[精]2013高考物理沖刺復(fù)習(xí)課件：專題十九波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核（114張）

1、專題十九 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu)和原子核1.光電效應(yīng)2.愛因斯坦光電效應(yīng)方程3.氫原子光譜4.氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式5.原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期6.放射性同位素7.核力、核反應(yīng)方程8.結(jié)合能、質(zhì)量虧損9.裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆10.射線的危害和防護(hù)1.考綱對(duì)這部分內(nèi)容的能力要求比較低，考試難度一般不大，考試內(nèi)容廣泛，涉及到光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律、愛因斯坦光電效應(yīng)方程、光的波粒二象性和德布羅意波、原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)、能級(jí)公式、放射性現(xiàn)象、衰變、半衰期、核反應(yīng)方程、核能、裂變、聚變等各個(gè)方面，屬于高考熱點(diǎn)內(nèi)容.2.從高考的命題趨勢(shì)來看，以新粒子、新能源或其他新素材為

2、背景的信息題成為熱點(diǎn)，考查的題型以選擇題和填空題為主，考查的難度中等偏下.3.從近幾年高考命題的情況來看，在今年的高考復(fù)習(xí)備考中要認(rèn)真梳理課本中的基本概念和基本規(guī)律，注意概念和規(guī)律的理解和記憶，弄清知識(shí)間的聯(lián)系，關(guān)注科技熱點(diǎn)和科技進(jìn)步. 黑體輻射【典例1】(2011江蘇高考)下列描繪兩種溫度下黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系的圖中，符合黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律的是( )【審題視角】解答本題應(yīng)把握黑體輻射的兩個(gè)特點(diǎn)：【關(guān)鍵點(diǎn)】(1)黑體輻射強(qiáng)度變化：隨溫度的升高，各種波長的輻射都增強(qiáng).(2)黑體輻射波長移動(dòng)：隨溫度的升高，輻射最強(qiáng)對(duì)應(yīng)波長減小.【精講精析】黑體輻射的強(qiáng)度隨著溫度的升高，一方面各種波長的輻射強(qiáng)度都增

3、加，另一方面輻射強(qiáng)度的極大值向著波長較短的方向移動(dòng)，所以選項(xiàng)A正確.答案：A【命題人揭秘】黑體輻射的研究量子論建立(1)通過對(duì)黑體輻射的研究，普朗克提出了量子論，開創(chuàng)了物理學(xué)新紀(jì)元(2)黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系圖源于教材，考查對(duì)黑體輻射強(qiáng)度與波長關(guān)系圖的理解 光的粒子性 光電效應(yīng)【典例2】(2011新課標(biāo)全國卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為0，該金屬的逸出功為_.若用波長為(W逸=h0，產(chǎn)生光電效應(yīng).(2)最大初動(dòng)能Ek：Ek隨入射光子頻率的增大而增大.(3)光電效應(yīng)方程：揭示光的粒子性的能量守恒方程.(4)遏止電壓U遏：不能形成光電流的最小反向電壓. 原子結(jié)構(gòu) 氫原子光譜【典

4、例3】(2011四川高考)氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)輻射紅光的頻率為1，從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)吸收紫光的頻率為2，已知普朗克常量為h，若氫原子從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m，則( )A.吸收光子的能量為h1+ h2B.輻射光子的能量為h1+ h2C.吸收光子的能量為h2-h1D.輻射光子的能量為h2-h1【審題視角】解答本題按以下思路進(jìn)行：【精講精析】氫原子從能級(jí)m躍遷到能級(jí)n時(shí)，輻射紅光，Em-En =h1從能級(jí)n躍遷到能級(jí)k時(shí)，吸收紫光，Ek-En=h2則從能級(jí)k躍遷到能級(jí)m時(shí)，能量降低，輻射光子，輻射光子能量為：Ek-Em=(Ek-En)-(Em-En)=h2-h1，故正確答案為選項(xiàng)D答案：D【

