專題13 原子與原子核 超重點1：光電效應波粒二象性一、光電效應1定義照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象2光電子 光電效應中發(fā)射出來的電子3研究光電效應的電路圖(如圖)其中A是陽極K是陰極4光電效應規(guī)律(1)每種金屬都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產生光電效應低于這個頻率的光不能產生光電效應(2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大(3)光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，一般不超過109 s.(4)當入射光的頻率大于極限頻率時，飽和光電流的強度與入射光的強度成正比二、愛因斯坦光電效應方程1光子說在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫作一個光的能量子，簡稱光子，光子的能量h.其中h6.63×1034 J·s(稱為普朗克常量)2逸出功W0使電子脫離某種金屬所做功的最小值3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的動能的最大值4遏止電壓與截止頻率(1)遏止電壓：使光電流減小到零的反向電壓Uc.(2)截止頻率：能使某種金屬發(fā)生光電效應的最小頻率叫作該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)不同的金屬對應著不同的極限頻率5愛因斯坦光電效應方程(1)表達式：EkhW0.(2)物理意義：金屬表面的電子吸收一個光子獲得的能量是h，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Ekmev2.三、光的波粒二象性與物質波1光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動性(2)光電效應說明光具有粒子性(3)光既具有波動性，又具有粒子性，稱為光的波粒二象性2物質波(1)概率波光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運動遵守波動規(guī)律的表現(xiàn)，亮條紋是光子到達概率大的地方，暗條紋是光子到達概率小的地方，因此光波又叫概率波(2)物質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，其波長，p為運動物體的動量，h為普朗克常量考點一光電效應規(guī)律 1區(qū)分光電效應中的四組概念(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，其本質是電子(2)光電子的動能與光電子的最大初動能：電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能(3)光電流和飽和光電流：金屬板飛出的光電子到達陽極，回路中便產生光電流，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(4)入射光強度與光子能量：入射光強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量2對光電效應規(guī)律的解釋對應規(guī)律對規(guī)律的產生的解釋光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強度無關電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光頻率的增大而增大光電效應具有瞬時性光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，不需要能量積累的過程光較強時飽和光電流大光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和光電流較大題組突破訓練1關于光電效應的規(guī)律，下列說法中正確的是()A只有入射光的波長大于該金屬的極限波長，光電效應才能產生B光電子的最大初動能跟入射光強度成正比C發(fā)生光電效應的反應時間一般都大于107 sD發(fā)生光電效應時，單位時間內從金屬內逸出的光電子數(shù)目與入射光強度成正比【答案】D2(多選)用如圖所示的光電管研究光電效應，用某種頻率的單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉，那么()Aa光的頻率一定大于b光的頻率B只增加a光的強度可使通過電流計G的電流增大C增加b光的強度可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉D用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電流是由d到c【答案】AB【解析】由于用單色光a照射光電管陰極K，電流計G的指針發(fā)生偏轉，說明發(fā)生了光電效應，而用另一頻率的單色光b照射光電管陰極K時，電流計G的指針不發(fā)生偏轉，說明b光不能發(fā)生光電效應，即a光的頻率一定大于b光的頻率，A正確；增加a光的強度可使單位時間內逸出光電子的數(shù)量增加，則通過電流計G的電流增大，B正確；能否發(fā)生光電效應只與入射光的頻率有關，與入射光的強度無關，所以即使增加b光的強度也不可能使電流計G的指針發(fā)生偏轉，C錯誤；用a光照射光電管陰極K時通過電流計G的電子的方向是由d到c，所以電流方向是由c到d，D錯誤考點二光電效應方程及圖象分析1光電效應的“三個關系”(1)愛因斯坦光電效應方程EkhW0.