2020年高考物理考前专题回顾原子物理（解析版）

1 原子物理知识梳理 1. 黑体辐射只有温度有关 （ε＝hν ν＝c λ 红→紫 波长变小 频率变大 能量变高） 2. 普朗克的量子说 爱因斯坦的光子说 3. 光电效应 （条件 光电流 光电效应方程 波长公式 遏止电压 正接反接 图像 EK-v I-U Uv -v） 4. 光的波粒二象性 （粒子性：个别 波长小/频率大 光电康普顿（动量）；波动：大量 波长大/频率小 干涉/衍射/偏振等） 5. 物质波 （德布罗意波 p＝h λ 实物粒子也具有波动性） 6. 亮条纹和暗条纹 （亮 概率大 暗 概率小） 7. 汤姆孙研究阴极射线发现电子 提出“枣糕模型”或“西瓜模型”；密里根油滴实验测出 电子电荷量（元电荷）；卢瑟福进行了 α 粒子散射实验，提出了核式结构模型；卢瑟福 发现质子；查德威克发现中子；居里夫人发现正电子...... 8. α 粒子散射实验 （绝大多数方向不变，少数大角度偏转） 9. 原子的核式结构模型：原子中带正电部分的体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正 电体的外面运动 10. 利用每种原子都有自己的特征谱线可以用来鉴别物质和确定物质的组成成分 11. 波尔理论 （高轨低速大周期，高内高势低动；基态能量最低最稳定；能级跃迁 特别注 意一群与一个的区别；激发与电离 巴耳末系光子） 12. 贝克勒尔的天然放射现象 （原子核具有复杂结构） 13. 核反应 质量数守恒 电荷数守恒 质量不守恒 14. 原子核的衰变 （ α 衰变：AZX→A－4Z－2Y＋42He β 衰变：AZX→ AZ＋1Y＋ 0－1e 左边只有一个 元素；不能同时进行；伴随着γ辐射） 15. 重核裂变 （链式反应条件） 16. 轻核聚变 （热核反应 太阳） 17. 人工转变 147 N＋42He→178 O＋11H(卢瑟福发现质子) 42He＋94Be→126 C＋10n(查德威克发现中子) 2713Al＋42He→3015P＋10n 3015P→3014Si＋ 0＋1e 居里夫妇发现放射性同位素并发现正电子 18. 原子序数≥83 能自发的放出射线，小于 83 的部分能 19. 半衰期 （由核决定 与其他都无关） 20. 强相互作用 （相邻 短程力 范围在 1.5×10－15 m 之内；弱相互作用 β 衰变中） 21. 结合能与比结合能 （反应物比生成物稳定， 22. 质能方程 （爱因斯坦 ΔE＝Δmc2 ΔE＝Δm×931.5 MeV） 原子物理题型梳理 1. 关于光电效应，下列说法正确的是(　　) A．只要入射光的强度足够强，就可以使金属发生光电效应 B．光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应 C．照射时间越长光电子的最大初动能越大 D．光电子的最大初动能与入射光子的频率成正比 B　[根据光电效应规律，只要入射光的频率足够大，就可以使金属发生光电效应，与入2 射光的强度无关，选项 A 错误；光子的能量大于金属的逸出功就可以使金属发生光电效应， 选项 B 正确；光电子的最大初动能与照射时间无关，选项 C 错误；光电子的最大初动能随 入射光子的频率增大而增大，但并不是正比关系，选项 D 错误．] 2. 用如图甲所示的装置研究光电效应现象．闭合开关 S，用频率为 ν 的光照射光电管时发 生了光电效应．图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能 Ek 与入射光频率 ν 的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说 法中正确的是(　　) A．普朗克常量为 h＝a b B．断开开关 S 后，电流表的示数不为零 C．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表的示数保持不变 B　[根据 Ekm＝hν－W0 得，纵轴截距的绝对值等于金属的逸出功，等于 b，当最大初动 能为零时，入射光的频率等于截止频率，所以金属的截止频率为 ν0＝a，普朗克常量为 h＝ b a，故 A 错误．开关 S 断开后，因光电子有初动能，因此电流表 G 的示数不为零，故 B 正 确．根据光电效应方程可知，最大初动能与入射光频率有关，与光的强度无关，故 C 错 误．若保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，则光子数目减少，电流表的示数减小， 故 D 错误．] 3. (多选)用图甲所示实验装置研究光电效应现象，分别用 a、b、c 三束光照射光电管阴极， 得到光电管两端的电压与相应的光电流的关系如图乙所示，其中 a、c 两束光照射时对 应的遏止电压相同，均为 Uc2，则下列论述正确的是(　　) A．a、c 两束光的光强相同 B．a、c 两束光的频率相同 C．b 光的波长最短3 D．用 a 光照射时光电管发出的光电子的最大初动能最大 BC　[根据题图乙所示光电管两端的电压与相应的光电流的关系可知，a、c 两束光照射 时对应的遏止电压相同，说明 a、c 两束光的频率相同，a、c 两束光产生的饱和光电流不同， 说明光强不同，选项 A 错误，B 正确．b 光照射时对应的遏止电压最大，说明 b 光的频率最 大，波长最短，照射光电管时发出的光电子的最大初动能最大，选项 C 正确，D 错误．] 4. 如图所示，当开关 S 断开时，用光子能量为 3.5 eV 的一束光照射阴极 K，发现电流表 读数不为零．闭合开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 1.5 V 时，电流表读 数仍不为零，当电压表读数大于或等于 1.5 V 时，电流表读数为零．由此可知阴极材料 的逸出功为(　　) A．1.5 eV　 B．2.0 eV　 　 C．3.5 eV　 D．5.0 eV B　[根据题意此时光电子的最大初动能 Ekm＝eUc＝1.5 eV；根据爱因斯坦光电效应方程 有 W＝hν－Ekm＝3.5 eV－1.5 eV＝2.0 eV，故 B 正确．] 