5、命題人揭秘】畫氫原子能級(jí)圖分析氫原子光譜(1)氫原子能級(jí)圖特點(diǎn)：量子數(shù)n越大，能量值越大，能級(jí)間距越小.(2)能級(jí)躍遷能量特點(diǎn)：高能級(jí)向低能級(jí)躍遷輻射光子，低能級(jí)向高能級(jí)躍遷吸收光子，能級(jí)差越大光子能量越大.(3)自發(fā)躍遷的可能性：第n能級(jí)上一個(gè)氫原子有(n-1)條可能光譜線；第n能級(jí)上一群氫原子有 條可能光譜線.(4)氫原子電離能：第n能級(jí)氫原子電離需吸收的電離能為E電離=-En. 天然放射現(xiàn)象 衰變【典例4】(2011上海高考)天然放射性元素放出的三種射線的穿透能力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示，由此可推知( )A.來自于原子核外的電子B.的電離作用最強(qiáng)，是一種電磁波C.的電離作用較強(qiáng)，是一種電磁波D.

6、的電離作用最弱，屬于原子核內(nèi)釋放的光子【審題視角】解答本題可按以下思路分析:【精講精析】衰變的射線均來自于核內(nèi)，A錯(cuò)；從圖中可看出，一張紙能擋住射線，則射線一定是射線，其貫穿本領(lǐng)最差，電離能力最強(qiáng)，但不是電磁波，而是高速氦核流，B錯(cuò)；鋁板能擋住，而不能擋住，說明一定是射線，其電離能力最弱，貫穿本領(lǐng)最強(qiáng)，是一種電磁波，屬于原子核內(nèi)以能量形式釋放出來的以光速運(yùn)行的高能光子，D對(duì)C錯(cuò).答案：D【命題人揭秘】三種射線的產(chǎn)生及特點(diǎn)(1)天然放射現(xiàn)象即衰變，放出的射線有、三種，都是從原子核內(nèi)部放射出來的高速粒子流，只有射線是電磁波.(2)、三種射線的電離作用、穿透能力和在電磁場中的偏轉(zhuǎn)情況各不相同，射線電

7、離作用最強(qiáng)，射線電離作用最弱；射線穿透能力最強(qiáng)，射線穿透能力最弱；只有射線在電磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn). 核反應(yīng)方程 原子核的組成【典例5】(2011海南高考)2011年3月11日，日本發(fā)生九級(jí)大地震，造成福島核電站的核泄漏事故.在泄漏的污染物中含有131I和137Cs兩種放射性核素，它們通過一系列衰變產(chǎn)生對(duì)人體有危害的輻射.在下列四個(gè)式子中，有兩個(gè)能分別反映131I和137Cs衰變過程，它們分別是_和_(填入正確選項(xiàng)前的字母).131I和137Cs原子核中的中子數(shù)分別是_和_.A.X113756Ba+10nB.X213154Xe+0-1eC.X313756Ba+0-1eD.X413154Xe+11p

8、【審題視角】解答本題的思路如下：【精講精析】從四個(gè)核反應(yīng)方程看出能夠產(chǎn)生粒子的只有B、C，再由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒可以得出能反映131I衰變過程的是方程B，131I原子核中的中子數(shù)是131-53=78；能反映137Cs衰變過程的是方程C，137Cs原子核中的中子數(shù)是137-55=82.答案：B C 78 82失分提示(1)不能由衰變放出、三種射線的特點(diǎn)判斷核反應(yīng)方程.(2)不能由核反應(yīng)方程確定I、Cs的核子數(shù)和質(zhì)子數(shù)從而推出中子數(shù).備考指南(1)理解并掌握天然放射現(xiàn)象、衰變規(guī)律和特點(diǎn).(2)掌握原子核的組成，質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=質(zhì)量數(shù)(核子數(shù))，并能根據(jù)原子核符號(hào)確定這些量.【閱卷人點(diǎn)撥】 光的粒

