通過考法3愛因斯坦光電效應(yīng)方程的應(yīng)用3．(2024·南通高三第一次調(diào)研)美國物理學(xué)家密立根用如圖所示的裝置測量光電效應(yīng)中的幾個重要物理量。已知電子的電荷量e＝1.60×10－19C。(1)開關(guān)S斷開時，用單色光照射光電管的K極，電流表的讀數(shù)I＝1.76μA。求單位時間內(nèi)打到A極的電子數(shù)N；(2)開關(guān)S閉合時，用頻率ν1＝5.8×1014Hz和ν2＝6.8×1014Hz的單色光分別照射光電管的K極，調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表示數(shù)分別為U1＝0.13V和U2＝0.53V時，電流表的示數(shù)剛好減小到零。求普朗克常量h。逐點清(二)光電效應(yīng)的圖像及應(yīng)用光電效應(yīng)四類圖像對比圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率(極限頻率)：橫軸截距②逸出功：縱軸截距的絕對值W0＝|－E|＝E③普朗克常量：圖線的斜率k＝h遏止電壓Uc與入射光頻率ν的關(guān)系圖線①截止頻率νc：橫軸截距②遏止電壓Uc：隨入射光頻率的增大而增大③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顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc：橫軸截距②飽和光電流Im：電流的最大值③最大初動能：Ek＝eUc顏色不同時，光電流與電壓的關(guān)系圖線①遏止電壓Uc1、Uc2②飽和光電流③最大初動能Ek1＝eUc1，Ek2＝eUc2[考法全訓(xùn)]考法1Ek-ν圖像1．金屬鈦由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿，以及高強度、低密度，被美譽為“太空金屬”。用頻率為2.5×1015Hz的單色光照射金屬鈦表面，發(fā)生光電效應(yīng)。從鈦表面放出光電子的最大初動能與入射光頻率的關(guān)系圖線如圖所示。普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則下列說法正確的是()A．鈦的極限頻率為2.5×1015HzB．鈦的逸出功為6.63×10－19JC．隨著入射光頻率的升高，鈦的逸出功增大D．光電子的最大初動能與入射光的頻率成正比考法2Uc-ν圖像2．(魯科版教材選擇性必修3，P149練習(xí)T4)在某次光電效應(yīng)實驗中，得到的遏止電壓Uc與入射光的頻率ν的關(guān)系如圖所示。若該直線的斜率和縱軸截距分別為k和b，電子電荷量的絕對值為e，試用上述物理量表示普朗克常量和所用材料的逸出功大小。3．(2022·河北高考)如圖是密立根于1916年發(fā)表的鈉金屬光電效應(yīng)的遏止電壓Uc與入射光頻率ν的實驗曲線，該實驗直接證明了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且第一次利用光電效應(yīng)實驗測定了普朗克常量h。由圖像可知()A．鈉的逸出功為hνcB．鈉的截止頻率為8.5×1014HzC．圖中直線的斜率為普朗克常量hD．遏止電壓Uc與入射光頻率ν成正比|考|教|銜|接|注重科學(xué)探究、激發(fā)創(chuàng)新精神是上述兩題共同的命題立意所在。兩題均聚焦“普朗克常量”這一物理學(xué)史，在考查學(xué)生基本知能的同時，隱性滲透科學(xué)探究、科學(xué)思維核心素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生由已知探未知的進(jìn)取精神，彰顯了“小考題、大立意”的命題智慧。這才是高考“為國選才”的深層內(nèi)涵。考法3同頻率入射光的I-U圖像4．(2024·石家莊模擬)某研究小組用圖甲所示光電效應(yīng)實驗的電路圖，來研究兩個光電管a、b用同一種光照射情況下的光電流與電壓的關(guān)系，測得兩光電管a、b兩極間所加電壓U與光電流I的關(guān)系如圖乙所示。則有關(guān)這兩個光電管的說法正確的是()A．a(chǎn)的飽和光電流大，所以照射光電管a的光子能量大B．照射光電管b時產(chǎn)生光電子的最大初動能大C．照射兩光電管時光電管b產(chǎn)生光電子需要的時間較長D．光電管a陰極所用金屬的極限頻率小考法4不同頻率入射光的I-U圖像5．(2024·沈陽模擬)如圖所示為光電效應(yīng)演示實驗中，用a、b、c三束光照射某金屬得到的電流與電壓之間的關(guān)系曲線。下列說法正確的是()A．同一介質(zhì)中a光的波長大于c光的波長B．同一介質(zhì)中a光的速度小于c光的速度C．a(chǎn)光的光照強度小于b光的光照強度D．a(chǎn)光照射時光電子最大初動能最大逐點清(三)對波粒二象性、物質(zhì)波的理解|題|點|全|練|1．[對康普頓效應(yīng)的理解](2024·青島模擬)實驗表明：光子與速度不太大的電子碰撞發(fā)生散射時，光的波長會變長或者不變，這種現(xiàn)象叫康普頓散射，該過程遵循能量守恒定律和動量守恒定律。