高中物理专题--近代物理初步

专题：近代物理初步问题【考点】光电效应规律、光电效应的实质及发生条件，爱因斯坦光电效应方程及图象问题； 氢原子光谱、玻尔的原子模型、（能级、基态、激发态、量子数）（能级公式和轨道半径公式）、能级跃迁问题；核电荷数、核质量数、三种射线的比较、原子核的衰变（两种衰变实质的比较、衰变规律）、半衰期、确定衰变次数的方法；核反应方程与核能的计算、核反应的四种类型、核反应方程式的书写、质量亏损与结合能、质能方程、核能的计算方法（三种）；【知识点归纳】考点一 对光电效应规律的理解1.光电效应现象：在光的照射下,金属中的 电子 从表面逸出的现象。

发射出来的电子叫 光电子 。

2.光电效应的产生条件：入射光的频率v 大于 金属的极限频率（截止频率v c ）。

cv v >（决定能否逸出光电子，发生光电效应。

）（1）金属的极限频率（截止频率v c ）hW v c 0=（W 0 ：金属的逸出功 ； h ：普朗克常量 。

）对于每种金属，都相应确定的截止频率 ν c 。

1、当入射光频率ν > ν c 时，电子才能逸出金属表面；(发生光电效应)2、当入射光频率 ν < ν c 时，无论光强多大也没有电子逸出金属表面。

（不能发生光电效应） （2）逸出功W 0 ：使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。

c hv W =0 它等于金属表面的电子脱离金属所做的功。

不同金属的逸出功不同。

光电流：光电子定向移动形成的电流。

（3）饱和光电流 I s实验表明：保持光频率、光强不变，增大U AK ，G 表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。

结论1：对于一定颜色的光，入射光越强，饱和光电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。

（4）遏止电压 U c ：使光电流减小到零的反向电压。

当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力做功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。

U c 称为遏止电压。

kmc E eU = ，W hv E km -=实验表明：对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。

一、光电效应1．实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率低于这个频率时不发生光电效应。

(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。

(3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10－9 s。

(4)当入射光的频率大于或等于极限频率时，饱和光电流的大小与入射光的强度成正比。

2．三个概念(1)最大初动能：只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。

(2)饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。

(3)入射光强度：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。

3．光电效应方程(1)方程：E k＝hν－W0，光电子的最大初动能E k可以利用光电管用实验的方法测得，即E k＝eU c，其中U c是遏止电压。

(2)极限频率：νc ＝W 0h 。

(3)逸出功：它与极限频率νc 的关系是W 0＝hνc 。

二、能级跃迁1．氢原子能级2．谱线条数一群氢原子处于量子数为n 的激发态时，最多可能辐射出的光谱线条数N ＝C 2n ＝n （n －1）2。

三、核反应和核能1．原子核衰变 衰变类型α衰变 β衰变 衰变方程 A Z X →A －4Z －2Y ＋42He A Z X → A Z ＋1Y ＋0－1e衰变实质 2个质子和2个中子结合成一个整体射出核内的一个中子转化成了一个质子和一个电子 211H ＋210n →42He 10n →11H ＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量。

(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。

(3)质能方程：E ＝mc 2，即一定的能量和一定的质量相联系。

高考物理重难点专练重难点14 近代物理初步【知识梳理】一、氢原子光谱、氢原子的能级、能级公式1．原子的核式结构（1）电子的发现：英国物理学家汤姆孙发现了电子。

（2）α粒子散射实验：1909～1911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来。

（3）原子的核式结构模型：在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。

2．光谱（1）光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）和强度分布的记录，即光谱。

（2）光谱分类有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱。

有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱。

（3）氢原子光谱的实验规律巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1λ＝R ⎝⎛⎭⎫122－1n 2，（n ＝3，4，5，…），R 是里德伯常量，R ＝1.10×107 m －1，n 为量子数。

3．玻尔理论（1）定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。

（2）跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m －E n 。

（h 是普朗克常量，h ＝6.63×10－34 J·s ）（3）轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。

原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。

4．氢原子的能级、能级公式（1）氢原子的能级能级图如图所示（2）氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1（n＝1，2，3，…），其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV。

