2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第13章 波粒二象性 原子結(jié)構(gòu) 原子核教案 新人教版教學(xué)目標(biāo)1. 理解光子說(shuō)及對(duì)光電效應(yīng)的解釋.2. 理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程并會(huì)用來(lái)解決簡(jiǎn)單問(wèn)題重點(diǎn)：光電效應(yīng)現(xiàn)象,光電效應(yīng)規(guī)律,光子說(shuō).難點(diǎn)：光電效應(yīng)方程的應(yīng)用知識(shí)梳理一、光電效應(yīng)1. 光照使物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)現(xiàn)象；所發(fā)射的電子叫光電子；光電子定向移動(dòng)所形成的電流叫光電流。2. 光電效應(yīng)現(xiàn)象所遵循的基本規(guī)律。物體在光照的條件下發(fā)射電子而發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象時(shí)遵循如下規(guī)律：（1）對(duì)于任何一種金屬，入射光的頻率必須大于某一極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)極限頻率，無(wú)論強(qiáng)度如何，無(wú)論照射時(shí)間多長(zhǎng)，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)；（2）在單位時(shí)間里從金屬極板中發(fā)射出的光電子數(shù)跟入射光的強(qiáng)度成正比；（3）發(fā)射出的光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大；（4）只要入射光的頻率高于金屬極板的極限頻率，無(wú)論其強(qiáng)度如何，光電子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)109s.二、光子說(shuō)1.光子說(shuō)光子：在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子。光子的能量：h為普朗克常量。h=6.6310-34Js每個(gè)光子的能量只決定于光的頻率。光強(qiáng)同樣頻率的光，光的強(qiáng)弱的不同則反映了單位時(shí)間內(nèi)射到單位面積的光子數(shù)的多少2. 光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋光子照射到金屬上時(shí)，光子一次只能將其全部能量傳遞給一個(gè)電子，一個(gè)電子一次只能獲取一個(gè)光子的能量，它們之間存在著一對(duì)一的關(guān)系電子吸收光子后，能量增加，如果能量足夠大，就能擺脫金屬中正電荷對(duì)其的束縛，從金屬表面逸出，成為光電子如果光子的能量較小(頻率較低)，電子吸收光子后的能量不足以克服金屬中正電荷對(duì)其的束縛，則立即會(huì)將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，而不能從金屬中逸出，這就是入射光的頻率較低時(shí)，盡管照射時(shí)間足夠長(zhǎng)，也不能發(fā)生光電效應(yīng)的原因 每一種金屬，正電荷對(duì)電子的束縛能力都不同，因此，電子逸出所需做的最小功也不一樣光子頻率小于該頻率，無(wú)論如何都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，這就是每一種金屬都存在極限頻率的原因金屬中的電子對(duì)于光子的吸收是十分迅速的，電子一次性獲得的能量足夠時(shí)，逸出也是十分迅速的，這就是光電效應(yīng)具有瞬時(shí)效應(yīng)的原因三、光電效應(yīng)方程1. 金屬的逸出功光電效應(yīng)中，金屬中的電子在飛出金屬表面時(shí)要克服原子核對(duì)它的吸引而做功。某種金屬中的不同電子，脫離這種金屬所需的功不一樣。使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功2. 愛因斯坦光電效應(yīng)方程動(dòng)能最大的光電子所具有的動(dòng)能Ekhvw 四、康普頓效應(yīng)在研究電子對(duì)X射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)：有些散射波的波長(zhǎng)比入射波的波長(zhǎng)略大。康普頓認(rèn)為這是因?yàn)楣庾硬粌H有能量，也具有動(dòng)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明這個(gè)設(shè)想是正確的。因此康普頓效應(yīng)也證明了光具有粒子性。康普頓效應(yīng)是光子與自由電子之間的相互作用，光子被電子全部吸收后，又重新放出新光子（散射光子不是轉(zhuǎn)移部分能量的入射光子）康普頓效應(yīng)整個(gè)過(guò)程的能量和動(dòng)量守恒。五、光的波粒二象性1. 光的波粒二象性干涉、衍射和偏振以無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種波；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)又用無(wú)可辯駁的事實(shí)表明光是一種粒子；因此現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為：光具有波粒二象性。2. 正確理解波粒二象性波粒二象性中所說(shuō)的波是一種概率波，對(duì)大量光子才有意義。波粒二象性中所說(shuō)的粒子，是指其不連續(xù)性，是一份能量。個(gè)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(dòng)性。