9、子性 光電效應(yīng) 高考指數(shù):1.(2012北京高考)“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)體和絕緣體制成.若在結(jié)兩端加恒定電壓U，則它會(huì)輻射頻率為的電磁波，且與U成正比，即=kU.已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關(guān).你可能不了解此現(xiàn)象的機(jī)理，但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法，在下列選項(xiàng)中，推理判斷比例系數(shù)k的值可能為( ) A. B. C.2heD.【解題指南】本題需要把握以下兩點(diǎn)：(1)電磁波的頻率、普朗克常量、能量之間的關(guān)系.(2)電壓、電量與能量的關(guān)系.【解析】選B.電磁波的頻率、普朗克常量h、能量E之間的關(guān)系E=h，因?yàn)?kU，所以E=hkU；電壓U、電量q與能量E的關(guān)系是E=qU，由題意知q

10、=2e，所以2.(2011上海高考)用一束紫外線照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的措施是( )A.改用頻率更小的紫外線照射B.改用X射線照射C.改用強(qiáng)度更大的原紫外線照射 D.延長原紫外線的照射時(shí)間【解析】選B.根據(jù)愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的研究結(jié)論可知光子的頻率必須大于金屬的極限頻率，A錯(cuò)；與光照射時(shí)間無關(guān)，D錯(cuò)；與光強(qiáng)度無關(guān)，C錯(cuò)；X射線的頻率比紫外線頻率高，故B對(duì)3.(2011廣東高考)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，下列表述正確的是( )A.光照時(shí)間越長光電流越大B.入射光足夠強(qiáng)就可以有光電流C.遏止電壓與入射光的頻率有關(guān)D.入射光頻率大于極限頻率才能產(chǎn)生光電子【解析】選C、D.光電流

11、的大小與入射光的強(qiáng)度有關(guān)，A錯(cuò)誤產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是：入射光的頻率大于或等于被照射材料的極限頻率由h=W0+Ek和eUc=Ek知，入射光的頻率達(dá)不到極限頻率，增加照射光的強(qiáng)度是不能產(chǎn)生光電流的，所以B錯(cuò)誤，C、D正確4.(2011福建高考)愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率的關(guān)系如圖所示，其中0為極限頻率.從圖中可以確定的是( )A.逸出功與有關(guān)B.Ekm與入射光強(qiáng)度成正比C.當(dāng)0時(shí)，會(huì)逸出光電子D.圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān)【解析】選D.光電子的最大初動(dòng)能與入射光頻率的關(guān)系是Ekm =h-W

12、0，結(jié)合圖象易判斷D正確5.(2010浙江高考)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，飛飛同學(xué)用同一光電管在不同實(shí)驗(yàn)條件下得到了三條光電流與電壓之間的關(guān)系曲線(甲光、乙光、丙光)，如圖所示.則可判斷出( )A.甲光的頻率大于乙光的頻率B.乙光的波長大于丙光的波長C.乙光對(duì)應(yīng)的截止頻率大于丙光對(duì)應(yīng)的截止頻率D.甲光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能大于丙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能【解題指南】解答本題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)搞清光電流與電壓的關(guān)系.(2)熟記截止頻率、遏止電壓和光電子最大初動(dòng)能等概念.【解析】選B.由圖象知甲光、乙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓相等，且小于丙光對(duì)應(yīng)的遏止電壓，所以甲光和乙光對(duì)應(yīng)的光電子最大初動(dòng)能相等且小于丙光的光

