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專題整合突破 專題六原子物理與物理學史 第15講原子與原子核 微網(wǎng)構建 一 波粒二象性知識網(wǎng)絡 波粒二象性 波粒二象性 二 原子和原子核知識網(wǎng)絡 原子和原子核 高考真題 1 2018 全國 17 用波長為300nm的光照射鋅板 電子逸出鋅板表面的最大初動能為1 28 10 19J 已知普朗克常量為6 63 10 34J s 真空中的光速為3 00 108m s 1 能使鋅產(chǎn)生光電效應的單色光的最低頻率約為 A 1 1014HzB 8 1014HzC 2 1015HzD 8 1015Hz B B A B 5 2018 天津 5 氫原子光譜在可見光區(qū)域內(nèi)有四條譜線H H H 和H 都是氫原子中電子從量子數(shù)n 2的能級躍遷到n 2的能級時發(fā)出的光 它們在真空中的波長由長到短 可以判定 A H 對應的前后能級之差最小B 同一介質(zhì)對H 的折射率最大C 同一介質(zhì)中H 的傳播速度最大D 用H 照射某一金屬能發(fā)生光電效應 則H 也一定能 A 熱點聚焦 一 光電效應 1 在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象 叫做光電效應 2 光電效應的規(guī)律 研究發(fā)現(xiàn) 光電效應有以下規(guī)律 極限頻率的存在 各種金屬都存在極限頻率 0 只有 0才能發(fā)生光電效應 與之對應的有極限波長 0 只有 0才能發(fā)生光電效應 瞬時性 無論照射光強還是弱 只有超過極限頻率 從光照射到有光電子產(chǎn)生 經(jīng)歷的時間不超過10 9s 必乎是瞬時的 熱點一光電效應現(xiàn)象及規(guī)律 二 光子說光子說的內(nèi)容是 光是不連續(xù)的 是一份一份的 每一份叫做一個光量子 簡稱光子 光子的能量E跟光的頻率 成正比 E h 光子是以電磁波形式存在的一份能量 沒有靜止質(zhì)量 愛因斯坦利用光子說解釋了光電效應 設每個光子只能被一個電子吸收 一個光子不能被多個電子分開吸收 每個電子每次只能吸收一個光子 一個電子不能同時吸收多個光子 光電效應的物理過程如下 入射光照到金屬上 有些光子被電子吸收 有些沒有被電子吸收 吸收了光子的電子動能增大 將向各個方向運動 有些電子射出金屬表面成為光電子 有些沒射出 射出金屬表面的電子克服金屬中正電荷引力做的功也不相同 只有從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力做的功最少 飛出時動能最大 如果入射光子的能量比這個功的最小值還小 那就不能發(fā)生光電效應 這就解釋了極限頻率的存在 由于光電效應是由一個光子被一個電子吸收引起的 因此從有光照射到有光電子飛出的時間與照射光的強度無關 幾乎是瞬時的 這就解釋了光電效應的瞬時性 三 愛因斯坦光電效應方程 1 Ek h W0 Ek是光電子的最大初動能 W0是逸出功 即從金屬表面直接飛出的光電子克服正電荷引力所做的功 也就是使電子脫離某種金屬所做功的最小值 這個方程和能量守恒定律是完全一致的 2 由于每個光電子從金屬中飛出時 克服引力做的功不同 它們的初動能也不同 方程中的W0是逸出功 不是每個電子克服引力做的功 方程中的Ek不是每個光電子的初動能 而是最大初動能 3 從光電效應方程可以看出 極限頻率和逸出功間的關系是 h 0 W0 2018 全國 卷高考壓軸題 在光電效應實驗中 先后用頻率相同但光強不同的兩束光照射同一個光電管 若實驗a中的光強大于實驗b中的光強 實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以a b表示 則下列圖中可能正確的是 典例1 A 光電流恰為零 此時光電管兩端加的電壓為截止電壓 對應的光的頻率為截止頻率 入射光的頻率越高 對應的截止電壓U截越大 由于入射光的頻率沒有變 故截止電壓相同 即圖線與橫軸的交點相同 由于a光的光強大于b光的光強 