高的光子容易表現(xiàn)出粒子性；低的光子容易表現(xiàn)出波動(dòng)性。光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)為粒子性。由光子的能量E=h，光子的動(dòng)量表示式也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有表示波的特征的物理量頻率和波長(zhǎng)。由以上兩式和波速公式c=還可以得出：E = p c。六、物質(zhì)波（德布羅意波）由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)=。題型講解1. 光電效應(yīng)的規(guī)律關(guān)于光電效應(yīng)，有如下幾種陳述，其中正確的是（ ）A金屬電子的逸出功與入射光的頻率成正比B光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)C用不可見光照射金屬一定比用可見光照射同種金屬產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能要大D對(duì)于任何一種金屬都存在一個(gè)“最大波長(zhǎng)”，入射光的波長(zhǎng)必須小于這個(gè)波長(zhǎng)，才能產(chǎn)生光電效應(yīng)【解析】金屬的逸出功由該金屬?zèng)Q定，與入射光源頻率無(wú)關(guān)，光電流的強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。不可見光包括能量大的紫外線、X射線、射線，也包括能量比可見光小的紅外線、無(wú)線電波，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。所以應(yīng)選D?！敬鸢浮緿2. 光電效應(yīng)方程（1）已知金屬銫的逸出功為1.9eV，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大功能為1.0eV，入射光的波長(zhǎng)應(yīng)為_m【解析】由愛因斯坦光電效應(yīng)方程可得：=W+m=1.9+1.0=2.9eV=2.91.61019J=4.3107 m【答案】（2）如圖所示，電路中所有元件完好，光照射到陰極上時(shí)，靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò)，其原因可能是（ ）A. 入射光太弱； B. 入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng)； C. 光照時(shí)間短； D. 電源正負(fù)極接反?！窘馕觥?在本題電路中形成電流的條件，一是陰極在光的照射下有光電子逸出，這決定于入射光的頻率是否高于陰極材料的極限頻率，與入射光的強(qiáng)弱、照射時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)；二是逸出的光電子應(yīng)能在電路中定向移動(dòng)到達(dá)陽(yáng)極。光電子能否到達(dá)陽(yáng)極，應(yīng)由光電子的初動(dòng)能大小和兩極間所加電壓的正負(fù)和大小共同決定。一旦電壓正負(fù)極接反，即使具有很大初動(dòng)能的光電子也可能不能到達(dá)陽(yáng)極，即使發(fā)生了光電效應(yīng)現(xiàn)象，電路中也不能形成光電流。故該題的正確答案是B、D?！敬鸢浮緽D3. 光子說(shuō)原子在不停地做熱運(yùn)動(dòng)，為了能高精度地研究孤立原子的性質(zhì)，必須使他們幾乎靜止下來(lái)并能在一個(gè)小的空間區(qū)域停留一段時(shí)間。例如：納米技術(shù)中需要移動(dòng)或修補(bǔ)分子，科學(xué)家已發(fā)明了一種稱為“激光制冷”的儀器，原理如下：在一個(gè)真空室內(nèi)，一束非常準(zhǔn)直的-23原子束（通過(guò)樣品在1000K高溫下蒸發(fā)而獲得，原子做熱運(yùn)動(dòng)的速率近似為，受一束激光的正面照射，如圖所示，設(shè)原子處在基態(tài)，運(yùn)動(dòng)方向與激光光子的運(yùn)動(dòng)方向相反，選好激光頻率使光子能量E等于納原子第一 激發(fā)態(tài)與基態(tài)間的能量差，原子就能吸收它而發(fā)生躍遷，躍遷后原子的速度變?yōu)?，隨后該原子發(fā)射光子并回到基態(tài)，設(shè)所發(fā)射光子的運(yùn)動(dòng)方向與速度的方向總是相同，此時(shí)原子的速度為，接著重復(fù)上述過(guò)程，直到原子的速度減小到零，求：(1)吸收與發(fā)射光子的總次數(shù)為多少(2)原子停留在激發(fā)態(tài)上的時(shí)間稱為原子在這種狀態(tài)下的壽命，大小約為。忽略每次吸收與發(fā)射光子的時(shí)間，接上述方式，原子從初速度減小到零，共需多長(zhǎng)時(shí)間？該時(shí)間內(nèi)原子總共走過(guò)的路程約為多少？（，納原子的質(zhì)量，阿伏加德羅常數(shù)，光速）【解析】設(shè)吸收與發(fā)射光子的總數(shù)為，光速為，（1）光子的動(dòng)量 納原子吸收光子時(shí) 納原子放出光子時(shí) （2）設(shè)原子停留在激發(fā)態(tài)的時(shí)間為，原子總路程為L(zhǎng)，則 4. 康普頓效應(yīng)頻率為的光，射到一平面鏡上，設(shè)單位時(shí)間內(nèi)達(dá)到鏡面單位面積上的入射光光子數(shù)目為，平面鏡的反射率為，光對(duì)平面鏡的入射角為，試求（1）光對(duì)平面鏡的壓力（2）光作用在平面鏡上的切向力?！窘馕觥抗庾诱f(shuō)認(rèn)為光子具有動(dòng)量的觀點(diǎn)，除解釋康普頓效應(yīng)外，還可以說(shuō)明光壓的作用，即當(dāng)光子流遇到障礙物時(shí)，會(huì)對(duì)障礙物施加壓力的作用，如同氣體分子在容器壁上碰撞形成氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)一樣，光壓就是光子流產(chǎn)生的壓強(qiáng)，本題是光子存在動(dòng)量的一個(gè)例證。