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1、專題七原子與原子核專題七原子與原子核定位定位 五年考情分析五年考情分析2017年年2016年年2015年年2014年年2013年年卷卷T17(T17(核能的計算核能的計算) )T35(1)(T35(1)(光光電效應電效應) )T35(1)(T35(1)(光光電效應電效應) )T35(1)(T35(1)(原子原子核的衰變、核的衰變、半衰期半衰期) )T35(1)(T35(1)(核核反應方程反應方程) )卷卷T15(T15(衰變方程衰變方程) )T35(1)(T35(1)(核核反應方程反應方程) )T35(1)(T35(1)(光光電效應、波電效應、波粒二象性粒二象性) )T35(1)(T35(1)

2、(物理物理學史學史) )T35(1)(T35(1)(核核能的計算能的計算) )卷卷T19(T19(光電效應光電效應方程方程) )T35(1)(T35(1)(核核反應方程、反應方程、質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損) )專題定位專題定位本專題是原子和原子核本專題是原子和原子核, ,縱觀近五年的高考題縱觀近五年的高考題, ,全國三套卷全國三套卷, ,對于對于原子和原子核的考查原子和原子核的考查, ,前四年在選做部分的前四年在選做部分的3535題呈現(xiàn)題呈現(xiàn), ,大多以選擇大多以選擇題或填空題的形式出現(xiàn)題或填空題的形式出現(xiàn), ,但但20172017年該部分變?yōu)楸乜己竽暝摬糠肿優(yōu)楸乜己? ,考查形式變考查形式變?yōu)檫x擇題

3、在選擇題部分呈現(xiàn)為選擇題在選擇題部分呈現(xiàn), ,知識點內(nèi)容瑣碎知識點內(nèi)容瑣碎, ,考點較多考點較多, ,但主要但主要考查的方面是原子核的衰變、半衰期、核反應方程、質(zhì)能方程、考查的方面是原子核的衰變、半衰期、核反應方程、質(zhì)能方程、光電效應方程這些方面光電效應方程這些方面. .應考建議應考建議20182018年高考復習備考過程中年高考復習備考過程中, ,應注意原子物理仍會從以下方面命應注意原子物理仍會從以下方面命題題:(1):(1)原子的能級躍遷原子的能級躍遷;(2);(2)原子核的衰變規(guī)律原子核的衰變規(guī)律;(3);(3)核反應方程的核反應方程的書寫書寫;(4);(4)質(zhì)量虧損和核能的計算質(zhì)量虧損和

4、核能的計算;(5);(5)三種射線的特點及應用三種射線的特點及應用; ;(6)(6)光電效應的規(guī)律及應用光電效應的規(guī)律及應用. .由于本部分內(nèi)容知識點多由于本部分內(nèi)容知識點多, ,且與科技且與科技相關相關, ,題目新穎題目新穎, ,因此因此, ,備考中加強對基本概念和規(guī)律的理解的同備考中加強對基本概念和規(guī)律的理解的同時時, ,注意與前沿科技有關的知識遷移注意與前沿科技有關的知識遷移. .整整 合合突突 破破實實 戰(zhàn)戰(zhàn)整合整合 網(wǎng)絡要點重溫網(wǎng)絡要點重溫【網(wǎng)絡構建網(wǎng)絡構建】【要點重溫要點重溫】 1.1.能級躍遷能級躍遷(1)(1)輻射條件輻射條件: :hh= = . .(2)(2)輻射光譜線條數(shù)輻

5、射光譜線條數(shù): :一群處于量子數(shù)為一群處于量子數(shù)為n n的激發(fā)態(tài)的氫原子的激發(fā)態(tài)的氫原子, ,可輻射出的光譜可輻射出的光譜線條數(shù)線條數(shù)N=N= . .2.2.光電效應光電效應(1)(1)光電效應的實驗規(guī)律光電效應的實驗規(guī)律: :存在著存在著 ; ;存在著存在著 和和 . .(2)(2)愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程: :E Ek k=h-W=h-W0 0. .3.3.核反應、核能的計算核反應、核能的計算(1)(1)兩個守恒兩個守恒: : 守恒、守恒、 守恒守恒. .(2)(2)質(zhì)能方程質(zhì)能方程:E=:E= . .E Em m-E-En n2nC飽和電流飽和電流遏止電壓遏止電壓截止頻率

