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(共54张PPT)
第十六章
原子结构和波粒二象性　原子核
●命题热点诠释
1．命题热度：本章属于热点内容，10年来，从命题频次上看，全国卷10年14考，地方卷71考。
2．考查热点：(1)光电效应规律和光电效应方程。
(2)能级跃迁问题。
(3)核反应方程的书写。
(4)核能的计算、半衰期的理解及应用。
第83讲　光电效应　波粒二象性
基础梳理·易错辨析
核心考点·重点突破
基础梳理·易错辨析
一、普朗克黑体辐射理论
1．热辐射
(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射__________，这种辐射与物体的________有关，所以叫作热辐射。
(2)特点：辐射强度按波长的分布情况随物体的________而有所不同。
电磁波
温度
温度
2．黑体、黑体辐射的实验规律
(1)黑体：能够____________入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
(2)黑体辐射的实验规律
①黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关。
②随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有________，另一方面，辐射强度的极大值向波长较______的方向移动，如图。
完全吸收
温度
增大
短
3．能量子
(1)定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的__________，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子大小：ε＝________，其中ν是带电微粒吸收或辐射电磁波的频率，h称为普朗克常量，h＝6.626×10－34 J·s(一般取h＝6.63× 10－34 J·s)。
(3)能量的量子化：微观粒子的能量是量子化的或者说微观粒子的能量是不连续的。
整数倍
hν
4．光子
光子及光子能量：爱因斯坦认为，光本身是由_______________ ___________组成的，频率为ν的光的能量子ε＝________，称为光子。
一个个不可分割的能量子
hν
二、光电效应
1．光电效应现象
在光的照射下，金属中的________从表面逸出的现象，发射出来的电子叫__________。
2．光电效应的产生条件
入射光的频率________金属的____________。
电子
光电子
大于
极限频率
3．光电效应的四个规律
(1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须________截止频率(极限频率)才能产生光电效应。低于截止频率时不能发生光电效应。
(2)光电子的最大初动能与入射光的________无关，只随入射光频率的增大而________。
(3)光电效应的发生______________的，一般不超过10－9 s。
(4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成________。
注意：入射光频率一定时，光照强度决定于每秒钟光源发射的光子数，而光的频率决定着每个光子的能量。
大于
强度
增大
几乎是瞬时
正比
4．用光电管研究光电效应
(1)光电效应电路图。
(2)光电流与饱和光电流。
①入射光强度：______________入射到金属表面单位面积上的能量。频率一定时，________越大，光子数越多。
②光电流：光电子在电路中形成的电流。
③饱和光电流：在_________________的光照射下的最大光电流。
(3)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压Uc。
单位时间内
光强
一定频率与强度
5．爱因斯坦光电效应方程
(1)光电效应方程
①表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝______________。
②物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后光电子的______________。
(2)逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的__________，W0＝hνc
＝________。
(3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的________吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
hν－W0
最大初动能
最小值
电子
三、康普顿效应和光子的动量
1．在康普顿效应中，当入射的光子与晶体中的电子碰撞时，要把一部分动量转移给电子，光子动量可能会变小，波长λ________。
增大
四、光的波粒二象性　物质波
1．光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有________性。
(2)光电效应、康普顿效应说明光具有________性。