13、電子最大初動(dòng)能，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0知甲光和乙光的頻率相等，且小于丙光的頻率，故A錯(cuò)誤，B正確；截止頻率是由金屬?zèng)Q定的,與入射光無關(guān)，故C錯(cuò)誤.6.(2012江蘇高考)A、B兩種光子的能量之比為21，它們都能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)，且所產(chǎn)生的光電子最大初動(dòng)能分別為EA、EB.求A、B兩種光子的動(dòng)量之比和該金屬的逸出功.【解析】光子能量=h,動(dòng)量 且得 則pApB=21A照射時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能EA=A-W0.同理，EB=B-W0,解得W0=EA-2EB答案：21 EA-2EB7.(2010江蘇高考)(1)研究光電效應(yīng)電路如圖所示，用頻率相同、強(qiáng)度不同的光分別照射

14、密封真空管的鈉極板(陰極K)，鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流.下列光電流I與A、K之間的電壓UAK的關(guān)系圖象中，正確的是( )(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子.光電子從金屬表面逸出的過程中，其動(dòng)量的大小_(選填“增大”、“減小”或“不變”)， 原因是_.(3)已知?dú)湓犹幵诘谝?、第二激發(fā)態(tài)的能級(jí)分別為-3.4 eV和-1.51 eV， 金屬鈉的截止頻率為5.531014 Hz, 普朗克常量h=6.6310-34 Js.請(qǐng)通過計(jì)算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板，能否發(fā)生光電效應(yīng).【解析】(1)選C.由愛因斯

15、坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W0和動(dòng)能定理eUc=Ek，可得:Uc= 遏止電壓Uc與入射光的頻率有關(guān)，與光的強(qiáng)度無關(guān).由發(fā)生光電效應(yīng)規(guī)律可知，光電流與光的強(qiáng)度有關(guān)，光越強(qiáng)，光電流越強(qiáng).所以選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤.(2)鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，由于光電子在從金屬表面逸出的過程中，要受到金屬表面層中力的阻礙作用(或需要克服逸出功).所以在光電子從金屬表面逸出的過程中，其動(dòng)量的大小減小.(3)氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中，放出的光子能量為E=E3-E2，代入數(shù)據(jù)得E=1.89 eV，金屬鈉的逸出功W0=h0，代入數(shù)據(jù)得W0=2.3 eV，因?yàn)镋21，則( )A.0n

16、).(h是普朗克常量，h6.6261034 Js)(3)軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng).原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的軌道也是不連續(xù)的.4.氫原子的能級(jí)(1)氫原子的能級(jí)和軌道半徑氫原子的能級(jí)公式： (n1,2,3)，其中E1為基態(tài)能量，E113.6 eV.氫原子的半徑公式：rnn2r1(n1,2,3)，其中r1為基態(tài)半徑，又稱玻爾半徑.r10.531010 m.(2)氫原子的能級(jí)圖如圖所示.【名師點(diǎn)睛】理解能級(jí)躍遷時(shí)應(yīng)注意：1.原子躍遷條件hEmEn(mn)只適用于光子和原子作用而使原子在各定態(tài)之間躍遷的情況.對(duì)于光子和原子作用而使原子電離時(shí)，只要入射光的能量

17、E13.6 eV，原子就能吸收.對(duì)于實(shí)物粒子與原子作用使原子激發(fā)時(shí)，粒子能量大于或等于能級(jí)差即可.2.原子躍遷發(fā)出的光譜線條數(shù)NCn2 是一群氫原子，而不是一個(gè)，因?yàn)槟骋粋€(gè)氫原子有固定的躍遷路徑. 天然放射現(xiàn)象1.三種射線的比較種 類射線射線射線組 成高速氦核流高速電子流光子流(高頻電磁波)帶電荷量2ee0質(zhì) 量4mp靜止質(zhì)量為零符 號(hào)42He01e種 類射線射線射線速 度0.1c0.99cc在電磁場中偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱較強(qiáng)最強(qiáng)貫穿實(shí)例用一張紙能擋住穿透幾毫米厚的鋁板穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混凝土對(duì)空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱種 類射線射線射線在空氣中的徑跡粗、短、直細(xì)、長、曲折

