第十一章 近代物理初步第1節(jié)波粒二象性(1)光子和光電子都是實(shí)物粒子。(×)(2)只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，就可以使金屬發(fā)生光電效應(yīng)。(×)(3)要使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，入射光子的能量必須大于金屬的逸出功。()(4)光電子的最大初動能與入射光子的頻率成正比。(×)(5)光的頻率越高，光的粒子性越明顯，但仍具有波動性。()(6)德國物理學(xué)家普朗克提出了量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律。(×)(7)美國物理學(xué)家康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，證實(shí)了光的粒子性。()(8)法國物理學(xué)家德布羅意大膽預(yù)言了實(shí)物粒子在一定條件下會表現(xiàn)為波動性。()突破點(diǎn)(一)對光電效應(yīng)的理解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(shí)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(shí)發(fā)射出來的電子，其本質(zhì)是電子。光子是光電效應(yīng)的因，光電子是果。(2)光電子的動能與光電子的最大初動能：光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的全部能量，可能向各個(gè)方向運(yùn)動，需克服原子核和其他原子的阻礙而損失一部分能量，剩余部分為光電子的初動能；只有金屬表面的電子直接向外飛出時(shí)，只需克服原子核的引力做功的情況，才具有最大初動能。光電子的初動能小于或等于光電子的最大初動能。(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(gè)飽和值，這個(gè)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(qiáng)度與光子能量：入射光強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)照射到金屬表面單位面積上的總能量。(5)光的強(qiáng)度與飽和光電流：飽和光電流與入射光強(qiáng)度成正比的規(guī)律是對頻率相同的光照射金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)而言的，對于不同頻率的光，由于每個(gè)光子的能量不同，飽和光電流與入射光強(qiáng)度之間沒有簡單的正比關(guān)系。2光電效應(yīng)的研究思路(1)兩條線索：(2)兩條對應(yīng)關(guān)系：題點(diǎn)全練1多選關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是()A發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動能一定等于金屬的逸出功B一般而言，用給定的單色光照射不同的金屬，若都能發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能不同C用不同頻率的單色光照射同一金屬，若都能發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能不同D用單色光照射某金屬沒有發(fā)生光電效應(yīng)，增加該單色光的強(qiáng)度，有可能發(fā)生光電效應(yīng)解析：選BC根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0知，發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電子的最大初動能不一定等于金屬的逸出功，故A錯誤；不同的金屬逸出功不同，根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0知，用給定的單色光照射不同的金屬，若都能發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能不同，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0知，用不同頻率的單色光照射同一金屬，若都能發(fā)生光電效應(yīng)，則光電子的最大初動能不同，故C正確；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故D錯誤。2多選(2017·海南高考)三束單色光1、2和3的波長分別為1、2和3(123)。分別用這三束光照射同一種金屬。已知用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子。下列說法正確的是()A用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子B用光束3照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子C用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多D用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電子的最大初動能越大解析：選AC依據(jù)波長與頻率的關(guān)系：，因123，那么123；由于用光束2照射時(shí)，恰能產(chǎn)生光電子，因此用光束1照射時(shí)，不能產(chǎn)生光電子，而光束3照射時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子，故A正確，B錯誤；用光束2照射時(shí)，光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)目越多，而由光電效應(yīng)方程：EkmhW，可知，光電子的最大初動能與光的強(qiáng)弱無關(guān)，故C正確，D錯誤。3多選在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用藍(lán)色弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開了一個(gè)角度，如圖所示，則()A驗(yàn)電器指針帶正電B驗(yàn)電器指針帶負(fù)電C改用紫色弧光燈照射鋅板時(shí)，原來不帶電的驗(yàn)電器的指針能張開一個(gè)角度D改用黃色弧光燈照射鋅板時(shí)，只要光足夠強(qiáng)，原來不帶電的驗(yàn)電器的指針一定能張開一個(gè)角度解析：選AC鋅板在弧光燈照射下，發(fā)生光電效應(yīng)，有光電子逸出，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板相連，導(dǎo)致指針帶正電，故A正確，B錯誤；改用紫色弧光燈照射鋅板時(shí)，紫光頻率大于藍(lán)光，那么原來不帶電的驗(yàn)電器，其指針會張開一個(gè)角度，故C正確；當(dāng)增大光的強(qiáng)度，而光的頻率不變，能量不變，黃光的頻率小于藍(lán)光的頻率，根據(jù)光電效應(yīng)方程可知，原來不帶電的驗(yàn)電器的指針一定不會張開一個(gè)角度，故D錯誤。突破點(diǎn)(二)愛因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用1三個(gè)關(guān)系(1)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0。(2)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管實(shí)驗(yàn)的方法測得，即EkeUc，其中Uc是遏止電壓。(3)光電效應(yīng)方程中的W0為逸出功，它與極限頻率c的關(guān)系是W0hc。2四類圖像圖像名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖線截止頻率(極限頻率)：圖線與軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)c逸出功：圖線與Ek軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)的值W0|E|E普朗克常量：圖線的斜率kh遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖線截止頻率c：圖線與橫軸的交點(diǎn)遏止電壓Uc：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量的乘積，即hke。