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的____________性。
波动
粒子
波粒二象
2．物质波
(1)概率波
光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率______的地方，暗条纹是光子到达概率______的地方，因此光波又叫概率波。
(2)物质波
任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与
它对应，其波长λ＝______，p为运动物体的动量，h为普朗克常量。
大
小
1．光电子逸出后的最大初动能由光子的频率和逸出功共同决定。 (　　)
2．光子和光电子都是实物粒子。(　　)
3．光的频率越高，光的粒子性越明显，但仍具有波动性。(　　)
4．德国物理学家普朗克提出了量子假说，成功地解释了光电效应规律。(　　)
5．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应。(　　)
√
×
√
×
×
6．法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现为波动性。(　　)
7．逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。(　　)
8．每秒逸出的光电子数决定着饱和光电流的大小，而不是光电流的大小。(　　)
√
√
√
核心考点·重点突破
1
黑体辐射、能量子
(基础考点·自主探究)
1．热辐射的特点
(1)在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。
(2)在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。
2．能量子的理解
(1)物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hν的整数倍。
(2)微观世界中的物理系统，如原子、分子和离子等，其能量正如普朗克所假设的那样，只能取某些特定的值，即能量是量子化的。
【跟踪训练】
(黑体辐射)(多选)关于黑体辐射的实验规律如图所示，下列说法正确的是(　　)
1
A．黑体能够完全吸收照射到它上面的光波
B．随着温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所增加
C．随着温度的升高，辐射强度极大值向波长较长的方向移动
D．黑体辐射的强度只与它的温度有关，与形状和黑体材料无关
[答案]　AD
[解析]　能完全吸收照射到它上面的各种频率的电磁辐射的物体称为黑体，选项A正确；由题图可知，随温度的降低，各种波长的光辐射强度都有所减小，选项B错误；随着温度的升高，黑体辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项C错误；一般物体辐射电磁波的情况与温度有关，还与材料的种类及表面情况有关，但黑体辐射电磁波的情况只与它的温度有关，选项D正确。
(有关能量子的计算)(2023·浙江1月卷)被誉为“中国天眼”的大口径球面射电望远镜已发现660余颗新脉冲星，领先世界。天眼对距地球为L的天体进行观测，其接收光子的横截面半径为R。若天体射向天眼的辐射光子中，有η(η<1)倍被天眼接收，天眼每秒接收到该天体发出的频率为ν的N个光子。普朗克常量为h，则该天体发射频率为ν光子的功率为(　　)
2
[答案]　A
2
光电效应规律和光电效应方程的应用
(能力考点·深度研析)
1．与光电效应有关的两组概念对比
(1)光电子的初动能与光电子的最大初动能：从金属表面直接向外飞出的光电子，只需克服原子核的引力做功，此时，光电子具有最大初动能。光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能。
(2)光电流与饱和光电流的决定因素：光电流与入射光的强度和所加电压有关；饱和光电流是光电流的最大值，与所加电压无关，随入射光强度的增大而增大。
2．两条对应关系
(1)入射光频率一定，光照强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
(2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。
3．三个重要关系式
(1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。
(2)最大初动能与遏止电压的关系：Ek＝eUc。
(3)逸出功与极限频率的关系W0＝hν0。
考向1　光电效应规律
(多选)(2024·黑吉辽卷)X射线光电子能谱仪是利用X光照射材料表面激发出光电子，并对光电子进行分析的科研仪器。用某一频率的X光照射某种金属表面，逸出了光电子，若增加此X光的强度，则(　　)
A．该金属的逸出功增大
B．X光的光子能量不变
C．逸出的光电子最大初动能增大
D．单位时间逸出的光电子数增多
[答案]　BD
[解析]　金属的逸出功只与金属种类有关，与光照强度无关，A错误；光子能量E＝hν，只与光子的频率有关，故增加X光的强度，光子能量不变，B正确；逸出的光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，与光照强度无关，C错误；在频率不变的情况下，增加光照强度，单位时间内逸出的光电子数增多，D正确。
