专题13 原子结构、原子核和波粒二象性-三年（2020-2022）高考物理真题模拟题分类练（全国卷专用）

全国三年（2020-2022）高考物理真题分项汇编 专题13 原子结构、原子核和波粒二象性 【考纲定位】 近3年考情分析 考点要求 等级要求 考题统计 2022 2021 2020 光电效应和波粒二象性 Ⅱ 原子核和原子结构 Ⅱ 全国甲卷·T17 全国甲卷·T17 全国乙卷·T17 Ⅰ卷·T19 Ⅱ卷·T18 Ⅲ卷·T19 【知识重现】 知识点一 光电效应 1．研究光电效应的两条思路 (1)两条线索： (2)两条对应关系： 入射光强度大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 2．光电效应中三个重要关系 (1)爱因斯坦光电效应方程：Ek＝hν－W0。 (2)光电子的最大初动能Ek与遏止电压Uc的关系：Ek＝eUc。 (3)逸出功W0与极限频率νc的关系：W0＝hνc。 知识点二 波粒二象性 1．对光的波粒二象性的理解 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 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，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强 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 波动性与 粒子性的 统一 由光子的能量ε＝hν、光子的动量表达式p＝也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾，表示粒子性的能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ 知识点三 原子结构 原子核 一、原子结构 1.分析原子的核式结构模型所用的规律 (1)库仑定律：F＝k，可以用来确定电子和原子核、α粒子和原子核间的相互作用力。 (2)牛顿运动定律和圆周运动规律：可以用来分析电子绕原子核做匀速圆周运动的问题。 (3)功能关系及能量守恒定律：可以分析由于库仑力做功引起的带电粒子在原子核周围运动时动能、电势能之间的转化问题。 2．两类能级跃迁 (1)自发跃迁：高能级(m)低能级(n)→放出能量；发射光子：hν＝Em－En。 (2)受激跃迁：低能级(n)高能级(m)→吸收能量。 ①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰好等于能级差hν＝Em－En。 ②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥Em－En。 ③大于电离能的光子被吸收，将原子电离。 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： ①基态→电离态：E吸＝0－(－13.6 eV)＝13.6 eV，即为基态的电离能。 ②n＝2→电离态：E吸＝0－E2＝3.4 eV，即为n＝2激发态的电离能。 二、原子核 核反应 1．三种射线的成分和性质 名称 构成 符号 电荷量 质量 电离 作用 穿透 能力 α射线 氦核 He ＋2e 4 u 最强 最弱 β射线 电子 e －e u 较强 较强 γ射线 光子 γ 0 0 最弱 最强 2．对半衰期的理解 (1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少量原子核，无半衰期可言。 (2)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原，m余＝m原。式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期。 3．衰变次数的计算方法 确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素X经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素Y，则表示该核反应的方程为X→Y＋nHe＋me。根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程 A＝A′＋4n　Z＝Z′＋2n－m 由以上两式联立解得n＝，m＝＋Z′－Z 由此可见确定衰变次数可归结求解一个二元一次方程组。 4．核反应的四种类型 类　型 可控性 核反应方程典例 衰 变 α衰变 自发 U→Th＋He β衰变 自发 Th→Pa＋e 人工转变 人工控制 N＋He→O＋H (卢瑟福发现质子) He＋Be→C＋n (查德威克发现中子) Al＋He→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P→Si＋e 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n→Ba＋Kr＋3n U＋n→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H→He＋n 5．核能的计算方法 (1)根据ΔE＝Δmc2计算时，Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。 (2)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算时，Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。 (3)根据核子比结合