《全品高考复习方案》2020届高考物理一轮复习文档：第12单元 波粒二象性和原子物理 听课正文.doc

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1、高考热点统计要求2015年2016年2017年2018年高考基础要求及冷点统计光电效应35(1)35(1)35(1)1917氢原子光谱()氢原子的能级结构、能级公式()放射性同位素()射线的危害和防护()氢原子光谱、放射性同位素、射线的危害和防护属于了解类知识,一般不会单独出题;氢原子的能级结构和能级公式属于难点、冷点.爱因斯坦光电效应方程35(1)35(1)35(1)19原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期35(1)35(1)15核力、核反应方程35(1)35(1)14结合能、质量亏损35(1)1715裂变反应和聚变反应、裂变反应堆35(1)35(1)17考情分析1.从近几年高考试题来

2、看,高考对本章内容的考查涉及的考点较多,具有不确定性.考题可能根据某一考点命题,也可能同时涉及多个考点,题型为选择题的几率很高,很少出现计算题.2.从整体命题趋势上看,高考对本部分的命题基本会保持原有命题思路,仍将以光电效应、能级跃迁、核反应方程、核能的分析与计算为命题重点,在复习中应多加关注.第30讲光电效应波粒二象性一、光电效应1.光电效应现象在光的照射下,金属中的从表面逸出的现象,发射出来的电子叫.2.光电效应的产生条件入射光的频率金属的极限频率.3.光电效应规律(1)每种金属都有一个极限频率,入射光的频率必须这个极限频率才能产生光电效应.(2)光电子的最大初动能与入射光的无关,只随入射

3、光频率的增大而.(3)光电效应的发生几乎是瞬时的,一般不超过10-9 s.(4)当入射光的频率大于极限频率时,饱和光电流的大小与入射光的强度成.【辨别明理】(1)光子和光电子都是实物粒子.()(2)只要入射光的强度足够大,就可以使金属发生光电效应.()(3)要使某金属发生光电效应,入射光子的能量必须大于金属的逸出功.()(4)光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比.()(5)光的频率越高,光的粒子性二、爱因斯坦光电效应方程1.光子说:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫作一个光子,光子的能量=.2.逸出功W0:电子从金属中逸出所需做功的.3.最大初动能:发生光电效应时,金属表面

4、上的吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.4.光电效应方程(1)表达式: Ek=.(2)物理意义:金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h,这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0,剩下的表现为逸出后电子的.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性.(2)光电效应说明光具有性.(3)光既具有波动性,又具有粒子性,称为光的性.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的地方,暗条纹是光子到达概率的地方,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,

5、都有一种波与它对应,其波长=hp,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.越明显,但仍具有波动性.()(6)德国物理学家普朗克提出了量子假说,成功地解释了光电效应规律.()(7)美国物理学家康普顿发现了康普顿效应,证实了光的粒子性.()(8)法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性.()考点一对光电效应的理解1.(多选)人教版选修3-5改编 如图30-1所示,用导线把验电器与锌板相连接,当用紫外线照射锌板时,发生图30-1的现象是()A.有光子从锌板逸出B.有电子从锌板逸出C.验电器指针张开一个角度D.锌板带负电2.(多选)人教版选修3-5改编 在光电效应实验中,用频率为的

6、光照射光电管阴极,发生了光电效应,下列说法正确的是()A.增大入射光的强度,光电流增大B.减小入射光的强度,光电效应现象消失C.改用频率小于的光照射,一定不发生光电效应D.改用频率大于的光照射,光电子的最大初动能变大3.(多选)2017全国卷 在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量.下列说法正确的是()A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkbC.若UaUb,则一定有Ekab,则一定有ha-Ekahb-Ekb4.如图30-2甲所示,合上开关,用光子能量为2.5 eV的一