第2课时光电效应波粒二象性基础知识题组1．[黑体辐射和能量子的理解]下列说法正确的是() A．一般物体辐射电磁波的情况与温度无关，只与材料的种类及表面情况有关B．黑体能完全吸收入射的各种波长的电磁波，不反射C．带电微粒辐射和吸收的能量，只能是某一最小能量值的整数倍D．普朗克最先提出了能量子的概念2．[光电效应规律的理解]关于光电效应的规律，下列说法中正确的是() A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能产生B．光电子的最大初动能跟入射光强度成正比C．发生光电效应的反应时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比3．[光的波粒二象性的理解]下列说法正确的是() A．光电效应反映了光的粒子性B．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性C．光的干涉、衍射、偏振现象证明了光具有波动性D．只有运动着的小物体才有一种波和它相对应，大的物体运动是没有波和它对应的考点梳理一、黑体辐射与能量子1．黑体与黑体辐射(1)黑体：是指能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体．(2)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．a．随着温度的升高，各种波长的辐射强度都．b．随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．2．能量子(1)定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个值的整数倍．即能量的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子的大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.63×10－34 J·s.二、光电效应1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做光电效应，发射出来的电子叫做2．光电效应规律(1)每种金属都有一个．(2)光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的增大而增大．(3)光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是的．(4)光电流的强度与入射光的成正比．3．爱因斯坦光电效应方程(1)光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子．光子的能量为ε＝hν，其中h是普朗克常量，其值为6.63×10－34 J·s.(2)光电效应方程：其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的逸出功．4．遏止电压与截止频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c.(2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．(3)逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，叫做该金属的逸出功．三、光的波粒二象性与物质波1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有．(2)光电效应说明光具有(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的．2．物质波(1)概率波光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波．(2)物质波任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.考点突破考点一对光电效应规律的理解例11905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是()A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应解析根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生光电效应，故A、D正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错误；根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错误．答案AD 突破训练1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则()A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D．有可能不发生光电效应解析光电效应瞬时(10－9 s)发生，与光强无关，A错；能否发生光电效应，只取决于入射光的频率是否大于极限频率，与光强无关，D错；对于某种特定金属，光电子的最大初动能只与入射光频率有关，入射光频率越大，最大初动能越大，B错；光电子数目多少与入射光强度有关(可理解为一个光子能打出一个电子)，光强减弱，逸出的电子数目减少，C对．答案 C考点二 对光电效应方程的应用和E k －ν图象的考查 1． 爱因斯坦光电效应方程E k ＝hν－W 0hν：光电子的能量W 0：逸出功，即从金属表面直接飞出的光电子克服正电荷引力所做的功． E k ：光电子的最大初动能．2． 由E k －ν图象(如图1)可以得到的信息(1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc .(2)逸出功：图线与E k 轴交点的纵坐标的值E ＝W 0.(3)普朗克常量：图线的斜率k ＝h .图1例2 如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线(直线与横轴的交点坐标为4.27，与纵轴交点坐标为0.5)．由图可知 ( )A ．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B ．该金属的截止频率为5.5×1014 Hz C ．该图线的斜率表示普朗克常量 D ．该金属的逸出功为0.5 eV解析 图线在横轴上的截距为截止频率，A 正确，B 错误；由光电效应方程E k ＝hν－W 0可知图线的斜率为普朗克常量，C 正确；金属的逸出功为W 0＝hνc ＝6.63×10－34×4.27×10141.6×10－19eV ＝1.77 eV ，D 错误．答案 AC突破训练2 已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ(电子质量m e ＝9.11×10－31 kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s,1 eV＝1.60×10－19 J)．答案 2.01×10－7m解析 根据爱因斯坦光电效应方程hc λ＝W 0＋12m e v 2所以λ＝2.01×10－7m.考点三 对光的波粒二象性、物质波的考查光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为： (1)个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．(2)频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．(3)光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时，往往表现为粒子性． 例3 关于物质的波粒二象性，下列说法中不正确的是 ( )A ．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B ．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C ．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的D ．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性 解析 光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，大量光子运动的规律表现出光的波动性，而单个光子的运动表现出光的粒子性．光的波长越长，波动性越明显，光的频率越高，粒子性越明显．而宏观物体的德布罗意波的波长太小，实际很难观察到波动性，不是不具有波粒二象性．答案 D突破训练3 关于光的本性，下列说法正确的是 ( )A ．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B ．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C ．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D ．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 答案 D解析 光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同的侧面、不同属性，只能认为光具有波粒二象性，选项D 正确. 例4 (2010·江苏单科·12C(1))研究光电效应的电路如图3所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I 与A 、K 之间的电压U AK 的关系图象中，正确的是________．解析 由于光的频率相同，所以对应的反向截止电压相同，选项A 、B 错误；发生光电效应时，在同样的加速电压下，光强度越大，逸出的光电子数目越多，形成的光电流越大，所以选项C 正确，D 错误． 答案 C方法提炼：1.常见电路(如图所示) 2．两条线索(1)通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大． (2)通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大 高考题组 1．(2012·四川理综·18)a 、b 两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其折射光束如图5所示．