所以a的飽和電流大于b的飽和電流 故A項符合要求 故B C D錯誤 方法總結 C 熱點二玻爾理論 氫原子能級 5 氫原子還可吸收外來實物粒子的能量而被激發(fā) 由于實物粒子的動能可全部或部分地被原子吸收 所以只要入射粒子的能量大于或等于兩能級差 均可使原子發(fā)生能級躍遷 6 躍遷時電子動能 原子電勢能與總能量變化 當軌道半徑減小時 庫侖引力做正功 原子電勢能減小 電子動能增大 原子總能量減小 反之 軌道半徑增大時 原子電勢能增大 電子動能減小 原子總能量增大 2018 寧夏銀川二中高三下學期模擬三試題 圖示為氫原子能級示意圖 己知大量處于n 2能級的氫原子 當它們受到某種頻率的光線照射后 可輻射出6種頻率的光子 下面說法中正確的是 典例2 B A n 2能級氫原子受到照射后躍遷到n 5能級B 這6種光子有3種可以讓逸出功為10ev的某金屬發(fā)生光電效應C 頻率最高的光子是氫原子從n 3能級躍遷到n 1能級放出的D 波長最大的光子是氫原子從n 4能級躍遷到n 1能級放出的 解析 根據(jù)C 6知 n 2能級氫原子受到照射后躍遷到n 4能級 故A錯誤 從n 4到低能態(tài)的躍遷中 其中的4 1 3 1和2 1的躍遷中能級差都大于10eV 則這6種光子有3種可以讓逸出功為10eV的某金屬發(fā)生光電效應 選項B正確 因4 1的能級差最大 則頻率最高的光子是氫原子從n 4能級躍遷到n 1能級放出的 故C錯誤 4 3的能級差最小 輻射光子的頻率最小 波長最長 則波長最長的光子是氫原子從n 4能級躍遷到n 3能級放出的 故D錯誤 故選B 類題演練2 2018 陜西省師大附中二模 子與氫原子核 質(zhì)子 構成的原子稱為 氫原子 hydrogenmuonatom 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n 2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的不同頻率光 且頻率依次增大 則E等于 A h 3 1 B h 5 6 C h 3D h 4 C 1 衰變及核反應方程的書寫和核能的計算 1 原子核的衰變 衰變實質(zhì) 衰變是原子核中的2個質(zhì)子和2個中子結合成一個氦核并射出 衰變是原子核中的中子轉化為一個質(zhì)子和一個電子 再將電子射出 衰變伴隨著 衰變或 衰變同時發(fā)生 不改變原子核的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù) 以光子形式釋放出衰變過程中產(chǎn)生的能量 衰變的快慢由原子核內(nèi)部因素決定 跟原子所處的物理 化學狀態(tài)無關 半衰期是統(tǒng)計規(guī)律 對個別 少數(shù)原子無意義 熱點三核反應和核能的計算 2 核反應方程的書寫 核反應過程一般不可逆 所以核反應方程中用 表示方向而不能用等號代替 核反應方程遵循質(zhì)量數(shù) 電荷數(shù)守恒 但核反應前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化 質(zhì)量虧損 且釋放出核能 核反應的生成物一定要以實驗為基礎 不能只依據(jù)兩個守恒規(guī)律憑空杜撰出生成物來寫核反應方程 3 核能的計算方法 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 用核反應的質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c的平方 即 E mc2 J 根據(jù)1原子質(zhì)量單位 u 相當于931 5兆電于伏 MeV 能量 用核反應的質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931 5MeV 即 E m 931 5 MeV 如果核反應時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn) 則核反應過程中系統(tǒng)動能的增量即為釋放的核能 典例3 BC A