(注：此時(shí)兩極之間接反向電壓)顏色相同、強(qiáng)度不同的光，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc：圖線與橫軸的交點(diǎn)飽和光電流Im：電流的最大值最大初動能：EkmeUc顏色不同時(shí)，光電流與電壓的關(guān)系遏止電壓Uc1、Uc2飽和光電流最大初動能Ek1eUc1，Ek2eUc2典例(2018·泰州三模)一光電管的陰極K用截止頻率為的金屬銫制成，光電管陽極A和陰極K之間的正向電壓為U。用波長為的單色光射向陰極，產(chǎn)生了光電流。已知普朗克常量為h，電子電荷量為e，真空中的光速為c。求：(1)金屬銫的逸出功W；(2)光電子到達(dá)陽極的最大動能Ek。解析(1)金屬銫的逸出功Wh。(2)根據(jù)光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能EkmhWhh，根據(jù)動能定理得，eUEkEkm，解得光電子到達(dá)陽極的最大動能EkeUEkmeUhh。答案(1)h(2)eUhh易錯提醒應(yīng)用光電效應(yīng)方程時(shí)的注意事項(xiàng)1每種金屬都有一個(gè)截止頻率，入射光頻率大于這個(gè)截止頻率時(shí)才能發(fā)生光電效應(yīng)。2截止頻率是發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率，對應(yīng)著光的極限波長和金屬的逸出功，即hchW0。3應(yīng)用光電效應(yīng)方程EkhW0時(shí)，注意能量單位電子伏和焦耳的換算(1 eV1.6×1019 J)。集訓(xùn)沖關(guān)1.多選(2018·南通期末)如圖是某金屬在光的照射下產(chǎn)生的光電子的最大初動能Ek與入射光頻率的關(guān)系圖像，由圖像可知()A該金屬的逸出功等于EB該金屬的逸出功等于h0C入射光的頻率為20時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為3ED入射光的頻率為時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為解析：選AB根據(jù)光電效應(yīng)方程有：EkhW其中W為金屬的逸出功：Wh0所以有：Ekhh0，由此結(jié)合圖像可知，該金屬的逸出功為E，或者Wh0，故A、B正確；當(dāng)入射光的頻率為20時(shí)，代入方程可知產(chǎn)生的光電子的最大初動能為E，故C錯誤；若入射光的頻率為時(shí)，小于極限頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)，故D錯誤。2多選如圖甲所示，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)用相同頻率的單色光，分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個(gè)不同的光電管，結(jié)果都能發(fā)生光電效應(yīng)。圖乙為其中一個(gè)光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率變化的函數(shù)關(guān)系圖像。對于這兩個(gè)光電管，下列判斷正確的是()A因?yàn)椴牧喜煌莩龉Σ煌远糁闺妷篣c不同B光電子的最大初動能不同C因?yàn)楣鈴?qiáng)不確定，所以單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)可能相同，飽和光電流也可能相同D兩個(gè)光電管的Uc­圖像的斜率可能不同解析：選ABC根據(jù)光電效應(yīng)方程有 EkmhW0根據(jù)能量守恒定律得：eUcEkm聯(lián)立得：eUchW0即 Uc，可知入射光的頻率相同，逸出功W0不同，則遏止電壓Uc也不同，故A正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0得，相同的頻率，不同的逸出功，則光電子的最大初動能也不同，故B正確；雖然光的頻率相同，但光強(qiáng)不確定，所以單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)可能相同，而飽和光電流可能相同，故C正確；由Uc，可知，Uc­圖像的斜率 k常數(shù)，所以兩個(gè)光電管的Uc­圖像的斜率一定相同，故D錯誤。3多選(2018·鎮(zhèn)江模擬)含有光電管的電路如圖(a)所示，(b)圖是用甲、乙、丙光照射光電管得到的I­U圖線，Uc1、Uc2表示遏止電壓，下列說法正確的是()A(a)圖中光電管兩端的電壓為反向電壓B甲、乙光的頻率相等C甲光照射時(shí)光電子的最大初動能比乙光照射時(shí)光電子的最大初動能大D若氫原子從n6能級向n1能級躍遷時(shí)輻射出的光不能使此光電管發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從n6能級向n2能級躍遷時(shí)輻射出的光也不能使此光電管發(fā)生光電效應(yīng)解析：選BD由電路圖可知，逸出的光電子在電場力作用下做正功，則光電管兩端電壓為正向電壓，故A錯誤； 當(dāng)光電流為零時(shí)，光電管兩端加的電壓為遏止電壓，對應(yīng)的光的頻率為截止頻率，根據(jù)eUhW，入射光的頻率越高，對應(yīng)的遏止電壓U越大。甲、乙兩光的遏止電壓相等，所以甲、乙兩光的頻率相等，故B正確，C錯誤；若氫原子從n6能級向n1能級躍遷時(shí)輻射出的光不能使此光電管發(fā)生光電效應(yīng)，說明輻射的光子能量仍小于金屬的逸出功，當(dāng)氫原子從n6能級向n2能級躍遷時(shí)輻射出的光更小于金屬的逸出功，也不能使此光電管發(fā)生光電效應(yīng)，故D正確。突破點(diǎn)(三)對波粒二象性的理解1對光的波動性和粒子性的進(jìn)一步理解光的波動性光的粒子性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)干涉和衍射光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)表現(xiàn)光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述大量的光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)出光的波動性當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性說明光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的光的波動性不同于宏觀觀念的波粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的光子不同于宏觀觀念的粒子2波動性和粒子性的對立與統(tǒng)一(1)大量光子易顯示出波動性，而少量光子易顯示出粒子性。(2)波長長(頻率低)的光波動性強(qiáng)，而波長短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)。(3)光子說并未否定波動說，Eh中，和就是波的概念。(4)波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的。3物質(zhì)波(1)定義：任何運(yùn)動著的物體都有一種波與之對應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波，也叫德布羅意波。(2)物質(zhì)波的波長：，h是普朗克常量。題點(diǎn)全練1多選2017年1月，我國“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星正式進(jìn)入應(yīng)用研究。在量子理論中，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子，不論它們相距多遠(yuǎn)，它們總是相關(guān)的，一個(gè)粒子狀態(tài)的變化會立即影響到另一個(gè)粒子，這就是所謂的量子糾纏。