如果電子具有足夠大的初速度，以至于在散射過程中有能量從電子轉(zhuǎn)移到光子，則該散射被稱為逆康普頓散射，這一現(xiàn)象已被實驗證實。關(guān)于上述逆康普頓散射，下列說法中正確的是()A．該過程不遵循能量守恒定律B．該過程不遵循動量守恒定律C．散射光中存在波長變長的成分D．散射光中存在頻率變大的成分2．[對物質(zhì)波的理解](2022·浙江1月選考)(多選)電子雙縫干涉實驗是近代證實物質(zhì)波存在的實驗。如圖所示，電子槍持續(xù)發(fā)射的電子動量為1.2×10－23kg·m/s，然后讓它們通過雙縫打到屏上。已知電子質(zhì)量取9.1×10－31kg，普朗克常量取6.6×10－34J·s，下列說法正確的是()A．發(fā)射電子的動能約為8.0×10－15JB．發(fā)射電子的物質(zhì)波波長約為5.5×10－11mC．只有成對電子分別同時通過雙縫才能發(fā)生干涉D．如果電子是一個一個發(fā)射的，仍能得到干涉圖樣3．[對波粒二象性的理解](多選)物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減小入射光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫。實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些如圖甲所示不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)如圖丙所示規(guī)則的干涉條紋。對于這個實驗結(jié)果的認(rèn)識正確的是()A．曝光時間不長時，光的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點B．單個光子的運動沒有確定的軌道C．干涉條紋中明亮的部分是光子到達(dá)機會較多的地方D．只有光子具有波粒二象性，微觀粒子不具有波粒二象性|精|要|點|撥|1．對光的波粒二象性的理解從數(shù)量上看個別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性，大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動性從頻率上看頻率越低波動性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象，貫穿本領(lǐng)越強從傳播與作用上看光在傳播過程中往往表現(xiàn)出波動性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時往往表現(xiàn)出粒子性波動性與粒子性的統(tǒng)一由光子的能量ε＝hν、光子的動量表達(dá)式p＝eq\f(h,λ)可以看出，光的波動性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和動量的計算式中都含有表示波的特征的物理量——頻率ν和波長λ2．物質(zhì)波(1)定義：任何運動著的物體都有一種波與之對應(yīng)，這種波叫作物質(zhì)波，也叫德布羅意波。(2)物質(zhì)波的波長：λ＝eq\f(h,p)＝eq\f(h,mv)，h是普朗克常量。作業(yè)評價：請完成配套卷P462課時跟蹤檢測(七十一)第2講原子結(jié)構(gòu)原子核(基礎(chǔ)落實課)一、原子的核式結(jié)構(gòu)模型1．電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了電子。2．α粒子散射實驗(1)裝置：1909年，英國物理學(xué)家和他的助手進(jìn)行了用α粒子轟擊金箔的實驗，實驗裝置如圖所示。(2)現(xiàn)象：實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后基本上仍沿的方向前進(jìn)，但有少數(shù)α粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞了回來”。(如圖所示)3．原子的核式結(jié)構(gòu)模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的和幾乎全部都集中在核里，帶負(fù)電荷的電子在核外空間繞核旋轉(zhuǎn)。二、氫原子光譜1．光譜：用光柵或棱鏡可以把物質(zhì)發(fā)出的光按波長(頻率)展開，獲得光的(頻率)和強度分布的記錄，即光譜。2．光譜分類3．氫原子光譜的實驗規(guī)律：巴耳末系是氫光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式eq\f(1,λ)＝R∞eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,22)－\f(1,n2)))(n＝3,4，5，…，R∞是里德伯常量，R∞＝1.10×107m－1)。4．