(2)光電子的最大初動能Ek可以利用光電管實驗的方法測得，即EkeUc，其中Uc是遏止電壓(3)光電效應方程中的W0為逸出功，它與極限頻率c的關系是W0hc.2四類圖象圖象名稱圖線形狀讀取信息最大初動能Ek與入射光頻率的關系圖線(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|E(3)普朗克常量：圖線的斜率kh遏止電壓Uc與入射光頻率的關系圖線(1)截止頻率c：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hke顏色相同、強度不同的光，光電流與電壓的關系(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：EkmeUc顏色不同時，光電流與電壓的關系(1)遏止電壓Uc1、Uc2(2)飽和光電流(3)最大初動能Ek1eUc1，Ek2eUc2典例小明用金屬銣為陰極的光電管，觀測光電效應現(xiàn)象，實驗裝置示意圖如圖甲所示已知普朗克常量h6.63×1034 J·s.(1)圖甲中電極A為光電管的_(選填“陰極”或“陽極”)；(2)實驗中測得銣的遏止電壓Uc與入射光頻率之間的關系如圖乙所示，則銣的截止頻率c_Hz，逸出功W0_ J；(3)如果實驗中入射光的頻率7.00×1014 Hz，則產生的光電子的最大初動能Ek_J.【答案】(1)陽極(2)5.15×1014(5.12×10145.19×1014均可)3.41×1019(3.39×10193.44×1019均可)(3)1.23×1019(1.21×10191.26×1019均可) 題組突破訓練1(多選)(2020·高考全國卷)在光電效應實驗中，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【答案】BC【解析】本題考查對光電效應方程hW0Ek的理解光照射到同種金屬上，同種金屬的逸出功相同若a>b，據(jù)hW0Ek，得Eka>Ekb，則B項正確由hW0EkeU，可知當a>b時Ua>Ub，則A項錯誤若Ua<Ub說明Eka<Ekb，則C項正確由hEkW0，而同一種金屬W0相同，則D項錯誤2(多選)如圖所示是用光照射某種金屬時逸出的光電子的最大初動能隨入射光頻率的變化圖線，普朗克常量h6.63×1034 J·s，由圖可知()A該金屬的極限頻率為4.27×1014 HzB該金屬的極限頻率為5.5×1014 HzC該圖線的斜率表示普朗克常量D該金屬的逸出功為0.5 eV【答案】AC【解析】由光電效應方程EkhW0知圖線與橫軸交點為金屬的極限頻率，即c4.27×1014 Hz，A正確，B錯誤；由EkhW0可知，該圖線的斜率為普朗克常量，C正確；金屬的逸出功W0hc eV1.8 eV，D錯誤3在光電效應實驗中，飛飛同學用同一光電管在不同實驗條件下得到了三條光電流與電壓之間的關系曲線(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乙光對應的截止頻率大于丙光對應的截止頻率D甲光對應的光電子最大初動能大于丙光對應的光電子最大初動能【答案】B考點三光的波粒二象性 實驗基礎表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述(2)大量的光子在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(1)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生的(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應、康普頓效應(1)當光同物質發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(2)少量或個別光子清楚地顯示出光的粒子性(1)粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子波動性和粒子性的對立、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(1)光子說并未否定波動說，Ehh中，和就是波的概念 (2)波長長(頻率低)的光波動性強，而波長短(頻率高)的光粒子性強(2)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)一的題組突破訓練1(多選)物理學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，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只能出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就會出現(xiàn)規(guī)則的干涉條紋對這個實驗結果，下列認識正確的是()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只有大量光子的行為才表現(xiàn)出波動性D只有光子具有波粒二象性，微觀粒子不具有波粒二象性【答案】BC2對光的認識，下列說法不正確的是()A個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的C光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性了D光的波粒二象性應理解為：在某種情況下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在另外的某種情況下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯【答案】C【解析】光是一種概率波，少量光子的行為易顯示出粒子性，而大量光子的行為往往顯示出波動性，A正確；光的波動性不是由于光子之間的相互作用引起的，而是光的一種屬性，這已被弱光照射雙縫后在膠片上的感光實驗所證實，B正確；粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性，C錯誤，D正確3(多選)關于物質的波粒二象性，下列說法中正確的是()A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B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C波動性和粒子性，在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對立的，但在微觀高速運動的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的D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超重點2：原子結構與原子核一、氫原子光譜、氫原子的能級、能級公式1原子的核式結構(1)電子的發(fā)現(xiàn)：英國物理學家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子(2)粒子散射實驗：19091911年，英國物理學家盧瑟福和他的助手進行了用粒子轟擊金箔的實驗，實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過金箔后基本上仍沿原來方向前進，但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉，偏轉的角度甚至大于90°，也就是說它們幾乎被“撞”了回來(3)原子的核式結構模型：在原子中心有一個很小的核，原子全部的正電荷和幾乎全部質量都集中在核里，帶負電的電子在核外空間繞核旋轉2光譜(1)光譜用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)和強度分布的記錄，即光譜(2)光譜分類有些光譜是一條條的亮線，這樣的光譜叫作線狀譜有的光譜是連在一起的光帶，這樣的光譜叫作連續(xù)譜(3)氫原子光譜的實驗規(guī)律巴耳末線系是氫原子光譜在可見光區(qū)的譜線，其波長公式R()(n3,4,5，)，R是里德伯常量，R1.10×107 m1，n為量子數(shù)3玻爾理論(1)定態(tài)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運動，但并不向外輻射能量(2)躍遷：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，光子的能量由這兩個定態(tài)的能量差決定，即hEmEn.(h是普朗克常量，h6.63×1034 J·s)(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動相對應原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的4氫原子的能級、能級公式(1)氫原子的能級能級圖如圖所示(2)氫原子的能級和軌道半徑氫原子的能級公式：EnE1(n1,2,3，)，其中E1為基態(tài)能量，其數(shù)值為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，其數(shù)值為r10.53×1010m.