2019年高考高三物理波粒二象性、原子结构、原子核单元总结与测知识点分析(含解析)

2019年高考高三物理

波粒二象性、原子结构、原子核单元总结与测知识网络

学习重点和难点

1、光电效应现象的基本规律。在光电效应中（1）对光的强度的理解，（2）发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比，此处是难点之一；

2、玻尔模型中能级的跃迁及计算。在玻尔原子模型中能级的跃迁问题以及量子化的提出也是难点之一；

3、原子核的衰变问题以及核能的产生与计算是本部分重点。核能的计算与动量和能量的结合既是重点又是难点，要处理好。

知识要点知识梳理

知识点一——光的本性

1、光电效应

（1）产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率

（2）入射光频率决定每个光子的能量决定光子逸出后最大初动能（3）入射光强度决定每秒逸出的光子数决定光电流的大小

（4）爱因斯坦光电效应方程

2、光的波粒二象性

光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。

（1）大量光子的传播规律体现波动性；个别光子的行为体现为粒子性。

（2）频率越低，波长越长的光，波动性越显著；频率越高，波长越短的波，粒子性越显著。

（3）可以把光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。

知识点二——原子核式结构

1、α粒子散射

α粒子散射实验结果：α粒子穿过金箔后，绝大多数沿原方向前进，少数发生较大角度

偏转，极少数偏转角大于90°，有的甚至被弹回。

2、核式结构模型

原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核，带负电的电子在核外空间绕核旋转。原子半径大约为10-10m，核半径大约为10-15～10-14 m。

知识点三——氢原子跃迁

对氢原子跃迁的理解：

1、原子跃迁的条件

原子从低能级向高能级或从高能级向低能级跃迁时吸收或放出恰好等于发生跃迁时的两能级间的能级差的光子；当光子的能量大于或等于13.6eV时，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV时，氢原子电离后，电子具有一定的动能；原子还可吸收实物粒子的能量而被激发，由于实物粒子的动能可全部或部分地被氢原子吸收，所以只要实物粒子的能量大于或等于两能级的差值，均可使原子发生能级跃迁。

2、氢原子跃迁时发出不同频率光子的可能数

一群氢原子从第n能级向低能级跃迁时最多发出的光子数为种。

知识点四——原子核反应

1、天然放射现象

元素自发地放出射线的现象叫做天然放射现象。

（1）法国科学家贝克勒尔首先发现天然放射现象，揭示了人类研究原子核结构的序幕。

（2）原子序数大于或等于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序数小于83的天然存在的元素有些也具