光譜分析：每種原子都有自己的，可以用來鑒別物質(zhì)和確定物質(zhì)的組成成分，且靈敏度很高。在發(fā)現(xiàn)和鑒別化學(xué)元素上有著重大的意義。三、玻爾的原子模型1．玻爾原子模型的三條假設(shè)定態(tài)假設(shè)原子只能處于一系列的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量躍遷假設(shè)原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時，它輻射或吸收一定頻率的光子，光子的能量由前后兩個能級的能量差決定，即hν＝。(m<n，h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)軌道假設(shè)原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運動相對應(yīng)。原子的定態(tài)是的，因此電子的軌道半徑也是的2．氫原子的能量和能級躍遷(1)氫原子的能級圖：如圖所示。(2)能級和半徑公式：半徑公式rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1為基態(tài)軌道半徑，其數(shù)值為r1＝0.53×10－10m能級公式En＝eq\f(1,n2)E1(n＝1,2,3，…)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為E1＝eV四、天然放射現(xiàn)象和原子核1．天然放射現(xiàn)象(1)發(fā)現(xiàn)：由法國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)。(2)概念：放射性元素地發(fā)出射線的現(xiàn)象。(3)意義：天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復(fù)雜的。2．原子核的組成(1)原子核由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。(2)原子核的符號：eq\o\al(A,Z)X，其中A表示，Z表示核的電荷數(shù)(即原子序數(shù))。(3)基本關(guān)系①電荷數(shù)(Z)＝質(zhì)子數(shù)＝元素的原子序數(shù)＝原子的。②質(zhì)量數(shù)(A)＝＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)。3．原子核的衰變、半衰期(1)原子核的衰變①概念：原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變。②分類：α衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋；β衰變：eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋。注意：γ射線是伴隨原子核發(fā)生α衰變或β衰變而產(chǎn)生的。③規(guī)律：a.質(zhì)量數(shù)守恒；b.電荷數(shù)守恒。(2)半衰期①定義：放射性元素的原子核有發(fā)生衰變所需的時間。②影響因素：放射性元素的半衰期是由核自身的因素決定的，跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件。(3)公式：N余＝N原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。4．放射性同位素(1)放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素兩類，一種元素的各種放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同。(2)應(yīng)用：射線測厚儀、放射治療、培優(yōu)保鮮、等。(3)防護：防止放射性對人體組織的傷害。5．核力和核能(1)核力①概念：原子核內(nèi)部，所特有的相互作用力。②特點：核力是強相互作用力、短程力，只發(fā)生在相鄰的核子間。(2)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們需要的能量，叫作原子核的結(jié)合能，也叫核能。(3)比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與之比，叫作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。(4)質(zhì)能關(guān)系①愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2。②核能的釋放：核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損Δm，其釋放的能量ΔE＝。③核能的吸收：原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加Δm，吸收的能量為ΔE＝Δmc2。