7、束光照射阴极K,发现电流表读数不为零.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.把电路改为图乙,当电压表读数为2 V时,则逸出功及电子到达阳极时的最大动能分别为()图30-2A.1.5 eV、0.6 eVB.1.7 eV、1.9 eVC.1.9 eV、2.6 eVD.3.1 eV、4.5 eV 要点总结分析光电效应问题应抓住两条对应关系和三个关系式(1)两条对应关系光强大光子数目多发射光电子多光电流大.光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大.(2)三个关系式爱因斯坦光电效应方程:Ek=h-W0.最大初动能与遏

8、止电压的关系:Ek=eUc.逸出功与极限频率的关系:W0=hc.考点二光电效应的图像问题常见的四类图像图像名称图线形状由图线直接(间接)得到的物理量最大初动能Ek与入射光频率的关系图线极限频率:图线与轴交点的横坐标c逸出功:图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0=|-E|=E普朗克常量:图线的斜率k=h颜色相同、强度不同的光,光电流与电压的关系遏止电压Uc:图线与横轴的交点饱和光电流Im:光电流的最大值最大初动能:Ek=eUc颜色不同时,光电流与电压的关系遏止电压Uc1、Uc2饱和光电流最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2遏止电压Uc与入射光频率的关系图线极限频率c:图线与横轴交点的横坐

9、标遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大普朗克常量h:等于图线的斜率与电子电荷量的乘积,即h=ke(注:此时两极之间接反向电压)例1 人教版选修3-5改编 用如图30-3甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与照射光的强弱、频率等物理量的关系.图中A、K两极间的电压大小可调,电源的正负极也可以对调.分别用a、b、c三束单色光照射,调节A、K间的电压U,得到光电流I与电压U的关系如图乙所示.由图可知()图30-3A.单色光a和c的频率相同,但a更强些B.单色光a和c的频率相同,但a更弱些C.单色光b的频率小于a的频率D.改变电源的极性不可能有光电流产生变式题1 (多选)如图30-4所示是用光照射某

10、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(直线与横轴交点的横坐标为4.271014 Hz,与纵轴交点的纵坐标为0.5 eV).由图可知()图30-4A.该金属的截止频率为4.271014 HzB.该金属的截止频率为5.51014 HzC.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变式题2 (多选)如图30-5甲所示,在“光电效应”实验中,某同学用相同频率的单色光分别照射阴极材料为锌和铜的两个不同的光电管,结果都能发生光电效应.图乙为其中一个光电管的遏止电压Uc随照射光频率变化的函数关系图像.对于这两个光电管,下列判断正确的是()图30-5A.因为不同材料的逸出功不

11、同,所以遏止电压Uc不同B.光电子的最大初动能不同C.因为光强不确定,所以单位时间内逸出的光电子数可能相同,饱和光电流也可能相同D.两个光电管的Uc-图像的斜率可能不同考点三波粒二象性1.对光的波粒二象性的理解光既有波动性,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)从数量上看: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)从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和明显的衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和明显的衍射现象,贯穿本领越强.(3)从传播与作用上看: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

12、往表现出粒子性.(4)波动性与粒子性的统一:由光子的能量E=h,光子的动量p=h表达式也可以看出,光的波动性和粒子性并不矛盾,表示粒子性的能量和动量的计算式中分别含有表示波的特征的物理量频率和波长.(5)理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波,也不可把光当成微观概念中的粒子.2.概率波与物质波(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,因此光波是一种概率波.(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=hp,p为运动物体的动量,h为普朗克常量.例2 2018绍兴鲁

13、迅中学月考 电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm(波长越短,分辨率越高),如果有人制造出质子显微镜,在加速到相同的速度情况下,质子显微镜的最高分辨率将()A.小于0.2 nmB. 大于0.2 nmC.等于0.2 nmD. 以上说法均不正确变式题1 关于对微观粒子的认识,下列说法中正确的是()A.粒子的位置和动量可以同时确定B.粒子的运动没有确定的轨迹C.单个粒子的运动没有规律D.粒子在某一时刻的加速度由该时刻粒子受到的合力决定变式题2 (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征,以下说法正确的是()A.光电效应现象揭示了光的粒子性B.热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C.黑体辐射的

