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1、專題十六波粒二象性原子物理,高考物理（江蘇專用）,考點(diǎn)一波粒二象性,考點(diǎn)清單,考向基礎(chǔ) 一、黑體和黑體輻射普朗克能量子假說(shuō) 1.黑體與黑體輻射 (1)黑體:是指能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體。 (2)黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 ()一般材料的物體,輻射的電磁波除與溫度有關(guān)外,還與材料的種類及表面狀況有關(guān)。,()黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體的溫度有關(guān)。 a.隨著溫度的升高,各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加。 b.隨著溫度的升高,輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。 2.能量子 (1)定義:普朗克認(rèn)為,帶電微粒輻射或者吸收能量時(shí),只能輻射或吸收某個(gè)最小能量值的整數(shù)倍。即能量的輻

2、射或者吸收只能是一份一份的。這個(gè)不可再分的最小能量值叫做能量子。 (2)能量子的大小:=h,其中是電磁波的頻率,h稱為普朗克常量。h=6.63 10-34 Js。 二、光電效應(yīng) 1.定義:照射到金屬表面的光,能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。 2.光電子:光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的電子。,3.研究光電效應(yīng)的電路圖: 其中A是陽(yáng)極,K是陰極。 4.光電效應(yīng)規(guī)律 (1)每種金屬都有一個(gè)極限頻率,入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。低于這個(gè)頻率的光不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。 (2)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),只隨入射光頻率 的增大而增大。,(3)光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的,一般不超過(guò)10-

3、9 s。 (4)當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),飽和光電流的大小與入射光的 強(qiáng)度成正比。 三、愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 1.光子說(shuō) 在空間傳播的光是不連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做一個(gè)光的能量子,簡(jiǎn)稱光子,光子的能量=h,其中h=6.6310-34 Js。 2.逸出功W0 使電子脫離某種金屬所做功的最小值。 3.最大初動(dòng)能 發(fā)生光電效應(yīng)時(shí),金屬表面上的電子吸收光子后克服原子核的引力逸出時(shí)所具有的動(dòng)能的最大值。,4.遏止電壓與截止頻率 (1)遏止電壓:使光電流減小到零的反向電壓Uc。 (2)截止頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng)的最小頻率叫做該種金屬的截止頻率(又叫極限頻率)。不同的金屬對(duì)應(yīng)著不同的極

4、限頻率。 5.愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程 (1)表達(dá)式:Ek=h-W0。 (2)物理意義:金屬表面的電子吸收一個(gè)光子獲得的能量是h,這些能量的一部分用來(lái)克服金屬的逸出功W0,剩下的表現(xiàn)為逸出后光電子的最大初動(dòng)能Ek=mev2。,四、光的波粒二象性與物質(zhì)波 1.光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象證明光具有波動(dòng)性。 (2)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。 (3)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。 2.物質(zhì)波 (1)概率波:光的干涉現(xiàn)象是大量光子的運(yùn)動(dòng)遵守波動(dòng)規(guī)律的表現(xiàn),亮條紋是光子到達(dá)概率大的地方,暗條紋是光子到達(dá)概率小的地方,因此光波又叫概率波。 (2)物質(zhì)波:任何一

5、個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到微觀粒子大到宏觀物體都有一種波與它對(duì)應(yīng),其波長(zhǎng)=,p為運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h為普朗克常量。,考向突破,考向一光電效應(yīng)現(xiàn)象 1.四點(diǎn)說(shuō)明 (1)能否發(fā)生光電效應(yīng),不取決于光的強(qiáng)度而取決于光的頻率。 (2)光電效應(yīng)中的“光”不是特指可見(jiàn)光,也包括不可見(jiàn)光。 (3)逸出功的大小由金屬本身決定,與入射光無(wú)關(guān)。 (4)光電子不是光子,而是電子。 2.兩條對(duì)應(yīng)關(guān)系 (1)光強(qiáng)大光子數(shù)目多發(fā)射光電子多光電流大; (2)光子頻率高光子能量大光電子的最大初動(dòng)能大。,例1(2014廣東理綜,18,6分)在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,用頻率為的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應(yīng),下列說(shuō)法正確的是() A.增大入射