6．裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)(1)重核裂變①定義：質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過程。②典型的裂變反應(yīng)方程：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。③鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：重核裂變產(chǎn)生的使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程。④臨界體積和臨界質(zhì)量：核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。⑤裂變的應(yīng)用：、核反應(yīng)堆。⑥反應(yīng)堆構(gòu)造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層。(2)輕核聚變①定義：兩個輕核結(jié)合成的核的反應(yīng)過程。輕核聚變反應(yīng)必須在高溫下進(jìn)行，因此又叫。②典型的核聚變反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。理解判斷(1)α粒子散射實驗中α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)是與電子正碰造成的。()(2)原子中絕大部分是空的，原子核很小。()(3)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在α粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出的。()(4)按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個不連續(xù)的軌道上。()(5)氫原子各能級的能量指電子繞核運動的動能。()(6)人們認(rèn)識原子核具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子開始的。()(7)β衰變中的電子來源于原子核外電子。()(8)如果某放射性元素的原子核有100個，經(jīng)過一個半衰期后還剩50個。()(9)質(zhì)能方程表明在一定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。()(10)原子核的結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。()逐點清(一)原子的核式結(jié)構(gòu)|題|點|全|練|1．[α粒子散射實驗現(xiàn)象](多選)α粒子散射實驗是近代物理學(xué)中經(jīng)典的實驗之一，盧瑟福通過該實驗證實了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，其實驗裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．熒光屏在C位置的亮斑比在A、B位置的亮斑少B．該實驗說明原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在一個很小的核上C．熒光屏在B位置的亮斑比在A位置的亮斑多D．該實驗說明原子質(zhì)量均勻地分布在原子內(nèi)2．[α粒子散射實驗分析](2024·滄州模擬)1909年，物理學(xué)家盧瑟福和他的學(xué)生用α粒子轟擊金箔，研究α粒子被散射的情況，實驗用高速的α射線轟擊厚度為微米級的金箔，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子都照直線穿過薄金箔，偏轉(zhuǎn)很小，但有少數(shù)α粒子發(fā)生角度較大的偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)角大于90°，甚至觀察到有些α粒子偏轉(zhuǎn)角接近180°，其散射情境如圖所示。關(guān)于α粒子散射實驗，下列說法正確的是()A．實驗的目的是想證明原子具有核式結(jié)構(gòu)模型B．實驗中α粒子穿過金箔發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是受到電子對它的庫侖力作用C．極少數(shù)α粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，是原子內(nèi)部兩側(cè)的正電荷對α粒子的斥力不相等造成的D．由實驗數(shù)據(jù)可以估算出金原子核的直徑數(shù)量級|精|要|點|撥|分析原子的核式結(jié)構(gòu)模型所用的規(guī)律(1)庫侖定律：F＝keq\f(q1q2,r2)，可以用來確定電子和原子核、α粒子和原子核間的相互作用力。