關(guān)于量子理論，下列說法中正確的有()A玻爾氫原子理論，第一次提出了能量量子化的觀念B愛因斯坦研究光電效應(yīng)提出光子說，光子說屬于量子理論的范疇C量子理論中，實(shí)物粒子具有波粒二象性D微觀粒子在受力狀況和初速度確定的前提下，可以確定它此后運(yùn)動狀態(tài)和位置解析：選BC普朗克為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，第一次提出了能量量子化理論，故A錯誤；愛因斯坦為了解釋光電效應(yīng)的規(guī)律，提出了光子說，光子說屬于量子理論的范疇，故B正確；在量子理論中，實(shí)物粒子具有波粒二象性，故C正確；根據(jù)不確定性關(guān)系可知，微觀粒子在受力狀況和初速度確定的前提下，并不能同時(shí)確定它此后運(yùn)動狀態(tài)和位置，故D錯誤。2有關(guān)光的本性的說法正確的是()A有關(guān)光的本性，牛頓提出了“粒子性”，惠更斯提出了“波動性”，愛因斯坦提出了“光子說”，它們都圓滿地說明了光的本性B光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏觀概念的波，也可以看成微觀概念上的粒子C光的干涉、衍射說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性D在光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光通過雙縫時(shí)顯示出波動性，如果光只通過一個(gè)縫時(shí)顯示出粒子性解析：選C愛因斯坦的光子說與惠更斯的波動說揭示了光具有波粒二象性；牛頓的“微粒說”認(rèn)為光是一種實(shí)物粒子，不能解釋光的本性，故A錯誤；光既具有波動性又具有粒子性，故具有波粒二象性，但光的粒子性不同于宏觀的粒子，其波動性也不同于宏觀概念的波，故B錯誤；光的干涉、衍射、色散說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性，故C正確；在光雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，光通過雙縫時(shí)顯示出波動性，如果光只通過一個(gè)縫時(shí)也顯示出波動性，故D錯誤。對點(diǎn)訓(xùn)練：對光電效應(yīng)的理解1用某種頻率的光照射鋅板，使其發(fā)射出光電子。為了增大光電子的最大初動能，下列措施可行的是()A增大入射光的強(qiáng)度B增加入射光的照射時(shí)間C換用頻率更高的入射光照射鋅板D換用波長更長的入射光照射鋅板解析：選C根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0得，光電子的最大初動能與入射光的強(qiáng)度、照射時(shí)間無關(guān)。入射光的頻率越高或波長越短，光電子的最大初動能越大，故C正確，A、B、D錯誤。2.(2018·南京調(diào)研)如圖所示，把一塊不帶電的鋅板連接在驗(yàn)電器上。當(dāng)用紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)一定角度，則()A鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電B若改用強(qiáng)度更小的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會偏轉(zhuǎn)C若改用紅外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針仍然會發(fā)生偏轉(zhuǎn)D這個(gè)現(xiàn)象可以說明光具有波動性解析：選B用紫外線照射鋅板，鋅板失去電子帶正電，驗(yàn)電器與鋅板相連，則驗(yàn)電器的金屬球和金屬指針帶正電，故A錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知發(fā)生光電效應(yīng)與光的強(qiáng)度無關(guān)，若改用強(qiáng)度更小的紫外線照射鋅板，驗(yàn)電器的指針也會偏轉(zhuǎn)，故B正確；根據(jù)光電效應(yīng)的條件可知若改用紅外線照射鋅板，不一定能發(fā)生光電效應(yīng)，所以驗(yàn)電器的指針不一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故C錯誤；光電效應(yīng)說明光具有粒子性，故D錯誤。3.(2018·保定模擬)如圖所示，在驗(yàn)電器上安裝一個(gè)銅網(wǎng)，使其帶電，驗(yàn)電器金屬箔片張開一定角度。用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔片的張角保持不變。再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔片張開角度減小。下列相關(guān)說法中正確的是()A增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔片張角將變大B紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率C銅網(wǎng)帶負(fù)電D改用紫光照射鋅板，驗(yàn)電器的金屬箔片張角也一定減小解析：選B根據(jù)用紫外線照射銅網(wǎng)，驗(yàn)電器金屬箔片的張角保持不變；再將一塊鋅板放置在該銅網(wǎng)后面一定距離處，用同一紫外線照射鋅板時(shí)，發(fā)現(xiàn)金屬箔片張開角度減小，說明逸出的光電子跑到銅網(wǎng)上，導(dǎo)致其電量減小，當(dāng)增加紫外線的強(qiáng)度照射銅網(wǎng)，金屬箔片張角將變更小，由此可知，銅網(wǎng)帶正電，故A、C錯誤。只有紫外線的頻率大于金屬鋅的截止頻率，才會發(fā)生光電效應(yīng)，故B正確。根據(jù)光電效應(yīng)產(chǎn)生條件，當(dāng)用紫光照射，則紫光頻率小于紫外線，因此可能不發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，則驗(yàn)電器金屬箔片張角不一定會減小，故D錯誤。對點(diǎn)訓(xùn)練：愛因斯坦的光電效應(yīng)方程及應(yīng)用4.(2018·鹽城模擬)用如圖所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象，當(dāng)用光子能量為3.0 eV的光照射到光電管上時(shí)，電流表G的讀數(shù)為0.2 mA，移動變阻器的觸點(diǎn)c，當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，則()A開關(guān)K斷開后，沒有電流流過電流表GB所有光電子的初動能為0.7 eVC光電管陰極的逸出功為2.3 eVD改用能量為1.5 eV的光子照射，電流表G也有電流，但電流較小解析：選C光電管兩端接的是反向電壓，當(dāng)開關(guān)斷開后，光電管兩端的電壓為零，逸出的光電子能夠到達(dá)另一端，則仍然有電流流過電流表G，故A錯誤。當(dāng)電壓表的示數(shù)大于或等于0.7 V時(shí)，電流表讀數(shù)為0，可知遏止電壓為0.7 V，根據(jù)動能定理得，eUcEkm，則光電子的最大初動能為0.7 eV，故B錯誤。根據(jù)光電效應(yīng)方程得，EkmhW0，則逸出功W0hEkm3.0 eV0.7 eV2.3 eV，故C正確。改用能量為1.5 eV的光子照射，因?yàn)楣庾幽芰啃∮谝莩龉Γ瑒t不會發(fā)生光電效應(yīng)，沒有光電流，故D錯誤。5多選(2017·全國卷)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，分別用頻率為a、b的單色光a、b照射到同種金屬上，測得相應(yīng)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a>b，則一定有Ua<UbB若a>b，則一定有Eka>EkbC若Ua<Ub，則一定有Eka<EkbD若a>b，則一定有haEka>hbEkb解析：選BC設(shè)該金屬的逸出功為W，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程有EkhW，同種金屬的W不變，則逸出光電子的最大初動能隨的增大而增大，B項(xiàng)正確；又EkeU，則最大初動能與遏止電壓成正比，C項(xiàng)正確；根據(jù)上述有eUhW，遏止電壓U隨增大而增大，A項(xiàng)錯誤；又有hEkW，W相同，則D項(xiàng)錯誤。