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1、第11课时 波粒二象性 原子与原子核 专题五 近代物理 复习备考建议 分析近2年的高考试题，光电效应、氢原子能级跃迁、核反应方程与核能的计 算等是高考重点.一般以选择题为主，难度不大，考查对基础知识的掌握为主. 栏目 索引 考点1 光电效应 波粒二象性 考点2 氢原子模型与原子结构 考点3 核反应与核能 1.光电效应方程 (1)光子： 频率为的光的能量子为_. (2)方程表达式：hEkW0或Ek_. 2.光的波粒二象性 (1)大量光子易显示出波动性，而少量光子易显示出_性. (2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长_(频率_)的光粒子性强. 3.三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ekh
2、W0 (2)最大初动能与遏止电压：EkeUc (3)逸出功与极限频率：W0hc 考点1 光电效应 波粒二象性 h hW0 粒子 短高 4.两个图象 (1)光电流与电压的关系，如图1所示 图图1 Im为饱和电流，由光照强度决定. Uc为遏止电压，对应光电子的最大初动能，由光的频率决定. (2)用图象表示光电效应方程，如图2所示 图图2 极限频率：图线与轴的交点的横坐标c 逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的绝对值W0 普朗克常量：图线的斜率kh. 5.两条线索 (1)光强大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 例1 (多选)(2019浙江嘉丽3月联考
3、)某同学用某一金属为阴极的光电管，观测光电 效应现象，实验装置示意图如图3甲所示.测得该金属的遏止电压Uc与入射光频率 之间的关系如图乙所示，已知普朗克常量h6.631034Js.则 图图3 A.图甲中电极A为光电管的阳极 B.探究遏止电压Uc与入射光频率关系时， 电源的左侧是正极 C.该金属的截止频率c为5.151014 Hz D.该金属的逸出功为3.411019 eV 解析 电子从金属板上射出后被电场加速，知A板为阳极，故选项A正确； 探究遏止电压Uc与入射光频率关系时，应让电子减速，直至光电流为零，故电源 左侧是负极，选项B错误； 由EkhW0和eUcEk知，当Uc0时，hcW0. 据题
4、图乙知截止频率c5.151014Hz，故选项C正确； W0hc6.6310345.151014 J3.411019 J，故D错误. 变式训练 1.(2019福建福州市期末质量检测)研究光电效应现象的实验装置示意图如图4(a)所示， 用光强相同的黄光和蓝光照射光电管阴极K时，测得相应的遏止电压分别为U1和U2， 产生的光电流I随光电管两端电压U的变化规律如图(b)所示.已知电子的质量为m，电 荷量为e，黄光和蓝光的频率分别为1和2，且1U2 B.图(b)中的乙线是对应黄光照射 C.根据题述条件无法算出阴极K金属的极限频率 D.用蓝光照射时，光电子的最大初动能为eU2 2.(2019浙江宁波市 “
5、十校联考”)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应，即 一个电子在极短时间内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出.强激光的出现丰富了 人们对于光电效应的认识，用强激光照射金属，由于其光子密度极大，一个电子在 极短时间内吸收多个光子成为可能，从而形成多光子光电效应，这已被实验证实.光 电效应实验装置示意图如图5.用频率为的普通光源照射阴极K，没有发生光电效应. 换用同样频率为的强激光照射阴极K，则发生了光电效应；此时，若加上反向电压U， 即将阴极K接电源正极，阳极A接电源负极，在K、A之间就形成了使光电子减速的电 场.逐渐增大U，光电流会逐渐减小；当光电流恰好减小到零时，所加反向电压U可能 是下列