14、实验规律可用光的波动性解释D.动能相等的质子和电子,它们的德布罗意波长也相等变式题3 (多选)人教版选修3-5改编 1927年戴维孙和汤姆孙分别完成了电子衍射实验,该实验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理实验之一.如图30-6所示是该实验装置的简化图,下列说法正确的是()图30-6A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验再次说明光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性变式题4 人教版选修3-5改编 物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验:在光屏处放上照相用的底片,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

15、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.对这个实验结果有下列认识,其中正确的是()图30-7A.曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点,表现出光的波动性B.单个光子通过双缝后的落点可以预测C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达概率较大的地方完成课时作业(三十)第31讲原子和原子核原子结构【辨别明理】 (1)原子中绝大部分是空的,原子核很小.()(2)核式结构模型是卢瑟福在粒子散射实验的基础上提出的.()(3)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的.()(4)玻尔理论成功地解释了氢原子光谱,也成原子核组成由和中子组成核电荷数等于核内质子数

16、,也等于核外数核质量数等于核内数与中子数之和衰变类型衰变氦核(24He)衰变电子(-10e)衰变高频电磁波半衰期定义原子核半数发生衰变所用的时间相关因素由因素决定,与物理化学状态无关公式:N=,m=核能质能方程E=mc2获取途径裂变、聚变功地解释了氦原子光谱.()(5)按照玻尔理论,核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上.()(6)人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的.()(7)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的.()(8)如果某放射性元素的原子核有100个,经过一个半衰期后还剩50个.()(9)质能方程表明在一定条件下,质量可以转化为能量.(

17、)考点一原子的核式结构1.粒子散射实验19091911年,英国物理学家卢瑟福和他的助手进行了用粒子轰击金箔的实验,实验发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来方向前进,但有少数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.图31-12.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.例1 如图31-2所示是卢瑟福的粒子散射实验装置.在一个小铅盒里放有少量的放射性元素钋,它发出的粒子从铅盒的小孔射出,形成很细的一束射线,射到金箔上,最后打在荧光屏上产生闪烁的光点.下列说法正确的是()图31-2

18、A.该实验是卢瑟福建立原子核式结构模型的重要依据B.该实验证实了汤姆孙原子模型的正确性C.粒子与原子中的电子碰撞会发生大角度偏转D.绝大多数的粒子发生大角度偏转变式题1 在粒子散射实验中,电子对粒子运动的影响可以忽略.这是因为与粒子相比,电子的()A.电荷量太小B.速度太小C.体积太小D.质量太小变式题2 2015安徽卷 如图31-3所示是粒子(氦原子核)被重金属原子核散射的运动轨迹,M、N、P、Q是轨迹上的四点,在散射过程中可以认为重金属原子核静止不动.图中所标出的粒子在各点处的加速度方向正确的是()图31-3A.M点B.N点C.P点D.Q点考点二玻尔理论和氢原子能级结构(1)氢原子从高能级

19、(能量为E1)向低能级(能量为E2)跃迁,辐射的光子能量h=E1-E2;反之,原子从低能级吸收光子能量h,则向高能级跃迁,h=E1-E2.辐射或吸收的光子能量一定等于原子的能级差.(2)氢原子由激发态向基态或其他较低能级跃迁,具有随机性,一个原子会有多种可能的跃迁.一群氢原子处于激发态,则各种可能的跃迁都会发生,所以会同时得到氢原子辐射的全部光子种类.如一群处于量子数为n的激发态的氢原子跃迁到基态时,可能辐射出的光谱条数(即频率数)为n(n-1)2,而单个处于量子数为n的激发态的氢原子跃迁到基态时,最多可能辐射出的光谱条数为n-1.(3)只有光子能量恰好等于跃迁所需的能量(h=E1-E2)时,

