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1、专题五 近代物理,考情分析备考定向,第13讲 近代物理,-4-,知识脉络梳理,规律方法导引,-5-,知识脉络梳理,规律方法导引,1.能级跃迁 (1)辐射条件:h=Em-En。 (2)辐射光谱线条数:一群处于量子数为n的激发态的氢原子,可辐射出的光谱线条数N= C 2 。 2.光电效应 (1)光电效应规律。 (2)光电效应方程:h=Ek+W0。 3.核反应、核能的计算 (1)两个守恒:质量数守恒、电荷数守恒。 (2)质能方程:E=mc2。,-6-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,原子结构 例1下列有关原子结构和原子核的认识,其中正确的是( ) A.射线是高速运动的电子流 B.氢原子辐射光子后
2、,其绕核运动的电子动能增大 C.太阳辐射能量的主要来源是太阳中发生的重核裂变,B,-7-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,例2(多选)右图为氢原子的能级图。现有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁,下列说法正确的是( ) A.氢原子由n=3跃迁到n= 2能级时,其核外电子的动能将减小 B.这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光 C.这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 eV D.氢原子由n=3跃迁到n=1产生的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应,BD,-8-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,解析 根据玻尔理论,核外电子轨道半径越小,则速度越大,动能越大,
3、氢原子由n=3跃迁到n=2能级时,轨道半径减小,则动能将增大,A错误;由于有大量处于n=3激发态的氢原子向低能级跃迁,故可产生 种不同频率的光,B正确;这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,C错误;氢原子由n=3跃迁到n=1辐射出的光子能量为-1.51 eV-(-13.6 eV)=12.09 eV,大于最大逸出功为6.34 eV的金属铂,能发生光电效应,D正确。,-9-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,规律方法原子能级跃迁问题的解题技巧 (1)原子跃迁时,所吸收或释放的光子能量只能等于两能级之间的能量差,即E=h=|E初-E末|。
4、 (2)原子电离时,所吸收的能量可以大于或等于某一能级能量的绝对值。 (3)一群氢原子和一个氢原子不同,氢原子核外只有一个电子,这个电子在某时刻只能处在某一个确定的轨道上,在某段时间内,由这一轨道跃迁到另一轨道时,可能的情况只有一种,但是如果有大量的氢原子,它们的核外电子向基态跃迁时就会有各种情况出现了,发射光子的种类 (4)计算氢原子能级跃迁放出或吸收光子的频率和波长时,要注意各能级的能量值均为负值,且单位为电子伏特,计算时需换算单位,1 eV=1.610-19 J。,-10-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,光电效应 例3(多选)在光电效应实验中,用频率为的光照射光电管阴极,发生了光电
5、效应,下列说法正确的是( ) A.入射光增强,光电流增大 B.入射光减弱,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,AD,解析 增大入射光强度,使单位时间内逸出的光电子数增加,因此光电流增大,选项A正确;能否发生光电效应与照射光的频率有关,与强度无关,选项B错误;当照射光的频率小于,但大于极限频率时仍能发生光电效应,选项C错误;由Ekm=h-W,增加入射光的频率,光电子的最大初动能变大,选项D正确。,-11-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,例4(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、
6、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EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb,BC,解析 根据光电效应方程Ek=h-W和光电子的最大初动能与遏止电压的关系-eU=0-Ek,得eU=h-W,A错,B、C正确;若ab,则一定有ha-Eka=hb-Ekb=W,D错。,-12-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,规律方法光电效应的研究思路 (1)两条线索:,(2)两条对应关系: 光照强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
7、大初动能大,-13-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,核反应与核能 例5(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 。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,B,解析 静止的铀核发生衰变,衰变过程中动量守恒,所以衰变后粒子的动量和钍核的动量大小相等、方向相反,故选项B正确;由于m钍m,根据 可知,钍核的动能小于粒子的动能,故选项A错误;半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间,并不是放出一个粒
