江蘇省2018版高考物理二輪復習 專題十二 選考部分教學案 選修3-5

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1、 專題十二　選修3－5 考情分析 2015 2016 2017 選修3－5 T12C(1)：光的波粒二象性 T12C(2)：衰變方程 T12C(3)：結合能與質量虧損 T12C(1)：衰變方程 T12C(2)：光子的動量及動量改變量 T12C(3)：光子的能量、光電效應方程 T12C(1)：比結合能曲線 T12C(2)：動量、德布羅意波 T12C(3)：動量守恒定律 命題解讀 本專題13個考點，皆為Ⅰ要求。從三年命題情況看，命題特點為： (1)注重基礎。如2013年的“德布羅意波長”、2014年的“光電效應”、2015年的“波粒二象性”、2016年的“核

2、反應方程”、2017年的“比結合能”等較好的考查了學生的理解能力。 (2)強調綜合。如2016年的“光電效應”計算、“動量守恒定律與原子核衰變”綜合、2017年的“動量與德布羅意波”綜合等。 整體難度中等，命題指數★★★★★，復習目標是達B必會。 1．(2016·江蘇高考)(1)貝克勒爾在120年前首先發(fā)現了天然放射現象，如今原子核的放射性在眾多領域中有著廣泛應用。下列屬于放射性衰變的是(　　) A.C→N＋e B.U＋n→I＋Y＋2n C.H＋H→He＋n D.He＋Al→P＋n (2)已知光速為c，普朗克常數為h，則頻率為ν的光子的動量為________，用該頻率的光垂直

3、照射平面鏡，光被鏡面全部垂直反射回去，則光子在反射前后動量改變量的大小為________。 (3)幾種金屬的逸出功W0見下表： 金屬 鎢 鈣 鈉 鉀 銣 W0(10－19 J) 7.26 5.12 3.66 3.60 3.41 用一束可見光照射上述金屬的表面，請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應。已知該可見光的波長的范圍為4.010－7～7.610－7 m，普朗克常數h＝6.6310－34 J·s。 解析　(1)A屬于β衰變，B屬于裂變，C屬于聚變，D屬于原子核的人工轉變，故選A項。 (2)光子的動量p＝mc＝c＝ 選光被鏡面反射回去的方向為正方向，則p＝－ p

4、′＝， 動量的變化量Δp＝p′－p＝。 (3)光子的能量E＝ 取λ＝4.010－7 m，則E≈5.010－19 J 根據E>W0判斷鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應。 答案　(1)A　(2)　　(3)鈉、鉀、銣 2．(2017·江蘇高考)原子核的比結合能曲線如圖1所示。根據該曲線，下列判斷正確的有________。 圖1 A.He核的結合能約為14 MeV B.He核比Li核更穩(wěn)定 C．兩個H核結合成He核時釋放能量 D.92U核中核子的平均結合能比Kr核中的大 (2)質子(H)和α粒子(He)被加速到相同動能時，質子的動量________(選填“大于”“小于”或“等于”)

5、α粒子的動量，質子和α粒子的德布羅意波波長之比為________。 (3)甲、乙兩運動員在做花樣滑冰表演，沿同一直線相向運動，速度大小都是1 m/s。甲、乙相遇時用力推對方，此后都沿各自原方向的反方向運動，速度大小分別為1 m/s和2 m/s。求甲、乙兩運動員的質量之比。 解析　(1)由圖象可知He核的結合能約為28 MeV，A項錯誤；He核比Li核的比結合能大，故He核比Li核穩(wěn)定，B項正確；兩個H核結合成He核時比結合能增大，釋放能量，C項正確；U的平均結合能比Kr核中的小，D項錯誤。 (2)由動量與動能的關系p＝和EkH＝Ekα，知pH＜pα，且pα＝2pH。由λ＝知，λH∶λα＝