（1）設(shè)時(shí)間打在平面鏡單位面積上的光子數(shù)為，動(dòng)量的法向分量為，反射德光子數(shù)為，動(dòng)量德法向分量為，方向?yàn)橄喾?。由?dòng)量定理，光對(duì)平面鏡單位面積德正壓力即光壓為（2）光作用在平面鏡上的切向力由所吸收光子的切向沖量引起，由動(dòng)量定理 第35講 原子結(jié)構(gòu) 能級(jí)教學(xué)目標(biāo)1. 知道粒子散射實(shí)驗(yàn).2. 知道原子的核式結(jié)構(gòu)模型的主要內(nèi)容，理解模型提出的主要思想。3. 理解能級(jí)的概念和原子發(fā)射與吸收光子的頻率與能級(jí)差的關(guān)系4. 知道原子光譜為什么是一些分立的值知道原子光譜的一些應(yīng)用5. 知道原子光譜為什么是一些分立的值知道原子光譜的一些應(yīng)用重點(diǎn)：盧瑟福粒子散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和所說(shuō)明的問(wèn)題，玻爾理論難點(diǎn)：粒子散射實(shí)驗(yàn)，對(duì)原子發(fā)光現(xiàn)象解釋，知識(shí)梳理一、粒子散射實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)裝置：放射源：釙放在帶小孔的鉛盒中，放射出高能粒子(粒子)帶正電，m>>me金箔：厚度極小，可至1微米(金原子的質(zhì)量大，且易延成很薄的箔)顯微鏡：能繞金箔在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)熒光屏：熒光屏裝在顯微鏡上2. 實(shí)驗(yàn)步驟(1)釙放出的粒子從鉛盒的小孔射出，形成很細(xì)的一束射線，射到熒光屏上產(chǎn)生閃光，通過(guò)顯微鏡觀察(偏離正對(duì)位置，無(wú)閃光)(2)放上金箔F，正對(duì)位置可觀察到大量的閃光點(diǎn)(3)轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡，在不同偏轉(zhuǎn)角處，可看到粒子散射現(xiàn)象3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)(2)少數(shù)粒子發(fā)生了較大角度的偏轉(zhuǎn)二、盧瑟福核式結(jié)構(gòu)模型1. 在原子的中心有一個(gè)很小的核，叫做原子核，原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里，帶負(fù)電的電子在核外的空間運(yùn)動(dòng)。原子核的發(fā)現(xiàn)有重大意義，因?yàn)樗_辟了原子核物理的新領(lǐng)域，盧瑟福被人們尊稱為原子核物理之父2. 原子核式結(jié)構(gòu)的模型，是建立在粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的3. 原子、原子核的大?。涸又睆綌?shù)量級(jí) 1010m 原子核直徑數(shù)量級(jí) 1015m原子核直徑是原子直徑的十萬(wàn)分之一如果原子是直徑100m的操場(chǎng)，原子核只有一個(gè)直徑為幾毫米的玻璃球那么大4. 原子核是由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。三、原子光譜1. 光譜:按一定次序排列的彩色光帶.發(fā)射光譜:由發(fā)光物體直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。連續(xù)光譜：熾熱的固體、液體及高壓氣體的，由波長(zhǎng)連續(xù)分布的光組成的光譜例如電燈燈絲發(fā)出的光，熾熱鋼水發(fā)出的光。明線光譜：稀薄氣體發(fā)光，產(chǎn)生一些不連續(xù)的亮線組成的光譜把固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)放到煤氣燈的火焰或電弧中去燒，使它們氣化后發(fā)光，就可以得到它們的明線光譜明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)出的，也叫原子光譜每種元素的原子只能發(fā)出某些具有特定波長(zhǎng)的光譜線,這些譜線叫做那種元素的特征譜線. 吸收光譜:每種氣體都從通過(guò)它的白光中吸收跟它的特征譜線波長(zhǎng)相同的那些光，使白光的連續(xù)光譜中出現(xiàn)暗線連續(xù)光譜中某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜白光通過(guò)每一種氣體時(shí)，光譜中都會(huì)產(chǎn)生一組暗線，每條暗線的波長(zhǎng)都跟那種氣體原子的一條特征譜線相對(duì)應(yīng)吸收光譜中的暗線也是原子的特征譜線.只是通常在吸收光譜中看到的特征譜線比明線光譜中的要少一些2. 玻爾理論解釋氫原子光譜某種稀薄氣體盡管元素成分較單一，但各原子分別處于不同的能量狀態(tài)它們由高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷會(huì)出現(xiàn)多種可能，每一種可能對(duì)應(yīng)發(fā)出某一頻率的光子而這些可能又由對(duì)應(yīng)的能級(jí)差決定能級(jí)是不連續(xù)的，能級(jí)差也是不連續(xù)的，所以導(dǎo)致原子光譜的亮線是不連續(xù)的3. 光譜分析由于每種元素都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定它的化學(xué)組成這種方法叫做光譜分析這種方法的優(yōu)點(diǎn)是非常靈敏而且迅速做光譜分析時(shí)，可以利用發(fā)射光譜，也可以利用吸收光譜銣和銫就是從光譜中看到了以前所不知道的特征譜線而發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)經(jīng)大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜四、玻爾模型1. 