6、光的強(qiáng)度,光電流增大 B.減小入射光的強(qiáng)度,光電效應(yīng)現(xiàn)象消失 C.改用頻率小于的光照射,一定不發(fā)生光電效應(yīng) D.改用頻率大于的光照射,光電子的最大初動(dòng)能變大,解析增大入射光強(qiáng)度,使單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)增加,因此光電流增大,選項(xiàng)A正確;光電效應(yīng)與入射光的頻率有關(guān),與強(qiáng)度無(wú)關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)入射光的頻率小于,大于極限頻率時(shí)發(fā)生光電效應(yīng),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;由Ekm=h-W0知,增大入射光的頻率,光電子的最大初動(dòng)能變大,選項(xiàng)D正確。,答案AD,3.三個(gè)定量關(guān)系式 (1)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程:Ek=h-W0。 (2)最大初動(dòng)能與遏止電壓的關(guān)系:Ek=eUc。 (3)逸出功與極限頻率的關(guān)系:W0=h0。,例

7、2當(dāng)具有5.0 eV的光子射到一金屬表面時(shí),從金屬表面逸出的電子具有的最大初動(dòng)能為1.5 eV,為了使這種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng),入射光子的能量必須不小于() A.1.5 eVB.2.5 eVC.3.5 eVD.5.0 eV,解析根據(jù)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=h-W,得逸出功W=h-Ek=5.0 eV-1.5 eV=3.5 eV,由光電效應(yīng)產(chǎn)生的條件可知,入射光子的能量必須不小于逸出功,故C正確。,答案C,4.光電效應(yīng)的四類圖像分析,例3圖甲是光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖,圖乙是光電流與加在陰極K和陽(yáng)極A上的電壓的關(guān)系圖像,下列說(shuō)法正確的是() A.由圖線、可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流

8、越大 B.由圖線、、可知對(duì)某種確定的金屬來(lái)說(shuō),其遏止電壓只由入射,光的頻率決定 C.只要增大電壓,光電流就會(huì)一直增大 D.不論哪種顏色的入射光,只要光足夠強(qiáng),就能發(fā)生光電效應(yīng),解析由圖線、可知在光的顏色不變的情況下,入射光越強(qiáng),飽和電流越大,故選項(xiàng)A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0=eUc,可知入射光頻率越大,最大初動(dòng)能越大,遏止電壓也越大,可知對(duì)于確定的金屬,遏止電壓只與入射光的頻率有關(guān),故選項(xiàng)B正確;增大電壓,當(dāng)電壓增大到一定值,光電流達(dá)到飽和電流,便不再增大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;發(fā)生光電效應(yīng)的條件是入射光的頻率大于截止頻率,與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,答案AB,例4某金屬在光的照

9、射下產(chǎn)生光電效應(yīng),其遏止電壓Uc與入射光頻率的關(guān)系圖像如圖所示。則由圖像可知() A.該金屬的逸出功等于h0 B.遏止電壓是確定的,與入射光的頻率無(wú)關(guān) C.入射光的頻率為20時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為h0 D.入射光的頻率為30時(shí),產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為h0,解析當(dāng)遏止電壓為零時(shí),最大初動(dòng)能為零,則入射光的能量等于逸出功,所以W0=h0,故選項(xiàng)A正確;根據(jù)光電效應(yīng)方程Ekm=h-W0和-eUc=0-Ekm得,Uc=-,可知當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí),遏止電壓與入射光 的頻率成線性關(guān)系,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;從圖像上可知,逸出功W0=h0,根據(jù)光電效應(yīng)方程可知C選項(xiàng)中Ekm=h20-W0=h0

10、,故選項(xiàng)C正確;D選項(xiàng)中Ekm= h30-W0=2h0,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,答案AC,考向二對(duì)光的波粒二象性的理解,例5關(guān)于物質(zhì)的波粒二象性,下列說(shuō)法中不正確的是() A.不僅光子具有波粒二象性,一切運(yùn)動(dòng)的微粒都具有波粒二象性 B.運(yùn)動(dòng)的微觀粒子與光子一樣,當(dāng)它們通過(guò)一個(gè)小孔時(shí),都沒(méi)有特定的運(yùn)動(dòng)軌道 C.波動(dòng)性和粒子性,在宏觀現(xiàn)象中是矛盾的、對(duì)立的,但在微觀高速運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象中是統(tǒng)一的 D.實(shí)物的運(yùn)動(dòng)有特定的軌道,所以實(shí)物不具有波粒二象性,解析光具有波粒二象性是微觀世界具有的特殊規(guī)律,大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律表現(xiàn)出光的波動(dòng)性,而單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出光的粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),波動(dòng)性越明顯,光的頻率越高,粒子性