6、pα∶pH＝2∶1。 (3)動量守恒m1v1－m2v2＝m2v2′－m1v1′ 解得＝ 代入數據得＝ 答案　(1)BC　(2)小于　2∶1　(3)3∶2 1．動量守恒定律 (1)條件：系統不受外力或系統所受外力的矢量和為零。 (2)表達式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 2．玻爾理論的基本內容 能級假設：氫原子En＝，n為量子數 躍遷假設：hν＝E末－E初 軌道量子化假設：氫原子rn＝n2r1，n為量子數 3．解決氫原子能級躍遷問題的技巧 (1)原子躍遷時，所吸收或釋放的光子能量只能等于兩能級之間的能量差。 (2)原子電離時，所吸收的能量可以大于或

7、等于某一能級能量的絕對值。 (3)一群原子和一個原子不同，它們的核外電子向基態(tài)躍遷時發(fā)射光子的種類N＝C＝。 4．愛因斯坦光電效應方程及圖象表示 (1)Ek＝hν－W0 (2)用圖象表示光電效應方程 ①極限頻率：圖線與ν軸交點的橫坐標ν0 ②逸出功：圖線與Ek軸交點的縱坐標的絕對值W0＝E ③普朗克常量：圖線的斜率k＝h 5．光的波粒二象性 (1)光既有波動性，又有粒子性，無法只用其中的一種性質去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性。 (2)光的干涉、衍射、偏振現象說明了光的波動性。黑體輻射、光電效應、康普頓效應說明了光的粒子性，光的波長越長，頻率越小，波動性越顯

8、著；光的波長越短，頻率越大，粒子性越顯著。少量光子產生的效果往往顯示出粒子性(一份一份的)，大量光子產生的效果往往顯示出波動性。 6．天然放射現象及核反應方程 7．黑體輻射規(guī)律：輻射強度與溫度有關，與波長有關。 (1)隨溫度升高，輻射強度的峰值向波長較短的方向移動，故室溫時電磁波的波長較長；高溫時電磁波的波長較短。 (2)溫度一定時，輻射強度隨波長增大而先增大后減小。 (3)對應同一波長，溫度越高輻射強度越大。 8．核能的計算 (1)ΔE＝Δmc2，其中Δm為核反應方程中的質量虧損。 (2)ΔE＝Δm931.5 MeV，其中質量虧損Δm以原子質量單位u為單位。 1．(

9、2017·江蘇泰州中學模擬)(1)下列說法正確的是(　　) A．普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一 B．玻爾原子理論第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了各種原子光譜的實驗規(guī)律 C．一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，可能是因為這束光的光強太小 D．德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎上提出物質波的猜想，而電子的衍射實驗證實了他的猜想 (2)在實驗室內較精準地測量到的雙β衰變事例是在1987年公布的，在進行了7 960小時的實驗中，以68%的置信度認出Se發(fā)生的36個雙β衰變事例，已知靜止的Se發(fā)生雙β衰變時，將釋放出兩個電子和

10、兩個中微子(中微子的質量數和電荷數都為零)，同時轉變成一個新核X，則X核的中子數為________；若衰變過程釋放的核能是E，真空中的光速為c，則衰變過程的質量虧損是________。 (3)質量為m的小球A在光滑水平面上以速度v0與質量為2m的靜止小球B發(fā)生正碰后以v0的速率反彈，試通過計算判斷發(fā)生的是不是彈性碰撞。 解析　(1)普朗克通過研究黑體輻射提出能量子的概念，成為量子力學的奠基人之一，A項正確；玻爾原子理論第一次將量子觀念引入原子領域，提出了定態(tài)和躍遷的概念，成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，B項錯誤；一束光照射到某種金屬上不能發(fā)生光電效應，是因為這束光的頻率太小，故C項錯誤；

11、德布羅意在愛因斯坦光子說的基礎上提出物質波的猜想，而電子的衍射實驗證實了他的猜想，D項正確。 (2)靜止的Se發(fā)生雙β衰變時，將釋放出兩個電子和兩個中微子(中微子的質量數和電荷數都為零)，同時轉變成一個新核X，根據電荷數守恒、質量數守恒，知X核的電荷數為36，質量數為82，質量數等于電荷數與中子數之和，則中子數為46，根據愛因斯坦質能方程得E＝Δmc2，解得質量虧損Δm＝。 (3)以兩球組成的系統為研究對象，取碰撞前A球的速度方向為正方向。 由動量守恒定律得mv0＝m＋2mvB， 則vB＝v0 碰后總動能 E＝m＋·2m＝mv， 故為彈性碰撞。 答案　(1)AD　(2)46　　