玻爾模型(引入量子理論，量子化就是不連續(xù)性，整數(shù)n叫量子數(shù))玻爾補(bǔ)充三條假設(shè)定態(tài)-原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)(稱為定態(tài)),電子雖然繞核運(yùn)轉(zhuǎn),但不會(huì)向外輻射能量. 。(本假設(shè)是針對(duì)原子穩(wěn)定性提出的)躍遷-原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài),要輻射(或吸收)一定頻率的光子(其能量由兩定態(tài)的能量差決定)(本假設(shè)針對(duì)線狀譜提出)能量和軌道量子化-定態(tài)不連續(xù),能量和軌道也不連續(xù);(即原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng),原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道分布也是不連續(xù)的)氫原子的能級(jí)圖n E/eV 01 -13.62 -3.43 -1.514 -0.853E1E2E3 (針對(duì)原子核式模型提出，是能級(jí)假設(shè)的補(bǔ)充)2. 光子的發(fā)射與吸收(特別注意躍遷條件):原子發(fā)生定態(tài)躍遷時(shí),要輻射(吸收)一定頻率的光子:hfE初-E末（1）軌道量子化rn=n2r1 r1=0.5310-10m （2）能量量子化： E1=-13.6eV（3）原子在兩個(gè)能級(jí)間躍遷時(shí)輻射或吸收光子的能量h=Em-En3. 從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)可能是吸收光子，也可能是由于碰撞（用加熱的方法，使分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的相互碰撞可以傳遞能量）。原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子；而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E 13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動(dòng)能）。4. 玻爾理論的局限性。由于引進(jìn)了量子理論（軌道量子化和能量量子化），玻爾理論成功地解釋了氫光譜的規(guī)律。但由于它保留了過(guò)多的經(jīng)典物理理論（牛頓第二定律、向心力、庫(kù)侖力等），所以在解釋其他原子的光譜上都遇到很大的困難。氫原子的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量(最小)與核外電子軌道半徑間的關(guān)系是:En=E1/n2，rn=n2r1，其中E1=13.6eV, r1=5.31010m,(大量)處于n激發(fā)態(tài)原子躍遷到基態(tài)時(shí)的所有輻射方式共有=n (n1)/2種E51=13.06 E41=12.75 E31=12.09 E21=10.2； (有規(guī)律可依)E52=2.86 E42=2.55 E32=1.89； E53=0.97 E43=0.66； E54=0.31氫原子在n能級(jí)的動(dòng)能、勢(shì)能，總能量的關(guān)系是：EP=2EK，E=EK+EP=EK。(類似于衛(wèi)星模型)由高能級(jí)到低能級(jí)時(shí)，動(dòng)能增加，勢(shì)能降低，且勢(shì)能的降低量是動(dòng)能增加量的2倍，故總能量(負(fù)值)降低。注：1. 原子從低能級(jí)向高能級(jí)的躍遷：當(dāng)光子作用使原子發(fā)生躍遷時(shí)，只有光子的能量滿足的躍遷條件時(shí)，原子才能吸收光子的全部能量而發(fā)生躍遷.（電離除外，比如光子能量為14eV的光子照射基態(tài)氫原子，會(huì)使基態(tài)的氫原子電離，電離后電子還具有14eV-13.6eV=0.6eV的初動(dòng)能.）當(dāng)電子等實(shí)物粒子作用在原子上，只要入射粒子的動(dòng)能大于或等于原子某兩定態(tài)能量之差，即可使原子受激發(fā)而向較高能級(jí)躍遷.2. 原子從高能級(jí)向低能級(jí)的躍遷：當(dāng)一群氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能產(chǎn)生的譜線條數(shù)為n(n-1)/2；當(dāng)一個(gè)氫原子處于某個(gè)能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可產(chǎn)生的譜線條數(shù)為（n-1），若氫原子的從高能級(jí)向某一確定的低能級(jí)躍遷，只能產(chǎn)生一條譜線題型講解1. 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子原子核A如圖所示，為粒子散射實(shí)驗(yàn)的示意圖，A點(diǎn)為某粒子運(yùn)動(dòng)中離原子核最近的位置，則該粒子在A點(diǎn)具有 ( )A最大的速度 B最大的加速度C最大的動(dòng)能 D最大的電勢(shì)能【解析】粒子在接近原子核的過(guò)程中受到原子核庫(kù)侖排斥力的作用，這個(gè)力對(duì)粒子做負(fù)功，使粒子的速度減小，動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，顯然，正確選項(xiàng)應(yīng)該為BD【答案】BD2. 