第十五章 [应用拓展·素养提升15] 原子物理知识在生产、生活、科技中的应用-【创新教程】2024高考物理总复习大一轮教师用书word（新教材，人教版）

1．体会人类对物质结构的探索是不断深入的，科学的探索没有止境． 2．主动关注核技术对人类生活和社会发展带来的影响，能遵守普遍接受的与科技研究有关的道德与规范，有保护环境、理性评价科技应用的良好习惯与使命感． 氢原子的能级跃迁在科技中的应用 [典例1]　(北斗卫星星载氢原子钟)原子钟是利用原子跃迁产生固定频率的光进行计时的工具.2020年6月23日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星，至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署全面完成，而这些卫星都采用了星载氢原子钟．如图所示为氢原子的能级图，则(　　) A．当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的 B．当用能量为11 eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子一定不能跃迁到激发态 C．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子可以使逸出功为2.75 eV的金属发生光电效应 D．氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的电磁波的波长长 [解析]　D　[当氢原子处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率不同，故A错误；当用能量为11 eV的电子撞击处于基态的氢原子时，氢原子可以吸收其中的10.2 eV的能量，可能跃迁到激发态，故B错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝2能级时释放的光子的能量为E＝E4－E2＝－0.85 eV＋3.4 eV＝2.55 eV＜2.75 eV，所以不能使逸出功为2.75 eV的金属发生光电效应，故C错误；氢原子从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射出的光子的能量小，则辐射出的光子频率小，辐射出的电磁波波长长，故D正确．] [典例2]　(光刻机)(多选)光刻机是生产芯片的核心设备，其作用主要是让光源发出的光通过物镜把设计好的电路图样打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上，将电路雕刻在上面．光的波长越小，能雕刻的尺寸越小，制造的芯片就越精密．目前世界上生产的光刻机主要是利用紫外线作为光源，紫外线的光子能量范围为3～124 eV.如图所示为氢原子的能级图．现有一群处于n＝4能级的氢原子，下列说法正确的是(　　) A．这群氢原子辐射的光中，有四种频率的光为紫外线 B．这群氢原子辐射的光中，波长最长的光子能量为0.66 eV C．这群氢原子辐射的光中，能使光刻机雕刻尺寸最小的光子能量为12.75 eV D．在光刻机的物镜和硅晶圆之间充满水，打在硅晶圆上的光的波长将变短 [解析] BCD　[根据能级跃迁知识，从n＝4能级跃迁到n＝3能级和从n＝4能级跃迁到n＝2能级以及从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射的光子能量均小于3 eV，而从n＝4能级跃迁到n＝1能级和从n＝3能级跃迁到n＝1能级以及从n＝2能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量均大于3 eV且小于124 eV，所以这群氢原子辐射的光中，有三种频率的光为紫外线，故A错误；这群氢原子辐射的光中，当氢原子从n＝4能级向n＝3能级跃迁时，波长最长，此光子能量为E＝E4－E3＝－0.85 eV－(－1.51) eV＝0.66 eV，故B正确；在氢原子辐射的光中，从n＝4能级跃迁到基态释放的光子能量最大，其波长最小，能使光刻机雕刻尺寸最小，其光子能量为E＝E4－E3＝－0.85 eV－(－13.6) eV＝12.75 eV，故C正确；在光刻机的物镜和硅晶圆之间充满水，光频率不变，速度减小，可知光的波长在水中将变短，打在硅晶圆上的光的波长将变短，得以刻出更精密的芯片，故D正确．] 原子核物理知识在现代科技中的应用 [典例3]　(工程验收)2020年7月1日，拟举行第十四届全运会开幕式的西安奥体中心体育场和游泳跳水馆正式完成竣工验收，算上5月30日竣工的体育馆，这标志着坐落在西安国际港务区的西安奥体中心“一场两馆”全部完成竣工验收．场馆验收时，其中有—项为放射性污染检测．氡(Rn)是肺癌的一个致病因素，现检测到某种室内装修的花岗岩材料中的Rn发生了α衰变，设某次衰变时放出一个α粒子(He)并生成新核，衰变前Rn核静止，发生衰变时释放出的α粒子的速度大小为v，则新生成核的速度大小和方向分别为(　　) A.v，与α粒子速度同向 B.v，与α粒子速度反向 C.v，与α粒子速度同向 D.v，与α粒子速度反向 [解析] B　[α粒子衰变过程满足动量守恒定律，设α粒子质量为4 m，则产生的新核质量为218m，故根据动量守恒定律有4mv＝218mv′，解得v′＝v，即新生成核的速度大小为v，方向与α粒子的速度方向相反，故B正确．] [典例4]　(核动力航母)2023年4月23日是人民海军的74岁生日．近年来，我国海军航母事业高歌猛进，“辽宁舰”与第一艘国产航母“山东舰”构成双航母编队，我国的核动力航母也将在不远的将来实现列装，这也是我国海军航母的“