有放射性。

2、原子核人工转变

用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程，即，

其中为靶核的符号，x为入射粒子，是新核，y是放射出粒子的符号。

发现质子的方程：（卢瑟福）

发现中子的方程：（查德威克）

发现正电子的方程：（约里奥·居里夫妇）

原子核的组成：质子和中子，统称为核子。

核反应方程遵循两个守恒关系，即核电荷数守恒和质量数守恒。

质子数=原子序数=核电荷数

质量数=质子数+中子数

3、α、β、γ衰变的实质

（1）衰变的实质：某元素的原子核放出一个由两个质子和两个中子组成的粒子（α粒子）

（2）衰变的实质：某元素的原子核内的一个中子变成质子时放出一个电子；

（3）射线是伴随衰变或衰变同时产生的，它不改变原子核的电子数和质子数，

其实质是原子核

在发生衰变时，产生的某些新核由于具有过多的能量（核处于激发态）而辐射出光子。

4、核能

（1）核子结合成原子核（或原子核分解成核子）时，要放出（吸收）巨大的能量，称为核能。

（2）质量亏损：组成原子核的各个核子的总质量与原子核的质量之差叫核的质量亏损。

（3）质能方程

（4）爱因斯坦质能方程E=mc2

（5）核能的计算：先求出质量亏损，再由质能方程ΔE=Δmc2计算出对应放出（或吸收）的能量。

5、核力

核子之间的作用力

（1）核力与核子是否带电无关，质子与质子之间，质子与中子之间，中子与中子之间都可以有核力作

用。

（2）核力是短程力，只在2×10-15m的极短距离内有核力作用，超过这个距离，核力就迅速减小到零，

由于质子和中子的半径约为0.8×10-15m，所以每个核子只能跟它的相邻的核子间才有力的作用。

（3）核力是很强的力。

6、原子核的结合能

克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量叫做原子核的结合能，简称核能。

7、重核的裂变

重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应称为裂变。

8、链式反应

铀核裂变时放出几个中子，再引起其他铀核裂变而使裂变反应不断进行，称为链式反应。

9、轻核的聚变

轻核结合成质量较大的核的反应过程称为聚变，伴随释放大量的核能

规律方法指导

类型―――光电效应的应用

1、如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是（）

A、入射光太弱

B、入射光波长太长

C、光照时间短

D、电源正负极接反

思路点拨：本题考查能否产生光电效应的条件

解析：在光电管电路中形成电流的条件，一是阴极在光的照射下有光电子逸出，这决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极。光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光电管两极间所加电压的正负和大小共同决定。一旦电压正负极接反，即使具有很大初动能的光电子也可能不能到达阳极，也就是说即使发生了光电效应现象，电路中也不能形成光电流，故该题的正确答案是B、D。

总结升华：光电效应的实验规律：放（出光电子）不放，看光限（入射光最低频率）；放多少（光电子），看光强；（光电子的）最大初动能大小，看（入射光的）频率；要放瞬时放。

类型二――玻尔原子模型的应用

2、根据玻尔理论，在氢原子中，量子数n越大，则（）

A、电势能减少等于动能增大

B、核外电子速度越小

C、原子能级的能量越小

D、原子的电势能越大

思路点拨：本题考查玻尔原子模型的应用

解析：

方法（1）定性分析：当原子吸收光子，从较低能级（）跃迁到较高能级（）时，原子的总能量（E）增加，电子的电势能（）增加，而动能（）减少，

且

当原子放出光子，从较高能级（）跃迁到较低能级（）时，

原子的总能量减少，电子的电势能减少，而动能增加，

且

所以应选答案B、D。

方法（2）定量分析：氢原子核外电子旋转可视为匀速圆周运动，其向心力由库仑力提供，

则

所以，电子速度，动能

可见，n越大，半径越大，则电子v越小，动能越小

而电子的电势能是负的，其绝对值是动能的两倍，

即

总能量也是负的，即

所以是增大的，以基态为例，通过上面等式计算可知

故答案为B、D

总结升华：（1）在原子辐射或吸收光子而跃迁的过程中，系统的能量守恒，但电子的动能和电势能之和不守恒！（2）氢原子核外电子绕核转动的计算和能级跃迁的计算，涉及的知识较多，学习时应多加注意。

类型三――能级跃迁

3、如图中画出了氢原子的4个能级，并注明了相应的能量E。处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时，能够发出若干种不同频率的光波。已知金属钙的逸出功为

3.20eV。在这些光波中，能够从金属钙的表面打出光电子的总共有（）

A、二种

B、三种

C、四种

D、五种

思路点拨：本题考查能级跃迁以及能否产生光电效应的问题

解析：氢原子处于第四能级向低能级发生跃迁时可产生

，6中光波，

又因金属钙的逸出功为3.20eV，

所以在上述6中光波中只有，这三种光波可产生光电效应，

故选B

答案：B

4、欲使处于基态的氢原子激发，下面措施可行的是（）

A、用10.2ev的光子照射

B、用11ev的光子照射

C、用14ev的光子照射

D、用动能为11ev的粒子撞击

思路点拨：此题考查能否氢原子能否被激发问题

解析：A是氢原子1、2两能级之差，可以激发故正确；B选项不是基态与任一激发态的能量之差，故不正确；C选项能量大于氢原子的电离能，可使其成为自由电子，且还有0.4ev的动能，故正确；D选项是实物粒子的碰撞，其能量大于基态和某个激发态能量之差，氢原子可吸收其部分或全部动能，故正确。

答案：ACD

总结升华：处于基态的氢原子能被激发可分为以下三种情况：（1）在能级之间跃迁时，吸收恰好为两能级差的光子；（2）吸收能量大于电离能的光子，使其成为自由电子；（3）与实物粒子的碰撞，入射的实物粒子的动能可能全部或一部分被氢原子吸收，所以只要入射粒子的动能大于或等于基态和某个激发态能量的差值即可。