二、原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期、放射性同位素1原子核的組成原子核是由質子和中子組成的，原子核的電荷數(shù)等于核內的質子數(shù)2天然放射現(xiàn)象(1)天然放射現(xiàn)象元素自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象，首先由貝克勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，說明原子核具有復雜的結構(2)放射性和放射性元素物質發(fā)射某種看不見的射線的性質叫放射性具有放射性的元素叫放射性元素(3)三種射線：放射性元素放射出的射線共有三種，分別是射線、射線、射線(4)放射性同位素的應用與防護放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素兩類，放射性同位素的化學性質相同應用：消除靜電、工業(yè)探傷、作示蹤原子等防護：防止放射性對人體組織的傷害3原子核的衰變(1)衰變：原子核放出粒子或粒子，變成另一種原子核的變化稱為原子核的衰變(2)分類衰變：XYHe.衰變：XYe.兩個典型的衰變方程衰變：UThHe；衰變：ThPae；(3)半衰期：大量放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時間半衰期由原子核內部的因素決定，跟原子所處的物理、化學狀態(tài)無關三、核力、結合能、質量虧損1核力(1)定義原子核內部，核子間所特有的相互作用力(2)特點核力是強相互作用的一種表現(xiàn)；核力是短程力，作用范圍在1.5×1015 m之內；每個核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用2結合能核子結合為原子核時釋放的能量或原子核分解為核子時吸收的能量，叫作原子核的結合能3比結合能(1)定義原子核的結合能與核子數(shù)之比，稱作比結合能，也叫平均結合能(2)特點不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定4質能方程、質量虧損愛因斯坦質能方程Emc2，原子核的質量必然比組成它的核子的質量和要小m，這就是質量虧損由質量虧損可求出釋放的核能Emc2.四、裂變反應和聚變反應、裂變反應堆核反應方程1重核裂變(1)定義：質量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個質量數(shù)較小的原子核的過程(2)典型的裂變反應方程：UnKrBa3n.(3)鏈式反應：由重核裂變產生的中子使裂變反應一代接一代繼續(xù)下去的過程(4)臨界體積和臨界質量：裂變物質能夠發(fā)生鏈式反應的最小體積及其相應的質量(5)裂變的應用：原子彈、核反應堆(6)反應堆構造：核燃料、減速劑、鎘棒、防護層2輕核聚變(1)定義：兩輕核結合成質量較大的核的反應過程輕核聚變反應必須在高溫下進行，因此又叫熱核反應(2)典型的聚變反應方程：HHHen17.6 MeV考點一對玻爾理論的理解 1幾個概念(1)能級：在玻爾理論中，原子各個狀態(tài)的能量值(2)基態(tài)：原子能量最低的狀態(tài)(3)激發(fā)態(tài)：在原子能量狀態(tài)中除基態(tài)之外的其他能量較高的狀態(tài)(4)量子數(shù)：原子的狀態(tài)是不連續(xù)的，用于表示原子狀態(tài)的正整數(shù)2能級圖的意義(1)能級圖中的橫線表示氫原子可能的能量狀態(tài)定態(tài)(2)橫線左端的數(shù)字“1,2,3，”表示量子數(shù)，右端的數(shù)字“13.6，3.4，”表示氫原子的能級(3)相鄰橫線間的距離不相等，表示相鄰的能級差不等，量子數(shù)越大，相鄰的能級差越小3定態(tài)間的躍遷滿足能級差(1)從低能級(n小)高能級(n大)吸收能量hEn大En小(2)從高能級(n大)低能級(n小)放出能量hEn大En小4電離電離態(tài)：n，E0基態(tài)電離態(tài)：E吸0(13.6 eV)13.6 eV.n2電離態(tài)：E吸0E23.4 eV如吸收能量足夠大，克服電離能后，獲得自由的電子還具有一定的動能題組突破訓練1(2020·湖南長沙模擬)以下關于玻爾原子理論的說法正確的是()A電子繞原子核做圓周運動的軌道半徑是任意的B電子在繞原子核做圓周運動時，穩(wěn)定地產生電磁輻射C電子從量子數(shù)為2的能級躍遷到量子數(shù)為3的能級時要輻射光子D不同頻率的光照射處于基態(tài)的氫原子時，只有某些頻率的光可以被氫原子吸收【答案】D2.如圖所示為氫原子的四個能級，其中E1為基態(tài)，若氫原子A處于激發(fā)態(tài)E2，氫原子B處于激發(fā)態(tài)E3，則下列說法正確的是()A原子A可能輻射出3種頻率的光子B大量的原子B可能輻射出3種頻率的光子C原子A能夠吸收原子B發(fā)出的光子并躍遷到能級E4D原子B能夠吸收原子A發(fā)出的光子并躍遷到能級E4【答案】B【解析】原子A從激發(fā)態(tài)E2躍遷到E1，只輻射一種頻率的光子，A錯誤；原子B從激發(fā)態(tài)E3躍遷到基態(tài)E1可能輻射三種頻率的光子，B正確；由原子能級躍遷理論可知，原子A可能吸收原子B由E3躍遷到E2時放出的光子并躍遷到E3，但不能躍遷到E4，C錯誤；原子A發(fā)出的光子能量EE2E1大于E4E3，故原子B不可能躍遷到能級E4，D錯誤3已知氫原子處于基態(tài)時的能量為E1(E1<0)，氫原子處于n能級時能量為En.