6、截止頻率質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù)電荷數(shù)電荷數(shù)mcmc2 2突破突破 熱點考向聚焦熱點考向聚焦熱點考向一光電效應與光的粒子性熱點考向一光電效應與光的粒子性【核心提煉核心提煉】1.1.光電效應的研究思路光電效應的研究思路(1)(1)兩條線索兩條線索: :2.2.愛因斯坦光電效應方程愛因斯坦光電效應方程E Ek k=h-W=h-W0 0的研究對象是金屬表面的電子的研究對象是金屬表面的電子, ,意義是說意義是說, ,光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大( (如圖所示如圖所示),),直線的斜率為直線的斜率為h,h,直線與直線與軸的交點的物理意義是截止頻率軸的交點的物理

7、意義是截止頻率c c, ,直線與直線與E Ek k軸交點的物理意義軸交點的物理意義是逸出功的負值是逸出功的負值. .【典例典例1 1】 ( (20172017安徽黃山模擬安徽黃山模擬) )關于光電效應關于光電效應, ,下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A.A.截止頻率越大的金屬材料逸出功越大截止頻率越大的金屬材料逸出功越大B.B.只要光照射的時間足夠長只要光照射的時間足夠長, ,任何金屬都能產(chǎn)生光電效應任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C.C.從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大, ,這種金屬的逸出功越小這種金屬的逸出功越小D.D.入射光的光強一定時入

8、射光的光強一定時, ,頻率越高頻率越高, ,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多解析解析: :由逸出功由逸出功W=hW=h0 0知知, ,截止頻率越大截止頻率越大, ,逸出功越大逸出功越大, ,故故A A正確正確. .光電效應的光電效應的條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率條件是入射光的頻率大于金屬的截止頻率, ,與入射光的強度無關與入射光的強度無關, ,故故B B錯誤錯誤. .根據(jù)光電效應方程根據(jù)光電效應方程E Ek k=h-W=h-W0 0知知, ,最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關最大初動能與入射光的頻率成一次函數(shù)關系系, ,不會影響金屬的逸出功不會影響金屬的逸

9、出功, ,故故C C錯誤錯誤. .入射光的光強一定時入射光的光強一定時, ,頻率越高頻率越高, ,光子光子的能量越大的能量越大, ,入射光中的光子的數(shù)目越少入射光中的光子的數(shù)目越少, ,單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越少少, ,故故D D錯誤錯誤. .A A【預測練習預測練習1 1】 ( (20172017安徽合肥模擬安徽合肥模擬) )從從19071907年起年起, ,密立根就開始測量金屬的密立根就開始測量金屬的遏止電壓遏止電壓U Uc c( (即圖即圖1 1所示的電路中電流表所示的電路中電流表G G的讀數(shù)減小到零時加在電極的讀數(shù)減小到零時加在電極K,AK,A之間之間的

10、反向電壓的反向電壓) )與入射光的頻率與入射光的頻率,由此算出普朗克常量由此算出普朗克常量h,h,并與普朗克根據(jù)黑體并與普朗克根據(jù)黑體輻射得出的輻射得出的h h相比較相比較, ,以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性以檢驗愛因斯坦光電效應方程的正確性. .按照密立根的方按照密立根的方法我們利用圖示裝置進行實驗法我們利用圖示裝置進行實驗, ,得到了某金屬的得到了某金屬的U Uc c- -圖像如圖圖像如圖2 2所示所示. .下列說下列說法正確的是法正確的是( ( ) )A.A.該金屬的截止頻率約為該金屬的截止頻率約為4.274.2710101414 Hz HzB.B.該金屬的截止頻率約為該金屬的截止頻