用a 、b 两束光 ( )A ．先后照射双缝干涉实验装置，在缝后屏上都能出现干涉条纹，由此确定光是横波B ．先后照射某金属，a 光照射时恰能逸出光电子，则b 光照射时也能逸出光电子C ．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，若b 光不能进入空气，则a 光也不能进入空气D ．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，a 光的反射角比b 光的反射角大 2． (2011·江苏单科·12C(1))下列描绘两种温度下黑体辐射强度与波长关系的图中，符合黑体辐射实验规律的是 ( )3． (2010·天津理综·8)用同一光电管研究a 、b 两种单色光产生的光电效应，得到光电流I 与光电管两极间所加电压U 的关系如图所示．则这两种光( )A ．照射该光电管时a 光使其逸出的光电子最大初动能大B ．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角大C ．通过同一装置发生双缝干涉，a 光的相邻条纹间距大D ．通过同一玻璃三棱镜时，a 光的偏折程度大 4． (2010·浙江理综·16)在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( ) A ．甲光的频率大于乙光的频率 B ．乙光的波长大于丙光的波长C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D ．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 模拟题组5． 用光照射某种金属，有光电子从金属表面逸出，如果光的频率不变，而减弱光的强度，则( )A ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能不变B ．逸出的光电子数减少，光电子的最大初动能减小C ．逸出的光电子数不变，光电子的最大初动能减小D ．光的强度减弱到某一数值，就没有光电子逸出了6． 如图所示，用a 、b 两种不同频率的光分别照射同一金属板，发现当a 光照射时验电器的指针偏转，b 光照射时指针未偏转，以下说法正确的是( ) A ．增大a 光的强度，验电器的指针偏角一定减小 B ．a 光照射金属板时验电器的金属小球带负电 C ．a 光在真空中的波长小于b 光在真空中的波长D ．若a 光是氢原子从n ＝4的能级向n ＝1的能级跃迁时产生的，则b光可能是氢原子从n ＝5的能级向n ＝2的能级跃迁时产生的练出高分题组1 对光的波粒二象性的考查 1． 下列说法正确的是 ( )A ．有的光是波，有的光是粒子B ．光子与电子是同样的一种粒子C ．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D ．γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性2． 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度．使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果下列认识正确的是 ( )A ．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点B ．单个光子的运动没有确定的规律C ．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D ．只有大量光子的行为才表现出波动性 ►题组2 对光电效应理解的考查3． 利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是 ( )A ．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B ．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C ．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D ．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子4． 入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，下列说法中正确的是 ( ) A ．有可能不发生光电效应B ．从光照射到金属表面上至发射出光电子之间的时间间隔将明显增加C ．逸出的光电子的最大初动能将减小D ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少 5． 光电效应的实验结论是：对于某种金属 ( )A ．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B ．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应C ．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电子的最大初动能就越小D ．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电子的最大初动能就越大 6． 对光电效应的理解正确的是 ( )A ．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B ．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应C ．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大D ．由于不同金属的逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应，入射光的最低频率也不同题组3 对光电效应方程应用的考查7. 如图是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象．由图象可知 ( ) A ．该金属的逸出功等于E B ．该金属的逸出功等于hνc C ．入射光的频率为2νc 时，产生的光电子的最大初动能为ED ．入射光的频率为νc 2时，产生的光电子的最大初动能为E28． 下表给出了一些金属材料的逸出功.现用波长为(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c＝3.0×108 m/s) ()A．2种B．3种C．4种D．5种9．如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则()A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K时，电路中一定有光电流C．增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大D．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生10．2009年诺贝尔物理学奖得主威拉德·博伊尔和乔治·史密斯主要成就是发明了电荷耦合器件(CCD)图象传感器．他们的发明利用了爱因斯坦的光电效应原理．如图3所示电路可研究光电效应规律．图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极．理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压．现接通电源，用光子能量为10．5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表的示数为 6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料的逸出功为________，若增大入射光的强度，电流计的读数________(选填“为零”或“不为零”)．11．紫光在真空中的波长为4.5×10－7 m，问：(1)紫光光子的能量是多少？(2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014 Hz的金属钾能否产生光电效应？若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34 J·s)12．如图所示，当开关S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．(1)求此时光电子的最大初动能的大小；图4(2)求该阴极材料的逸出功．第3课时原子与原子核基础知识题组1．[原子核式结构模型的理解]下列说法正确的是()A．汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕”式原子模型B．卢瑟福做α粒子散射实验时发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数α粒子发生大角度偏转C．α粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上D．卢瑟福提出了原子“核式结构”模型，并解释了α粒子发生大角度偏转的原因2．[光谱与光谱分析]对于原子光谱，下列说法正确的是()A．原子光谱是不连续的B．由于原子都是由原子核和电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的C．各种原子的原子结构不同，所以各种原子的原子光谱也不相同D．分析物质发光的光谱，可以鉴别物质中含哪些元素3．[玻尔原子结构模型的理解]根据玻尔理论，下列说法正确的是()A．电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B．处于定态的原子，其电子绕核运动，但它并不向外辐射能量C．原子内电子的可能轨道是不连续的D．原子能级跃迁时，辐射或吸收光子的能量取决于两个轨道的能量差4．[原子核衰变的理解]下列说法正确的是()A．原子核在衰变时能够放出α射线或β射线B.23290Th经过一系列α和β衰变，成为20882Pb，铅核比钍核少12个中子C．原子核的半衰期与物质的质量有关，质量大，半衰期长D．对物质加热或加压可以缩短原子核的半衰期考点梳理一、原子的核式结构1. α粒子散射实验的结果绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至被撞了回来，如图所示．