現(xiàn)有一個處于n3能級的氫原子向低能級躍遷，發(fā)出兩個不同頻率的光子，其中頻率較小的光子照射某種金屬恰好能使該金屬發(fā)生光電效應，已知普朗克常量為h.則下列說法正確的是()A頻率較大的光子能量為E1B被照金屬發(fā)生光電效應的截止頻率為C該氫原子向低能級躍遷過程中減少的電勢能等于電子增加的動能D若用其中頻率較大的光子照射該金屬，則產生的光電子的最大初動能可能為EkE1【答案】D考點二原子核和原子核的衰變1衰變、衰變的比較衰變類型衰變衰變衰變方程XYHeXYe衰變實質2個質子和2個中子結合成一個整體射出2H2nHe1個中子轉化為1個質子和1個電子nHe勻強磁場中軌跡形狀衰變規(guī)律電荷數(shù)守恒、質量數(shù)守恒、動量守恒2.半衰期公式及衰變次數(shù)的計算(1)半衰期公式(2)確定、衰變次數(shù)的方法真題拓展探究典例1(2020·高考全國卷)一靜止的鈾核放出一個粒子衰變成釷核，衰變方程為UThHe.下列說法正確的是()A衰變后釷核的動能等于粒子的動能B衰變后釷核的動量大小等于粒子的動量大小C鈾核的半衰期等于其放出一個粒子所經(jīng)歷的時間D衰變后粒子與釷核的質量之和等于衰變前鈾核的質量【答案】B拓展1衰變方程的書寫1下列核反應方程中，屬于衰變的是()A.NHeOHB.UThHeC.HHHen D.ThPae【答案】B【解析】原子核自發(fā)放射粒子的過程叫衰變，B正確，A、C、D錯誤拓展2衰變次數(shù)的計算2.U經(jīng)過m次衰變和n次衰變，變成Pb，則()Am7，n3 Bm7，n4Cm14，n9 Dm14，n18【答案】B【解析】根據(jù)題意知核反應方程為UPbmHene，根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可得2352074m,92822mn.聯(lián)立解得m7，n4，B正確選B.拓展3半衰期的理解與計算3碘131核不穩(wěn)定，會發(fā)生衰變，其半衰期為8天(1)碘131核的衰變方程：I_(衰變后的元素用X表示)(2)經(jīng)過_天有75%的碘131核發(fā)生了衰變【答案】(1)Xe(2)16考點三核反應及核能1核反應的四種類型類型可控性核反應方程典例衰變衰變自發(fā)UThHe衰變自發(fā)ThPae人工轉變人工控制NHeOH(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子)HeBeCn(查德威克發(fā)現(xiàn)中子)AlHePn(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 進行人工控制UnBaKr3nUnXeSr10n輕核聚變很難控制HHHen2.對質能方程的理解 (1)一定的能量和一定的質量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質量成正比，即Emc2.方程的含義：物體具有的能量與它的質量之間存在簡單的正比關系，物體的能量增大，質量也增大；物體的能量減少，質量也減少(2)核子在結合成原子核時出現(xiàn)質量虧損m，其能量也要相應減少，即Emc2.(3)原子核分解成核子時要吸收一定的能量，相應的質量增加m，吸收的能量為Emc2.3核能的計算方法(1)根據(jù)Emc2計算時，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計算時，m的單位是“u”，E的單位是“MeV”(3)根據(jù)核子比結合能來計算核能：原子核的結合能核子比結合能×核子數(shù)典例2(2020·山東淄博模擬)一個靜止的鈾核U(原子質量為232.037 2 u)放出一個粒子(原子質量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(原子質量為228.028 7 u)已知原子質量單位1 u1.67×1027 kg,1 u相當于931 MeV.(1)寫出核衰變反應方程，并算出該核衰變反應中釋放出來的核能；(2)假設反應中釋放出的核能全部轉化為釷核和粒子的動能，則釷核獲得的動能有多大？【答案】(1)UThHe5.49 MeV(2)0.09 MeV 題組突破訓練1(2020·高考全國卷)在下列描述核過程的方程中，屬于衰變的是_，屬于衰變的是_，屬于裂變的是_，屬于聚變的是_(填正確答案標號)A.CNeB.PSeC.UThHeD.NHeOHE.UnXeSr2nF.HHHen【答案】CABEF【解析】衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出粒子的現(xiàn)象，選項C為衰變；衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出粒子的現(xiàn)象，選項A、B均為衰變；重核裂變是質量較大的核變成質量較小的核的過程，選項E是常見的一種裂變；聚變是兩個較輕的核聚合成質量較大的核的過程，選項F是典型的核聚變過程2(2020·高考全國卷)大科學工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應釋放的能量用來發(fā)電氘核聚變反應方程是：HHHen.