第3講波粒二象性原子和原子核,專題五加試選擇題題型強化,內容索引,考點一光電效應的規(guī)律和理解,考點二玻爾理論和能級,考點三核反應與核能,光電效應的規(guī)律和理解,考點一,1.光電效應 在光的照射下金屬中的電子從金屬表面逸出的現象，叫做光電效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子. 2.實驗規(guī)律 (1)每種金屬都有一個極限頻率. (2)光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)光照射到金屬表面時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的. (4)在光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大.,3.愛因斯坦光電效應方程 (1)光子：光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的，而且光本身就是由一個個不可分割的能量子組成的，這些能量子稱為光子，頻率為的光的能量子為h. (2)愛因斯坦光電效應方程 表達式：hEkW0或EkhW0. 物理意義：金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是h，這些能量一部分用于克服金屬的逸出功W0，剩下的表現為逸出后電子的初動能Ek.,例1(多選)如圖1甲所示，在光電效應實驗中，某同學用相同頻率的單色光，分別照射陰極材料為鋅和銅的兩個不同的光電管，結果都能發(fā)生光電效應.圖乙為某中一個光電管的遏止電壓Uc隨入射光頻率變化的函數關系圖象.對于這兩個光電管，下列判斷正確的是 A.因為材料不同逸出功不同，所以遏止 電壓Uc不同 B.光電子的最大初動能不同 C.因為光強不確定，所以單位時間逸出的 光電子數可能相同，飽和光電流也可能相同 D.兩個光電管的Uc圖象的斜率可能不同,圖1,答案,解析,解析根據EkhW0和eUcEk,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EkhW0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，但光強不確定，所以單位時間逸出的光電子數可能相同，飽和光電流也可能相同，故C正確.,所以兩個光電管的Uc圖象的斜率一定相同，故D錯誤.,1.(多選)在演示光電效應的實驗中，原來不帶電的一塊鋅板與靈敏驗電器相連，用藍色弧光燈照射鋅板時，驗電器的指針張開了一個角度，如圖2所示，則 A.驗電器指針帶正電 B.驗電器指針帶負電 C.改用紫色弧光燈照射鋅板時，原來不帶電 的驗電器的指針能張開一個角度 D.改用黃色弧光燈照射鋅板時，只要光足夠強，原來不帶電的驗電器的 指針一定能張開一個角度,答案,圖2,解析,解析鋅板在弧光燈照射下，發(fā)生光電效應，有光電子逸出，鋅板失去電子帶正電，驗電器與鋅板相連，導致指針帶正電，故A正確，B錯誤； 改用紫色弧光燈照射鋅板時，紫光頻率大于藍光，那么原來不帶電的驗電器，其指針會張開一個角度，故C正確； 改用黃色弧光燈照射鋅板時，黃光頻率小于藍光，不一定能發(fā)生光電效應，原來不帶電的驗電器的指針不一定會張開一個角度，故D錯誤.,2.(多選)光電效應實驗中，下列表述正確的是 A.發(fā)生光電效應時，光照越強，光電流越大 B.入射光足夠強就可以有光電流 C.遏止電壓與入射光的頻率有關 D.入射光頻率大于極限頻率才能產生光電子,答案,解析,解析光電流的大小與光電子的多少有關，增大光的強度，可以增大光電流，光照越強，光電流越大，故A正確； 無論光強多強，光照時間多長，只要光的頻率小于極限頻率就不能產生光電效應，故B錯誤； 根據愛因斯坦光電效應方程可知，超過極限頻率的入射光頻率越高，所產生的光電子的最大初動能就越大，對應的遏止電壓越大，故C正確； 無論光強多強，光照時間多長，只有光的頻率大于極限頻率才能產生光電效應，故D正確.,3.(多選)(2018新高考研究聯盟聯考)研究光電效應的實驗電路圖如圖3a所示，其光電流與電壓的關系如圖b所示.則下列說法中正確的是,圖3,A.若把滑動變阻器的滑動觸頭向 右滑動，光電流一定增大 B.圖線甲與乙是同一種入射光，且甲的入射光強度大于乙光 C.