11、越明顯。而宏觀物體的德布羅意波的波長(zhǎng)太小,實(shí)際很難觀察到波動(dòng)性,不是不具有波粒二象性,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,答案D,例6如果一個(gè)電子的德布羅意波長(zhǎng)和一個(gè)中子的相等,則它們相等的物理量是() A.速度B.動(dòng)能C.動(dòng)量D.總能量,解析根據(jù)=,知電子和中子的動(dòng)量相等,選項(xiàng)C正確。,答案C,考向基礎(chǔ) 一、原子的核式結(jié)構(gòu) 1.粒子散射實(shí)驗(yàn)與原子核式結(jié)構(gòu) 19091911年,英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福和他的助手進(jìn)行了用粒子轟擊金箔的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后基本上仍沿原來(lái)的 方向前進(jìn),但有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度甚至大于90, 也就是說(shuō)它們幾乎被“撞”了回來(lái)。 為了解釋粒子的大角度散射,盧瑟福在19

12、11年提出了核式結(jié)構(gòu)模型。在原子的中心有一個(gè)很小的核,叫原子核,它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質(zhì)量,帶負(fù)電的電子在核外空間繞核運(yùn)動(dòng)。,考點(diǎn)二氫原子光譜、能級(jí),2.核式結(jié)構(gòu)的局限性 核式結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)成功地解釋了粒子的散射實(shí)驗(yàn),但在解釋原子的發(fā)光和原子的穩(wěn)定性時(shí)卻遇到了無(wú)法解決的困難。 二、氫原子光譜、能級(jí) 1.光譜 用光柵或棱鏡可以把各種顏色的光按波長(zhǎng)展開(kāi),獲得光的波長(zhǎng)(頻率)和強(qiáng)度分布的記錄,即光譜。 有些光譜是一條條的亮線,這樣的光譜叫做線狀譜。 有的光譜是連在一起的光帶,這樣的光譜叫做連續(xù)譜。,說(shuō)明太陽(yáng)光譜不是連續(xù)光譜,而是吸收光譜,是陽(yáng)光透過(guò)太陽(yáng)高層大氣射向地球時(shí),太陽(yáng)高層大氣中含有的

13、元素會(huì)吸收它自己特征譜線的光,然后再發(fā)射出去,不過(guò)這次發(fā)射是向四面八方發(fā)射。所以到達(dá)地球的這些譜線看起來(lái)就弱了。這樣就形成了明亮背景下的暗線夫瑯和費(fèi)暗線。與已知元素的光譜相比較,知道太陽(yáng)中含有鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素。 2.玻爾理論 (1)定態(tài):原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中,在這些能量狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,電子雖然繞核運(yùn)動(dòng),但并不向外輻射能量。 (2)躍遷:原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí),它輻射或吸收一定頻率的光子,光子的能量由這兩個(gè)定態(tài)的能量差決定,即h=Em-En。(h,是普朗克常量,h=6.6310-34 Js) (3)軌道:原子的不同能量狀態(tài)跟電子在不同的圓周軌道繞核運(yùn)動(dòng)相

14、對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的,因此電子的可能軌道也是不連續(xù)的。 3.氫原子的能級(jí)、能級(jí)公式 (1)氫原子的能級(jí) 能級(jí)圖如圖所示,(2)氫原子的能級(jí)和軌道半徑 a.氫原子的能級(jí)公式:En=E1(n=1,2,3,),其中E1為基態(tài)能量,其數(shù)值為 E1=-13.6 eV。 b.氫原子的半徑公式:rn=n2r1(n=1,2,3,),其中r1為基態(tài)半徑,其數(shù)值為r1=,0.5310-10 m。 c.能級(jí),d.激發(fā)的方式,考向一對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí) 1.粒子散射實(shí)驗(yàn)用金箔作為靶子,是因?yàn)? (1)金的延展性好,容易做成很薄的金箔,實(shí)驗(yàn)用的金箔厚度大約是10-7 m;(2)金原子帶的正電荷多,與粒子間的庫(kù)侖力