12、(3)彈性碰撞 2．(2015·江蘇高考)(1)波粒二象性是微觀世界的基本特征，以下說法正確的有(　　) A．光電效應現象揭示了光的粒子性 B．熱中子束射到晶體上產生衍射圖樣說明中子具有波動性 C．黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋 D．動能相等的質子和電子，它們的德布羅意波長也相等 (2)核電站利用原子核鏈式反應放出的巨大能量進行發(fā)電，U是核電站常用的核燃料。U受一個中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分，并產生________個中子。要使鏈式反應發(fā)生，裂變物質的體積要________(選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。 (3)取質子的質量mp＝1.672 610－27 kg，

13、中子的質量mn＝1.674 910－27 kg，α粒子的質量mα＝6.646 710－27 kg，光速c＝3.0108 m/s。請計算α粒子的結合能。(計算結果保留兩位有效數字) 解析　(1)光電效應說明光的粒子性，所以A項正確；熱中子束在晶體上產生衍射圖樣，即運動的實物粒子具有波的特性，即說明中子具有波動性，所以B項正確；黑體輻射的實驗規(guī)律說明電磁輻射具有量子化，即黑體輻射是不連續(xù)的、一份一份的，所以黑體輻射用光的粒子性解釋，即C項錯誤；根據德布羅意波長公式λ＝，p2＝2mEk，又質子的質量大于電子的質量，所以動能相等的質子和電子，質子的德布羅意波較短，所以D項錯誤。 (2)由質量數和電

14、荷數守恒可知U＋n→Ba＋Kr＋3n，可見產生了3個中子，鏈式反應的一個條件是鈾燃料的體積必須大于或等于臨界體積。 (3)根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2，可求：ΔE＝(2mp＋2mn－mα)c2≈4.310－12 J。 答案　(1)AB　(2)3　大于　(3)4.310－12 J 3．(2017·江蘇儀征中學高三期初考)(1)釷Th具有放射性，它能放出一個新的粒子而變?yōu)殓hPa，同時伴隨有γ射線產生，其方程為Th→Pa＋x，釷的半衰期為24天。則下列說法中正確的是(　　) A．x為質子 B．x是釷核中的一個中子轉化成一個質子時產生的 C．γ射線是鏷原子核外電子躍遷放出的 D．

15、1 g釷Th經過120天后還剩0.2 g釷 (2)某金屬的截止極限頻率恰好等于氫原子量子數n＝4能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出光的頻率。氫原子輻射光子后能量________(選填“增大”、“不變”或“減小”)?，F用氫原子由n＝2能級躍遷到n＝1能級所發(fā)出的光照射該金屬，則逸出光電子的最大初動能是________(已知氫原子n＝1、2、4能級的能量值分別為E1、E2、E4)。 (3)如圖2所示，A和B兩小車靜止在光滑的水平面上，質量分別為m1、m2，A車上有一質量為m0的人，以速度v0向右跳上B車，并與B車相對靜止。求： 圖2 ①人跳離A車后，A車的速度大小和方向； ②人跳上B車后，A

16、、B兩車的速度大小之比。 解析　(1)根據電荷數和質量數守恒知釷核衰變過程中放出了一個電子，即x為電子，故A項錯誤；β衰變的實質：β衰變時釋放的電子是由核內一個中子轉化成一個質子同時產生的，故B項正確； γ射線是鏷原子核放出的，故C錯誤；釷的半衰期為24天，1 g釷Th經過120天后，發(fā)生5個半衰期，1 g釷經過120天后還剩0.031 25 g，故D項錯誤。 (2)氫原子輻射光子后，能量減小，某金屬的截止極限頻率恰好等于氫原子量子數n＝4能級躍遷到n＝2能級所發(fā)出光的頻率，可知該金屬的逸出功W0＝E4－E2，由n＝2能級躍遷到n＝1能級所發(fā)出的光子能量E＝E2－E1，根據光電效應方程得，