20、原子才吸收光子并跃迁到激发态;当照射光子的能量大于基态能级的绝对值(即电离能)时,光子一定能被原子吸收并使之电离,剩余能量为自由电子的动能.实物粒子与原子作用时,若使原子获得足够的能量,则也能使原子电离.例2 (多选)如图31-4所示是氢原子的能级图,一群氢原子处于n=3能级,下列说法中正确的是()图31-4A.这群氢原子跃迁时能够发出3种不同频率的光子B.这群氢原子发出的光子中,能量最大为10.2 eVC.从n=3能级跃迁到n=2能级时发出的光波长最大D.这群氢原子能够吸收任意光子的能量而向更高能级跃迁变式题1 图31-5甲为氢原子的能级图,图乙为氢原子的光谱图.已知谱线b是氢原子从n=5的

21、能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线,则谱线a可能是氢原子()乙图31-5A.从n=2的能级跃迁到n=1的能级时发出的光谱线B.从n=3的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线C.从n=4的能级直接跃迁到n=1的能级时发出的光谱线D.从n=4的能级直接跃迁到n=2的能级时发出的光谱线变式题2 2018浙江金华十校联考 如图31-6所示是氢原子的能级图.处于基态的氢原子被某外来单色光激发后跃迁到n=5能级,然后发出光线.已知普朗克常量h=6.6310-34 Js,则()图31-6A.该外来单色光的能量为12.75 eVB.该氢原子发射的所有谱线中,最长的波长为4000 nmC.该氢原子发射

22、的所有谱线中,最短波长的光子动量为6.9710-27 kgm/sD.该氢原子发射的光照射逸出功为3.34 eV的金属锌,光电子最大初动能约为9.72 eV 要点总结氢原子能级图与氢原子跃迁问题的解答技巧(1)能级之间发生跃迁时放出的光子频率是不连续的.(2)能级之间发生跃迁时放出(吸收)光子的频率由h=Em-En求得,而波长可由公式c=求得.(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n-1)条.(4)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法:用数学中的组合知识求解:N=Cn2=n(n-1)2.利用能级图求解:在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出,然后相加.考点三原子

23、核的衰变及射线1.衰变规律及实质(1)衰变、衰变的比较衰变类型衰变衰变衰变过程ZAXZA-2-4Y+24HeZAXZ+1AY+-10e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子211H+201n24He01n11H+-10e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(2)射线:射线经常伴随着衰变或衰变同时产生.其实质是放射性原子核在发生衰变或衰变的过程中,产生的新核由于具有过多的能量(原子核处于激发态)而辐射出光子.2.确定衰变次数的方法因为衰变对质量数无影响,所以先由质量数的改变确定衰变的次数,然后再根据衰变规律确定衰变的次数.3.半衰期(1

24、)公式:N余=N原12t,m余=m原12t.(2)影响因素:放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的,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3 2017全国卷 一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核,衰变方程为92238U90234Th+24He,下列说法正确的是()A.衰变后钍核的动能等于粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间D.衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量变式题 一个静止的铀核放在匀强磁场中,它发生一次衰变后变为钍核,粒子和钍核都在匀强磁场中做匀速圆周运动.某同学作出如图31

25、-7所示的运动径迹示意图,以下判断正确的是()图31-7A.1是粒子的径迹,2是钍核的径迹B.1是钍核的径迹,2是粒子的径迹C.3是粒子的径迹,4是钍核的径迹D.3是钍核的径迹,4是粒子的径迹例4 2018宁波中学模拟 如图31-8所示是卢瑟福设计的一个实验:他在铅块上钻了一个小孔,孔内放入一点镭,使射线只能从这个小孔里发出,随后他将射线引入磁场中,发现射线立即分成三股,他把三束射线分别命名为 射线、射线、射线.基于对这三种射线的深入分析,卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖.以下对这三束射线描述准确的是()图31-8A. 射线的穿透能力最弱,容易被物体吸收B. 射线在真空中的运动速度是光速C.