15、大;(3)金原子質(zhì)量大約是粒子質(zhì)量的50倍,因而慣性大,粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變。 2.原子中有電子,但電子質(zhì)量很小,不及粒子質(zhì)量的七千分之一,粒子碰到它,就像飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣,運(yùn)動(dòng)方向不會(huì)發(fā)生明顯改變。粒子散射現(xiàn)象表明,原子內(nèi)部非?？諘?帶正電的部分體積很小,但集中了幾乎全部質(zhì)量,當(dāng)粒子接近原子核時(shí),就會(huì)受到很大的庫(kù)侖斥力,發(fā)生較大角度的偏轉(zhuǎn),由于原子核體積小,粒子穿過(guò)金箔時(shí)接近原子核的機(jī)會(huì)很小,所以只有少數(shù)粒子發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)。,考向突破,3.原子,例7根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn),盧瑟福提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型。如圖所示為原子核式結(jié)構(gòu)模型的粒子散射圖景,圖中實(shí)線表示粒子運(yùn)動(dòng)軌跡。其中一個(gè)粒子在從

16、a運(yùn)動(dòng)到b、再運(yùn)動(dòng)到c的過(guò)程中,粒子在b點(diǎn)時(shí)距原子核最近。下列說(shuō)法正確的是。,A.盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了電子 B.粒子出現(xiàn)較大角偏轉(zhuǎn)的原因是粒子接近原子核時(shí)受到的庫(kù)侖斥力 較大 C.粒子出現(xiàn)較大角偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中電勢(shì)能先變小后變大 D.粒子出現(xiàn)較大角偏轉(zhuǎn)的過(guò)程中加速度先變大后變小,解析粒子的散射實(shí)驗(yàn)說(shuō)明原子具有核式結(jié)構(gòu),湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子,A錯(cuò)誤;根據(jù)點(diǎn)電荷周圍電場(chǎng)可知,距離原子核近的地方電場(chǎng)強(qiáng)度大,故越靠近原子核加速度越大,粒子加速度先變大后變小,粒子出現(xiàn)較大偏轉(zhuǎn)角原因是粒子接近原子核時(shí)受到的庫(kù)侖斥力較大,B、D正確;根據(jù)電場(chǎng)力做功特點(diǎn)可知,粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力先做負(fù)功后做正功,電勢(shì)能先變大

17、后變小,C錯(cuò)誤。,答案BD,考向二玻爾理論 1.定態(tài)間的躍遷滿足能級(jí)差 (1)從低能級(jí)(n小)高能級(jí)(n大)吸收能量。 h=- (2)從高能級(jí)(n大)低能級(jí)(n小)放出能量。 h=- 2.電離 電離態(tài):n=,E=0。 基態(tài)電離態(tài):E吸=0-(-13.6 eV)=13.6 eV(電離能)。 n=2電離態(tài):E吸=0-E2=3.4 eV。 如吸收能量足夠大,克服電離能后,獲得自由的電子還攜帶動(dòng)能。,例8一個(gè)氫原子從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí),該氫原子() A.放出光子,能量增加B.放出光子,能量減少 C.吸收光子,能量增加D.吸收光子,能量減少,解析氫原子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),放出光子,能量減少,

18、故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。,答案B,例92014山東理綜,39(1)氫原子能級(jí)如圖,當(dāng)氫原子 從n=3躍遷到n=2的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)為656 nm。 以下判斷正確的是。 a.氫原子從n=2躍遷到n=1的能級(jí)時(shí),輻射光的波長(zhǎng)大于656 nm b.用波長(zhǎng)為325 nm的光照射,可使氫原子從n=1躍遷到n=2的能級(jí) c.一群處于n=3能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生3種譜線 d.用波長(zhǎng)為633 nm的光照射,不能使氫原子從n=2躍遷到n=3的能級(jí),解析由E初-E終=h=h可知,氫原子躍遷時(shí)始末能級(jí)差值越大,輻射的 光子能量越高、波長(zhǎng)越短,由能級(jí)圖知E3-E2