由圖可知，乙光的頻率小于丙光頻率 D.若將甲光換成丙光來照射鋅板，其逸出功將減小,答案,玻爾理論和能級,考點二,1.玻爾理論的理解 (1)電子繞核運動的半徑是不連續(xù)的； (2)電子躍遷輻射光子的頻率不等于電子繞核圓周運動的頻率； (3)實物粒子也能使原子發(fā)生能級躍遷； (4)能級之間躍遷時放出的光子頻率是不連續(xù)的. 2.兩類能級躍遷 (1)自發(fā)躍遷：高能級低能級，釋放能量，發(fā)出光子.,(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E. 碰撞：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，原子被電離. 3.譜線條數的確定方法 (1)一個處于第n能級的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數最多為n1.,(2)一群處于第n能級的氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數的兩種求解方法：,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.,例2(多選)(2018浙江4月選考15)氫原子的能級圖如圖4所示，關于大量氫原子的能級躍遷，下列說法正確的是(可見光的波長范圍為4.0107 m7.6107 m，普朗克常量h6.61034 Js，真空中的光速c3.0108 m/s),圖4,答案,解析,A.氫原子從高能級躍遷到基態(tài)時，會輻射射線 B.氫原子處在n4能級時，會輻射可見光 C.氫原子從高能級向n3能級躍遷時，輻射的光具有顯著的熱效應 D.氫原子從高能級向n2能級躍遷時，輻射的光在同一介質中傳播速度 最小的光子能量為1.89 eV,解析射線是原子核衰變時產生的高能電磁波，與核外電子無關，故A選項錯誤； 電子從高能級向低能級躍遷時輻射出光子，根據Ehh ，可得可見光光子的能量范圍為1.63 eV3.09 eV.從n4能級躍遷到n2能級E2.55 eV，處在可見光能量范圍內，故B選項正確； 從高能級向n3能級躍遷輻射出最大能量為E1.51 eV<1.63 eV，屬于紅外線，具有熱效應，所以C選項正確； 傳播速度越小，折射率越大，光子頻率越大，能量越大，而從高能級向n2能級躍遷時最大能量為3.4 eV，所以D選項錯誤.,4.(多選)下列關于玻爾原子理論及氫原子能級的說法，正確的是 A.原子中的電子運動軌道分布是連續(xù)的 B.原子中的電子在某一定態(tài)時，電子繞原子核運動，但不向外輻射能量 C.氫原子的核外電子由一個能級躍遷到另一個能級吸收光子時，氫原子 的能量不變 D.一群氫原子從n3能級向n1能級躍遷，最多能發(fā)出3種不同頻率的 光子,答案,解析,解析原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運動相對應，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的，故A錯誤； 原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時，雖然電子做加速運動，但并不向外輻射能量，故B正確； 核外電子由一個能級躍遷到另一個能級時，吸收一定頻率的光子后，能量會增大，故C錯誤； 氫原子向低能級躍遷時是隨機的，一群處于n3能級的氫原子向低能級躍遷時最多可能發(fā)出 3種不同頻率的光子，故D正確.,5.(多選)如圖5所示，子與氫原子核(質子)構成的原子稱為氫原子(bydrogen muonatom).它在原子核物理的研究中有重要作用.圖為氫原子的能級示意圖，假定光子能量為E的一束光照射容器中大量處于n2能級的氫原子，氫原子吸收光子后，發(fā)出頻率為1、2、3、4、5和6的光，且頻率依次增大，則,答案,解析,圖5,A.氫原子吸收光子后處于n5能級 B.氫原子吸收光子后處于n4能級 C.E等于h(64) D.E等于h(52),解析由n 6，解得：m4，即氫原子吸收能量后先從n2能級躍遷到n4能級，然后從n4能級向低能級躍遷，故A錯誤，B正確. 輻射光子按能量從小到大的順序排列為能級4到能級3，能級3到能級2，能級4到能級2，能級2到能級1，能級3到能級1，能級4到能級1.