6如圖甲所示，合上開關(guān)，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極K，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于0.60 V時(shí)，電流表計(jì)數(shù)仍不為零，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零。把電路改為圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時(shí)，則逸出功及電子到達(dá)陽極時(shí)的最大動能為()A1.5 eV0.6 eVB1.7 eV1.9 eVC1.9 eV2.6 eV D3.1 eV4.5 eV解析：選C光子能量h2.5 eV的光照射陰極，電流表讀數(shù)不為零，則能發(fā)生光電效應(yīng)，當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于0.6 V時(shí)，電流表讀數(shù)為零，則電子不能到達(dá)陽極，由動能定理eUmvm2知，最大初動能EkmeU0.6 eV，由光電效應(yīng)方程hEkmW0知W01.9 eV，對圖乙，當(dāng)電壓表讀數(shù)為2 V時(shí)，電子到達(dá)陽極的最大動能EkmEkmeU0.6 eV2 eV2.6 eV。故C正確。7(2018·淮安期末)關(guān)于光電效應(yīng)現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A對于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長”，入射光的波長必須小于此波長，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，光電子的最大初動能與照射光的頻率成正比C在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，入射光的強(qiáng)度越大，光電子的最大初動能越大D對于某種金屬，只要入射光的強(qiáng)度足夠大，就會發(fā)生光電效應(yīng)解析：選A根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekmhh。入射光的波長必須小于極限波長，才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A正確；從光電效應(yīng)方程知，光電子的最大初動能與照射光的頻率成一次函數(shù)關(guān)系，不是成正比，故B錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程EkmhW0，入射光的頻率越大，光電子的最大初動能越大，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故C錯誤；能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，故D錯誤。8(2016·江蘇高考)幾種金屬的逸出功W0見下表：金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(×1019 J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計(jì)算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見光的波長范圍為4.0×1077.6×107 m，普朗克常數(shù)h6.63×1034 J·s。解析：光子的能量E取4.0×107 m，則E5.0×1019 J根據(jù)EW0判斷，鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。答案：鈉、鉀、銣對點(diǎn)訓(xùn)練：與光電效應(yīng)有關(guān)的圖像問題9.(2018·蘭州模擬)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，某同學(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乙光對應(yīng)的截止頻率大于丙光的截止頻率D甲光對應(yīng)的光電子最大初動能大于丙光的光電子對應(yīng)的最大初動能解析：選B因光電管不變，所以逸出功不變。由圖像知甲光、乙光對應(yīng)的遏止電壓相等，且小于丙光對應(yīng)的遏止電壓，所以甲光和乙光對應(yīng)的光電子最大初動能相等且小于丙光的光電子最大初動能，故D錯誤；根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程EkhW0知甲光和乙光的頻率相等，且小于丙光的頻率，甲光和乙光的波長大于丙光的波長，故A錯誤，B正確；截止頻率是由金屬決定的，與入射光無關(guān)，故C錯誤。10.如圖所示，是甲、乙兩種金屬的遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖像，如果用頻率為的光照射兩種金屬，光電子的最大初動能分別為E甲、E乙，則關(guān)于E甲、E乙的大小關(guān)系正確的是()AE甲E乙BE甲E乙CE甲E乙 D無法判斷解析：選A根據(jù)光電效應(yīng)方程得：EkmhW0hh0又EkmqUc解得：Uc；結(jié)合Uc­圖線可知，當(dāng)Uc0時(shí)，0；由題圖可知，金屬甲的極限頻率小于金屬乙的，則金屬甲的逸出功小于乙的，即W甲W乙。如果用頻率的光照射兩種金屬，根據(jù)光電效應(yīng)方程，當(dāng)用相同頻率的光入射時(shí)，則逸出功越大的，其光電子的最大初動能越小，因此E甲E乙，故A正確，B、C、D錯誤。11如圖甲所示是研究光電效應(yīng)規(guī)律的光電管。用波長0.50 m的綠光照射陰極K，實(shí)驗(yàn)測得流過表的電流I與AK之間的電勢差UAK滿足如圖乙所示規(guī)律，取h6.63×1034 J·s。結(jié)合圖像，求：(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極K時(shí)的最大動能。(2)該陰極材料的極限波長。解析：(1)光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽極A，陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù)n(個(gè))4.0×1012(個(gè))光電子的最大初動能為：EkmeU01.6×1019 C×0.6 V9.6×1020 J。(2)設(shè)陰極材料的極限波長為0，根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng)方程：Ekmhh，代入數(shù)據(jù)得00.66 m。答案：(1)4.0×1012個(gè)9.6×1020 J(2)0.66 m對點(diǎn)訓(xùn)練：對波粒二象性的理解12多選美國物理學(xué)家康普頓在研究石墨對X射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)光子除了具有能量之外還具有動量，被電子散射的X光子與入射的X光子相比()A速度減小B頻率減小C波長減小 D能量減小解析：選BD光速不變，A錯誤；光子將一部分能量轉(zhuǎn)移到電子，其能量減小，隨之光子的頻率減小、波長變長，B、D正確，C錯誤。13多選(2018·福建省高考適應(yīng)性檢測)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性。下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動性的是()A電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)D人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)解析：選ACD干涉是波具有的特性，電子束通過雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣，說明電子具有波動性，所以A正確；粒子在云室中受磁場力的作用，做的是圓周運(yùn)動，與波動性無關(guān)，所以B錯誤；可以利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構(gòu)，說明中子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，所以C正確；人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，說明電子可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，說明具有波動性，所以D正確。