11、率約為5.505.5010101414 Hz HzC.C.該圖線的斜率為普朗克常量該圖線的斜率為普朗克常量D.D.該圖線的斜率為這種金屬的逸出功該圖線的斜率為這種金屬的逸出功A A熱點考向二原子結(jié)構和能級躍遷熱點考向二原子結(jié)構和能級躍遷【核心提煉核心提煉】1.1.原子結(jié)構的認識歷程原子結(jié)構的認識歷程2.2.原子能級躍遷問題的解題技巧原子能級躍遷問題的解題技巧(1)(1)原子躍遷時原子躍遷時, ,所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差. .(2)(2)原子電離時原子電離時, ,所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值所吸收的能量可以

12、大于或等于某一能級能量的絕對值. .【典例典例2 2】 ( (20172017四川廣元二模四川廣元二模) )如圖所示為氫原子的能級示意圖如圖所示為氫原子的能級示意圖, ,一群氫原一群氫原子處于子處于n=3n=3的激發(fā)態(tài)的激發(fā)態(tài), ,在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子在向較低能級躍遷的過程中向外發(fā)出光子, ,用這些光照射用這些光照射逸出功為逸出功為2.49 2.49 eVeV的金屬鈉的金屬鈉, ,說法正確的是說法正確的是( ( ) )A.A.這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光這群氫原子能發(fā)出三種頻率不同的光, ,其中從其中從n=3n=3躍遷到躍遷到n=2n=2所發(fā)出的光波長所發(fā)出的光波長最短最短

13、B.B.這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光這群氫原子能發(fā)出兩種頻率不同的光, ,其中從其中從n=3n=3躍遷到躍遷到n=1n=1所發(fā)出的光頻率所發(fā)出的光頻率最小最小C.C.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為9.60 9.60 eVeVD.D.金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為金屬鈉表面所發(fā)出的光電子的最大初動能為11.11 11.11 eVeVC C解析解析: :一群氫原子處于一群氫原子處于n=3n=3的激發(fā)態(tài)的激發(fā)態(tài), ,可能放出可能放出3 3種不同頻率的光子種不同頻率的光子, ,從從n=3n=3躍躍遷到遷到n=1n=1輻射的光子頻率最大輻射的光子

14、頻率最大, ,波長最短波長最短. .故故A,BA,B錯誤錯誤. .從從n=3n=3躍遷到躍遷到n=1n=1輻射輻射的光子能量最大的光子能量最大, ,為為12.09 12.09 eVeV. .則光電子的最大初動能則光電子的最大初動能E Ekmkm=h-W=h-W0 0=(12.09-=(12.09-2.49)eV=9.60 2.49)eV=9.60 eVeV. .故故C C正確正確,D,D錯誤錯誤. .【拓展延伸拓展延伸】 在典例在典例2 2中中, ,假若一個處于假若一個處于n=3n=3的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級躍遷的的激發(fā)態(tài)氫原子向低能級躍遷的情況是怎樣的情況是怎樣的? ?最多有幾種不同頻率的光子

15、最多有幾種不同頻率的光子? ?解析解析: :一個處于一個處于n=3n=3的激發(fā)態(tài)氫原子向較低能級躍遷時的激發(fā)態(tài)氫原子向較低能級躍遷時, ,可能情況是可能情況是3 3到到2,22,2再到再到1,1,或者或者3 3到到1;1;產(chǎn)生不同頻率的光子是一種或兩種產(chǎn)生不同頻率的光子是一種或兩種, ,最多有兩種最多有兩種. .答案答案: :3 3到到2,22,2再到再到1,1,或者或者3 3到到1;1;兩種兩種【預測練習預測練習2 2】 ( (20172017貴州遵義模擬貴州遵義模擬) )根據(jù)根據(jù)粒子散射實驗粒子散射實驗, ,盧瑟福提出了盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構模型原子的核式結(jié)構模型. .如圖表示了原子核

16、式結(jié)構模型的如圖表示了原子核式結(jié)構模型的粒子散射圖景粒子散射圖景. .圖圖中實線表示中實線表示粒子的運動軌跡粒子的運動軌跡. .其中一個其中一個粒子在從粒子在從a a運動到運動到b b、再運動到、再運動到c c的過程中的過程中(粒子在粒子在b b點時距原子核最近點時距原子核最近),),下列判斷正確的是下列判斷正確的是( ( ) )A.A.粒子的動能先增大后減小粒子的動能先增大后減小B.B.粒子的電勢能先增大后減小粒子的電勢能先增大后減小C.C.粒子的加速度先變小后變大粒子的加速度先變小后變大D.D.電場力對電場力對粒子先做正功后做負功粒子先做正功后做負功B B解析解析: :粒子受到斥力作用粒子

