解密13 原子与原子核-备战2019年高考物理之高频考点解密 Word版含解析.pdf
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1、核心考点核心考点 考纲要求考纲要求 氢原子光谱 氢原子的能级结构、能级公式 原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期 放射性同位素 核力、核反应方程 结合能、质量亏损 裂变反应和聚变反应、裂变反应堆 射线的危害和防护 光电效应 爱因斯坦光电效应方程 考点考点 1 光电效应光电效应 一、光电效应一、光电效应 1光电效应现象 照射到金属表面的光,能使金属中的电子从表面逸出。逸出的电子叫做光电子。 2光电效应的规律 (1)每种金属都有一个发生光电效应的最小频率,称为截止频率或极限频率(c)。 (2)入射光的频率不变时,入射光越强,饱和光电流越大。光电流的强度(单位时间内发射的光电子 数)与入射光的
2、强度成正比。 (3)入射光的频率不变时,存在一个使光电流减小到 0 的反向电压,即遏止电压(Uc)。表明光电子 的能量只与入射光的频率有关,而与入射光的强度无关。 (4)光照射到金属表面时,光电子的逸出几乎是瞬时的,精确测量为 109 s。 3爱因斯坦光电效应方程 (1)光子说:光由一个个不可分割的能量子组成,频率为 的光的能量子为 h,即光子,其中 h 普朗 克常量。 (2)爱因斯坦光电效应方程:Ek=hW0 其中 Ek为光电子的最大初动能,Ek=eUc=mev2,h 为入射光子的能量,W0为金属的逸出功 1 2 4爱因斯坦光电效应方程对光电效应的解释 (1)光电子的最大初动能 Ek与入射光
3、的频率 有关,而与光的强弱无关。只有当 hW0时,才有光电 子逸出,截止频率 c= 0 W h (2)电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,所以光电流几乎在瞬间产生。 (3)对于频率 相同的光,光较强时,包含的光子数较多,照射金属时产生的光电子较多,因而饱和 光电流较大。 二、光电效应的图象分析二、光电效应的图象分析 1光电流与电压的关系图象(IU 图象) (1)电压范围足够大时,电流的最大值为饱和光电流 Im;图线与横轴交点的横坐标的绝对值为遏止电 压 Uc;光电子的最大初动能 Ek=eUc (2)频率相同的入射光,遏止电压相同;饱和光电流与光照强度成正比。 (3)不同频率的入
4、射光,遏止电压不同;入射光频率越大,遏止电压越大。 2最大初动能与入射光频率的关系图象(Ek 图象) (1)函数方程为 Ek=hW0=hhc (2)图线斜率等于普朗克常量 h;横轴截距等于截止频率 vc;纵轴截距的绝对值 E 等于逸出功 W0=hc 3遏止电压与入射光频率的关系图象(Uc 图象) (1)函数方程为 Uc= h e 0 W e h e c h e (2)图线斜率与电子电荷量的乘积等于普朗克常量 h;横轴截距等于截止频率 c;纵轴截距的绝对值 与电子电荷量的乘积等于逸出功。 (2018黑龙江省哈尔滨师范大学附属中学)用如图所示的光电管研究光电效应的实验中,用某种频 率的单色光照射光
5、电管的阴极 K,电流计 G 的指针不发生偏转。那么 A该单色光光的频率一定小于阴极 K 的极限频率 B增加单色光的强度可能使电流计 G 的指针发生偏转 C若将变阻器滑片 P 向左滑动,有可能使电流计 G 的指针发生偏转 D交换电源的正负极可能使电流计 G 的指针发生偏转 【参考答案】【参考答案】CD 【试题解析】【试题解析】 电流计 G 指针不偏转, 有可能是电流太小或者由于两极板间电压太大, 光电子不能达到 A 板,故有可能发生光电效应现象,即该单色光的频率有可能大于阴极 K 的极限频率,若将变阻器滑片 P 向 左滑动,电流增大,所以该情况下有可能使电流计 G 的指针发生偏转,A 错误 C
6、正确;如果是该单色光光 的频率小于阴极 K 的极限频率,则不可能发生光电效应现象,而增加单色光的强度只会增加光电子数目, 仍旧不会发生光电效应,即不会使得电流计发生偏转,B 错误 ; 若发生光电效应现象,则交换电源的正负极, 则光电子受到电场加速,故可以使得电流计的指针发生偏转,D 正确。 1(2018河南省鹤壁市)1916 年,美国著名实验物理学家密立根,完全肯定了爱因斯坦光电效应方 程,并且测出了当时最精确的普朗克常量 h 的值,从而赢得 1923 年度诺贝尔物理 (1)有些光谱是一条条的亮线(谱线),这样的光谱叫做线状谱。 (2)有的光谱是连在一起的光带,这样的光谱叫做连续谱。 3光谱分