第2節(jié)原子結(jié)構(gòu)與原子核(1)原子中絕大部分是空的，原子核很小。()(2)核式結(jié)構(gòu)學(xué)說是盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。()(3)氫原子光譜是由一條一條亮線組成的。()(4)玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜，也成功地解釋了氦原子光譜。(×)(5)按照玻爾理論，核外電子均勻分布在各個(gè)不連續(xù)的軌道上。(×)(6)人們認(rèn)識原子具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)是從英國物理學(xué)家湯姆孫研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子開始的。()(7)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。(×)(8)如果某放射性元素的原子核有100個(gè)，經(jīng)過一個(gè)半衰期后還剩50個(gè)。(×)(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。(×)突破點(diǎn)(一)原子的核式結(jié)構(gòu)1湯姆孫原子模型(1)電子的發(fā)現(xiàn)：1897年，英國物理學(xué)家湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子。電子的發(fā)現(xiàn)證明了原子是可再分的。(2)湯姆孫原子模型：原子里面帶正電荷的物質(zhì)均勻分布在整個(gè)原子球體中，而帶負(fù)電的電子鑲嵌在球內(nèi)。2粒子散射實(shí)驗(yàn)(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置(2)粒子散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果：絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的方向前進(jìn)，但少數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)粒子甚至被“撞了回來”。3原子的核式結(jié)構(gòu)模型(1)粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析核外電子不會使粒子的速度發(fā)生明顯改變。湯姆孫模型不能解釋粒子的大角度散射。絕大多數(shù)粒子沿直線穿過金箔，說明原子中絕大部分是空的；少數(shù)粒子發(fā)生較大角度偏轉(zhuǎn)，反映了原子內(nèi)部集中存在著對粒子有斥力的正電荷；極少數(shù)粒子甚至被“撞了回來”，反映了個(gè)別粒子正對著質(zhì)量比粒子大得多的物體運(yùn)動時(shí)，受到該物體很大的斥力作用。(2)原子的核式結(jié)構(gòu)模型在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫原子核，原子的所有正電荷和幾乎所有質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外繞核旋轉(zhuǎn)。(3)核式結(jié)構(gòu)模型的局限性盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型能夠很好地解釋粒子散射實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但不能解釋原子光譜是特征光譜和原子的穩(wěn)定性。題點(diǎn)全練1(2015·上海高考)在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，電子對粒子運(yùn)動的影響可以忽略。這是因?yàn)榕c粒子相比，電子的()A電量太小B速度太小C體積太小 D質(zhì)量太小解析：選D在粒子散射實(shí)驗(yàn)中，由于電子的質(zhì)量太小，電子的質(zhì)量只有粒子的，它對粒子速度的大小和方向的影響就像灰塵對槍彈的影響，完全可以忽略。故D正確，A、B、C錯誤。2多選如圖所示是英國物理學(xué)家盧瑟福用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)裝置。下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的描述正確的是()A粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)需在真空條件下完成B粒子的散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明絕大多數(shù)粒子穿過金箔后沒有發(fā)生散射D粒子從金原子內(nèi)部穿出后攜帶了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息解析：選ACD當(dāng)粒子穿過原子時(shí)，電子對粒子影響很小，影響粒子運(yùn)動的主要是原子核，離核遠(yuǎn)則粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向改變小。只有當(dāng)粒子與核十分接近時(shí)，才會受到很大庫侖斥力，而原子核很小，所以粒子接近它的機(jī)會就很少，所以只有極少數(shù)大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)，粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn)需在真空條件下完成，故A正確；粒子的散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子具有復(fù)雜的核式結(jié)構(gòu)，故B錯誤；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明絕大多數(shù)粒子穿過金箔后沒有發(fā)生散射，故C正確；粒子從金原子內(nèi)部穿出后攜帶了原子內(nèi)部的信息，故D正確。3如圖所示為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個(gè)位置時(shí)，關(guān)于觀察到的現(xiàn)象，下述說法中正確的是()A放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最少B放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多C放在C位置時(shí)，屏上仍能觀察一些閃光，但次數(shù)極少D放在D位置時(shí)，屏上觀察不到閃光解析：選C放在A位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)最多，說明大多數(shù)射線基本不偏轉(zhuǎn)，故A錯誤；放在B位置時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)觀察到屏上的閃光次數(shù)較放在A位置時(shí)少，故B錯誤；放在C位置時(shí)，屏上仍能觀察一些閃光，但次數(shù)極少，說明極少數(shù)射線較大偏轉(zhuǎn)，可知原子內(nèi)部帶正電的那部分物質(zhì)體積小且質(zhì)量大，故C正確；放在D位置時(shí)，屏上可以觀察到閃光，只不過很少很少，說明很少很少射線發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，故D錯誤。突破點(diǎn)(二)原子能級躍遷規(guī)律1對氫原子能級圖的理解(1)能級圖如圖所示。