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1、专题12 波粒二象性 原子和 原子核,知识专题,网络构建,考题二 氢原子光谱与能级,考题三 核反应与核能,栏目索引,考题一 光电效应与光子说,考题一 光电效应与光子说,1.爱因斯坦光电效应方程 EkhW0. 2.用图象表示光电效应方程，如图1所示 (1)极限频率：图线与轴的交点的横坐标0. (2)逸出功：图线与Ek交点的纵坐标的值W0. (3)普朗克常量：图线的斜率kh. 3.处理光电效应问题的两条线索：光强和光的频率 (1)光强光子数目多发射光电子数多光电流大 (2)光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大,知识精讲,图1,解析,例1 爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律
2、而获得1921年诺贝尔物理学奖.某种金属逸出光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图2所示，其中0为极限频率.从图中可以确定的是( ) A.逸出功与有关 B.当0时，会逸出光电子 C.Ekm与入射光强度成正比 D.图中直线的斜率与普朗克常量有关,图2,典例剖析,解析 金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，故A错误； 当0时会有光电子逸出，故B正确； 由光电效应方程EkmhW0，知光电子的最大初动能Ekm与入射光的强度无关，故C错误； 由光电效应方程EkmhW0，知h ，故D正确.,1.一光电管的阴极K用截止频率为的金属铯制成，光电管阳极A和阴极K之间的正向电压为U.用波长为的
3、单色光射向阴极，产生了光电流.已知普朗克常量为h，电子电荷量为e，真空中的光速为c.求： (1)金属铯的逸出功W0； 解析 由题知，金属铯的逸出功W0h 答案 h,解析答案,变式训练,1,2,3,(2)光电子到达阳极的最大动能Ek. 解析 根据光电效应方程知，光电子的最大初动能,1,2,3,解析答案,根据动能定理得：eUEkEkm,2.如图3所示电路可研究光电效应规律.图中标有A和K的为光电管，其中K为阴极，A为阳极.理想电流计可检测通过光电管的电流，理想电压表用来指示光电管两端的电压.现接通电源，用光子能量为10.5 eV的光照射阴极K，电流计中有示数；若将滑动变阻器的滑片P缓慢向右滑动，电
4、流计的读数逐渐减小，当滑至某一位置时电流计的读数恰好为零，读出此时电压表 的示数为 6.0 V；现保持滑片P位置不变，光电管阴极材料 的逸出功为_，若增大入射光的强度，电流计的读数 _(选填“为零”或“不为零”).,1,2,3,答案,图3,解析,4.5 eV,为零,解析 由题知，当电流计的电流为0时，U6.0 V，则光电子的最大初动能为6.0 eV.由光电效应方程EkmhW0，得W0hEkm4.5 eV.光电子的最大初动能与入射光的强度无关，与入射光的频率有关，故增大入射光的强度，电流计的读数仍为零.,1,2,3,3.用同一实验装置如图4甲研究光电效应现象，分别用A、B、C三束光照射光电管阴极
5、，得到光电管两端电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中A、C两束光照射时对应的遏止电压相同，均为Uc1，下列论述正确的是( ),1,2,3,图4,A.B光束光子的能量最小 B.A、C两束光的波长相同，且比B光的波长长 C.三个光束中B光束照射时单位时间内产生的光电子数量最多 D.三个光束中B光束照射时光电管发出的光电子最大初动能最大 解析 当光电流为零时光电管两端的电压为截止电压，对应光的频率为截止频率，由eU截 hW0知，入射光的频率越高，对应的截止电压U截越大，A光、C光的截止电压相等，故A光、C光的频率相等，它们的最大初动能也相等，而B光的频率最大，能量最大，故最大初动能也最大，对应的
6、波长最小，故A、C错误，B、D正确.,返回,1,2,3,解析,考题二 氢原子光谱与能级,知识精讲,2.解决氢原子能级跃迁问题的四点技巧 (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. (2)原子电离时，所吸收的能量可以大于或等于某一能级的绝对值. (3)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射光子的种类N . (4)计算能级能量时应注意：因一般取无穷远处为零电势参考面，故各个能级的能量值均为负值.,例2 如图5所示是氢原子的能级图，大量处于n4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴耳末系是指氢原子由高能级向n2能级跃迁时释放的光子，则(