考向2　光电效应方程的应用
用如图所示的实验装置研究光电效应现象。用光子能量为2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表G的示数不为零。移动滑动变阻器的滑片P，发现当电压表的示数大于或等于1.7 V时，电流表示数为零，则在该实验中(　　)
A．光电子的最大初动能为1.05 eV
B．光电管阴极的逸出功为1.7 eV
C．开关S断开，电流表G示数为零
D．当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时，电压表示数增大
[答案]　D
[解析]　由题意可知，遏止电压Uc＝1.7 V，光电子的最大初动能Ek＝eUc＝1.7 eV，A错误；根据光电效应方程可知，逸出功W0＝ε－Ek＝1.05 eV，B错误；断开开关S，光电效应依然发生，有光电流，光电管、电流表、滑动变阻器构成闭合回路，电流表中电流不为零，C错误；电源电压为反向电压，当滑动变阻器的滑片P由b端向a端滑动时，反向电压增大，电压表示数增大，D正确。
【跟踪训练】
(光电效应现象)(多选)如图所示，用导线把验电器与锌板相连接，已知紫外线的频率大于锌的截止频率，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是(　　)
A．有光子从锌板逸出
B．有电子从锌板逸出
C．验电器指针张开一个角度
D．锌板带负电
3
[答案]　BC
[解析]　用紫外线照射锌板时，发生光电效应，有电子从锌板逸出，锌板失去电子带正电，所以验电器带正电而箔片张开一定角度。故A、D错误，B、C正确。
(光电效应方程的应用)表中给出了铝和钙的截止频率和逸出功，已知普朗克常量与光速的乘积为1 240 eV·nm，若用200 nm的光分别照射两种金属，下列选项正确的是(　　)
4
金属 铝 钙
νc/(×1014 Hz) 10.1 7.73
W0/eV 4.2 3.2
A．只有金属钙能发生光电效应
B．若增大入射光的波长，则截止频率减小
C．金属铝和钙对应遏止电压之比为2∶3
D．金属铝和钙对应遏止电压之比为21∶16
[答案]　C
3
光电效应图像
(能力考点·深度研析)
考向1　Ekm－ν图像
(2024·唐山模拟)金属钛由于其稳定的化学性质，良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度，被美誉为“太空金属”。用频率为2.5×1015 Hz的单色光照射金属钛表面，发生光电效应。从钛表面放出光电子的最大初动能与入射光频率的关系图线如图所示。普朗克常数h＝6.63×10－34 J·s，则下列说法正确的是(　　)
A．钛的极限频率为2.5×1014 Hz
B．钛的逸出功为6.63×10－19 J
C．随着入射光频率的升高，钛的逸出功增大
D．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比
[关键点拨]　金属的逸出功W0由金属种类决定，与入射光的频率、强度无关。W0＝hν0，ν0是金属的极限频率，当最大初动能等于零时，入射光的频率等于金属的极限频率。
[答案]　B
[解析]　由题图可知，当最大初动能等于零时，入射光的频率等于金属的极限频率，则有νc＝1.0×1015 Hz，可知钛的逸出功W0＝hνc＝6.63×10－34×1.0×1015 J＝6.63×10－19 J，A错误，B正确；逸出功由金属本身的性质决定，与入射光频率无关，C错误；由题图可知，光电子的最大初动能与入射光的频率成一次函数关系，不是正比关系，D错误。
考向2　Uc－ν图像
[答案]　A
考向3　I－U图像
(2025·内蒙古包头高三开学考试)图甲是研究光电效应的电路图，图乙是光电流与电压的关系。根据图甲和图乙中提供的信息，下列说法正确的是(　　)
A．a光的光照强度等于c光的光照强度
B．a光的光照强度小于b光的光照强度
C．a光的频率小于c光的频率
D．a光的频率大于b光的频率
[答案]　C
[解析]　根据Ekm＝hν－W0，－eUc＝0－Ekm，可得eUc＝hν－W0，入射光的频率越高，对应的遏止电压Uc越大，由图像可知a光、b光的遏止电压相等，且小于c光的遏止电压，所以三种色光的频率关系为νc>νa＝νb，故C正确，D错误；a光的频率小于c光的频率，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于c光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于c光的光照强度，故A错误；a光、b光的频率相等，在相同电路下，a光发生光电效应对应的饱和电流大于b光对应的饱和电流，说明a光的光照强度大于b光的光照强度，故B错误。
4
对波粒二象性的理解
(基础考点·自主探究)
1．从数量上看
个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。
2．从频率上看
频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象。
3．从传播与作用上看
光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现出粒子性。
4．波动性与粒子性的统一
【跟踪训练】