(2)能級圖中相關(guān)量意義的說明：相關(guān)量意義能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)橫線左端的數(shù)字“1,2,3”表示量子數(shù)橫線右端的數(shù)字“13.6，3.4”表示氫原子的能量相鄰橫線間的距離表示相鄰的能量差，量子數(shù)越大相鄰的能量差越小，距離越小帶箭頭的豎線表示原子由較高能級向較低能級躍遷，原子躍遷的條件為hEmEn2.兩類能級躍遷(1)自發(fā)躍遷：高能級低能級，釋放能量，發(fā)出光子。光子的頻率。(2)受激躍遷：低能級高能級，吸收能量。光照(吸收光子)：光子的能量必須恰等于能級差hE。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E。大于電離能的光子被吸收，將原子電離。3譜線條數(shù)的確定方法(1)一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為(n1)。(2)一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法。用數(shù)學(xué)中的組合知識求解：NC。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。題點(diǎn)全練1.多選(2018·江陰模擬)如圖所示為氫原子的能級圖。用光子能量為12.75 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫原子，下列說法正確的是()A氫原子可以輻射出連續(xù)的各種波長的光B氫原子從n4的能級向n3的能級躍遷時(shí)輻射光的能量最大C輻射光中，光子能量為0.66 eV的光波長最長D用光子能量為14.2 eV的光照射基態(tài)的氫原子，能夠使其電離解析：選CD因?yàn)闅湓幽芗壥橇孔踊?，則能級差是量子化的，可知輻射出的光子頻率是分立值，不連續(xù)，故A錯誤；氫原子吸收12.75 eV光子，能量為0.85 eV，可知?dú)湓榆S遷到第4能級，從n4躍遷到n1輻射的光子能量最大，故B錯誤；輻射的光子中，從n4躍遷到n3輻射的光子能量最小，波長最長，能量為0.66 eV，故C正確；用光子能量為14.2 eV的光照射基態(tài)的氫原子，能量大于0，即可使其電離，故D正確。2.多選(2018·徐州期末)如圖所示為氫原子的能級圖，一群處于n4能級的氫原子向低能級躍遷時(shí)，下列說法正確的是()A處于n1能級時(shí)電子離原子核最近B這些氫原子共能輻射出6種頻率的光子C從n4能級躍遷帶n3能級時(shí)產(chǎn)生的光波長最短D電子處于n2能級時(shí)可以吸收能量為2 eV的光子躍遷到更高能級解析：選AB量子數(shù)越小，離原子核越近，可知處于n1能級的電子離原子核最近，故A正確；根據(jù)C6知，這些氫原子共能輻射出6種不同頻率的光子，故B正確；n4和n3間的能級差最小，輻射的光子頻率最小，波長最長，故C錯誤；電子處于n2能級時(shí)如果吸收能量為2 eV的光子，能量為1.4 eV，氫原子沒有此能級，不能被吸收發(fā)生躍遷，故D錯誤。突破點(diǎn)(三)原子核的衰變規(guī)律1放射性元素具有放射性的元素稱為放射性元素，原子序數(shù)大于或等于83的元素，都能自發(fā)地放出射線，原子序數(shù)小于83的元素，有的也能放出射線，它們放射出來的射線共有射線、射線、射線三種。2三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，mp1.67×1027 kg靜止質(zhì)量為零速度0.1c0.99cc(光速) 在電磁場中偏轉(zhuǎn)與射線反向偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)貫穿本領(lǐng)最弱，用紙能擋住較強(qiáng)，能穿透幾毫米厚的鋁板最強(qiáng)，能穿透幾厘米厚的鉛板對空氣的電離作用很強(qiáng)較弱很弱3衰變、衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程XYHeXYe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1個(gè)中子轉(zhuǎn)化為1個(gè)質(zhì)子和1個(gè)電子2H2nHenHe衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒、動量守恒4衰變次數(shù)的確定方法方法一：確定衰變次數(shù)的方法是依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律，設(shè)放射性元素X經(jīng)過n次衰變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y，則表示該核反應(yīng)的方程為XYnHeme。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可列方程AA4nZZ2nm由以上兩式聯(lián)立解得n，mZZ由此可見確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為求解一個(gè)二元一次方程組。方法二：因?yàn)樗プ儗|(zhì)量數(shù)無影響，可先由質(zhì)量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù)。5對半衰期的理解(1)半衰期公式：N余N原，m余m原。(2)半衰期的物理意義：半衰期是表示放射性元素衰變快慢的物理量，同一放射性元素的衰變速率一定，不同的放射性元素半衰期不同，有的差別很大。(3)半衰期的適用條件：半衰期是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是對大量的原子核衰變規(guī)律的總結(jié)，對于一個(gè)特定的原子核，無法確定何時(shí)發(fā)生衰變。題點(diǎn)全練1多選(2018·梅州一模)關(guān)于天然放射現(xiàn)象，以下敘述正確的是()A若使放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期將變大B衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶訒r(shí)產(chǎn)生的C在、這三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)，射線的電離能力最強(qiáng)D鈾核( U)衰變?yōu)殂U核的過程中，要經(jīng)過8次衰變和6次衰變解析：選CD半衰期的時(shí)間與元素的物理狀態(tài)無關(guān)，若使某放射性物質(zhì)的溫度升高，其半衰期不變，故A錯誤；衰變所釋放的電子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化成質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，故B錯誤；在、這三種射線中，射線的穿透能力最強(qiáng)，射線的電離能力最強(qiáng)，故C正確；鈾核( U)衰變?yōu)殂U核的過程中，每經(jīng)過一次衰變質(zhì)子數(shù)少2，質(zhì)量數(shù)少4；而每經(jīng)過一次衰變質(zhì)子數(shù)增加1，質(zhì)量數(shù)不變；由質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)守恒，可知要經(jīng)過8次衰變和6次衰變，故D正確。2多選(2018·徐州期末)I是核電站中核反應(yīng)的副產(chǎn)物，它可以衰變成Xe，半衰期為8天，某次檢測中發(fā)現(xiàn)空氣樣品的I放射性含量為安全標(biāo)準(zhǔn)值的4倍，下列說法正確的是()A.I變成Xe為衰變B.Xe與I具有不同的核子數(shù)C4個(gè)I中有兩個(gè)衰變?yōu)閄e的時(shí)間為8天D至少經(jīng)過16天，該空氣樣品中I的放射性含量才會達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)值解析：選ADI變成Xe質(zhì)量數(shù)不變，電荷數(shù)多1，可知發(fā)生的衰變?yōu)樗プ?，故A正確；核子數(shù)等于質(zhì)量數(shù)，可知Xe與I具有相同的核子數(shù)，故B錯誤；半衰期具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對大量的原子核適用，對少數(shù)的原子核不適用，故C錯誤；經(jīng)過16天，即經(jīng)過2個(gè)半衰期，I的含量還剩四分之一，達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)值，故D正確。