6、的(其中W0为逸出功，h为普朗克常量，e为电子电荷量) 图图5 解析 发生光电效应时有EknhW0(n2,3,4)， 在K、A间逐渐增大U，当光电流为零时， 例2 (2019河南九师联盟质检)关于光电效应，下列说法正确的是 A.在光电效应实验中，用不同频率的光照射相同的金属表面，这种金属的逸出功 不同 B.若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该金属表面时一定能发 生光电效应 C.用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)，光电子的最大初动 能与金属的逸出功成线性关系 D.只要增加光照时间和光照强度照射金属表面，该金属一定能发生光电效应 解析 在光电效应实验中，金属的逸出
7、功是由金属本身决定的物理量，与入射光的 频率无关，选项A错误； 黄光的频率小于紫光，则若用紫光照射某金属表面能发生光电效应，用黄光照射该 金属表面时不一定能发生光电效应，选项B错误； 根据EkhW0可知，用同一种频率的单色光照射不同的金属(都有光电效应发生)， 光电子的最大初动能与金属的逸出功成线性关系，选项C正确； 能否发生光电效应，由入射光的频率决定，与光照时间和光照强度无关，选项D错误. 3.(2019四川综合能力提升卷)用一种红光照射某种金属，发生了光电效应.现改用 紫光照射该金属，下列说法正确的是 A.若紫光强度较小，可能不会产生光电子 B.用红光照射时，该金属的逸出功小，用紫光照射
8、时该金属的逸出功大 C.用紫光照射时，光电子的最大初动能更大 D.两种光比较，用红光照射产生的光电子的动能都比用紫光照射产生的光电子的 动能小 变式训练 解析 因为紫光的频率大于红光的频率，红光照射某种金属，发生了光电效应， 则紫光一定发生光电效应，选项A错误； 某种金属的逸出功与入射光的频率无关，选项B错误； 照射在都能产生光电效应的同一种金属上，紫光的光子能量较大，则用紫光照射 时，光电子的最大初动能更大，选项C正确； 两种光比较，用红光照射产生的光电子的最大初动能比用紫光照射产生的光电子 的最大初动能小，但用红光照射产生的光电子的动能不一定都比用紫光照射产生 的光电子的动能小，选项D错误
9、. 1.玻尔理论的基本内容 (1)能级假设：氢原子En_(n为量子数). (2)跃迁假设：吸收或释放的能量h_(mn). (3)轨道假设：氢原子rnn2r1(n为量子数). 考点2 氢原子模型与原子结构 EmEn 2.两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级低能级，释放能量，发出光子. 光子的频率 . (2)受激跃迁：低能级高能级，_能量. 光照(吸收光子)：光子的能量必须_能级差E. 碰撞：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外E. 大于电离能的光子被吸收，原子被电离. 吸收 恰好等于 3.四点技巧 (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
10、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 . (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3 (2019河南濮阳市5月模拟)HeNe激光器产生的波长为6.33107 m的谱线 是Ne原子从激发态能级(用E1表示)向能量较低的激发态能级(用E2表示)跃迁时发生 的；波长为3.39106 m的谱线是Ne原子从能级E1向能量较低的激发态能级(用E3表 示)跃迁时发生的.已知普朗克常量h与光速c的乘积hc1.24106 meV.由此可知Ne 的激发态能级E3与E2的能量差为(结果保留两位有效
11、数字) A.1.6 eV B.2.6 eV C.3.6 eV D.4.0 eV 变式训练 4.(2019四川宜宾市第二次诊断)玻尔首先提出能级跃迁.如图6所示为氢原子的能级 图，现有大量处于n3能级的氢原子向低能级跃迁.下列说法正确的是 A.这些氢原子总共可辐射出三种不同频率的光 B.氢原子由n3能级跃迁到n2能级产生的光频率最大 C.氢原子由n3能级跃迁到n1能级产生的光波长最长 D.这些氢原子跃迁时辐射出光子能量的最大值为10.2 eV 图图6 5.(2019全国卷14)氢原子能级示意图如图7所示.光子能量在 1.63 eV3.10 eV的光为可见光.要使处于基态(n1)的氢原子被 激发后