原子核式結(jié)構(gòu)模型下列現(xiàn)象中，與原子核內(nèi)部變化有關(guān)的是（ ）A粒子散射現(xiàn)象 B天然放射現(xiàn)象 C光電效應(yīng)現(xiàn)象 D原子發(fā)光現(xiàn)象【解析】粒子散射實(shí)驗(yàn)表明了原子內(nèi)部有一個(gè)很小的核，并沒(méi)有涉及到核內(nèi)部的變化，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；天然放射現(xiàn)象是原子核內(nèi)部發(fā)生變化自發(fā)的放射出粒子或電子，從而發(fā)生衰變或衰變，故B項(xiàng)正確；光電效應(yīng)是原子核外層電子脫離原子核的束縛而逸出，沒(méi)有涉及到原子核的變化，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；原子發(fā)光是原子躍遷形成的也沒(méi)有涉及到原子核的變化，故D項(xiàng)錯(cuò)誤?！敬鸢浮緽3. 波爾模型（1）氫原子的核外電子從距核較近的軌道躍遷到距核較遠(yuǎn)的軌道過(guò)程中： （ ）.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能增大.原子要放出光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能減小.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能增大，原子的電勢(shì)能減小.原子要吸收光子，電子的動(dòng)能減小，原子的電勢(shì)能增大【解析】根據(jù)玻爾理論，氫原子核外電子在離核越遠(yuǎn)的軌道上運(yùn)動(dòng)能量越大，必須吸收一定能量的光子后，電子才能從離核較近的軌道躍遷到離核較遠(yuǎn)的軌道，選項(xiàng)可先排除.氫原子核外電子的繞核運(yùn)動(dòng)，由原子核對(duì)電子的庫(kù)侖力作向心力，即，電子的動(dòng)能，離核越遠(yuǎn)，即r越大時(shí)，電子的動(dòng)能越小.由此又可排除選項(xiàng)、.電子在不同軌道之間躍遷時(shí)，整個(gè)原子系統(tǒng)電勢(shì)能的變化可從兩方面加以判斷：根據(jù)庫(kù)侖力做功的正負(fù)，庫(kù)侖力做正功（電子從離核較遠(yuǎn)的軌道被“吸”到離核較近的軌道），電勢(shì)能減??；庫(kù)侖力做負(fù)功（電子從離核較近的軌道克服庫(kù)侖力運(yùn)動(dòng)到離核較遠(yuǎn)的軌道），電勢(shì)能增加.根據(jù)各能級(jí)能量的關(guān)系：電子在離核不同距離的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)原子系統(tǒng)的總能量等于電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)能之和，即：n=kn+pn, 離核越遠(yuǎn)時(shí)（即量子數(shù)n越大），原子系統(tǒng)的總能量n越大，而電子的動(dòng)能kn越小，可見，系統(tǒng)的電勢(shì)能pn一定越大.所以，本題正確答案是.【答案】D點(diǎn)評(píng)：1. 量子化的氫原子能量的不連續(xù)的量子化的氫原子，量子數(shù)越大，電子離核越遠(yuǎn)，原子的總能量越大；量子數(shù)越小，電子離核越近，總能量越?。辉谝?guī)定離核無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)能為零時(shí)，氫原子的總能量是負(fù)值2.庫(kù)侖力做的功等于電勢(shì)能變化量的相反數(shù)（2）氫原子的能級(jí)如下圖所示，已知可見光的光子能量范圍約為1.62 eV3.11 eV，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A處于n3能級(jí)的氫原子可以吸收任意頻率的紫外線，并發(fā)生電離B大量氫原子從高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出的光具有顯著的熱效應(yīng)C大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出6種不同頻率的光D大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，可能發(fā)出3種不同頻率的可見光【解析】處于n3能級(jí)的氫原子吸收光子而發(fā)生電離的最小能量是1.51 eV，又因紫外線的頻率大于可見光的頻率，所以紫外線的光子能量E3.11 eV，故A正確由能級(jí)躍遷理論知，氫原子由高能級(jí)向n3能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光子的能量E1.51 eV，所以發(fā)出光子能量小于可見光的光子能量由Eh知，發(fā)出光子頻率小于可見光的光子頻率，發(fā)出光子為紅外線，具有較強(qiáng)的熱效應(yīng)，故B正確由能級(jí)躍遷理論知，n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，最多可發(fā)出6種頻率的光子，故C正確由能級(jí)躍遷理論知，大量處于n4能級(jí)的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)，發(fā)出光子的能量分別為：0.66 eV(43)，2.55 eV(42),12.75 eV(41),1.89 eV(32),12.09 eV(31)，10.2 eV(21)，所以只有32和42躍遷時(shí)發(fā)出的2種頻率的光子屬于可見光，故D錯(cuò)誤【答案】D點(diǎn)評(píng)：原子由定態(tài)n(n2)向低能級(jí)躍遷時(shí)可能輻射的光子頻率的種類為原子躍遷時(shí)，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級(jí)之間的能量差原子電離時(shí)，所吸收的能量可以大于或等于某一能級(jí)能量的絕對(duì)值計(jì)算時(shí)應(yīng)注意：因一般取 遠(yuǎn)處為零電勢(shì)參考面，故各能級(jí)的能量值均為負(fù)值；能量單位 1 eV1.61019 J4. 