突破點(diǎn)(四)核反應(yīng)方程與核能計(jì)算1核反應(yīng)的四種類型類型可控性核反應(yīng)方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉(zhuǎn)變?nèi)斯た刂芅HeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子)HeBe6Cn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHe Pn(約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)人工放射性)PSie重核裂變比較容易進(jìn)行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n輕核聚變很難控制HHHen2核反應(yīng)方程式的書寫(1)熟記常見基本粒子的符號，是正確書寫核反應(yīng)方程的基礎(chǔ)。如質(zhì)子(H)、中子(n)、粒子(He)、粒子(e)、正電子(e)、氘核(H)、氚核(H)等。(2)掌握核反應(yīng)方程遵守的規(guī)律，是正確書寫核反應(yīng)方程或判斷某個(gè)核反應(yīng)方程是否正確的依據(jù)，由于核反應(yīng)不可逆，所以書寫核反應(yīng)方程式時(shí)只能用“”表示反應(yīng)方向。(3)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒。3對質(zhì)能方程的理解(1)一定的能量和一定的質(zhì)量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質(zhì)量成正比，即Emc2。方程的含義：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在簡單的正比關(guān)系，物體的能量增大，質(zhì)量也增大；物體的能量減少，質(zhì)量也減少。(2)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m，其能量也要相應(yīng)減少，即Emc2。(3)原子核分解成核子時(shí)要吸收一定的能量，相應(yīng)的質(zhì)量增加m，吸收的能量為Emc2。4核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)Emc2計(jì)算時(shí)，m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”。(2)根據(jù)Em×931.5 MeV計(jì)算時(shí)，m的單位是“u”，E的單位是“MeV”。(3)根據(jù)核子比結(jié)合能來計(jì)算核能：原子核的結(jié)合能核子比結(jié)合能×核子數(shù)。典例(2015·江蘇高考)(1)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料。U受一個(gè)中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分，并產(chǎn)生_個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要_(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。(2)取質(zhì)子的質(zhì)量mp1.672 6×1027 kg，中子的質(zhì)量mn1.674 9×1027 kg，粒子的質(zhì)量m6.646 7×1027 kg，光速c3.0×108 m/s。請計(jì)算粒子的結(jié)合能。(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，且該核反應(yīng)方程為：92Un 56BaKr3n，即產(chǎn)生3個(gè)中子。臨界體積是發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積，要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要大于它的臨界體積。(2)組成粒子的核子與粒子的質(zhì)量差m(2mp2mn)m結(jié)合能Emc2代入數(shù)據(jù)得E4.3×1012 J。答案(1)3大于(2)4.3×1012 J方法規(guī)律核能求解的思路方法(1)應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖：(2)在動量守恒方程中，各質(zhì)量都可用質(zhì)量數(shù)表示。(3)核反應(yīng)遵守動量守恒和能量守恒定律，因此可以結(jié)合動量守恒和能量守恒定律來計(jì)算核能。集訓(xùn)沖關(guān)1(2016·江蘇高考)貝可勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。下列屬于放射性衰變的是()A.CNe B.UnIY2nC.HHHen D.HeAlPn解析：選A放射性元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象叫天然放射現(xiàn)象。A選項(xiàng)為衰變方程，B選項(xiàng)為重核裂變方程，C選項(xiàng)為輕核聚變方程，D選項(xiàng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變方程，故選A。2多選(2017·江蘇高考)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()AHe核的結(jié)合能約為14 MeVBHe核比Li核更穩(wěn)定C兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量DU核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大解析：選BC由題圖可知，He的比結(jié)合能為7 MeV，因此它的結(jié)合能為7 MeV×428 MeV，A項(xiàng)錯誤；比結(jié)合能越大，表明原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，結(jié)合題圖可知B項(xiàng)正確；兩個(gè)比結(jié)合能小的H核結(jié)合成比結(jié)合能大的He時(shí)，會釋放能量，C項(xiàng)正確；由題圖可知，U的比結(jié)合能(即平均結(jié)合能)比Kr的小，D項(xiàng)錯誤。3(2018·啟東期末)一個(gè)原來靜止的鋰核(Li)俘獲一個(gè)速度為7.7×104 m/s的中子后，生成一個(gè)氚核和一個(gè)氦核，已知氚核的速度大小為1.0×103 m/s，方向與中子的運(yùn)動方向相反。(已知氘核質(zhì)量m(D)2.014 102 u，氚核質(zhì)量為m(T)3.016 050 u，氦核的質(zhì)量m(He)4.002 603 u，中子質(zhì)量m(n)1.008 665 u,1 u1.660 6×1027kg)(1)試寫出核反應(yīng)方程；(2)求出氦核的速度；(3)若讓一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)氦核，同時(shí)放出一個(gè)中子，求這個(gè)核反應(yīng)釋放出的能量。解析：(1)核反應(yīng)方程為：LinHHe(2)由動量守恒定律：mnv0mTv1mv2得到，v2代入解得，v22×104 m/s。(3)質(zhì)量虧損為mmDmTmmn代入解得，m3.136×1029kg根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得到，核反應(yīng)釋放出的能量Emc22.82×1012 J。答案：(1)LinHHe(2)2×104 m/s(3)2.82×1012 J對點(diǎn)訓(xùn)練：原子的核式結(jié)構(gòu)1.