已知H的質量為2.013 6 u，He的質量為3.015 0 u，n的質量為1.008 7 u,1 u931 MeV/c2.氘核聚變反應中釋放的核能約為()A3.7 MeVB3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV【答案】B【解析】聚變反應中的質量虧損為m(2×2.013 63.015 01.008 7) u0.003 5 u，則釋放的核能為Emc20.003 5×931 MeV3.3 MeV，B正確3現(xiàn)有兩動能均為E00.35 MeV的H在一條直線上相向運動，兩個H發(fā)生對撞后能發(fā)生核反應，得到He和新粒子，且在核反應過程中釋放的能量完全轉化為He和新粒子的動能已知H的質量為2.014 1 u，He的質量為3.016 0 u，新粒子的質量為1.008 7 u，核反應時質量虧損1 u釋放的核能約為931 MeV(如果涉及計算，結果保留整數(shù))則下列說法正確的是()A核反應方程為HHHeHB核反應前后不滿足能量守恒定律C新粒子的動能約為3 MeVD.He的動能約為4 MeV【答案】C題組突破訓練一、選擇題1以下是有關近代物理內容的若干敘述，其中正確的有()A紫外線照射到金屬鋅板表面時能產生光電效應，則當增大紫外線的照射強度時，從鋅板表面逸出的光電子的最大初動能也隨之增大B每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用C原子的核式結構模型是由湯姆孫在粒子散射實驗基礎上提出的D某放射性原子核經(jīng)過2次衰變和一次衰變，核內質子減少2個【答案】B【解析】根據(jù)愛因斯坦光電效應方程EkmhW0可知，光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，而與入射光的強度無關，所以增大入射光的強度，光電子的最大初動能不變，故選項A錯誤；核力為短程力，只能跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，故選項B正確；原子的核式結構模型是由盧瑟福在粒子散射實驗基礎上提出的，故選項C錯誤；某放射性原子核經(jīng)過2次衰變時，原子核中質子減少4個，中子減少4個，當再經(jīng)過一次衰變時，一個中子又轉變?yōu)橐粋€質子，因此核內質子減少3個，選項D錯誤2(2020·福建漳州模擬)以下說法中正確的是()A粒子大角度散射表明粒子很難進入原子內部B衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分C射線是一種波長很短的電磁波D放射性元素的半衰期隨溫度的升高而變短【答案】C3下列說法正確的是()A原子的核式結構模型是湯姆孫最早提出的B鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)的過程中，要經(jīng)過8次衰變和6次衰變C一個氫原子從量子數(shù)n3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時最多可輻射3種不同頻率的光子D一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的強度太小【答案】B【解析】原子的核式結構模型是盧瑟福提出的，A錯誤；鈾核(U)衰變?yōu)殂U核(Pb)，先根據(jù)質量數(shù)守恒計算衰變次數(shù)n8，再根據(jù)電荷數(shù)守恒計算衰變的次數(shù)m822×8926，B正確；一個氫原子從n3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時可能會釋放1種頻率的光子或2種不同頻率的光子，C錯誤；能不能發(fā)生光電效應與入射光的強度無關，只與入射光的頻率有關，D錯誤4目前，在居室裝修中經(jīng)常用到花崗巖、大理石等裝飾材料，這些巖石都不同程度地含有放射性元素比如，有些含有鈾、釷的花崗巖等巖石會釋放出放射性惰性氣體氡，而氡會發(fā)生放射性衰變，放射出、射線，這些射線會導致細胞發(fā)生癌變及呼吸道等方面的疾病根據(jù)有關放射性知識可知，下列說法正確的是()A氡的半衰期為3.8天，若取4個氡原子核，經(jīng)7.6天后就剩下一個原子核了B衰變所釋放的電子是原子核內的中子轉化成質子和電子時所產生的C射線一般伴隨著或射線產生，在這三種射線中，射線的穿透能力最強，電離能力最弱D發(fā)生衰變時，生成核與原來的原子核相比，中子數(shù)減少了4【答案】B【解析】半衰期遵循統(tǒng)計規(guī)律，對單個或少數(shù)原子核是沒有意義的，A錯誤，根據(jù)3種射線的特性及衰變實質可知B正確，C、D錯誤5.