關(guān)于氫原子躍遷時(shí)產(chǎn)生譜線的數(shù)目、光子能量、光子波長(zhǎng)的計(jì)算用大量具有一定能量的電子轟擊大量處于基態(tài)的氫原子，觀測(cè)到了一定數(shù)目的光譜線.調(diào)高電子的能量再次進(jìn)行規(guī)測(cè)，發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目原來(lái)增加了5條.用n表示兩次觀測(cè)中最高激發(fā)態(tài)的量子數(shù)n之差，E表示調(diào)高后電子的能量.根據(jù)氫原子的能級(jí)圖1可以判斷，n和E的可能值為 A. n1，13.22cVE13.32cVB. n2，13.22eVE13.32eVC. n1，12.75cVE13.06cVD. n2，12.75cVE13.06cV【解析】當(dāng)量子數(shù)為n時(shí)，產(chǎn)生的光子頻率的個(gè)數(shù)為n(n-1)/2，可以列出下面的表格：N1234567N(n-1)/20136101521由表格中可以發(fā)現(xiàn)光譜線的數(shù)目比原來(lái)增加了5條所對(duì)應(yīng)的量子數(shù)為n=2和n=4；n=6和n=5，經(jīng)檢驗(yàn)，其他的量子數(shù)不存在光譜線的數(shù)目比原來(lái)增加了5條這一情況.顯然，對(duì)于量子數(shù)為n=6和n=5，n1，調(diào)高后電子的能量E大于E5-E1=13.22eV，而小于E7-E1=13.32eV，故A正確.同理，對(duì)于量子數(shù)為n=4和n=2，n2，調(diào)高后電子的能量E大于E4-E1=12.75eV，而小于E5-E1=13.06eV，故D正確【答案】AD第36講 原子核 核能教學(xué)目標(biāo)1. 知道天然放射現(xiàn)象及其規(guī)律，知道天然放射現(xiàn)象的原因是原子核的衰變2. 知道三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn)3. 知道原子核的衰變規(guī)律，知道衰變本質(zhì)，會(huì)寫兩種衰變方程了解半衰期的概念4. 知道原子核的人工轉(zhuǎn)變,知道核能；了解愛因斯坦的質(zhì)能方程,知道質(zhì)量虧損；會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能.5. 知道原子核的人工轉(zhuǎn)變,知道核能的概念.知道裂變和聚變重點(diǎn)：1. 了解天然放射現(xiàn)象和它的本質(zhì);知道三種射線的本質(zhì)和特點(diǎn) 2. 了解原子核的人工轉(zhuǎn)變和質(zhì)能能方程，會(huì)用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算難點(diǎn)：1. 三種射線的比較2. 分析核反應(yīng)過(guò)程和核能的計(jì)算。知識(shí)梳理一、天然放射現(xiàn)象1.天然放射現(xiàn)象放射性與放射性元素：物質(zhì)發(fā)射射線的性質(zhì)稱為放射性具有放射性的元素稱為放射性元素天然放射現(xiàn)象原子序數(shù)大于82的元素都有放射性天然放射性元素的種類很多，但它們?cè)诘厍蛏系暮亢苌僭有驍?shù)小于83的元素，有的也具有放射性元素這種自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象稱為天然放射現(xiàn)象。2.三種射線放射性物質(zhì)放出的射線有三種：射線、射線、射線三種射線的成分和性質(zhì)名稱構(gòu)成符號(hào)電量質(zhì)量電離能力貫穿本領(lǐng)射線氦核+2e4u最強(qiáng)最弱射線電子-e0較強(qiáng)較強(qiáng)射線光子00最弱最強(qiáng)二、衰變1.原子核的衰變：放射性元素的原子核放出某種粒子后變成新的原子核的變化2.兩種衰變：衰變、衰變鈾238（）的衰變 釷234（）的衰變 3.衰變規(guī)律：原子核衰變時(shí)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒4.實(shí)質(zhì)：衰變 衰變 5.衰變衰變或衰變后產(chǎn)生的新核往往處于高能級(jí)，不穩(wěn)定，要向低能級(jí)躍遷放出光子射線是伴隨著射線和射線產(chǎn)生的放射性物質(zhì)發(fā)生衰變時(shí)，有的發(fā)生衰，有的發(fā)生衰變，同時(shí)伴隨射線這時(shí)三種射線都有例：寫出鐳226、釙210的一次衰變方程。銅66、磷32的一次衰變方程。衰變、盧衰變表示了原子核是可以變化的每一種元素的衰變快慢一樣嗎?衰變快慢有什么規(guī)律?如何描述這一變化規(guī)律?三、半衰期1. 半衰期：放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需的時(shí)間符號(hào)2. 半衰期反映了放射性元素衰變的速率每種放射性元素都有一定的半衰期氡222衰變?yōu)獒?18的半衰期為3.8天，鐳226衰變?yōu)殡?22的半衰期為1620年，鈾238衰變?yōu)殁Q234的半衰期為4.5109年. 3. 放射性元素的半衰期的大小是由核內(nèi)部本身的因素決定的，與它所處物理狀態(tài)或化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)四、人工轉(zhuǎn)變：(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng))(盧瑟福)用粒子轟擊氮核,并預(yù)言中子的存在 (發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng))(查德威克)釙產(chǎn)生的射線轟擊鈹 (人工制造放射性同位素)正電子的發(fā)現(xiàn)(約里奧居里和伊麗芙居里夫婦)粒子轟擊鋁箔五、放射性同位素的應(yīng)用1. 利用其射線：射線電離性強(qiáng),用于使空氣電離,將靜電泄出,從而消除有害靜電。