2．卢瑟福的原子核式结构模型在原子的中心有一个很小的核，叫，原子的所有正电荷和几乎都集中在原子核里，带负电的电子在核外绕核旋转．3．原子核的尺度：原子核直径的数量级为m，原子直径的数量级约为m.二、玻尔理论1．定态：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些能量状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量．2．跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝E m－E n.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)3．轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的．4．氢原子的能级、能级公式(1)氢原子的能级图(如图所示)(2)氢原子的能级和轨道半径①氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝－13.6 eV.②氢原子的半径公式：r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m.三、天然放射现象、原子核的组成1．天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由发现．天然放射现象的发现，说明还具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫．具有放射性的元素叫．2．原子核(1)原子核的组成①原子核由中子和质子组成，质子和中子统称为．②原子核的核电荷数＝质子数，原子核的质量数＝③X元素原子核的符号为A Z X，其中A表示，Z表示．(2)同位素：具有相同、不同的原子，因为在元素周期表中的相同，同位素具有相同的性质．3．1．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类α衰变：A Z X→A－4Z－2Y＋42Heβ衰变：A Z X→A Z＋1Y＋0－1e2．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理或化学状态无关．5．[核能的计算方法]已知22688Ra，22286Rn，42He的原子质量分别是226.025 4 u，222.017 5 u，4.002 6 u．求出22688Ra在α衰变22688Ra→22286Rn＋42He中放出的能量(以电子伏特为单位)．答案 4.937 0×106 eV解析衰变后的质量亏损为Δm＝(226.025 4－222.017 5－4.002 6) u＝0.005 3 u．因为1 u相当于931.5 MeV，因此释放的能量为ΔE＝0.005 3×931.5 MeV≈4.937 0 MeV＝4.937 0×106 eV.6．[核能的计算方法]铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n.试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量．(23592U，14156Ba，9236Kr，10n的质量分别为235.043 9 u，140.913 9 u,91.897 3 u,1.008 7 u．)答案200.6 MeV解析裂变反应的质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－140.913 9－91.897 3－3×1.008 7) u＝0.215 3 u.一个铀235原子核裂变后释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.215 3×931.5 MeV＝200.6 MeV.方法提炼1．核能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能．2．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.考点突破考点一氢原子能级及能级跃迁对原子跃迁条件的理解(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子．只有当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差．特别提醒 原子的总能量E n ＝E k n ＋E p n ，由ke 2r 2n ＝m v 2r n 得E k n ＝12ke 2r n，因此，E k n 随r的增大而减小，又E n 随n 的增大而增大，故E p n 随n 的增大而增大，电势能的变化也可以从电场力做功的角度进行判断，当r 减小时，电场力做正功，电势能减小，反之，电势能增大．例1 如图3所示为氢原子能级示意图，现有大量的氢原子处于n ＝4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光，下列说法正确的是( ) A ．这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 B ．由n ＝2能级跃迁到n ＝1能级产生的光频率最小C ．由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的光最容易表现出衍射现象D ．用n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV 的金属铂能发生光电效应解析 这些氢原子向低能级跃迁时可辐射出C 24＝4×32＝6种光子，选项A 错误；由n ＝4能级跃迁到n ＝3能级产生的光子能量最小，所以频率最小，选项B 错误；由n ＝4能级跃迁到n ＝1能级产生的光子能量最大，频率最大，波长最小，最不容易表现出衍射现象，选项C 错误；从n ＝2能级跃迁到n ＝1能级辐射出的光子能量为10.20 eV>6.34 eV ，所以能使金属铂发生光电效应，选项D 正确． 答案 D 方法提炼1.一个原子和一群原子的区别：一个氢原子只有一个电子，在某个时刻电子只能在某一个可能的轨道上，当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道上时，可能情况有多种C 2n＝n n －12，但产生的跃迁只有一种．而如果是大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会出现所有的可能情况．2．入射光子和入射电子的区别：若是在光子的激发下引起原子跃迁，则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级差；若是在电子的碰撞下引起的跃迁，则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级差．两种情况有所区别．突破训练1 某光电管的阴极为金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ，如图4是氢原子的能级图，一群处于n ＝4能级的氢原子向低能级跃迁时，辐射的光照射到该光电管的阴极上，这束光中能使金属钾发生光电效应的光谱线条数是 ( ) A ．2条 B ．4条 C ．5条 D ．6条 答案 B考点二 原子核和原子核的衰变 图41． 衰变规律及实质 (1)(2)γα衰变或β衰变的过程中，产生的新核由于具有过多的能量(核处于激发态)而辐射出光子． 2． 原子核的人工转变用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程． 典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程为：14 7N ＋42He→17 8O ＋11H. (2)查德威克发现中子的核反应方程为： 94Be ＋42He→12 6C ＋10n.(3)居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为： 2713Al ＋42He→3015P ＋10n. 3015P→3014Si ＋0＋1e.3． 确定衰变次数的方法(1)设放射性元素A Z X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则表示该核反应的方程为A Z X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 0－1e根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程 A ＝A ′＋4n ，Z ＝Z ′＋2n －m(2)确定衰变次数，因为β衰变对质量数无影响，先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数． 4． 半衰期(1)公式：N 余＝N 原(12)t /τ，m 余＝m 原(12)t /τ式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关． 例2 (2011·海南·19(1))2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I 和137Cs 两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I 和137Cs 的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I 和137Cs 原子核中的中子数分别是________和________． A ．X 1―→13756Ba ＋10nB ．X 2―→131 54Xe ＋0－1eC ．X 3―→137 56Ba ＋0－1eD ．X 4―→13154Xe ＋11p解析 根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I 的衰变为选项B,137Cs 的衰变为选项C,131I 的中子数为131－53＝78,137Cs 的中子数为137－55＝82. 答案 B C 78 82例3 (1)关于放射性元素的半衰期，下列说法正确的有 ( ) A ．是原子核质量减少一半所需的时间 B ．是原子核有半数发生衰变所需的时间C ．把放射性元素放在密封的容器中，可以减小放射性元素的半衰期D ．可以用来测定地质年代、生物年代等(2)某考古队发现一古生物骸骨．考古专家根据骸骨中14 6C 的含量推断出了该生物死亡的年代．已知。