(2)牛頓運動定律和圓周運動規(guī)律：可以用來分析電子繞原子核做勻速圓周運動的問題。(3)功能關(guān)系及能量守恒定律：可以分析由于庫侖力做功引起的帶電粒子在原子核周圍運動時動能、電勢能之間的轉(zhuǎn)化問題。逐點清(二)氫原子能級與能級躍遷細(xì)作1氫原子的能級躍遷問題1．(魯科版教材選擇性必修3，P101例題)氫原子從n＝4的能級躍遷到n＝1的能級，所輻射光子的能量、頻率和波長分別是多少？(已知氫原子在基態(tài)的能量E1＝－13.6eV，元電荷e＝1.6×10－19C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光速c＝3×108m/s)2．(2023·湖北高考)2022年10月，我國自主研發(fā)的“夸父一號”太陽探測衛(wèi)星成功發(fā)射。該衛(wèi)星搭載的萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡可用于探測波長為121.6nm的氫原子譜線(對應(yīng)的光子能量為10.2eV)。根據(jù)如圖所示的氫原子能級圖，可知此譜線來源于太陽中氫原子()A．n＝2和n＝1能級之間的躍遷B．n＝3和n＝1能級之間的躍遷C．n＝3和n＝2能級之間的躍遷D．n＝4和n＝2能級之間的躍遷|考|教|銜|接|教材題是理論知識，高考題是具體應(yīng)用，這是考教銜接的應(yīng)有之意。兩題均考查了玻爾理論的躍遷假設(shè)規(guī)律，需應(yīng)用hν＝Em－En和c＝νλ求解，高考題以萊曼阿爾法太陽望遠(yuǎn)鏡為素材，結(jié)合我國最新的科技前沿命制試題，凸顯我國科技成就，增強科技自信，樹立學(xué)生科技強國的社會責(zé)任感。一點一過1．定態(tài)間的躍遷——滿足能級差(1)eq\x(\a\al(從低能級,n小))eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())eq\x(\a\al(高能級,n大))→eq\x(\a\al(吸收能量,hν＝En大－En小))(2)eq\x(\a\al(從高能級,n大))eq\o(→,\s\up7(躍遷),\s\do5())eq\x(\a\al(低能級,n小))→eq\x(\a\al(放出能量,hν＝En大－En小))2．氫原子躍遷時能量的變化規(guī)律(1)電子動能隨r增大而減小。(2)當(dāng)軌道半徑增大時，庫侖引力做負(fù)功，原子的電勢能增大。反之，當(dāng)軌道半徑減小時，庫侖引力做正功，原子的電勢能減小。細(xì)作2譜線條數(shù)的確定3．氫原子的能級圖如圖所示，下列說法正確的是()A．玻爾的原子理論認(rèn)為電子繞原子核旋轉(zhuǎn)的軌道是連續(xù)的B．用能量為11eV的光子照射處于基態(tài)的氫原子可以使之發(fā)生躍遷C．大量處于n＝3能級的氫原子，最多可向外輻射2種不同頻率的光子D．一個處于n＝3能級的氫原子，最多可向外輻射2種不同頻率的光子一點一過譜線條數(shù)的確定方法(1)一個處于n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)最多為(n－1)。(2)一群處于n能級的氫原子躍遷可能發(fā)出的光譜線條數(shù)的兩種求解方法：①用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：N＝Ceq\o\al(2,n)＝eq\f(nn－1,2)。②利用能級圖求解：在氫原子能級圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出，然后相加。細(xì)作3受激躍遷與電離4．(2024·大連模擬)“北斗三號”采用星載氫原子鐘，該鐘數(shù)百萬年到一千萬年才有1s誤差。氫原子的部分能級結(jié)構(gòu)如圖所示，則下列說法正確的是()A．用動能為14eV的電子轟擊處于基態(tài)的氫原子，一定不能使其躍遷到激發(fā)態(tài)B．氫原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)后，核外電子動能減小，原子的電勢能增大C．某個處于基態(tài)的氫原子可以吸收12.09eV的光子，發(fā)出3種不同頻率的光D．處于基態(tài)的氫原子只能吸收13.6eV的能量實現(xiàn)電離一點一過1．受激躍遷：低能級→高能級，吸收能量(1)光照(吸收光子)：光子的能量必須恰好等于能級差，hν＝ΔE。(2)碰撞、加熱等：只要入射粒子能量大于或等于能級差即可，E外≥ΔE。2．電離：由基態(tài)或低能級→電離態(tài)(1)基態(tài)→電離態(tài)：E吸＝0－(－13.6eV)＝13.6eV電離能。(2)n＝2能級→電離態(tài)：E吸＝0－E2＝3.4eV。(3)如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還攜帶動能。細(xì)作4能級躍遷與光電效應(yīng)的綜合5．(2024·文昌模擬)已知金屬鋅的逸出功為3.34eV，氫原子能級分布如圖所示，氫原子從n＝3能級躍遷到n＝1能級可產(chǎn)生a光，從n＝2能級躍遷到n＝1能級可產(chǎn)生b光。