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1、要點15　原子物理 [規(guī)律要點] 一、波粒二象性 1.光電效應 (1)光電效應的規(guī)律 ①任何一種金屬都有一個截止頻率，低于這個截止頻率則不能發(fā)生光電效應。 ②光電子的最大初動能與入射光的強度無關，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。 ④大于截止頻率的光照射金屬時，光電流強度與入射光強度成正比。 (2)光電流與電壓的關系 給光電管加反向電壓時，隨電壓的增大，光電流逐漸減小，當電壓大于或等于遏止電壓時，光電流為0。如圖所示，給光電管加正向電壓時，隨電壓的增大光電流逐漸增大，當電壓增大到某一值時，光電流達到飽和值，再增大電壓，光電流不再增加。 2.光電

2、效應方程 (1)最大初動能與入射光子頻率的關系：Ek＝hν－W0。 (2)若入射光子的能量恰等于金屬的逸出功W0，則光電子的最大初動能為零，入射光的頻率就是金屬的截止頻率。此時有hνc＝W0，即νc＝，可求出截止頻率。 (3)Ek－ν曲線：如圖所示，由Ek＝hν－W0可知，橫軸上的截距是金屬的截止頻率或極限頻率，縱軸上的截距是金屬的逸出功的負值，斜率為普朗克常量h。 3.光的波粒二象性 實驗基礎 表現(xiàn) 光的波動性 干涉和衍射 ①光是概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的概率可用波動規(guī)律來描述； ②足夠數(shù)量的光子在傳播時，表現(xiàn)出波的性質。 說明：光的波動性不同于宏觀概念

3、的波 光的粒子性 光電效應和康普頓效應 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少量或個別光子顯示出光的粒子性。 說明：光子不同于宏觀概念的粒子 波動性和粒子性的對立 與統(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； 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； ③光子說并未否定波動性，光子能量E＝hν＝中，ν和λ就是與波有關的物理量； ④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 4.物質波(德布羅意波)：λ＝。 二、玻爾假說 1.軌道量子化：原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓軌道繞核

4、運動相對應。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的軌道也是不連續(xù)的。 2.能量狀態(tài)量子化：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。 3.躍遷假說：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hν＝Em－En。 三、核反應 1.衰變：原子核自發(fā)地放出某種粒子而轉變成新核的變化?？煞譃棣了プ?、β衰變，并伴隨著γ射線放出。 2.α衰變和β衰變的比較 α衰變 β衰變 衰變方程 X→Y＋He X→Y＋e 典例 U→Th＋He Th→Pa＋e 勻強磁場中軌跡

5、 α粒子半徑大 β粒子半徑大 衰變實質 2H＋2n→He n→H＋e 衰變規(guī)律 電荷數(shù)守恒，質量數(shù)守恒 3.半衰期公式：N余＝N原()t/τ，m余＝m原()t/τ。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。 4.核反應類型 核反應有4種類型，即衰變、人工轉變、聚變及裂變。4種核反應類型對比如下： 種類 可控性 核反應方程典例 衰變 α衰變 自發(fā) U→Th＋He β衰變 自發(fā) Th→Pa＋e 人工 轉變 人工控制 N＋He→O＋H(盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子) Al＋He→P＋n P→Si＋e (約里奧·居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素

6、，同時探測到正電子) 重核裂變 較容易人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 輕核聚變 無法控制 H＋H→He＋n 注意：4種核反應都遵循質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。 六、核力與核能 1.核力特點：短程力，強大，只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用。 2.比結合能：原子核的結合能與核子數(shù)之比，也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核、核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 3.愛因斯坦質能方程：E＝mc2，ΔE＝Δmc2。 4.裂變與聚變 (1)重核裂變：重核俘獲一個中子后分裂成為兩個中等質量的核的反應過程。重核裂變的同時放出幾個中子，并釋放出大量核能。為