高中物理专题：近代物理初步【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅰ卷）【母题原题】(多选)(2020·全国Ⅰ卷)下列核反应方程中,X 1、X 2、X 3、X 4代表α粒子的有( ) A ．2211101H +H n +X → B ．2311102H +H n +X →C ．23511448992056363U +n Ba +Kr +3X → D ．1630314n +Li H +X →【答案】BD【解析】α粒子为氦原子核42He,根据核反应方程遵守电荷数守恒和质量数守恒可判断:A 选项中的X 1为32He,B 选项中的X 2为=42He,C 选项中的X 3为中子10n,D 选项中的X 4为42He,故选项B 、D 正确,A 、C 错误。

【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅱ卷）【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)氘核H 21可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式241112106H 2He 2H+2n+43.15MeV →+ 表示。

海水中富含氘,已知1 kg 海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M 的标准煤燃烧时释放的热量相等;已知 1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10-13 J,则M 约为( ) A.40 kgB.100 kgC.400 kgD.1 000 kg 【答案】C【解析】6个氘核聚变可释放43.15 MeV 能量,故1 kg 海水中的氘核全部发生聚变释放的能量为Q1=43.15×1.6×10-13×221.0106⨯J,质量为M 的标准煤燃烧释放的热量为Q2=M×2.9×107 J,因Q1=Q2,解得M≈400 kg,C 正确,A 、B 、D 错误。