a光和b光的波長分別為λa和λb?，F(xiàn)用a、b光分別照射到金屬鋅表面均可產(chǎn)生光電效應(yīng)，遏止電壓分別為Ua和Ub。下列說法中正確的是()A．λa<λbB．Ua<UbC．a(chǎn)光的光子能量為3.4eVD．b光照射到金屬鋅表面產(chǎn)生的光電子的最大初動能為8.75eV一點一過能級躍遷與光電效應(yīng)綜合問題解題思路1．確定自發(fā)躍遷中釋放的能量由高能級躍遷到低能級，釋放能量，發(fā)出光子，光子的能量和頻率滿足hν＝ΔE＝E高－E低。2．比較釋放光子的能量與金屬逸出功的大小(1)若能級躍遷釋放的光子的能量小于金屬的逸出功，則不能發(fā)生光電效應(yīng)。(2)若能級躍遷釋放的光子的能量大于金屬的逸出功，則可以發(fā)生光電效應(yīng)。并進(jìn)一步確定光電效應(yīng)中光電子的最大初動能及遏止電壓的大小。逐點清(三)原子核的衰變與半衰期細(xì)作1三種射線的性質(zhì)和特點1．(2023·廣東高考)理論認(rèn)為，大質(zhì)量恒星塌縮成黑洞的過程，受核反應(yīng)eq\o\al(12,6)C＋Y→eq\o\al(16,8)O的影響。下列說法正確的是()A．Y是β粒子，β射線穿透能力比γ射線強B．Y是β粒子，β射線電離能力比γ射線強C．Y是α粒子，α射線穿透能力比γ射線強D．Y是α粒子，α射線電離能力比γ射線強一點一過三種射線的成分和性質(zhì)名稱構(gòu)成符號電荷量質(zhì)量電離作用穿透能力α射線氦核eq\o\al(4,2)He＋2e4u最強最弱β射線電子eq\o\al(0,－1)e－eeq\f(1,1836)u較強較強γ射線光子γ00最弱最強細(xì)作2α、β衰變及衰變次數(shù)的確定2．(人教版教材選擇性必修3，P114練習(xí)T2)eq\o\al(238,92)U(鈾核)衰變?yōu)閑q\o\al(222,86)Rn(氡核)要經(jīng)過幾次α衰變，幾次β衰變？3．(魯科版教材選擇性必修3，P119練習(xí)T4)放射性同位素eq\o\al(232,90)Th經(jīng)α、β衰變會生成eq\o\al(220,86)Rn，其衰變方程為eq\o\al(232,90)Th→eq\o\al(220,86)Rn＋xα＋yβ，求x和y的值。4．(2023·重慶高考)原子核eq\o\al(235,92)U可以經(jīng)過多次α和β衰變成為穩(wěn)定的原子核eq\o\al(207,82)Pb，在該過程中，可能發(fā)生的β衰變是()A.eq\o\al(223,87)Fr→eq\o\al(223,88)Ra＋eq\o\al(0,－1)eB.eq\o\al(213,83)Bi→eq\o\al(213,84)Po＋eq\o\al(0,－1)eC.eq\o\al(225,88)Ra→eq\o\al(225,89)Ac＋eq\o\al(0,－1)eD.eq\o\al(218,84)Po→eq\o\al(218,85)At＋eq\o\al(0,－1)e|考|教|銜|接|以上三題均考查了原子核衰變規(guī)律，人教版練習(xí)題問法比較直接，魯科版練習(xí)題問法相對間接，重慶高考題問法比較隱晦，需要判斷發(fā)生α衰變和β衰變的次數(shù)，根據(jù)中間生成的新核的質(zhì)量數(shù)判斷可能發(fā)生的β衰變。本書這樣的編排設(shè)計，旨在體現(xiàn)梯度進(jìn)階式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生理清弄明，解一組題通一類題，力避讓學(xué)生盲目、重復(fù)刷題。同時高考題也體現(xiàn)了實事求是的科學(xué)態(tài)度，衰變的反應(yīng)物和生成物不能憑空捏造，要遵循客觀事實。一點一過衰變次數(shù)的兩種確定方法(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒列方程組求解若eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A′,Z′)Y＋neq\o\al(4,2)He＋meq\o\al(0,－1)e則A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m解以上兩式即可求出m和n。(2)因為β衰變對質(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定α衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定β衰變的次數(shù)。細(xì)作3半衰期的理解與計算5．(2024年1月·廣西高考適應(yīng)性演練)锝99m在醫(yī)療診斷中被廣泛用作顯像劑或示蹤劑，質(zhì)量為m0的锝99m經(jīng)過12h后剩余锝99m的質(zhì)量為eq\f(m0,4)，它的半衰期為()A．3h B．6hC．9h D．12h一點一過對半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，對個別或少量原子核，無半衰期可言。