19、=121.6 nm<325 nm,故b錯(cuò)誤。由=3可知c正 確。因躍遷中所吸收光子的能量必須等于始末能級(jí)的差值,即從n=2躍遷到n=3的能級(jí)時(shí)必須吸收=656 nm的光子,故d正確。,答案cd,考點(diǎn)三放射性元素的衰變、核反應(yīng),考向基礎(chǔ) 一、天然放射現(xiàn)象,半衰期的公式:N余=N原,m余=m原,式中N原、m原表示衰變前的 放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,N余、m余表示衰變后尚未發(fā)生衰變的放射性元素的原子數(shù)和質(zhì)量,t表示衰變時(shí)間,表示半衰期。 二、放射性同位素的應(yīng)用 1.利用它的射線 如利用鈷60放出的很強(qiáng)的射線來(lái)檢查金屬內(nèi)部有沒(méi)有砂眼和裂紋,這叫射線探傷。利用放射線的貫穿本領(lǐng)了解物體的厚度和密度的關(guān)系,

20、可以用放射性同位素來(lái)檢查各種產(chǎn)品的厚度、密封容器中的液面高度,從而自動(dòng)控制生產(chǎn)過(guò)程。再如利用射線的電離作用,可以消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電,利用射線殺死人體內(nèi)的癌細(xì)胞等。,2.作為示蹤原子 在生物科學(xué)研究方面,示蹤原子起著十分重要的作用。在對(duì)輸油管線漏油情況的檢查和對(duì)植物生長(zhǎng)的檢測(cè)方面,示蹤原子同樣起著重要作用。 三、核力與結(jié)合能、質(zhì)量虧損 1.核力 (1)定義: 原子核內(nèi)部,核子間所特有的相互作用力。 (2)特點(diǎn): ()核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn); ()核力是短程力,作用范圍在1.510-15 m之內(nèi); ()每個(gè)核子只跟它的相鄰核子間才有核力作用。,2.結(jié)合能 核子結(jié)合為原子核時(shí)

21、釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量,叫做原子核的結(jié)合能。 3.比結(jié)合能 (1)定義: 原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱做比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。 (2)特點(diǎn): 不同原子核的比結(jié)合能不同,原子核的比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。,4.質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2,原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m,這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能E=mc2。 四、裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 1.重核裂變 (1)定義:質(zhì)量數(shù)較大的原子核受到高能粒子的轟擊而分裂成幾個(gè)質(zhì)量數(shù)較小的原子核的過(guò)程。 (2)典型的裂變反應(yīng)方程: UnBa+n。 (3)

22、鏈?zhǔn)椒磻?yīng):由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過(guò)程。,(4)臨界體積和臨界質(zhì)量:裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積及其相應(yīng)的質(zhì)量。 (5)裂變的應(yīng)用:原子彈、核反應(yīng)堆。 (6)反應(yīng)堆構(gòu)造:核燃料、減速劑、鎘棒、防護(hù)層。 2.輕核聚變 (1)定義:兩輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核反應(yīng)過(guò)程。輕核聚變反應(yīng) 必須在高溫下進(jìn)行,因此又叫熱核反應(yīng)。 (2)典型的聚變反應(yīng)方程: HHHen+17.6 MeV,五、核反應(yīng)方程,考向突破,考向一半衰期的計(jì)算 不同元素的半衰期是不一樣的,用表示某元素的半衰期,m0與N0表示衰變前該元素的質(zhì)量和原子核數(shù),m和N表示衰變后該元素的質(zhì)量和原子核數(shù),n表示半衰期數(shù),

23、則 m==m0, N==N0。,例102014江蘇單科,12C(2)氡222是一種天然放射性氣體,被吸入后,會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷。它是世界衛(wèi)生組織公布的主要環(huán)境致癌物質(zhì)之一。其衰變方程是 RnPo+。已知Rn的半 衰期約為3.8天,則約經(jīng)過(guò)天,16 g的 Rn衰變后還剩1 g。,解析由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒有: RnPoHe 由m= n=4,t=nT=43.8天=15.2天,答案He(或)15.2,考向二原子核的衰變規(guī)律及衰變次數(shù)的計(jì)算方法 1.衰變:放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉(zhuǎn)變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變。 2.衰變規(guī)律:電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒。 (1)衰變XYHe,衰變的實(shí)質(zhì)是某元素