7、了使鈾235裂變時發(fā)生鏈式反應，鈾塊的體積應大于它的臨界體積。 裂變的應用：原子彈、原子反應堆。 (2)輕核聚變：某些輕核結合成質量較大的核的反應過程，反應時釋放出大量的核能。要想使氘核和氚核合成氦核，必須達到幾百萬攝氏度以上的高溫，因此聚變反應又叫熱核反應。 聚變的應用：氫彈。 [保溫訓練] 1.(2017·天津高考)我國自主研發(fā)制造的國際熱核聚變核心部件在國際上率先通過權威機構認證，這是我國對國際熱核聚變項目的重大貢獻。下列核反應方程中屬于聚變反應的是(　　) 圖1 A.H＋H→He＋n B.N＋He→O＋H C.He＋Al→P＋n D.U＋n→Ba＋Kr＋3n

8、解析　H＋H→He＋n是一個氘核與一個氚核結合成一個氦核，同時放出一個中子，屬于聚變反應；7N＋He→8O＋H是盧瑟福發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程，是人類第一次實現(xiàn)的原子核的人工轉變，屬于人工核反應；He＋Al→P＋n，屬于人工核反應；U＋n→Ba＋Kr＋3n是一種典型的鈾核裂變，屬于裂變反應。故選A。 答案　A 2.(2018·江蘇南京、鹽城一模)如圖2所示，某原子的三個能級的能量分別為E1、E2和E3。a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光，下列判斷正確的是(　　) 圖2 A.E1>E2>E3 B.E3－E2>E2－E1 C.b光的波長最長 D.c光的頻率最高 答案　D 3

9、.(多選)(2018·江蘇南京高三調研)下列說法中正確的是(　　) A.圖甲中正確反映了黑體輻射電磁波的強度按波長的分布與黑體的溫度的關系 B.圖乙中放射性同位素應選擇衰變時放出α粒子的同位素 C.圖丙中A、B兩球質量相等，當A以速度v與靜止的B發(fā)生正碰后，B的速度未必是v D.圖丁中電子束通過鋁箔產(chǎn)生的衍射圖樣，證實了物質波的存在 答案　CD 4.(多選)(2018·江蘇徐州、宿遷、淮陰、連云港模擬)下列說法中正確的有(　　) A.結合能越大的原子核越穩(wěn)定 B.光電效應說明了光具有粒子性 C.動量相同的質子和電子，它們的德布羅意波的波長相等 D.黑體輻射電磁波的強度按

10、波長的分布規(guī)律與黑體的溫度無關 答案　BC 5.(2018·江蘇高考)已知A和B兩種放射性元素的半衰期分別為T和2T，則相同質量的A和B經(jīng)過2T后，剩有的A和B質量之比為________。 A.1∶4 B.1∶2 C.2∶1 D.4∶1 解析　由半衰期含義可知，A經(jīng)過兩個半衰期剩余的質量為原來的，B經(jīng)過一個半衰期，剩余的質量為原來的，所以剩余的A、B質量比為1∶2，B項正確。 答案　B 6.(2018·江蘇高考)光電效應實驗中，用波長為λ0的單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出。當波長為的單色光B照射該金屬板時，光電子的最大初動能為________，A、B兩種光

11、子的動量之比為________。(已知普朗克常量為h、光速為c) 解析　由題意可知，h＝W，Ek＝2h－W＝h；光子的動量與其波長成反比，所以兩種光子動量之比為1∶2。 答案　　1∶2　 7.(多選)(2018·江蘇師大附中階段檢測)下列四幅圖分別對應四種說法，其中正確的是(　　) A.根據(jù)α、β、γ射線的特點可知，射線1是α射線，射線2是β射線，射線3是γ射線 B.氫原子輻射出一個光子后，電勢能減少，總能量增加 C.天然放射性元素的半衰期由原子核自身的因素決定，跟所處的化學狀態(tài)和外部條件無關 D.用綠光照射K時，電流表指針發(fā)生了偏轉，若改用紫光照射，電流表的示數(shù)一定增大 答案　AC 6