5、氢原子第n能级的能量为，其中是基态能量，。若一

氢原子发射能量为的光子后处于比基态高的激发态，则氢原子发射光子前后

分别处于第几能级？

思路点拨：本题考查原子吸收或发射光子后的能级跃迁问题

解析：设氢原子发射光子前后分别位于第与第能级，则依题意有

由以上二式可得：

所以发射光子前后分别处于第4能级和第2能级。

总结升华：能级跃迁问题要注意吸收光子向高能级跃迁，发射光子向低能级跃迁。

类型四――书写核反应方程及确定衰变次数的方法

设放射性元素经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素，则表示该核反应的方程为：

。

根据电荷守恒和质量守恒列方程：A=A′+4n ，z=z′+2n+（-m）

得：

注意在书写衰变方程时注意电荷守恒和质量守恒，还有用箭头不用等号等问题。

6、氮核（）俘获一个中子后，放射出一个质子，变成另一种原子核，试写出其核反应方程。

思路点拨：本题属于考查核反应方程的问题。

解析：先将已知原子核和已知粒子填写在核反应方程的一般形式的适当位置上

然后根据电荷数守恒和质量守恒列出方程14+1=A+1，7+0=Z+1，解得A=14，Z=6。

最后根据Z=6可知新生核是碳原子核，用代换，即得所求的核反应方程为

总结升华：书写核反应方程要注意以下几点：（1）必须遵守电荷数守恒和质量数守恒规律，有的核反应方程还要考虑到能量守恒定律（例如裂变和聚变方程常含能量项）；（2）方程中的箭头（→）表示核反应进行的方向，不要把箭头写成等号；（3）写核反应方程必须有实验依据，决不能毫无根据地编造。

7、试写出经过一系列α衰变和β衰变后变成的核反应方程。

思路点拨：本题考查如何计算衰变次数问题和衰变方程问题。

解析：假设变成的过程中，发生了x次α衰变和y次β衰变，则其核反应方程为

，

根据电荷数守恒和质量数守恒列出方程：

92=82+2x-y，238=206+4x，

联立解得：x=8，y=6。

则该题所求核反应方程为：

总结升华：由上分析可以看出：确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组。仔细研究衰变规律可以发现：由于β衰变不会引起质量数的减少，所以可以先根据质量数的减少确定α衰变的次数为x=（238-206）/4=8，再根据电荷数守恒确定β衰变的次数。

类型五――核能的计算方法

1、根据爱因斯坦的质能亏损，用核子结合成原子核时的质量亏损（Δm）的千克数乘以真空中光速的平方（c=3×108m/s），即：ΔE=Δmc2①

2、根据1原子质量单位（u）相当于931.5（MeV）能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV，即：ΔE=Δm×931.5MeV ②

注意：①式Δm的单位是千克（kg），ΔE的单位是焦耳（J）；②式中Δm的单位是指原子质量单位（u）（1u=1.660566×10-27 kg），ΔE的单位是兆电子伏（MeV）。

3、由核能的转化量来计算核能。

在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成新核和新粒子的动能，因而在此情况下可应用力学原理——动量守恒和能量守恒来计算核能。

8、已知氮核质量m N=14.00753u，氧核质量m O=17.00454u，氦核的质量

m He=4.00387u，质子质量m H=1.00815u，试判断核反应：是吸能反应，还是放能反应，能量变化是多少？

思路点拨：先计算出质量亏损，然后由1u相当于931.5MeV的能量代入计算即可。

解析：反应前总质量：

反应后总质量：

因为反应中质量增加，所以此反应吸收能量，所吸收的能量为：

所以吸收能量，且为

9、一个静止的U（原子量为232.0372u）放出一个α粒子（原子量为4.0026u）后，衰变成Th（原子量为228.0287u），假设放出的结合能完全变成Th核和α粒子的动

能，试计算α粒子的动能？

思路点拨：由质量方程可以计算释放的核能，然后结合动量守恒和能量的关系可求解。

解析：

反应中的质量亏损：①

反应中释放的能量：②

在U核衰变过程中动量守恒，则0③

由能量关系：④

将③式代入④式：

所以粒子的动能为5.4MeV。

10、已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。

（1）写出两个氘核聚变成的核反应过程。

（2）计算上述反应中释放的核能（已知1uc2=931.5MeV）。

（3）若两个氘核以相等的动能0.35MeV作对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械

能，则反应中生成的核和中子的动能各是多少？

思路点拨：本题考查如何计算核能以及在核反应中如何利用动量能量守恒问题，较为复杂。

解析：（1）应用电荷数守恒和质量数守恒不难写出核反应方程：

（2）这个核反应中的质量亏损△m=2×2.0136u-（3.0150u+1.0087u）=0.0035u 由爱因斯坦质能方程得释放核能△E=△mc2=0.0035uc2=0.0035×931.5MeV=3.26MeV

（3）因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为核和中子的动能，

若设核和中子的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，

则由动量守恒及能的转化与守恒定律有

解方程组，可得

总结升华：本题涉及核反应方程的书写、核能的计算以及动量守恒和能的转化与守恒定律在核反应过程中的应用等多个知识点，计算繁杂、单位换算也较多，能够较好地训练我们运用物理知识解决实际问题的能力和细心谨慎的解题习惯。