(对波粒二象性的理解)图1是用很弱光做双缝干涉实验得到的不同数量的光子照射到感光胶片上的照片。图2是1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成的电子衍射实验简化图，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。关于这两个图片，下列说法中正确的是(　　)
5
A．图1这些照片说明光只有粒子性没有波动性
B．图1这些照片说明光只有波动性没有粒子性
C．图2中该实验再次说明光子具有波动性
D．图2中该实验说明实物粒子具有波动性
[答案]　D
[解析]　光具有波粒二象性，题图1说明少量光子粒子性表现明显，大量光子波动性表现明显，故A、B错误；题图2是电子束的衍射实验，证明实物粒子具有波动性，而不是光子，故C错误，D正确。
(康普顿效应)如图所示是解释康普顿效应的示意图，下列说法正确的是(　　)
A．图中光子与电子不是正碰，故不遵循动量守恒定律
B．图中碰撞后光子频率ν′可能等于碰撞前光子频率ν
C．图中碰撞后光子速度可能小于碰撞前光子速度
D．图中碰撞后光子波长一定大于碰撞前光子波长
6
[答案]　D
(物质波)(多选)(2023·浙江卷)有一种新型光电效应量子材料，其逸出功为W0。当紫外光照射该材料时，只产生动能和动量单一的相干光电子束。用该电子束照射间距为d的双缝，在与缝相距为L的观测屏上形成干涉条纹，测得条纹间距为Δx。已知电子质量为m，普朗克常量为h，光速为c，则(　　)
7
[答案]　AD(共78张PPT)
第十六章
原子结构和波粒二象性　原子核
第84讲　原子结构与原子核
基础梳理·易错辨析
核心考点·重点突破
基础梳理·易错辨析
一、原子结构
1．电子的发现：英国物理学家__________________发现了电子。
2．α粒子散射实验
(1)1909—1911年，英籍物理学家__________进行了α粒子散射实验，提出了原子核式结构模型。
J．J.汤姆孙
卢瑟福
(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有________α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞了回来”，如图所示。
少数
3．原子的核式结构
原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积________，但几乎占有全部________，电子在正电体的外面运动。
很小
质量
二、氢原子光谱
1．光谱
用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的________(频率)和强度分布的记录，即光谱。
2．光谱分类
有些光谱是一条条的________，这样的光谱叫作线状谱。有的光谱是连在一起的________，这样的光谱叫作连续谱。
波长
亮线
光带
3．氢原子光谱的实验规律：
4．光谱分析：利用每种原子都有自己的____________可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分，且灵敏度很高。在发现和鉴别化学元素上有着重大的意义。
特征谱线
三、玻尔理论　能级
1．玻尔的三条假设
(1)定态：原子只能处于一系列__________的能量状态中，在这些能量状态中原子是________的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。
(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝_____________。(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34 J·s)
(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应。原子的定态是_________，因此电子的可能轨道也是_________。
不连续
稳定
Em－En
不连续的
不连续的
2．基态和激发态
原子能量最低的状态叫_______，其他能量较高的状态叫_______。
3．氢原子的能级和轨道半径
(1)氢原子的能级公式：En＝__________(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，其数值为E1＝_____________。
(2)氢原子的半径公式：rn＝________(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10 m。
基态
激发态
－13.6 eV
n2r1
4．氢原子的能级图
四、天然放射现象和原子核
1．天然放射现象
放射性元素__________放出射线的现象，首先由____________发现。天然放射现象的发现，说明原子核具有________的结构。
自发地
贝可勒尔
复杂
2．三种射线的比较
高速电子流
2e
项目 α射线 β射线 γ射线
符号 __________ 　0－1e γ
速度 可达0.1c 可达0.99c ______
穿透能力 最弱 较强 ________
对空气的电离作用 很强 较弱 ________
c
最强
很弱
3．放射性同位素的应用与防护
(1)放射性同位素：有________放射性同位素和________放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同。