氫原子的能級如圖所示氫原子從n4能級直接向n1能級躍遷所放出的光子，恰能使某金屬產生光電效應，下列判斷正確的是()A氫原子輻射出光子后，氫原子能量變大B該金屬的逸出功W00.85 eVC用一群處于n3能級的氫原子向低能級躍遷時所發(fā)出的光照射該金屬，該金屬仍有光電子逸出D氫原子處于n1能級時，其核外電子在最靠近原子核的軌道上運動【答案】D6（多選）下列說法正確的是()A.Th經(jīng)過6次衰變和4次衰變后，成為穩(wěn)定的原子核PbB射線一般伴隨著或射線產生，在這三種射線中射線的穿透能力最強，電離能力也最強C衰變的實質是原子核內兩個質子和兩個中子能緊密結合在一起，在一定條件下以一個整體從原子核中拋射出來D衰變中產生的射線實際上是原子的核外電子掙脫原子核的束縛形成的【答案】AC【解析】Th經(jīng)過6次衰變和4次衰變后，質量數(shù)為A2326×4208，電荷數(shù)為Z902×6482，成為穩(wěn)定的原子核Pb，故選項A正確；射線一般伴隨著或射線產生的，在這三種射線中射線的穿透能力最強，電離能力最弱，故選項B錯誤；衰變和衰變都是天然放射現(xiàn)象，均發(fā)生在原子核內，選項C正確，D錯誤7（多選）(2020·安徽合肥模擬)關于原子結構和核反應的說法中正確的是()A盧瑟福在粒子散射實驗的基礎上提出了原子的核式結構模型B發(fā)現(xiàn)中子的核反應方程是BeHeCnC200萬個U的原子核經(jīng)過兩個半衰期后剩下50萬個UD據(jù)圖可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收能量【答案】AB8（多選）14C發(fā)生放射性衰變成為14N，半衰期約5 700年已知植物存活期間，其體內14C與12C的比例不變；生命活動結束后，14C的比例持續(xù)減少現(xiàn)通過測量得知，某古木樣品中14C的比例正好是現(xiàn)代植物所制樣品的二分之一下列說法正確的是()A該古木的年代距今約5 700年B12C、13C、14C具有相同的中子數(shù)C14C衰變?yōu)?4N的過程中放出射線D增加樣品測量環(huán)境的壓強將加速14C的衰變【答案】AC【解析】由古木中的14C是現(xiàn)代植物中的二分之一知，14C經(jīng)過了一個半衰期，距今5 700年，選項A正確；C的同位素質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，選項B錯誤；14C衰變成14N是衰變，選項C正確；改變環(huán)境的壓強不會改變14C的半衰期，選項D錯誤9盧瑟福利用粒子轟擊金箔的實驗研究原子結構，正確反映實驗結果的示意圖是()【答案】D【解析】根據(jù)原子核式結構，結合粒子散射實驗的現(xiàn)象分析：絕大部分粒子穿過金箔后速度方向不改變，只有少數(shù)離核較近的粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(離核越近，偏轉角度越大)，極少數(shù)正對著金原子核的粒子被彈回，D正確10(2020·湖北六校聯(lián)考)關于近代物理，下列說法正確的是()A衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成部分B目前已建成的核電站的能量來自于重核裂變C一個氫原子從n3的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時，能輻射3種不同頻率的光子D粒子散射實驗表明核外電子軌道是量子化的【答案】B11(2020·安徽江南十校聯(lián)考)鈾核(U)經(jīng)過m次衰變和n次衰變變成鉛核(Pb)，關于該過程，下列說法中正確的是()Am5，n4B鈾核(U)的比結合能比鉛核(Pb)的比結合能小C衰變產物的結合能之和小于鈾核(U)的結合能D鈾核(U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強有關【答案】B【解析】原子核衰變時質量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，2354m207,92822mn，兩式聯(lián)立解得m7，n4，A項錯誤衰變產物的結合能之和大于鈾核(U)的結合能，C錯誤半衰期由原子核內部自身的因素決定，與溫度和壓強無關，D項錯誤12(2020·湖南長沙模擬)一個靜止的鈾核，放在勻強磁場中，它發(fā)生一次衰變后變?yōu)殁Q核，粒子和釷核都在勻強磁場中做勻速圓周運動某同學作出如圖所示運動徑跡示意圖，以下判斷正確的是()A1是粒子的徑跡，2是釷核的徑跡B1是釷核的徑跡，2是粒子的徑跡C3是粒子的徑跡，4是釷核的徑跡D3是釷核的徑跡，4是粒子的徑跡【答案】B【解析】由動量守恒可知，靜止的鈾核發(fā)生衰變后，生成的均帶正電的粒子和釷核的動量大小相等，但方向相反，由左手定則可知它們的運動軌跡應為“外切”圓，又R，在p和B相等的情況下，R，因q釷>q，則R釷<R，故B正確13（多選）(2020·高考江蘇卷)原子核的比結合能曲線如圖所示根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有()A.He核的結合能約為14 MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C兩個H核結合成He核時釋放能量D.U核中核子的平均結合能比Kr核中的大【答案】BC14（多選）氫原子核外電子發(fā)生了兩次躍遷，第一次從外層軌道躍遷到n3軌道；第二次核外電子再從n3軌道躍遷到n2軌道，下列說法中正確的是()A兩次躍遷原子的能量增加相等B第二次躍遷原子的能量減小量比第一次的大C兩次躍遷原子的電勢能減小量均大于電子的動能增加量D兩次躍遷原子均要放出光子，第一次放出的光子能量要大于第二次放出的光子能量【答案】BC【解析】氫原子核外電子從外層軌道躍遷到內層軌道這一過程中，原子的能量減小，原子要放出光子，由能量守恒定律可知原子的電勢能減小量大于電子的動能增加量又由氫原子能級圖知因躍遷到n3軌道放出的光子能量(或原子的能量減小量)最多為1.51 eV，而氫原子核外電子從n3軌道躍遷到n2軌道放出的光子的能量(或原子的能量減小量)為1.89 eV，B、C正確 15（多選）下列說法正確的是()A人們在研究天然放射現(xiàn)象過程中發(fā)現(xiàn)了質子B鈾核裂變的一種核反應方程為UBaKr2nC設質子、中子、粒子的質量分別為m1、m2、m3，兩個質子和兩個中子結合成一個粒子，釋放的能量是(2m12m2m3)c2D原子在a、b兩個能級的能量分別為Ea、Eb，且Ea>Eb，當原子從a能級躍遷到b能級時，放出光子的波長(其中c為真空中的光速，h為普朗克常量)【答案】CD三、非選擇題16(2020·高考北京卷)在磁感應強度為B的勻強磁場中，一個靜止的放射性原子核發(fā)生了一次衰變放射出的粒子(He)在與磁場垂直的平面內做圓周運動，其軌道半徑為R.以m、q分別表示粒子的質量和電荷量(1)放射性原子核用X表示，新核的元素符號用Y表示，寫出該衰變的核反應方程(2)粒子的圓周運動可以等效成一個環(huán)形電流，求圓周運動的周期和環(huán)形電流大小(3)設該衰變過程釋放的核能都轉化為粒子和新核的動能，新核的質量為M，求衰變過程的質量虧損m.【答案】見解析【解析】(1)XYHe(2)設粒子的速度大小為v，由qvBm，T，得粒子在磁場中的運動周期T環(huán)形電流大小I(3)由qvBm，得v設衰變后新核Y的速度大小為v，系統(tǒng)動量守恒Mvmv0v由mc2Mv2mv2得m17(12分)(2020·江西新余模擬)設钚的同位素離子Pu靜止在勻強磁場中，該離子沿與磁場垂直的方向放出粒子以后，變成鈾(U)的一個同位素離子，同時放出能量為E0.09 MeV的光子(普朗克常量h6.63×1034 J·s，1 eV1.6×1019 J，真空中光速c3×108 m/s)(1)試寫出這一過程的核衰變方程(2)求光子的波長(3)若不計光子的動量，求粒子與鈾核在該磁場中的回轉半徑之比RRU.【答案】見解析18(12分)(2020·陜西寶雞模擬)盧瑟福用粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質子發(fā)現(xiàn)質子的核反應為：NHeOH.已知氮核質量為mN14.007 53 u，氧核的質量為mO17.004 54 u，氦核質量mHe4.003 87 u，質子(氫核)質量為mp1.008 15 u(已知1 u相當于931 MeV的能量，結果保留兩位有效數(shù)字)求：(1)這一核反應是吸收能量還是放出能量的反應？相應的能量變化為多少？(2)若入射氦核以v03×107 m/s的速度沿兩核中心連線方向轟擊靜止氮核反應生成的氧核和質子同方向運動，且速度大小之比為150.求氧核的速度大小【答案】(1)吸收能量1.20 MeV(2)1.8×106 m/s【解析】(1)mmNmHemOmp0.001 29 u.Emc21.20 MeV.故這一核反應是吸收能量的反應，吸收的能量為1.20 MeV.(2)mHev0mHvHmOvO，又vOvH150，解得vO1.8×106 m/s.19(14分)某同學采用如圖所示的實驗電路研究光電效應，用某單色光照射光電管的陰極K時，會發(fā)生光電效應現(xiàn)象閉合開關S，在陽極A和陰極K之間加上反向電壓，通過調節(jié)滑動變阻器的滑片逐漸增大電壓，直至電流計中電流恰為零，此時電壓表的示數(shù)U稱為遏止電壓根據(jù)遏止電壓，可以計算出光電子的最大初動能現(xiàn)分別用頻率為1和2的單色光照射陰極，測得遏止電壓分別為U1和U2，設電子的比荷為，求：(1)陰極K所用金屬的極限頻率；(2)用題目中所給條件表示普朗克常量h.【答案】(1)(2)(2)由以上各式可得eU1h1W0eU2h2W0解得h.20(14分)用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核(Li)，發(fā)生核反應后生成氚核和粒子生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與粒子的速度之比為78，中子的質量為m，質子的質量可近似看成m，光速為c.(1)寫出核反應方程；(2)求氚核和粒子的速度大??；(3)若核反應過程中放出的核能全部轉化為粒子和氚核的動能，求出質量虧損【答案】(1)nLiHHe(2)(3)