17、光電子的最大初動能。 Ekm＝E－W0＝E2－E1－E4＋E2＝2E2－E1－E4。 (3)①設人跳離A車后，A車的速度為vA，研究A車和人組成的系統，以向右為正方向，由動量守恒定律有m1vA＋m0v0＝0，解得vA＝－v0，負號表示A車的速度方向向左 ②研究人和B車，由動量守恒定律有m0v0＝(m0＋m2)vB，解得＝。 答案　(1)B　(2)減小　2E2－E1－E4　(3)①v0 方向向左　② 4．(2017·江蘇省徐州、宿遷、連云港、淮安四市聯考)(1)下列說法正確的有(　　) A．結合能越大的原子核越穩(wěn)定 B．光電效應揭示了光具有粒子性 C．動量相同的質子和電子，它們

18、的德布羅意波的波長相等 D．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布規(guī)律與黑體的溫度無關 (2)靜止的Li核俘獲一個中子發(fā)生核反應，放出α粒子同時生成一個________核，該核反應過程放出能量為E，已知真空中光速為c，則該核反應質量虧損為________。 (3)氫原子能級圖如圖3所示，氫原子從n＝2的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)。 圖3 ①求氫原子輻射的光子能量； ②氫原子輻射的光子照射逸出功為3.34 eV的鋅板時，求逸出光電子的最大初動能。 解析　(1)比結合能越大的原子核越穩(wěn)定，選項A錯誤；光電效應揭示了光具有粒子性，選項B正確；根據λ＝可知，動量相同的質子和電子，它們的德布羅意波的

19、波長相等，選項C正確；黑體輻射電磁波的強度按波長的分布規(guī)律與黑體的溫度有關，選項D錯誤。 (2)根據質量數守恒和電荷數守恒的原則，靜止的Li核俘獲一個中子發(fā)生核反應，放出α粒子同時生成一個H核，該核反應過程放出能量為E，已知真空中光速為c，根據E＝Δmc2，則該核反應質量虧損為Δm＝。 (3)①hν＝E2－E1＝10.2 eV ②Ekm＝hν－W0＝6.86 eV 答案　(1)BC　(2)H(氚)　　(2)①10.2 eV ②6.86 eV 5．(2017·無錫一模)(1)下列說法中正確的是(　　) A．對黑體輻射的研究表明：隨著溫度的升高，輻射強度的最大值向波長較長的方向移動

20、 B．放射性物質的溫度升高，則半衰期減小 C．在光電效應實驗中，用頻率為ν的光照射光電管陰極，發(fā)生了光電效應，若改用頻率大于ν的光照射，光電子的最大初動能變大 D．氫原子從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能輻射特定頻率的光子 (2)已知氫原子的基態(tài)能量為E1(E1<0)，激發(fā)態(tài)能量En＝E1，其中n＝1、2、3、4、…，已知普朗克常量為h，真空中光速為c，吸收波長為__________的光子能使氫原子從基態(tài)躍遷到n＝2的激發(fā)態(tài)；此激發(fā)態(tài)氫原子再吸收一個頻率為ν的光子被電離后，電子的動能為__________。 (3)速度為v0的中子n擊中靜止的氮核N，生成碳核C和另一種新原子核X，已知C與X的速度方

21、向與碰撞前中子的速度方向一致，碰后C核與X核的動量之比為2∶1。 ①寫出核反應方程式； ②求X的速度大小。 解析　(1)隨著溫度的升高，輻射強度的最大值向波長較短的方向移動，A項錯誤；半衰期與溫度無關，B項錯誤；根據光電效應方程Ek＝hν－W0得出入射光頻率變大，最大初動能變大，C項正確；根據玻爾理論從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷只能發(fā)出特定頻率的光子，D項正確。 (2)第二能級的能量為E2＝E1，氫原子從基態(tài)躍遷到第二能級需吸收光子的能量為E2－E1＝－E1，對應光子的波長為－E1＝h，得出λ＝－。第二能級的電子吸收光子后電離的動能等于hν＋E2＝hν＋E1。 (3)①核反應方程為n＋N→C