7、析 (1)特征谱线:各种原子的发射光谱都是线状谱,原子只能发出几种特定频率的光。不同原子的亮线 位置不同,说明不同院子的发光频率不一样,这些亮线被称为原子的特征谱线。 (2)明线光谱,又叫发射光谱。物质(原子)发光,特征谱线为亮线。 (3)暗线光谱,又叫吸收光谱。物质(原子)吸收白光,特征谱线为暗线。 (4)光谱分析:每种原子都有自己的特征谱线,用特征谱线可以鉴别物质和确定物质的组成成分。 二、氢原子光谱的实验规律二、氢原子光谱的实验规律 11885 年,巴耳末(J.J.Balmer)分析氢原子光谱在可见光区的四条谱线,写出了表示谱线波长关系 的巴耳末公式。 2巴耳末公式:=R(),n=3,4
8、,5,其中 R 为里德伯常量,R=1.10107 m1 1 2 1 2 2 1 n 3由巴耳末公式确定的一组谱线称为巴耳末系。氢光谱在红外和紫外光区的其他谱线的波长也满足与 巴耳末公式类似的关系式。 三、经典理论解释原子问题的困难三、经典理论解释原子问题的困难 1原子的稳定性 (1)经典理论:核外电子在原子核库仑引力的作用下绕核转动,会产生变化的电磁场,电子的动能以 电磁波的形式辐射出去,最终电子会落向原子核。 (2)实际现象:原子是个很稳定的系统。 2原子光谱的分立特征 (1)经典理论:电子辐射电磁波的频率就是电子绕原子核转动的频率,电子绕核转动的频率是连续变 化的,则原子辐射的各种频率的光
9、,即原子光谱应该是连续的。 (2)实际现象:原子光谱是分立的线状谱。 四、玻尔的原子模型四、玻尔的原子模型 1玻尔原子理论的基本假设 (1)轨道量子化与定态 电子的轨道是量子化的电子的轨道是量子化的。 当电子在不同的轨道上运动时,原子处于不同的状态,具有不同的能量,即原子的能量是量子化的原子的能量是量子化的。 这些量子化的能量值叫做能级能级。原子中这些具有确定能量的稳定状态,称为定态定态。 定态中能量最低的状态叫做基态基态,其他状态叫做激发态激发态。 通常用一个或几个量子数来标志各定态, 如用 n=1, 2, 3,对应的 E1, E2, E3,表示氢原子基态 (n=1) 和激发态(n=2,3,
10、4,)的能量值。 (2)频率条件 当电子从能量较高的定态轨道(Em)跃迁到能量较低的定态轨道(En,mn)时,会放出能量为 h 的 光子,有 h=EmEn,其中 h 为普朗克常量。 2氢原子的能级 (1)氢原子的能级 (2)氢原子的能级公式:En=E1(n=1,2,3,),其中 E1为基态能量,E1=13.6 eV 2 1 n (3)氢原子的半径公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),其中 r1为基态半径,又称玻尔半径,r1=5.31011 m 3玻尔模型的意义与局限性 (1)意义:玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域,提出了定态和跃迁的概念,成功地解释 了氢原子光谱的实验规律。 (2
11、)局限:对稍微复杂一点的原子如氦原子的光谱现象,玻尔理论无法解释。玻尔理论仍保留了经典 粒子的观念,仍然把电子的运动看作经典力学中轨道运动。 (3)实际上,原子中电子的坐标是概率的,其概率分布可通过电子云形象地表示出来。 五、能级跃迁五、能级跃迁 1氢原子的能级跃迁 (1)低能级高能级 吸收能量,原子能量变大;电子的轨道半径变大,电场力做负功,电势能变大,电子动能变小。 (2)高能级低能级 放出能量,原子能量变小;电子的轨道半径变小,电场力做正功,电势能变小,电子动能变大。 2电离 (1)定义:电子脱离原子核的束缚成为自由电子的过程叫做电离。 (2)电离态:n=,E=0 氢原子基态电离态,吸收
12、 13.6 eV 的电离能;激发态(En)电离态:吸收 En+13.6 eV 的电离能。 如过原子吸收的能量足够大,自由电子还将携带一部分动能。 3氢原子从高能级向低能级跃迁发出的谱线数 (1)一个氢原子从高能级(n)向各低能级跃迁发出的谱线最多有 n1 条。 (2)一群氢原子从高能级(n)向各低能级跃迁发出的谱线最多有=条。 2 Cn (1) 2 n n 4入射光子和入射电子的区别 (1)若入射光子使原子跃迁,则入射光子的能量一定等于原子的某两个能级差,或大于等于原子的电 离能。 (2)若入射电子使原子跃迁,则入射电子的能量只需要大于等于原子的某两个能级差或电离能。如弗 兰克赫兹实验中,汞原