7、 ) A.6种光子中有2种属于巴耳末系 B.6种光子中波长最长的是n4激发态跃迁到基态时 产生的 C.使n4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量 D.在6种光子中，n4能级跃迁到n1能级释放的光子 康普顿效应最明显,解析,典例剖析,图5,解析 巴耳末系是指氢原子由高能级向n2能级跃迁时释放的光子，大量处于n4激发态的氢原子向低能级跃迁时，可以从n4跃迁到n2，可以从n3跃迁到n2，可知产生的6种光子中有2种属于巴尔末系，故A正确； 从n4跃迁到基态时，辐射的光子能量最大，波长最短，故B错误； n4能级，氢原子具有的能量为0.85 eV，可知使n4能级的氢原子电离至少要0.85 eV的能量
8、，故C正确； 在6种光子中，n4跃迁到n1能级，光子能量最大，康普顿效应最明显，故D正确.故选A、C、D.,4.如图6所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态，若一群氢原子A处于激发态E2，一群氢原子B处于激发态E3，B从E3跃迁到E2所发出的光波长为1，A从E2跃迁到E1所发出的光波长为2.已知普朗克常量为h，真空中光速为c，其中 两个能量差E3E2_，若B从E3直接跃迁到E1所发出的光波长为_.,解析答案,4,5,变式训练,6,图6,5.在探究光电效应的实验中，用光照射某种金属，测得该金属表面有光电子逸出的最大入射光波长为0.若用氢原子发出的光照射该金属，已知氢原子从能级3跃迁到能级2时发出
9、的光可使该金属发生光电效应，但从能级4跃迁到能级3发出的光不能使该金属发生光电 效应.已知氢原子能级如图7所示，真空中的光速为c. 则下列说法正确的是( ),4,5,6,图7,A.该金属的极限频率为 B.该金属的逸出功大于0.66 eV C.当用氢原子从能级5跃迁到能级3发出的光照射该金属时，该金属一定 会发生光电效应 D.当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出的光照射该金属时，该金属 一定会发生光电效应,4,5,6,解析,解析 由题知该金属的极限频率为 ，故A正确； 由题知该金属的逸出功大于从能级4跃迁到能级3发出的光子能量，故该金属的逸出功大于0.66 eV，故B正确； 由题知从能级3跃迁到
10、能级2时发出的光可使该金属发生光电效应，故该金属的逸出功小于1.89 eV，当用氢原子从能级5跃迁到能级3发出的光照射该金属时，该金属不一定会发生光电效应，故C错误； 当用氢原子从其他能级跃迁到能级1发出的光照射该金属时，发出的光子能量大于等于10.20 eV，则该金属一定会发生光电效应，故D正确.故选A、B、D.,4,5,6,6.如图8所示为氢原子光谱中的三条谱线，对这三条谱线的描述中正确的是( ) A.乙谱线光子能量最大 B.甲谱线是电子由基态向激发态跃迁发出的 C.丙谱线可能是电子在两个激发态间跃迁发出的 D.每条谱线对应核外电子绕核旋转的一条轨道，任一谱线的频率等于 电子做圆周运动的频
11、率,解析,返回,4,5,6,图8,解析 根据Eh ，故甲谱线光子能量最大，故A错误； 谱线是电子由激发态向基态跃迁发出的，而电子由基态向激发态跃迁需要吸收光子的，故B错误； 丙谱线可以是电子在两个激发态间跃迁发出的，故C正确； 电子跃迁时辐射的光子的频率等于能级差值，与电子绕核做圆周运动的频率无关，故D错误.故选C.,返回,4,5,6,考题三 核反应与核能,知识精讲,1.核反应方程的书写要求 (1)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. (2)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会发生质量亏损且释放能量. (3)核反应的生成物一定要以实验为基础
12、，不能只依据两个守恒规律而凭空杜撰出生成物.,典例剖析,例3 静止的原子核X，自发发生反应XYZ，分裂成运动的新核Y和Z，同时产生一对彼此向相反方向运动的光子，光子的能量均为E.已知X、Y、Z的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c，求： (1)反应放出的核能E； 解析 由题知，质量亏损mm1m2m3 由爱因斯坦质能方程：Emc2， 得：释放的核能E(m1m2m3)c2 答案 (m1m2m3)c2,解析答案,(2)新核Y的动能EkY. 解析 由动量守恒定律知，初状态总动量为零 则末状态两个新核的动量大小相等，方向相反，有： m2v2m3v3,解析答案,由能量守恒得：新核Y的动能,7,8,
13、变式训练,9,解析答案,解析 由题意知，衰变的衰变方程为：,7,8,9,根据动量守恒定律得：mvmThvTh 式中，m和mTh分别为粒子和Th核的质量，v和vTh分别为粒子和Th核的速度的大小，由题设条件知,解析答案,式中Ek4.27 MeV是粒子与Th核的总动能,7,8,9,答案 0.07 MeV,8.核裂变和核聚变的过程中能够放出巨大核能.核裂变中经常使用的 具有天然放射性，若 经过7次衰变和m次衰变，变成 ，则m_.核聚变中，最常见的反应就是一个氘核与一个氚核结合成一个氦核.已知氘核的比结合能是1.09 MeV；氚核的比结合能是2.78 MeV；氦核的比结合能是7.03 MeV，则氢核聚变的方程是_；一次氢核聚变释放出的能量是_MeV.,7,8,9,4,17.6,解析答案,7,8,9,11 460,返回,解析答案,