射線貫穿性強(qiáng),可用于金屬探傷,也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使DNA發(fā)生突變,可用于生物工程，基因工程。2. 作為示蹤原子。用于研究農(nóng)作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結(jié)構(gòu)及其功能。3. 進(jìn)行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質(zhì)文物的產(chǎn)生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（種類齊全，各種元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，廢料容易處理?？芍瞥筛鞣N形狀，強(qiáng)度容易控制）。六、核反應(yīng)1. 原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過(guò)程，稱為核反應(yīng)。2. 原子核的人工轉(zhuǎn)變（1）1919年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子核反應(yīng)方程 （2）查德威克發(fā)現(xiàn)中子核反應(yīng)方程 3. 核反應(yīng)規(guī)律：在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒小居里夫婦發(fā)現(xiàn)正電子 七、質(zhì)能方程1.核反應(yīng)伴隨著能量變化核反應(yīng)中放出的能量稱為核能。一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，放出2.2Mev能量2.質(zhì)量虧損組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差(或者參加核反應(yīng)的原子核總質(zhì)量與生成新原子核的總質(zhì)量之差)叫質(zhì)量虧損.3.質(zhì)能方程愛因斯坦質(zhì)能方程 質(zhì)量虧損放出能量 和結(jié)合成核放出能量2.22Mev4.原子質(zhì)量單位u 1u.66061027kg 相當(dāng)于931.5Mev的能量八、裂變重核分裂成質(zhì)量較小的核釋放出核能的反應(yīng),稱為裂變鈾核的裂變1. 鈾核裂變的一種典型反應(yīng)1939年12月，德國(guó)物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)，用中子轟擊鈾核時(shí)，鈾核發(fā)生了裂變，鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是2. 裂變反應(yīng)中的能量的計(jì)算以上述典型反應(yīng)為例：裂變前的總質(zhì)量 ，裂變后的質(zhì)量 ，質(zhì)量虧損釋放的能量1kg鈾235含有的鈾原子核數(shù)為1kg鈾235完全反應(yīng)釋放的總能量為九、聚變l. 聚變反應(yīng)由輕原子核聚合成較重原子核的反應(yīng)稱聚變.2聚變反應(yīng)的特點(diǎn)聚變反應(yīng)的特點(diǎn)主要有3個(gè)和裂變相比，聚變反應(yīng)釋放的能量更多。例如，一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生聚變，其核反應(yīng)方程是根據(jù)已知的數(shù)據(jù)氘核的質(zhì)量：mD=2.014102u 氚核的質(zhì)量：mT=3.016.050u氦核的質(zhì)量：m=4.002603u 中子的質(zhì)量：mn=1008665u該反應(yīng)釋放能量為平均每個(gè)核子放出的能量為3.3MeV聚變材料豐富1L海水中大約有003g氘，如果發(fā)生聚變，放出的能量相當(dāng)于燃燒300L汽油常見的聚變反應(yīng)在這兩個(gè)反應(yīng)中，前一反應(yīng)的材料是氘，后一反應(yīng)的材料是氘和氚，而氚又是前一反應(yīng)的產(chǎn)物所以氘是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)反應(yīng)的原始材料，而氘是重水的組成成分，在覆蓋地球表面三分之二的海水中是取之不盡的安全、無(wú)污染。聚變產(chǎn)物基本上是穩(wěn)定氦核，沒(méi)有放射性，不污染周圍環(huán)境而裂變產(chǎn)物一般都有放射性，容易引起環(huán)境污染可見，輕核的聚變是一種理想的解決能源問(wèn)題的途徑那么，是不是任意的核聚在一起就釋放能量呢?不是由愛因斯坦質(zhì)能方程可知，只有在反應(yīng)中出現(xiàn)質(zhì)量虧損，即生成物的總質(zhì)量小于反應(yīng)物的總質(zhì)量時(shí)，才能放出能量題型講解1. 三種射線的考察放射性元素衰變時(shí)放出三種射線，按穿透能力由強(qiáng)到弱的排列順序是（ ）Aa射線，b射線，g射線 Bg射線，b射線，a射線，Cg射線，a射線，b射線 Db射線，a射線，g射線【解析】由于三種射線的能量不同，所以貫穿能力最強(qiáng)的是g射線，b射線次之，a射線最弱，故正確答案選B。【答案】B2.半衰期放射性元素的原子核在a衰變或b衰變生成新原子核時(shí)，往往會(huì)同時(shí)伴隨著_輻射。已知A、B兩種放射性元素的半衰期分別為T1和T2，tT1T2時(shí)間測(cè)得這兩種放射性元素的質(zhì)量相等，那么它們?cè)瓉?lái)的質(zhì)量之比mA:mB_。， 【解析】放射性元素的原子核在衰變或衰變生成新原子核時(shí)，往往以光子的形式釋放能量，即伴隨輻射；根據(jù)半衰期的定義，經(jīng)過(guò)tT1T2時(shí)間后剩下的放射性元素的質(zhì)量相同，則 ，故3. 