17、受到斥力作用, ,根據(jù)電場力做功特點可知根據(jù)電場力做功特點可知, ,從從a a運動運動b b過程中電過程中電場力做負功場力做負功, ,電勢能增加電勢能增加, ,動能減小動能減小, ,從從b b運動到運動到c c過程中過程中, ,電場力做正功電場力做正功, ,電電勢能減小勢能減小, ,動能增加動能增加,A,D,A,D錯誤錯誤,B,B正確正確; ;根據(jù)點電荷周圍電場可知根據(jù)點電荷周圍電場可知, ,距離原子距離原子核近的地方電場強度大核近的地方電場強度大, ,故越靠近原子核加速度越大故越靠近原子核加速度越大, ,因此因此粒子加速度先粒子加速度先增大后減小增大后減小, ,故故C C錯誤錯誤. .熱點考

18、向三核反應和核能的計算熱點考向三核反應和核能的計算【核心提煉核心提煉】1.1.四種核反應四種核反應2.2.半衰期半衰期(1)(1)特點特點: :由原子核本身決定由原子核本身決定, ,與原子所處的化學狀態(tài)和外部環(huán)境無關與原子所處的化學狀態(tài)和外部環(huán)境無關. .(3)(3)適用條件適用條件: :大量原子核大量原子核. .3.3.核能的理解與計算核能的理解與計算(1)(1)比結(jié)合能越大比結(jié)合能越大, ,原子核中核子結(jié)合的越牢固原子核中核子結(jié)合的越牢固. .(2)(2)到目前為止到目前為止, ,核能發(fā)電還只停留在利用裂變核能發(fā)電核能發(fā)電還只停留在利用裂變核能發(fā)電. .(3)(3)核能的計算方法核能的計算

19、方法: :根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程根據(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)乘以真空中光速用核反應的質(zhì)量虧損的千克數(shù)乘以真空中光速c c的平方的平方, ,即即E=mcE=mc2 2. .根據(jù)根據(jù)1 1原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位(u)(u)相當于相當于931.5931.5兆電子伏兆電子伏(MeV)(MeV)能量能量, ,用核反應的質(zhì)量用核反應的質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 931.5 MeV,MeV,即即EE=m=m931.5 (931.5 (MeVMeV).).如果核反應時釋放的核能是以動能形式呈現(xiàn)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

20、系統(tǒng)動能的則核反應過程中系統(tǒng)動能的增量即為釋放的核能增量即為釋放的核能. .【典例典例3 3】 ( (20162016全國全國卷卷,35,35) )在下列描述核過程的方程中在下列描述核過程的方程中, ,屬于屬于衰變的是衰變的是, ,屬于屬于衰變的是衰變的是, ,屬于裂變的是屬于裂變的是, ,屬于聚變的是屬于聚變的是.(.(填正確答案標號填正確答案標號) ) 答案答案: :C CABABE EF FBD BD 實戰(zhàn)實戰(zhàn) 高考真題演練高考真題演練1.1.光電效應光電效應(20172017全國全國卷卷,19,19) )在光電效應實驗中在光電效應實驗中, ,分別用頻率為分別用頻率為a a,b b的單色

21、光的單色光a,ba,b照射到同種金屬上照射到同種金屬上, ,測得相應的遏止電壓分別為測得相應的遏止電壓分別為U Ua a和和U Ub b、光電子、光電子的最大初動能分別為的最大初動能分別為E Ekaka和和E Ekbkb.h.h為普朗克常量為普朗克常量. .下列說法正確的是下列說法正確的是( ( ) )A.A.若若a a b b, ,則一定有則一定有U Ua a b b, ,則一定有則一定有E Ekaka E EkbkbC.C.若若U Ua a U Ub b, ,則一定有則一定有E Ekaka b b, ,則一定有則一定有hha a-E-Ekaka hhb b-E-EkbkbBCBC解析解析:

22、 :由愛因斯坦光電效應方程知由愛因斯坦光電效應方程知, ,E Ekaka=h=ha a-W-W0 0,E,Ekbkb=h=hb b-W-W0 0, ,當當a a b b時時, ,E Ekaka E Ekbkb, ,選項選項B B正確正確. .由最大初動能和遏止電壓的關系由最大初動能和遏止電壓的關系, ,eUeUa a= =E Ekaka知知eUeUb b= =E Ekbkb, ,若若a a b b, ,得得E Ekaka E Ekbkb進而知進而知U Ua a U Ub b, ,選項選項A A錯誤錯誤; ;若若U Ua a U Ub b, ,則一定有則一定有E Ekaka E Ekbkb, ,

23、選選項項C C正確正確; ;對同一種金屬對同一種金屬, ,則有則有hha a-E-Ekaka= =hhb b-E-Ekbkb=W=W0 0, ,選項選項D D錯誤錯誤. .B B 解析解析: :氘核聚變反應中虧損的質(zhì)量氘核聚變反應中虧損的質(zhì)量m=2.013 6 um=2.013 6 u2-3.015 0 u-1.008 7u=2-3.015 0 u-1.008 7u=0.003 5 u,0.003 5 u,釋放的核能釋放的核能E=0.003 5E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,931 MeV3.3 MeV,選項選項B B正確正確. .B B 解析解析: :衰變前后動量守恒衰變前后

24、動量守恒, ,衰變前動量為零衰變前動量為零, ,故衰變后釷核與故衰變后釷核與粒子動量大小粒子動量大小相等相等, ,方向相反方向相反, ,選項選項B B正確正確; ;又又E Ek k= ,= ,釷核與釷核與粒子動量大小相等粒子動量大小相等, ,但質(zhì)量但質(zhì)量不同不同, ,故動能不同故動能不同, ,選項選項A A錯誤錯誤; ;半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰半衰期是放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間變所需要的時間, ,而放出而放出粒子所經(jīng)歷的時間是一個原子核的衰變時間粒子所經(jīng)歷的時間是一個原子核的衰變時間, ,選選項項C C錯誤錯誤; ;衰變前后質(zhì)量數(shù)不變衰變前后質(zhì)量數(shù)不變, ,但有

25、質(zhì)量虧損但有質(zhì)量虧損, ,選項選項D D錯誤錯誤. .22pm4.4.波粒二象性波粒二象性(20152015全國全國卷卷,35,35)()(多選多選) )實物粒子和光都具有波粒二象性實物粒子和光都具有波粒二象性. .下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是下列事實中突出體現(xiàn)波動性的是( ( ) )A.A.電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣電子束通過雙縫實驗裝置后可以形成干涉圖樣B.B.射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡射線在云室中穿過會留下清晰的徑跡C.C.人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構人們利用慢中子衍射來研究晶體的結(jié)構D.D.人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構人們利用電子顯微鏡觀測物質(zhì)的微觀結(jié)

26、構E.E.光電效應實驗中光電效應實驗中, ,光電子的最大初動能與入射光的頻率有關光電子的最大初動能與入射光的頻率有關, ,與入射光的強與入射光的強度無關度無關解析解析: :電子束通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣電子束通過雙縫產(chǎn)生干涉圖樣, ,體現(xiàn)的是波動性體現(xiàn)的是波動性,A,A正確正確;射線在云室射線在云室中留下清晰的徑跡中留下清晰的徑跡, ,不能體現(xiàn)波動性不能體現(xiàn)波動性,B,B錯誤錯誤; ;衍射體現(xiàn)的是波動性衍射體現(xiàn)的是波動性,C,C正確正確; ;電電子顯微鏡利用了電子的波動性來觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構子顯微鏡利用了電子的波動性來觀測物質(zhì)的微觀結(jié)構,D,D正確正確; ;光電效應體現(xiàn)光電效應體現(xiàn)的是光的粒子性的是光的粒子性,E,E錯誤錯誤. .ACDACD