所以能量E與h3相等，也等于h(12)，也等于h(64)，故C正確，D錯誤.,B.大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時，可能發(fā)出6條光譜線 C.氫原子從n4激發(fā)態(tài)躍遷到n2激發(fā)態(tài)需要吸收光子 D.氫原子的核外電子由高能級躍遷到低能級時，氫原子的電勢能減小， 電子的動能增大,6.(多選)根據國家科技部2017年3月6日報道，迄今為止，科學家已經成功檢測定位了納米晶體結構中的氫原子，按玻爾氫原子理論，氫原子的能級如圖6所示，下列判斷正確的是 A.用光子能量為13.01 eV的光照射一群處于基態(tài)的氫 原子，可觀測到多種不同頻率的光,答案,解析,圖6,解析氫原子發(fā)生能級躍遷的能量差：13.6 eV13.01 eV0.59 eV，氫原子沒有0.59 eV的能級，故A錯誤； 大量處于n4激發(fā)態(tài)的氫原子向基態(tài)躍遷時可發(fā)出的光譜線條數為 6種，故B正確； 氫原子由高能級態(tài)向低能級態(tài)躍遷時輻射光子，故C錯誤； 氫原子的核外電子由高能級躍遷到低能級時，軌道半徑減小，電場力做正功，氫原子電勢能減小，電子的動能增大，D正確.,A.在相同的雙縫干涉實驗裝置中，a光產生的干涉條紋間距比b光的更寬 B.a光和b光的光子動量之比為25597 C.用a光照射該金屬時，能產生最大初動能為0.27 eV的光電子 D.在同樣的玻璃中，a光的傳播速度大于b光的傳播速度,7.(多選)(2018嘉興一中期末)如圖7是氫原子能級圖，大量處在激發(fā)態(tài)n5能級的氫原子向低能級躍遷，a是從n4能級躍遷到n2能級產生的光，b是從n5能級躍遷到n3能級產生的光.已知某金屬的極限頻率5.531014 Hz，普朗克常量h6.61034 Js，電子電荷量e1.61019 C，則,圖7,答案,核反應與核能,考點三,1.核反應的四種類型,2.對質能方程的理解 (1)一定的能量和一定的質量相聯系，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.,答案,解析,此核反應過程中的質量虧損等于反應前后質量的差，為mmPumUm，故B正確； 釋放的光子的能量為h，核反應的過程中釋放的能量：E(mPumUm)c2，由于核反應的過程中釋放的核能轉化為新核與粒子的動能以及光子的能量，所以光子的能量小于(mPumUm)c2，故C錯誤；,8.(多選)(2018紹興市選考診斷)人類對微觀世界進行探索的過程中，下列說法正確的是 A.G.P.湯姆孫從實驗中發(fā)現了電子衍射現象，說明實物粒子也具有波動性 B.查德威克用粒子轟擊鈹核發(fā)現中子的核反應為 C.有些元素的半衰期會隨外界溫度和壓強的改變而略微改變 D.一般化學反應只是核外電子的改變，而核反應則是原子核的改變.所以 一般化學反應能量改變比核反應小,答案,解析發(fā)生衰變時，原子核中的一個中子轉變?yōu)橐粋€質子和一個電子，電子釋放出來，所以每發(fā)射一個粒子，一個中子轉化為質子，依據質量數與電荷數守恒，則有 故B、D正確，A、C錯誤.,答案,解析,10.(多選)(2018浙江4月選考14)下列說法正確的是 A.組成原子核的核子越多，原子核越穩(wěn)定 B. 衰變?yōu)?經過4次衰變，2次衰變 C.在LC振蕩電路中，當電流最大時，線圈兩端電勢差也最大 D.在電子的單縫衍射實驗中，狹縫變窄，電子動量的不確定量變大,答案,解析,解析比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢靠，原子核越穩(wěn)定，故A錯誤；,由于原子核經過一次衰變，質子數減少2，質量數減少4，經過一次衰變，質子數增加1，質量數不變.,所以B正確； 當線圈兩端電勢差最大時，電流變化率最大，此時電流為0，故C錯誤；,在電子的單縫衍射實驗中，狹縫越窄，屏上中央亮條紋越寬，即能更準確地測得電子的位置.,答案,解析,解析根據核反應方程遵循質量數和電荷數守恒知，X3，A正確； 因核電站發(fā)電效率為50%，,核電站每年消耗 的能量為WPt2.00109365243 600 J 6.31016 J，B正確；,每年消耗 的質量為MnmU2.2710273901027 kg885 kg，D正確.,