22、＋H ②由動量守恒定律得 m0v0＝12m0vC＋3m0vH 由題知12m0vC∶3m0vH＝2∶1 得vH＝v0。 答案　(1)CD　(2)－　hν＋E1 (3)①n＋N→C＋H?、趘0 1．(2017·江蘇省揚中、六合、句容、省溧、中華、江浦、華羅庚七校聯考)(1)下列說法中正確的是(　　) A．玻爾通過對氫原子光譜的研究建立了原子的核式結構模型 B．核力存在于原子核內任意兩個核子之間 C．天然放射現象的發(fā)現使人類認識到原子核具有復雜結構 D．黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關 (2)用同一光電管研究a、b兩種單色光產生的光電效應，得到光電流I

23、與光電管兩極間所加電壓U的關系如圖1所示。則a光光子的頻率________(選填“大于”“小于”或“等于”)b光光子的頻率；且a光的強度________(選填“大于”“小于”或“等于”)b光的強度。 圖1 (3)一個靜止的原子核Ra，衰變時放出一個質量為m1速率為v1的粒子，同時產生一個質量為m2的反沖新核Rn和一個光子，測得新核的速率為v2、光子與新核運動方向相同。已知普朗克常量為h，寫出該衰變的方程并求出光子的波長λ。 解析　(1)盧瑟福通過α粒子散射實驗建立了原子核式結構模型，玻爾將量子觀念引入原子領域，其理論能夠解釋氫原子光譜的特征，故A項錯誤；核力與萬有引力、庫侖力的性質不

24、同，核力是短程力，作用范圍在1.510－15 m，原子核的半徑數量級在10－15 m，所以核力只存在于相鄰的核子之間，核力是原子核能穩(wěn)定存在的原因，故B項錯誤；天然放射現象的發(fā)現使人類認識到原子核具有復雜的結構，故C項正確；根據黑體輻射實驗的規(guī)律可知：黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的溫度有關，故D項正確。 (2)由題意可得a光照射光電管時反向截止電壓大，使其逸出的光電子最大初動能大，所以a光光子的頻率大；由圖可知，a的光電流較大，因此a光的光強大于b光。 (3)在衰變和核反應方程中遵循質量數守恒、電荷數守恒，所以生成物中粒子的質量數為4，電荷數為2，即α粒子；該衰變方程為：Ra→

25、Rn＋He 在衰變和核反應中另外遵循動量守恒，根據動量守恒(以v1的方向為正方向)：0＝m1v1－m2v2－，λ＝。 答案　(1)CD　(2)大于　大于(3) Ra→Rn＋He 2．[2017·蘇錫常鎮(zhèn)四市高三教學情況調研(二)](1)圖2是研究光電效應的實驗裝置。用一定頻率的光照射陰極K，當滑片P處于圖示位置時，電流表的示數不為零。為使電流表示數減小，下列辦法可行的是(　　) 圖2 A．將滑片P向右移動 B．減小入射光的強度 C．換用電動勢更大的電源 D．將電源的正、負極對調 (2)由玻爾原子理論，氦離子He＋能級如圖3所示。電子在n＝3軌道上比在n＝4軌道上離

26、氦核的距離________(選填“大”或“小”)。當大量處在n＝3的激發(fā)態(tài)的He＋發(fā)生躍遷時，所發(fā)射的譜線有________條。 圖3 (3)以一定速度運動的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y。若X、Y和α粒子的靜質量分別是M、m1和m2，真空中光速為c，不考慮相對論效應。求反應過程中釋放的能量以及α粒子的動能。 解析　(1)為使電流表示數減小，只要減少光電子到達A極的數量，所以將電源的正、負極對調，這樣電場力對光電子做負功，D項正確；減小入射光的強度也可以減少光電子到達A極的數量，B項正確。 (3)ΔE＝Δmc2，ΔE＝(M－m1－m2)c2 動量守恒MvX＝m2vα 能