高中物理：近代物理初步知识点一、波粒二象性1.1900年普朗克能量子假说，电磁波的发射和吸收是不连续的，而是一份一份的E=hv2.赫兹发现了光电效应，1905年，爱因斯坦解释了光电效应，提出光子说及光电效应方程3.光电效应①每种金属都有对应的vC和W0，入射光的频率必须大于这种金属极限频率才能发生光电效应。

②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光频率的增大而增大（），即最大初动能Ekm与入射光频率成线性关系。

③入射光频率一定时，光电流强度与入射光强度成正比。

④光电子的发射时间一般不超过10-9秒，与频率和光强度无关。

4.光电效应和康普顿效应说明光的粒子性，干涉（波的叠加，又分单缝干涉、双缝干涉、薄膜干涉）、衍射（波绕过障碍物继续传播的现象）、偏振说明光的波动性。

石墨对X射线散射时，部分X射线的散射光波长会变大，这个现象称为康普顿效应，康普顿效应不仅表明光具有能量，还具有动量。

5.光电效应方程 nc=W0/h6.光的波粒二象性物质波概率波不确定性关系①大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强．②实物粒子也具有波动性这种波称为德布罗意波，也叫物质波。

③从光子的概念上看，光波是一种概率波④不确定性关系：二、原子核式结构模型1.1897年英国物理学家汤姆生，对阴极射线进行了一系列的研究，从而发现了电子（负电子：0-1e）。

2.粒子散射实验和原子核结构模型（1）粒子散射实验：1909年，卢瑟福①装置：②现象：a.绝大多数ɑ粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。

b.有少数ɑ粒子发生较大角度的偏转c.有极少数ɑ粒子的偏转角超过了90度，有的几乎达到180度，即被反向弹回。

3.几个考点①卢瑟福的ɑ粒子散射，说明了原子具有核式结构。

②汤姆孙发现电子，说明了原子可再分或原子有复杂结构③放射性现象，说明了原子核具有复杂结构4.玻尔理论（1）经典电磁理论不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的②跃迁假设：电子跃迁辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由Em-En =hv严格决定③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。