(2)应用：消除静电、工业探伤、做____________等。
(3)防护：防止放射性对人体组织的伤害。
天然
人工
示踪原子
4．原子核的组成
(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为________。质子带正电，中子不带电。
(2)基本关系
①核电荷数(Z)＝质子数＝元素的原子序数＝原子的____________。
②质量数(A)＝__________＝质子数＋中子数。
核子
核外电子数
核子数
质量数
五、原子核的衰变、半衰期
1．原子核的衰变
(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种__________的变化称为原子核的衰变。
(2)分类
原子核
0－1e
2．半衰期
(1)定义：放射性元素的原子核有________发生衰变所需的时间。
(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核________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。
半数
内部
六、核力和核能
1．核力
原子核内部，__________所特有的相互作用力。
2．结合能
核子结合为原子核时_______的能量或原子核分解为核子时_______的能量，叫作原子核的结合能。
核子间
释放
吸收
3．比结合能
(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。
(2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
4．质能亏损
凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和________，两者的差值就叫____________。
变小
质量亏损
5．质能方程
(1)爱因斯坦得出物体的能量与它的质量的关系：______________。
(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其对应减少的能量ΔE＝________。
原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝____________。
E＝mc2
Δmc2
Δmc2
七、裂变反应和聚变反应
1．重核裂变
(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。
(2)典型的裂变反应方程：
(3)链式反应：重核裂变产生的________使裂变反应一代接一代继续下去的过程。
(4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生____________的最小体积及其相应的质量。
(5)裂变的应用：__________、核反应堆。
(6)反应堆构造：核燃料、减速剂、________、防护层。
中子
链式反应
原子弹
镉棒
2．轻核聚变
(1)定义：两个轻核结合成____________的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫____________。
(2)典型的聚变反应方程：
质量较大
热核反应
1．原子中绝大部分是空的，原子核很小。(　　)
2．核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的。 (　　)
3．氢原子光谱是由一条一条亮线组成的。(　　)
4．玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，也成功地解释了氦原子光谱。(　　)
5．按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上。 (　　)
√
√
√
×
×
6．人们认识原子具有复杂结构是从英国物理学家汤姆孙研究阴极射线发现电子开始的。(　　)
7．人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的。 (　　)
8．如果某放射性元素的原子核有100个，经过一个半衰期后还剩50个。(　　)
9．质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量。(　　)
√
×
×
×
核心考点·重点突破
1
卢瑟福核式结构模型
(基础考点·自主探究)
1．α粒子散射实验结果分析
(1)绝大多数α粒子沿直线穿过金箔，说明原子中绝大部分是空的。
(2)少数α粒子发生较大角度偏转，反映了原子内部集中存在着对α粒子有斥力的正电荷。
(3)极少数α粒子甚至被“撞了回来”，反映了个别α粒子正对着质量比α粒子大得多的物体运动时，受到该物体很大的斥力作用。
2．α粒子散射动能、电势能分析
(1)库仑力对α粒子的做功情况
当α粒子靠近原子核时，库仑斥力做负功，电势能增加；当α粒子远离原子核时，库仑斥力做正功，电势能减少。
(2)α粒子的能量转化
由于只有库仑力做功，能量只在电势能和动能之间相互转化，总能量保持不变。
【跟踪训练】