26、射线本质上是波长极短的电磁波,电离能力极强D. 射线带负电,是来自镭原子的核外电子变式题 在很多装饰材料中都不同程度地含有放射性元素.下列说法正确的是()A.射线、射线和射线都是电磁波B.在、三种射线中,射线的电离能力最强C.氡的半衰期为3.8天,4个氡原子核经过7.6天后一定只剩下1个氡原子核D.放射性元素发生衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的 要点总结三种射线的比较种类射线射线射线组成高速氦核流高速电子流光子流(高频电磁波)带电荷量2e-e0(续表)种类射线射线射线质量4mp,mp=1.6710-27 kgmp1836静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中

27、偏转与射线反向偏转不偏转贯穿本领最弱,用纸能挡住较强,能穿透几毫米厚的铝板最强,能穿透几厘米厚的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱考点四核反应类型及核能计算1.核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92238U90234Th+24He衰变自发90234Th91234Pa+-10e人工转变人工控制714N+24He817O+11H(卢瑟福发现质子)24He+49Be612C+01n(查德威克发现中子)1327Al+24He1530P+01n约里奥-居里夫妇发现放射性同位素,同时发现正电子1530P1430Si+10e重核裂变容易控制92235U+01n56144Ba+3689Kr+3

28、01n92235U+01n54136Xe+3890Sr+1001n轻核聚变很难控制12H+13H24He+01n2.核能的计算方法(1)根据E=mc2计算时,m的单位是kg,c的单位是m/s,E的单位是J.(2)根据E=m931.5 MeV计算时,m的单位是u,E的单位是MeV.(3)根据核子比结合能来计算核能:原子核的结合能=核子的比结合能核子数.核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能.例5 2016全国卷 在下列描述核过程的方程中,属于衰变的是,属于衰变的是,属于裂变的是,属于聚变的是.(填正确答案标号)A.614C714

29、N+-10eB.1532P1632S+-10eC.92238U90234Th+24HeD.714N+24He817O+11HE.92235U+01n54140Xe+3894Sr+201nF.13H+12H24He+01n变式题 2017天津卷 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献.下列核反应方程中属于聚变反应的是()图31-9A.12H+13H24He+01nB.714N+24He817O+11HC.24He+1327Al1530P+01nD.92235U+01n56144Ba+3689Kr+301n例6 2017全国卷 大科

30、学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电.氘核聚变反应方程是:12H+12H23He+01n.已知12H的质量为2.013 6 u,23He的质量为3.015 0 u,01n的质量为1.008 7 u,1 u=931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A.3.7 MeVB.3.3 MeVC.2.7 MeVD.0.93 MeV变式题1 (多选)原子核的比结合能曲线如图31-10所示.根据该曲线,下列判断正确的是()图31-10A.24He核的结合能约为14 MeVB.24He核比36Li核更稳定C.两个12H核结合成24He核时释放能量D.92235U核中核子的平均结

31、合能比3689Kr核中的大变式题2 卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子.发现质子的核反应为714N+24He817O+11H.已知氮核的质量为mN=14.007 53 u,氧核的质量为mO=17.004 54 u,氦核质量为mHe=4.003 87 u,质子(氢核)质量为mp=1.008 15 u.(1 u质量对应931 MeV能量,结果保留两位有效数字)(1)这一核反应是吸收能量还是放出能量的反应?相应的能量变化为多少?(2)若入射氦核以v0=3107 m/s的速度沿两核中心连线方向轰击静止氮核,反应生成的氧核和质子同方向运动,且速度大小之比为150,求氧核的速度大小. 要点总结原子物理中两个守恒定律的应用若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的原子核过程中满足动量守恒的条件,则m1v1+m2v2=m3v3+m4v4+若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能,由能量守恒定律得12m1v12+12m2v22+E=12m3v32+12m4v42+完成课时作业(三十一)