13、子的能量是量子化的,电子的动能会被汞原子以 4.9 eV 的整数倍吸收。 (2018山东省济南第一中学)氦原子被电离出一个核外电子,形成类氢结构的离子,其能能级示意 图如图所示,当分别用能量均为50 eV的电子和光子作用于处在基态的氦离子时 A当用能量为50 eV光子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为 40.8 eV 的光子 B当用能量为50 eV光子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为 40.8 eV 的光子 C当用能量为50 eV电子作用于处在基态的氦离子时可能辐射能量为 40.8 eV 的光子 D当用能量为50 eV电子作用于处在基态的氦离子时一定不能辐射能量为 40.8 eV
14、 的光子 【参考答案】【参考答案】BC 【试题解析】【试题解析】当用能量为 50 eV 光子作用于处在基态的氦离子时,能量为54.4+50.0 eV=4.4 eV,不 能跃迁,一定不能辐射能量为 40.8 eV 的光子,故 A 错误,B 正确;当用能量为 50 eV 电子作用于处在基态 的氦离子时, 基态的氦离子吸收部分的电子能量, 能跃迁到第二能级, 可以辐射能量为 40.8 eV 的光子, 故 C 正确,D 错误。 1(2018内蒙古集宁一中)图甲为氢原子的能级图,图乙为某金属在光的照射下,发生光电效应时产生 的光电子的最大初动能 Ek与入射光频率 的关系图象。 若氢原子从 n=3 能级跃
15、迁到 n=2 能级放出的光子 刚好使该金属发生光电效应,普朗克常数 h=6.631034 Js,1 eV=1.61019 J,则下列说法正确的是 A由乙图知普朗克常量 h= 0 E v B乙图中 E=h0=1.89 eV C该金属的极限频率为 5.41014 Hz D用氢原子从 n=2 能级跃迁到 n=1 能级释放的光子去照射该金属,打出光电子的最大初动能为 10.2 eV 【答案】B 考点考点3 原子核与放射性原子核与放射性 一、原子核的组成一、原子核的组成 1天然放射现象 (1)定义:元素自发地放出射线的现象。1896 年,法国物理学家贝可勒尔首先发现。 (2)放射性和放射性元素 物质发射
16、射线的性质称为放射性,具有放射性的元素称为放射性元素。 (3)意义:原子核内部是有结构的。 2三种射线 名称本质来源速度电离能力穿透能力 射线氦核流原子核可达 0.1c强较差,用纸即可挡住 射线高速电子流中子质子+电子可达 0.99c较弱较强,穿透几毫米厚的铝板 射线 电磁波,波长 小于 0.1 nm 原子核能级跃迁c最小 最强,穿透几厘米厚的铅板 和几十厘米厚的混凝土 3原子核的组成 (1)质子 1919 年,卢瑟福用镭放射出的 粒子轰击氮原子核,从氮原子核中打出了质子。 质子用符号 p(或)表示,带正电,所带电荷量大小等于元电荷。 1 1H (2)中子 卢瑟福通过质子的发现猜想了中子的存在
17、。1932 年,查德威克实验证实。 中子用符号 n 表示,其质量与质子非常接近,不带电。 (3)质子和中子除了带电的差异及质量的微小差别外,其余性质十分相似,都是原子核的组成部分, 故统称为核子。 原子核用符号表示,X 为元素符号,Z 为原子核的电荷数(即原子序数)等于核内质子数,A 为原X A Z 子核的质量数等于核子数。 质子数相同而中子数不同的原子核互称同位素。 特别提示: 原子核的电荷数不是它所带的电荷量,质量数也不是它的质量。 二、放射性元素的衰变二、放射性元素的衰变 1原子核的衰变 (1)定义:原子核放出 粒子或 粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。 (2)分类 衰变:,
18、如 衰变实质是 2 个质子和 2 个中子结合成一个整体从原子核中被抛射出来。 衰变:,如 衰变实质是原子核的中子转化成一个质子和一个电子, (3)衰变时,原子核会从较高能级向低能级跃迁,放出能量,能量以 光子的形式辐射出来。所以 射线经常伴随着 射线和 射线产生。 当放射性物质 (如) 发生连续衰变时, 原子核中既发生了 衰变, 238 92U 又发生了 衰变,同时伴随着 辐射,这时放射性物质发出的射线中就会同时有 、 和 三种射线。 2半衰期 (1)定义:放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间。 (2)原子核发生衰变是概率的,半衰期描述的是大量原子核发生衰变的统计规律。 (3)元素的放射
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