(α粒子散射实验)(多选)(2025·天津市调研)如图甲所示是汤姆孙的原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地分布在整个球体内，电子镶嵌在其中。甲图中的小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。汤姆孙的原子模型无法解释α粒子散射
实验。如图乙所示是卢瑟福为解释
α粒子散射实验假设的情景：占原
子质量绝大部分的带正电的那部分
物质应集中在很小的空间范围。
下列说法中正确的是(　　)
1
A．α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略
B．入射方向的延长线越接近原子核的α粒子发生散射时的偏转角越大
C．由不同元素原子核对α粒子散射的实验数据可以确定各种元素原子核的质量
D．由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是 10－15 m
[答案]　ABD
[解析]　α粒子质量远大于电子质量，电子对α粒子速度的影响可以忽略，故A正确；入射方向的延长线越接近原子核的α粒子，所受库仑力就越大，发生散射时的偏转角越大，故B正确；α粒子散射类似于碰撞，根据实验数据无法确定各种元素原子核的质量，故C错误；由α粒子散射的实验数据可以估计出原子核半径的数量级是10－15 m，故D正确。
(α粒子动能、电势能分析)根据α粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型。如图所示为原子核式结构模型的α粒子散射图。图中实线表示α粒子的运动轨迹。其中一个α粒子从a运动到b再运动到c的过程中(α粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是(　　)
A．α粒子的动能先增大后减小
B．α粒子的电势能先增大后减小
C．α粒子的加速度先减小后增大
D．库仑力对α粒子先做正功后做负功
2
[答案]　B
[解析]　α粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在运动过程中，库仑力对α粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，动能先减小后增大，B正确，A、D错误；α粒子受到的库仑力先增大后减小，由牛顿第二定律知，加速度先增大后减小，C错误。
2
氢原子能级及原子跃迁
(能力考点·深度研析)
1．原子吸收能量的两种情况
(1)光照激发：能量等于能级差的光子可被吸收，能量大于电离能的光子可被吸收，其他光子不能被吸收。
(2)实物粒子激发：只要粒子能量大于或等于能级差即可被吸收。
2．谱线条数的确定方法
(1)一个氢原子跃迁可能发出的光谱线条数最多为n－1。
3．电离
(1)电离态：n＝∞，E＝0。
(2)电离能：指原子从基态或某一激发态跃迁到电离态所需要吸收的最小能量。
例如：氢原子从基态→电离态：
E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV
(3)若吸收能量足够大，克服电离能后，获得自由的电子还具有动能。
(2025·河南开封调研)二十世纪初，德国物理学家玻尔将普朗克提出的量子理论运用于对氢原子模型的重构，对量子力学的发展起到了重大推动作用。如图所示为氢原子的能级示意图，下列说法正确的是(　　)
A．用能量为10.20 eV的光子照射，可使处于基态的氢原子电离
B．用能量为2 eV的光子去照射氢原子，不能使氢原子从第2能级跃迁到第3能级
C．当氢原子从第4能级向基态跃迁时，氢原子的能量增加，电子的动能减小
D．一群处在n＝4能级的氢原子在向低能级跃迁的过程中，能发出3种不同频率的光
[答案]　B
【跟踪训练】
(两类能级跃迁)(2023·山东卷)“梦天号”实验舱携带世界首套可相互比对的冷原子钟组发射升空，对提升我国导航定位、深空探测等技术具有重要意义。如图所示为某原子钟工作的四能级体系，原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ，然后自发辐射出频率为ν1的光子，跃迁到钟跃迁的上能级2，并在一定条件下可跃迁到钟跃迁的下能级1，实现受激辐射，发出钟激光，最后辐射出频率为ν3的光子回到基态。该原子钟产生的钟激光的频率ν2为(　　)
3
A．ν0＋ν1＋ν3 B．ν0＋ν1－ν3
C．ν0－ν1＋ν3 D．ν0－ν1－ν3
[答案]　D
[解析]　原子吸收频率为ν0的光子从基态能级Ⅰ跃迁至激发态能级Ⅱ时有EⅡ－EⅠ＝hν0，且从激发态能级Ⅱ向下跃迁到基态Ⅰ的过程有EⅡ－EⅠ＝hν1＋hν2＋hν3，联立解得ν2＝ν0－ν1－ν3，故选D。
(光电效应与能级跃迁规律的综合应用)为了研究大量处于n＝3能级的氢原子跃迁时的发光特点，现利用氢原子跃迁时产生的三种单色光照射同一个光电管，如图甲所示，移动滑动变阻器的滑片调节光电管两端电压，分别得到三种光照射时光电流与光电管两端电压的关系，如图乙所示，则对于a、b、c三种光，下列说法正确的是(　　)
4
[答案]　C
3
原子核的衰变　半衰期
(基础考点·自主探究)
1．α衰变和β衰变的比较
注意：原子核衰变是原子核内部质子与中子的变化，与原子核外的电子无关。1个质子也可以变成1个中子放出正电子。
2．衰变次数的计算方法
先根据质量数守恒确定α衰变次数，再根据电荷数守恒确定β衰变次数。
【跟踪训练】