考查衰變、裂變、聚變以及人工轉(zhuǎn)變概念現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)：_；_；_完成上述核反應(yīng)方程，并判斷下列說(shuō)法正確的是()A是裂變，是衰變，是聚變B是聚變，是裂變，是衰變C是衰變，是裂變，是聚變D是衰變，是聚變，是裂變【答案】3C點(diǎn)評(píng)：原子核自發(fā)地放出某種粒子成為新的原子核，叫做衰變；原子序數(shù)較大的重核分裂成原子序數(shù)較小的原子核，叫做重核裂變；原子序數(shù)很小的原子核聚合成原子序數(shù)較大的原子核，叫做輕核聚變所有核反應(yīng)都遵循質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律，情況復(fù)雜時(shí)可列方程組求解4. 核能和質(zhì)量虧損某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為Q1XQ2方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表：原子核 質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001下列判斷正確的是()AX是，Q2>Q1BX是，Q2>Q1CX是，Q2<Q1DX是，Q2<Q1【解析】核反應(yīng)方程：中的質(zhì)量虧損為：m11.0078 u12.0000 u13.0057 u0.0021 u根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒可知：其質(zhì)量虧損為：m21.0078 u15.0001 u12.0000 u4.0026 u0.0053 u根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程得：Q1m1c2，Q2m2c2故Q1Q2【答案】B點(diǎn)評(píng):要注意u為質(zhì)量單位，并不是能量單位，其中1 u1.66061027 kg,1 uc2931.5 MeV5. 近代物理中的前沿科技問(wèn)題（1）K介子的衰變方程為K0，其中K介子和介子所帶電荷量為元電荷e，0介子不帶電如下圖所示，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相同，以虛線MN為理想邊界，磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為B1、B2今有一個(gè)K介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K在P點(diǎn)時(shí)的速度為v，方向與MN垂直在P點(diǎn)該介子發(fā)生了上述衰變，衰變后產(chǎn)生的介子沿速度v的反方向射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡如“心”形圖線所示則以下說(shuō)法正確的是()A介子的運(yùn)行軌跡為PENCMDPB介子運(yùn)行一周回到P用的時(shí)間TCB14B2D0介子做勻速直線運(yùn)動(dòng)【解析】由題意可知，K介子衰變?yōu)榻樽雍?介子后，介子沿速度v的反方向射出，而介子帶負(fù)電，根據(jù)左手定則可以判斷，介子的運(yùn)行軌跡為PDMCNEP，則選項(xiàng)A錯(cuò)誤；設(shè)介子在左右兩側(cè)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑分別為R1和R2，運(yùn)動(dòng)周期分別為T1和T2，由圖可知：，又R1、R2，則B12B2，即選項(xiàng)C錯(cuò)誤；而T1，T2，則介子運(yùn)行一周回到P所用的時(shí)間T T1，即選項(xiàng)B正確；0介子由于不帶電而不受洛倫茲力作用，它將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即選項(xiàng)D正確綜上所述，選項(xiàng)B、D正確【答案】BD點(diǎn)評(píng)：本題涉及勻速圓周運(yùn)動(dòng)、線速度、角速度、周期、向心力、洛倫茲力、左手定則、牛頓第二定律等知識(shí)點(diǎn)，考查學(xué)生對(duì)上述知識(shí)的理解和掌握程度，以及分析、推理的能力和信息處理的能力解決本題的關(guān)鍵在于：先利用左手定則判斷介子的運(yùn)行軌跡，再運(yùn)用洛倫茲力、牛頓第二定律等知識(shí)分析求解（2）2006年3月24日，由中國(guó)自行研究、設(shè)計(jì)的世界上第一個(gè)全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克EAST核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽(yáng)”)，如圖所示，已成功完成首次工作調(diào)試由于它和太陽(yáng)產(chǎn)生能量的原理相同，都是熱核聚變反應(yīng)，所以被外界稱為“人造太陽(yáng)”“人造太陽(yáng)”的原理就是在這臺(tái)裝置的真空室內(nèi)加入少量氫的同位素氘和氚，使其在一定條件下發(fā)生聚變反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的能量核聚變的主要原料是氘和氚，在海水中含量極其豐富則下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是B“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是 3C“人造太陽(yáng)”釋放的能量大小的計(jì)算公式是Emc2D與這種熱核聚變比較，核裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性【解析】“人造太陽(yáng)”中的核反應(yīng)為輕核的聚變，故A正確、B錯(cuò)誤核反應(yīng)釋放的能量都遵循質(zhì)能方程Emc2，C正確聚變方程產(chǎn)生的不具有放射性，而裂變反應(yīng)產(chǎn)生的廢物會(huì)衰變放出或射線，D正確【答案】B來(lái)源：