(2)根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式N余＝N原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)，m余＝m原eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))eq\f(t,τ)。式中N原、m原表示衰變前的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)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(shù)和質(zhì)量，t表示衰變時間，τ表示半衰期。細(xì)作4原子核衰變與動量守恒的綜合問題6．(2024·長沙模擬)地球大氣層中的氧受宇宙射線轟擊散裂后產(chǎn)生的eq\o\al(10,4)Be衰變時放出β射線。若鈹核eq\o\al(10,4)Be在垂直紙面向里的勻強磁場中做勻速圓周運動(運動軌跡未畫出)，到P點時發(fā)生衰變，衰變后產(chǎn)生的粒子在磁場中的運動軌跡如圖所示，圖中r＝4a。下列關(guān)于eq\o\al(10,4)Be衰變前在磁場中的運動軌跡描述正確的是()A．順時針轉(zhuǎn)動，軌道半徑為10aB．順時針轉(zhuǎn)動，軌道半徑為7aC．逆時針轉(zhuǎn)動，軌道半徑為11aD．逆時針轉(zhuǎn)動，軌道半徑為10a一點一過原子核在磁場中衰變后運動分析靜止原子核在勻強磁場中自發(fā)衰變，如果產(chǎn)生的新核和放出的粒子的速度方向與磁場方向垂直，則它們的運動軌跡為兩相切圓，α衰變時兩圓外切，β衰變時兩圓內(nèi)切，根據(jù)動量守恒定律有m1v1＝m2v2，又r＝eq\f(mv,qB)，則半徑小的為新核，半徑大的為α粒子或β粒子，其特點對比如下表：α衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A－4,Z－2)Y＋eq\o\al(4,2)He勻強磁場中軌跡：兩圓外切，α粒子半徑大β衰變eq\o\al(A,Z)X→eq\o\al(A,Z＋1)Y＋eq\o\al(0,－1)e勻強磁場中軌跡：兩圓內(nèi)切，β粒子半徑大逐點清(四)核反應(yīng)方程1．核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變α衰變自發(fā)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變自發(fā)eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芿q\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(14,8)O＋eq\o\al(1,1)H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(9,4)Be→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時發(fā)現(xiàn)正電子eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)e重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(136,54)Xe＋eq\o\al(90,38)Sr＋10eq\o\al(1,0)n輕核聚變很難控制eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n2．核反應(yīng)方程的書寫(1)掌握核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。(2)掌握常見的主要核反應(yīng)方程式，并知道其意義。(3)熟記常見的基本粒子的符號，如質(zhì)子、中子、α粒子等。[考法全訓(xùn)]考法1核反應(yīng)生成物的分析1．(2023·全國甲卷)在下列兩個核反應(yīng)方程中：X＋eq\o\al(14,7)N→Y＋eq\o\al(17,8)O、Y＋eq\o\al(7,3)Li→2X，X和Y代表兩種不同的原子核，以Z和A分別表示X的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，則()A．Z＝1，A＝1 B．Z＝1，A＝2C．Z＝2，A＝3 D．Z＝2，A＝4考法2核反應(yīng)類型分析2．(2024·成都模擬)我們在地球上獲取和消耗的能量，絕大部分來自太陽內(nèi)部核聚變釋放的核能。下列核反應(yīng)方程中，屬于核聚變的是()A.eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Tu＋eq\o\al(4,2)HeB.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al