8、子所经历的时间,故选项C错误;铀核发生衰变过程中有质量亏损,衰变后粒子与钍核的质量和小于衰变前铀核的质量,故选项D错误。,-14-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,例6在某些恒星内部,发生3个氦核 结合成1个碳核的 反应。已知1个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2,1个质子的质量为mp,1个中子的质量为mn,真空中的光速为c。 (1)写出核反应方程式; (2)求核反应的质量亏损; (3)求碳核的比结合能。,-15-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,思维导引1.核反应前后质量数和电荷数守恒。 2.比结合能为组成原子的所有核子的质量亏损和核子数的比值。,-16-,命题热点一,命题热点二
9、,命题热点三,规律方法衰变及核反应方程的书写 (1)原子核的衰变 衰变实质:衰变是原子核中的2个质子和2个中子结合成一个氦核;衰变是原子核中的中子转化为一个质子和一个电子;衰变伴随着衰变或衰变同时发生,不改变原子核的质量数与电荷数,以光子形式释放出衰变过程中产生的能量。 衰变的快慢由原子核内部因素决定,跟原子所处的物理、化学状态无关;半衰期是统计规律,对个别、少数原子核无意义。,-17-,命题热点一,命题热点二,命题热点三,(2)核反应方程的书写 核反应过程一般不可逆,所以核反应方程中用“”表示方向而不能用等号代替。 核反应方程遵循质量数、电荷数守恒,但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏
10、损)且释放出核能。 核反应的生成物一定要以实验为基础,不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程。,-18-,1,3,4,5,2,1.(2018全国卷)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.2810-19 J,已知普朗克常量为6.6310-34 Js,真空中的光速为3.00108 ms-1,能使锌产生光电效应的单色光的最低频率约为( ) A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz,B,中,Ek=1.2810-19 J,=300 nm=310-7 m,得081014 Hz,选项B正确。,-19-,1,3,4,5,
11、2,2.图甲所示为氢原子的能级,图乙为氢原子的光谱。已知谱线a是氢原子从n=4的能级跃迁到n=2能级时的辐射光,则谱线b可能是氢原子在下列哪种情形跃迁时的辐射光( ),-20-,1,3,4,5,2,A.从n=5的能级跃迁到n=3的能级 B.从n=4的能级跃迁到n=3的能级 C.从n=5的能级跃迁到n=2的能级 D.从n=3的能级跃迁到n=2的能级,答案 C,-21-,1,3,4,5,3.下图是光电管的原理图,已知当有波长为0的光照到阴极K上时,电路中有光电流,则( ) A.若换用波长为1(10)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2(20)的光照射阴极K时,电路中一定有光电
12、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,2,B,-22-,1,3,4,5,2,下说法正确的是( ) A.每经过一次衰变原子核的质量数会减少2 B.每经过一次衰变原子核的质子会增加1个,B,-23-,1,3,4,5,2,-24-,1,3,4,5,2,序数和质量数分别为( ) A.15和28 B.15和30 C.16和30 D.17和31,B,解析:已知粒子的质量数是4,核电荷数为2,中子的质量数为1,不,可知X的核电荷数即原子序数为15,根据质量数守恒,可知X的质量数为30,选项B正确。,-25-,核反应方程及核能的计算 【典例示范】 一
13、个静止的氡核 放出一个粒子后衰变为钋核 。假设放出的核能完全转变为钋核与粒子的动能,不计光子的动量。已知m氡=222.086 63 u、m=4.002 6 u、m钋=218.076 6 u,1 u相当于931.5 MeV的能量。 (1)写出上述衰变方程; (2)求出发生上述衰变放出的能量; (3)确定钋核与粒子的动能。,分析推理:能量守恒定律和动量守恒定律。,-26-,思维流程,-27-,-28-,以题说法核反应方程及核能的计算 (1)掌握核反应方程中的守恒。 质量数守恒。 电荷数守恒。 (2)核能的计算方法。 根据爱因斯坦质能方程,即E=mc2(J)。 根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量,即E=m931.5(MeV)。 如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现,则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能。,-29-,B,解析 由方程 得,质量亏损为m=22.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u,由E=mc2得,E=0.003 5931 MeV3.3 MeV,故选B。,