27、量守恒Mv＋ΔE＝Ekα 解得Ekα＝(M－m1－m2)c2。 答案　(1)BD　(2)小　3　(3)(M－m1－m2)c2 (M－m1－m2)c2 3. (2017·南京市、鹽城市模擬)(1)如圖4所示，某原子的三個能級的能量分別為E1、E2和E3。a、b、c為原子躍遷所發(fā)出的三種波長的光，下列判斷正確的是(　　) 圖4 A．E1>E2>E3 B．(E3－E2)>(E2－E1) C．b光的波長最長 D．c光的頻率最高 (2)如圖5所示，x為放射源，L為一紙板，紙板與計數器之間有強磁場B。當強磁場移開時，計數器的計數率不變，說明放射源中沒有________(選填“α”、“

28、β”或“γ”)粒子；將紙板L移開，計數器計數率大幅度上升，這表明放射源中有________(選填“α”“β”或“γ”)粒子。 圖5 (3)鋁的極限頻率為1.11015 Hz，現用頻率為1.51015 Hz的光照射鋁的表面，有光電子逸出。已知普朗克常量為h＝6.610－34 J·s。求光電子的最大初動能。 解析　(1)結合能級圖判斷E1

29、數器所得計數率保持不變，說明穿過紙板的粒子中無帶電粒子，故沒有β射線；將薄紙板L移開，計數率大幅上升，說明射線中有穿透力很弱的粒子，因此放射源有α。 (3)hν＝W＋Ekm Ekm＝hν－h(huán)ν0＝2.6410－19J。 答案　(1)D　(2)β　α　(3)2.6410－19 J 4．(2017·宿遷市高三摸底)(1)關于下列四幅圖的說法正確的是(　　) A．甲圖為放射源放出的三種射線在磁場中運動的軌跡，射線1為α射線 B．乙圖中，用紫外光燈照射與驗電器相連的鋅板，發(fā)現原來閉合的驗電器指針張開，此時鋅板和驗電器均帶正電 C．丙圖為α粒子散射實驗示意圖，盧瑟福根據此實驗提出了原子

30、的核式結構模型 D．丁圖為核反應堆示意圖，它是利用了鈾核聚變反應所釋放的能量 (2)在水平放置的氣墊導軌上，質量為0.4 kg、速度為0.5 m/s的滑塊甲與質量為0.6 kg，速度為0.1 m/s的滑塊乙迎面相撞，碰撞后滑塊乙的速度大小變?yōu)?.2 m/s，此時滑塊甲的速度大小為______m/s，方向與它原來速度方向______。 (3)一靜止的鈾核U(原子質量為232.037 2 u)放出一個帶電粒子(原子質量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(原子質量為228.028 7 u)。 ①該過程的衰變方程為______________________________________

31、_______； ②求該衰變過程中放出的核能(1 u相當于931 MeV，結果保留2位有效數字)。 解析　(1)由三種射線的特征和左手定則知甲圖中的射線1為β射線，選項A錯誤；紫外線照射鋅板后，有光電子逸出，則鋅板和驗電器均帶正電，選項B正確；盧瑟福根據α粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構模型，選項C正確；核反應堆利用的是鈾核裂變反應釋放的能量，選項D錯誤。 (2)選滑塊甲開始運動的方向為正方向，碰撞后滑塊乙的方向反向，由動量守恒定律m甲v甲－m乙v乙＝m甲v甲′＋m乙v乙′，解得v甲＝0.05 m/s。方向與它原來的方向相同。 (3)①U→He＋Th ②Δm＝232.037 2 u－4.002 6 u－228.028 7 u＝0.005 9 u ΔE＝Δmc2＝0.005 9931 MeV＝5.5 MeV。 答案　(1)BC　(2)0.05　相同　(3)①U→He＋Th ②5.5 MeV 14