(三种射线的性质及特点)卢瑟福设计的一个实验如图所示：他在铅块上钻了一个小孔，孔内放入一点镭，使射线只能从这个小孔里发出，随后他将射线引入磁场中，发现射线立即分成三束，他把三束射线分别命名为α射线、β射线、γ射线。基于对这三种射线的深入分析，卢瑟福获得了1907年的诺贝尔奖。以下对这三束射线描述准确的是(　　)
5
A．α射线的穿透能力最弱，容易被物体吸收
B．β射线在真空中的运动速度是光速
C．γ射线本质上是波长极短的电磁波，电离能力极强
D．β射线带负电，是来自镭原子的核外电子
[答案]　A
[解析]　α射线穿透能力最弱，电离作用强，容易被物体吸收，故A正确；β射线的速度约是光速的99%，故B错误；γ射线是一种波长很短的电磁波，电离能力极弱，故C错误；β射线(高速电子束)带负电，是由一个中子转变成一个质子后释放的，故D错误。
6
[答案]　A
7
[答案]　D
(衰变规律与磁场知识的综合应用)(多选)有一匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，一个原来静止在A处的原子核，发生衰变放射出某种粒子，两个新核的运动轨迹如图所示，已知两个相切圆半径分别为r1、r2。下列说法正确的是(　　)
A．原子核发生α衰变，根据已知条件可以算出两个新核的质量比
B．衰变形成的两个粒子带同种电荷
C．衰变过程中原子核遵循动量守恒定律
D．衰变形成的两个粒子电荷量的关系为
q1∶q2＝r1∶r2
8
[答案]　BC
4
裂变、聚变、核反应类型及核反应方程
(基础考点·自主探究)
1．几种常见的核反应分类及比较
【跟踪训练】
(核反应类型的判断)下列说法正确的是(　　)
9
[答案]　C
[解析]　根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，A选项反应中的X质量数为4，电荷数为2，为α粒子，核反应类型为α衰变，选项A错误；B选项反应中的Y质量数为1，电荷数为0，为中子，核反应类型为轻核聚变，选项B错误；C选项反应中的K质量数总数为10，电荷数为0，则K为10个中子，核反应类型为重核裂变，选项C正确；D选项反应中的Z质量数为1，电荷数为1，为质子，核反应类型为人工转变，选项D错误。
10
[答案]　C
(裂变和聚变的比较)(2023·湖南卷)2023年4月13日，中国“人造太阳”反应堆中科院环流器装置(EAST)创下新纪录，实现403秒稳态长脉冲高约束模等离子体运行，为可控核聚变的最终实现又向前迈出了重要的一步，下列关于核反应的说法正确的是(　　)
11
[答案]　A
5
对结合能和比结合能的理解　核能的计算
(能力考点·深度研析)
1．对质能方程的理解
(1)E＝mc2的含义：物体的总能量和它的质量成正比关系。
(2)ΔE＝Δmc2的含义：释放的核能与质量亏损成正比关系，但不是转化关系。
(3)对质量亏损的理解：“质量亏损”但质量数守恒，原因是每个核子的质量减小了。“质量亏损”并不是质量消失，而是由静止的质量变成运动的质量。
2．对比结合能的理解
(1)比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
(2)中等质量原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小。
(3)当重核分裂成中等核，或轻核结合成中等核时，核子的比结合能都增加，发生质量亏损并释放出核能。
3．计算核能的方法
(1)根据爱因斯坦质能方程，用核反应过程中质量亏损的千克数乘以真空中光速的平方，即ΔE＝Δmc2。
(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，得ΔE＝质量亏损的原子质量单位数×931.5 MeV。
(3)根据平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝平均结合能×核子数。
(4)有时可结合动量守恒和能量守恒进行分析计算，此时应注意动量、动能关系式p2＝2mEk的应用。
考向1　核能的计算
(2024·浙江1月卷)已知氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 1 u，氦核质量为4.002 6 u，中子质量为1.008 7 u，阿伏加德罗常数NA取6.0×1023 mol－1，氘核摩尔质量为2 g·mol－1,1 u相当于931.5 MeV。关于氘与氚聚变成氦，下列说法正确的是(　　)
[答案]　D
考向2　对结合能和比结合能的理解
A．原子核的结合能越大，原子核就越稳定
B．一次“氦闪”放出的核能为7.32 MeV
C．氦4的核子平均质量小于碳12的核子平均质量
D．氦4的结合能为7.08 MeV
[答案]　B
[解析]　原子核的比结合能越大，原子核就越稳定，A错误；一次“氦闪”放出的核能为12×7.69 MeV－3×4×7.08 MeV＝7.32 MeV，B正确；反应过程中释放能量，核子有质量亏损，故氦4的核子平均质量大于碳12的核子平均质量，C错误；氦4的比结合能为7.08 MeV，结合能为4×7.08 MeV＝28.32 MeV，D错误。
考向3　动量守恒和能量守恒在核反应中的应用
若两原子核发生核反应生成两种或两种以上的新生原子核过程中满足动量守恒的条件，则
m1v1＋m2v2＝m3v3＋m4v4＋…
若核反应过程中释放的核能全部转化为新生原子核的动能，由能量守恒得

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