18、最長能使膠片感光感光感光產(chǎn)生機(jī)理核內(nèi)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合得比較緊密，有時(shí)會(huì)作為一個(gè)整體從原子核中射出來核內(nèi)的中子可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，產(chǎn)生的電子從核中發(fā)射出來放射性原子核在發(fā)生衰變、衰變后產(chǎn)生的新核如果處于高能級(jí)，當(dāng)它向低能級(jí)躍遷時(shí)，輻射光子2.原子核衰變規(guī)律衰變類型 衰 變 衰 變衰變方程AZXA4Z2Y42HeAZXA Z1Y01e衰變實(shí)質(zhì)2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)整體射出 中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子和電子 211H210n42He10n11H01e衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒3.半衰期根據(jù)半衰期的概念，可總結(jié)出公式式中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

19、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(shí)間，表示半衰期.【名師點(diǎn)睛】1.自然界中原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性.2.天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的.元素的放射性不受單質(zhì)或化合物存在形式的影響.3.每發(fā)生一次衰變產(chǎn)生的新原子核電荷數(shù)減少2，質(zhì)量數(shù)減少4；每發(fā)生一次衰變，產(chǎn)生的新原子核電荷數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變.4.對(duì)半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰變時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，個(gè)別原子核經(jīng)多長時(shí)間衰變無法預(yù)測，對(duì)個(gè)別或極少數(shù)原子核，無半衰期可言.(2)影響因素：放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部因素決定的，跟原子所處的物理

20、狀態(tài)(如溫度、壓強(qiáng))或化學(xué)狀態(tài)(如單質(zhì)、化合物)無關(guān). 核反應(yīng)、核能1.放射性同位素及其應(yīng)用和防護(hù)(1)人造放射性同位素的三個(gè)優(yōu)點(diǎn)放射強(qiáng)度容易控制.可以制成各種所需的形狀.半衰期很短，廢料容易處理.(2)四個(gè)應(yīng)用工業(yè)部門使用射線測厚度利用射線的穿透特性.煙霧報(bào)警器的使用利用射線的電離作用，增加煙霧導(dǎo)電離子濃度.農(nóng)業(yè)應(yīng)用射線使種子的遺傳基因發(fā)生變異，殺死腐敗細(xì)菌、抑制發(fā)芽等.作示蹤原子利用放射性同位素與非放射性同位素有相同的化學(xué)性質(zhì).(3)放射性污染與防護(hù)名 稱舉例與措施說 明污 染核爆炸 核爆炸的最初幾秒鐘輻射出來的主要是強(qiáng)烈的射線和中子流，長期存在放射性污染核泄漏 核工業(yè)生產(chǎn)和核科學(xué)研究中使

21、用放射性原材料，一旦泄漏就會(huì)造成嚴(yán)重污染醫(yī)療照射 醫(yī)療中如果放射線的劑量過大，也會(huì)導(dǎo)致病人受到損害，甚至造成病人的死亡名 稱舉例與措施說 明防 護(hù) 密封防護(hù) 把放射源密封在特殊的包殼里，或者用特殊的方法覆蓋，以防止射線泄漏距離防護(hù) 距放射源越遠(yuǎn)，人體吸收的劑量就越少，受到的危害就越輕時(shí)間防護(hù) 盡量減少受輻射的時(shí)間 屏蔽防護(hù) 在放射源與人體之間加屏蔽物能起到防護(hù)作用.鉛的屏蔽作用最好2.核反應(yīng)的四種類型類 型可 控 性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā) 23892U23490Th42He衰變自發(fā)23490Th23491Pa01e 人工轉(zhuǎn)變147N42He178O11H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)2713Al+42He3015P+10n(約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素，同時(shí)探測到正電子)3015P3014Si+0+1e 類 型可 控 性核反應(yīng)方程典例重核裂變 比較容易進(jìn)行人工控制23592U10n14456Ba8936Kr310n23592U10n13654Xe9038Sr1010n輕核聚變 除氫彈外均無法控制