如圖所示為盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典再現(xiàn)，用放射性元素發(fā)出的粒子轟擊金箔，用顯微鏡觀測在環(huán)形熒光屏上所產(chǎn)生的亮點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下列分析正確的是()A在熒光屏上形成的亮點(diǎn)是由粒子在金箔上打出的電子產(chǎn)生的B原子核應(yīng)該帶負(fù)電C在熒光屏上觀測到極少數(shù)的粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)D該實(shí)驗(yàn)中粒子由于和電子發(fā)生碰撞而發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)解析：選C在熒光屏上形成的亮點(diǎn)是由粒子打在熒光屏上產(chǎn)生的，故A錯誤；原子核帶正電，故B錯誤；當(dāng)粒子穿過原子時(shí)，電子對粒子影響很小，影響粒子運(yùn)動的主要是原子核，離核較遠(yuǎn)時(shí)，粒子受到的庫侖斥力很小，運(yùn)動方向改變量較小。只有當(dāng)粒子與原子核十分接近時(shí)，才會受到很大庫侖斥力，而原子核很小，所以粒子接近原子核的機(jī)會就很少，所以只有極少數(shù)粒子發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，而絕大多數(shù)基本按直線方向前進(jìn)，故C正確，D錯誤。2如圖為盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)，、兩條線表示實(shí)驗(yàn)中粒子運(yùn)動的軌跡，則沿所示方向射向原子核的粒子可能的運(yùn)動軌跡為()A軌跡aB軌跡bC軌跡c D軌跡d解析：選A盧瑟福通過粒子散射并由此提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，正電荷全部集中在原子核內(nèi)，粒子帶正電，同種電荷相互排斥，所以沿所示方向射向原子核的粒子可能的運(yùn)動軌跡為a，因離原子核越近，受到的庫侖斥力越強(qiáng)，則偏轉(zhuǎn)程度越強(qiáng)，故A正確，B、C、D錯誤。3多選(2016·天津高考)物理學(xué)家通過對實(shí)驗(yàn)的深入觀察和研究，獲得正確的科學(xué)認(rèn)知，推動物理學(xué)的發(fā)展。下列說法符合事實(shí)的是()A赫茲通過一系列實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論B查德威克用粒子轟擊N獲得反沖核O，發(fā)現(xiàn)了中子C貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的天然放射性現(xiàn)象，說明原子核有復(fù)雜結(jié)構(gòu)D盧瑟福通過對陰極射線的研究，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型解析：選AC麥克斯韋曾提出光是電磁波，赫茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于光的電磁理論，選項(xiàng)A正確；查德威克用粒子轟擊Be，獲得反沖核C，發(fā)現(xiàn)了中子，選項(xiàng)B錯誤；貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象，說明原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，選項(xiàng)C正確；盧瑟福通過對粒子散射實(shí)驗(yàn)的研究，提出了原子核式結(jié)構(gòu)模型，選項(xiàng)D錯誤。對點(diǎn)訓(xùn)練：原子能級躍遷規(guī)律4多選(2018·南京模擬)下列說法中正確的是()A一群氫原子處于n3的激發(fā)態(tài)向較低能級躍遷，最多可放出兩種頻率的光子B由于每種原子都有自己的特征譜線，故可以根據(jù)原子光譜來鑒別物質(zhì)C實(shí)際上，原子中的電子沒有確定的軌道，但在空間各處出現(xiàn)的概率具有一定的規(guī)律D粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子的可能能量狀態(tài)是不連續(xù)的解析：選BC一群氫原子處于n3的激發(fā)態(tài)向較低能級躍遷，可能放出3種不同頻率的光子，故A錯誤。每種原子都有自己的特征譜線，故可以根據(jù)原子光譜來鑒別物質(zhì)，稱為光譜分析，故B正確。原子中的電子沒有確定的軌道，在空間各處出現(xiàn)的概率具有一定的規(guī)律，故C正確。粒子散射實(shí)驗(yàn)，揭示了原子的核式結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為電子繞核旋轉(zhuǎn)，根據(jù)經(jīng)典理論，可知向外輻射能量，軌道半徑連續(xù)減小，輻射的能量連續(xù)，故D錯誤。5.多選如圖所示是氫原子能級圖，大量處于n5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時(shí)，一共可以輻射出10種不同頻率的光子，其中萊曼系是指氫原子由高能級向n1能級躍遷時(shí)釋放的光子，則()A10種光子中波長最短的是n5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時(shí)產(chǎn)生的B10種光子中有4種屬于萊曼系C使n5能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量D從n2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于n3能級躍遷到n2能級釋放光子的能量解析：選AB10種光子中，從n5躍遷到基態(tài)輻射的光子能量最大，頻率最大，波長最短，故A正確；10種光子中，由高能級向基態(tài)躍遷的分別為n5，n4，n3和n2，故B正確；n5能級的氫原子具有的能量為0.54 eV，故要使其發(fā)生電離，至少需要0.54 eV的能量，故C錯誤；根據(jù)玻爾理論，從n2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量：E1E2E13.4 eV(13.6 eV)10.2 eV，從n3能級躍遷到n2能級釋放光子的能量：E2E3E21.51 eV(3.4 eV)1.89 eV，二者不相等，故D錯誤。6多選(2018·安徽師大附中二模)已知?dú)湓拥幕鶓B(tài)能量為E1，n2、3能級所對應(yīng)的能量分別為E2和E3，大量處于第3 能級的氫原子向低能級躍遷放出若干頻率的光子，依據(jù)玻爾理論，下列說法正確的是()A產(chǎn)生的光子的最大頻率為B當(dāng)氫原子從能級n2躍遷到n1時(shí)，對應(yīng)的電子的軌道半徑變小，能量也變小C若氫原子從能級n2躍遷到n1時(shí)放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則當(dāng)氫原子從能級n3躍遷到n1時(shí)放出的光子照到該金屬表面時(shí)，逸出的光電子的最大初動能為E3E2D若要使處于能級n3的氫原子電離，可以采用兩種方法：一是用能量為E3的電子撞擊氫原子，二是用能量為E3的光子照射氫原子解析：選BC大量處于能級n3的氫原子向低能級躍遷能產(chǎn)生3種不同頻率的光子，產(chǎn)生光子的最大頻率為；當(dāng)氫原子從能級n2躍遷到n1時(shí)，能量減小，電子離原子核更近，電子軌道半徑變??；若氫原子從能級n2躍遷到n1時(shí)放出的光子恰好能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，由光電效應(yīng)方程可知，該金屬的逸出功恰好等于E2E1，則當(dāng)氫原子從能級n3躍遷到n1時(shí)放出的光子照射該金屬時(shí)，逸出光電子的最大初動能為E3E1(E2E1)E3E2；電子是有質(zhì)量的，撞擊氫原子是發(fā)生彈性碰撞，由于電子和氫原子質(zhì)量不同，故電子不能把E3的能量完全傳遞給氫原子，因此不能使氫原子完全電離，而光子的能量可以完全被氫原子吸收。綜上所述，B、C正確。對點(diǎn)訓(xùn)練：原子核的衰變規(guī)律7多選(2018·揚(yáng)州模擬)將某種放射性元素制成核電池，帶到火星上去工作。已知火星上的溫度、壓強(qiáng)等環(huán)境因素與地球上有很大差別，下列說法正確的是()A該放射性元素到火星上之后，半衰期發(fā)生變化B該放