24、的原子核放出由兩個(gè)質(zhì) 子和兩個(gè)中子組成的粒子(即氦核)。 (2)衰變XYe,衰變的實(shí)質(zhì)是某元素的原子核內(nèi)的一個(gè)中子變 為一個(gè)質(zhì)子時(shí)放射出一個(gè)電子。 (3)輻射:輻射是伴隨衰變或衰變同時(shí)發(fā)生的。輻射不改變?cè)雍说碾姾蓴?shù)和質(zhì)量數(shù)。其實(shí)質(zhì)是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時(shí),產(chǎn)生的某些新核由于具有過(guò)多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。,3.確定衰變次數(shù)的方法:設(shè)放射性元素X經(jīng)過(guò)m次衰變、n次衰變后, 變成穩(wěn)定的新元素Y,則表示核反應(yīng)的方程為X Y+He+e。 根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可列方程 A=A+4m,Z=Z+2m-n 兩式聯(lián)立得m=,n=+Z-Z 由此可見(jiàn)確定衰變次數(shù)可歸結(jié)為解一個(gè)二元一次方程

25、組。,例11U經(jīng)過(guò)m次衰變和n次衰變,變成Pb,則() A.m=7,n=3B.m=7,n=4 C.m=14,n=9D.m=14,n=18,解析衰變方程為UPb+He+e,由質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得:m =7,n=4,因而B(niǎo)項(xiàng)正確。,答案B,方法1解答氫原子躍遷問(wèn)題的方法 1.能級(jí)之間發(fā)生躍遷時(shí)放出(吸收)光子的頻率由h=Em-En求得。若求波長(zhǎng)可由公式c=求得。 2.一個(gè)氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)最多為n-1。 3.一群氫原子躍遷發(fā)出可能的光譜線條數(shù)的兩種求解方法: (1)用數(shù)學(xué)中的組合知識(shí)求解:N==。 (2)利用能級(jí)圖求解:在氫原子能級(jí)圖中將氫原子躍遷的各種可能情況一一畫出,然后相加。,

26、方法技巧,例1如圖為氫原子能級(jí)示意圖的一部分,則氫原子() A.從n=4能級(jí)躍遷到n=3能級(jí)比從n=3能級(jí)躍遷到n=2能級(jí)輻射出電磁波的波長(zhǎng)長(zhǎng) B.從n=5能級(jí)躍遷到n=1能級(jí)比從n=5能級(jí)躍遷到n=4能級(jí)輻射出電磁波的速度大 C.處于不同能級(jí)時(shí),核外電子在各處出現(xiàn)的概率是一樣的 D.從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí),氫原子核一定向外放出能量,解析光子能量E=h=,而E4-33-2,A項(xiàng)正確。由于光波的 波速由介質(zhì)和頻率共同決定,且在真空中傳播時(shí)與頻率無(wú)關(guān),故B錯(cuò)。電子在核外不同能級(jí)出現(xiàn)的概率是不同的,故C錯(cuò)。能級(jí)躍遷是核外電子在不同軌道間的躍遷,與原子核無(wú)關(guān),故D錯(cuò)誤。,答案A,方法2質(zhì)能方程及核能

27、的計(jì)算方法 1.質(zhì)能方程 愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出,物體的質(zhì)量和能量之間存在著密切聯(lián)系,即E=mc2。物質(zhì)的質(zhì)量和能量之間存在著簡(jiǎn)單的正比關(guān)系,而不能理解為能量和質(zhì)量間相互轉(zhuǎn)化。 (1)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損m,其能量也要相應(yīng)減少,即E=mc2。 (2)將原子核中的核子分開(kāi)時(shí)要吸收一定的能量,相應(yīng)的質(zhì)量增加m,吸收的能量為E=mc2。 2.核能釋放的兩種途徑的理解 (1)使較重的核分裂成中等大小的核。,(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核。 3.核能的計(jì)算 (1)根據(jù)E=mc2計(jì)算,計(jì)算時(shí)m的單位是“kg”,c的單位是“m/s”,E的單位是“J”。 (2)根據(jù)E=m931.5 MeV計(jì)算。因

28、1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量,所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”,E的單位是“MeV”。,例2氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量,該反應(yīng)方程為HHHe+x,式中x是某種粒子。已知HHHe和粒子x的質(zhì)量分 別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u;1 u=931.5 MeV/c2,c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知,粒子x是,該反應(yīng)釋放出的能量為MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。,解析熱核聚變的核反應(yīng)方程為HHHen,所以x為n(或中子)。 E=mc2=(2.014 1 u+3.016 1 u-4.002 6 u-1.008 7 u)931.5 MeV=17.6 MeV,答案n(或中子)17.6,