12、可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为 A.12.09 eV B.10.20 eV C.1.89 eV D.1.51 eV 图图7 解析 因为可见光光子的能量范围是1.63 eV3.10 eV， 所以处于基态的氢原子至少要被激发到n3能级， 要给氢原子提供的能量最少为E(1.5113.60) eV12.09 eV，故选项A正确. 1.核反应的四种类型 考点3 核反应与核能 类型 可控性核反应方程典例 衰变 衰变 自发 衰变 人工转变 人工控制 (_发现质子) (查德威克发现中子) 约里奥居里夫妇发现放射 性同位素，同时发现正电子 卢瑟福 重核裂变 比较容易进 行人工控制 轻核聚变 很难
13、控制 3 2.原子核的衰变 (1)衰变的实质：衰变为 ，即放出射线；衰变为 ，即 放出射线，在衰变或衰变过程中放出射线. (2)衰变的快慢由原子核内部因素决定，与原子所处的物理、化学状态无关；半衰 期是_规律，对个别、少数原子无意义. 3.核反应方程解答技巧 (2)掌握核反应方程遵守的规律是正确书写核反应方程或判断核反应方程是否 正确的依据，所以要理解并会应用质量数守恒和电荷数守恒. (3)明白核反应过程是不可逆的核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向， 不能用等号连接. 统计 4.核能的计算方法 (1)根据Emc2计算时，m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，E的单位是 “J”. (2)
14、根据Em931.5 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比结合能核子数. 解析 该反应放出粒子，属于衰变，选项A错误； 根据电荷数守恒可知X2384234，则 中含有23490144个中子，选项B 错误； 变式训练 7.(2019天津市和平区上学期期末)天然放射现象的发现，证明了原子核具有复杂的 结构.关于原子核，下列说法正确的是 A.射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 B.某原子核经过一次衰变后，核内质子数减少4个 C.增大压强不能改变原子核衰变的半衰期 D.射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤 解析 射线是原子核
15、内的一个中子转化为一个质子同时生成一个电子形成的，故 A错误； 衰变是原子核自发放射粒子的核衰变过程.粒子是核电荷数为2、质量数为4的氦 核.质子数等于核电荷数2，所以“核内质子数减少4个”是错误的，则B错误； 原子核的半衰期有其自身决定，与原子所处的物理、化学状态和外部条件无关， 故改变压强不能改变半衰期，C正确； 射线的贯穿作用很强，可用来进行金属探伤，射线的电离本领最强，D错误. 8.(2019湖北武汉市二月调研)据悉我国第四代先进核能系统之一的钍基熔盐堆核能 系统(TMSR)研究已获重要突破.该反应堆以钍为核燃料，钍俘获一个中子后经过若 干次衰变转化成铀；铀的一种典型裂变产物是钡和氪，
16、同时释放巨大能量.下列说 法正确的是 C.放射性元素衰变的快慢与核内部自身因素无关，由原子所处的化学状态和外部条 件决定 D.重核分裂成中等大小的核，核子的比结合能减小 根据反应前后质量数守恒，电荷数守恒可知，故B正确； 根据半衰期的特点可知，放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的， 跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故C错误； 较重的核分裂成中等质量大小的核或较轻的核合并成中等质量大小的核的过程中 会释放一定的能量，所以核子的比结合能都会增大，故D错误. A.8 MeV B.16 MeV C.26 MeV D.52 MeV 解析 因电子的质量远小于质子的质量，计算中可忽略不计. 核反应质量亏损m41.007 8 u4.002 6 u0.028 6 u， 释放的能量E0.028 6931 MeV26.6 MeV，选项C正确. 9.(多选)(2019浙江绍兴市3月选考)一座核电站反应堆产生的热功率为3 400 MW， 发电功率为1 100 MW.已知一个铀235核裂变时释放的能量约为200 MeV，下列说法 正确的是 变式训练 B.核反应后总质量增加了 C.核电站的发电效率约为32% D.每秒钟约有1.11020个铀235核发生裂变 由于释放核能，据Emc2，总质量一定减小；