5. 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压 之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)如图所示．则可判断出(　　) A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 B　[由于是同一光电管，因而不论对哪种光，极限频率和金属的逸出功相同，对于甲、 乙两种光，反向截止电压相同，因而频率相同，A 错误；丙光对应的反向截止电压较大，因 而丙光的频率较高，波长较短，对应的光电子的最大初动能较大，故 C、D 均错，B 正确．] 1. 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光 的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片 上只能出现一些不规则的点；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条 纹．对这个实验结果下列认识正确的是(　　)4 A．曝光时间不长时，光的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点 B．单个光子的运动没有确定的轨道 C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D．只有光子具有波粒二象性，微观粒子不具有波粒二象性 BC　[单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子的落点出现一定的规律性，落在 某些区域的可能性较大，这些区域正是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．光具有波 粒二象性，少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性．所以正确选项为 B、C．不论光子还是微观粒子，都具有波粒二象性．] 2. 用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时 有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片 说明(　　) A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性 D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性 D　[光具有波粒二象性，这些照片说明少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显 示波动性，故 D 正确．] 3. (多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(　　) A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 AB　[光电效应现象揭示了光的粒子性，A 正确；衍射是波特有的性质，故中子束射到 晶体上产生衍射图样说明运动的中子具有波动性，B 正确；黑体辐射的实验规律不能使用光 的波动性解释，普朗克借助于能量子假说，完美地解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续 变化”的传统观念，C 错误；根据德布罗意波长公式 λ＝h p可知，若一个电子和一个质子的 德布罗意波长相等，则动量 p 也相等，但是质子质量比电子质量大，动能 Ek＝ p2 2m，可知两 者动能不相等，D 错误．] 1. 氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在 轨道上运动的动能，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道时(　　) A．氢原子的能量减小，电子的动能增大 B．氢原子的能量增大，电子的动能增大5 C．氢原子的能量减小，电子的动能减小 D．氢原子的能量增大，电子的动能减小 A　[电子由外层轨道跃迁到内层轨道时，放出光子，总能量减小；根据 ke2 r2＝mv2 r ，可 知半径越小，动能越大，故 B、C、D 错误，A 正确．] 2. 如图所示为氢原子的能级图．能量为 12.75 eV 的光子照射一群处于基态的氢原子，氢 原子发射出不同频率的光波，其中最多包含不同频率的光波数量为(　　) A．3 种　　　 B．4 种　　 C．5 种　　　 D．6 种 D　[能量为 12.75 eV 的光子照射一群处于基态的氢原子，－13.6 eV＋12.75 eV＝－0.85 eV，即氢原子跃迁到 n＝4 的能级，向下跃迁能辐射出 N＝C24＝4 × 3 2 ＝6 种不同频率的光波， 故 D 正确．] 3. 如图所示是氢原子的能级图，大量处于 n＝5 激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可 以辐射出 10 种不同频率的光子．其中莱曼系是指氢原子由高能级向 n＝1 能级跃迁时释 放的光子，则(　　) A．10 种光子中波长最短的是从 n＝5 能级跃迁到 n＝1 能级时产生的 B．10 种光子中有 4 种属于莱曼系 C．使 n＝5 能级的氢原子电离至少要 0.85 eV 的能量 D．从 n＝2 能级跃迁到基态释放光子的能量等于从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级释放光 子的能量 AB　[10 种光子中波长最短的就是频率(能量)最大的，是从 n＝5 能级跃迁到 n＝1 能级 辐射出的光子，A 正确；10 种光子中，从激发态跃迁到 n＝1 能级辐射出的光子有四种，分 别为从 n＝5、4、3、2 能级跃迁到 n＝1 能级辐射出的光子，它们都属于莱曼系，B 正确； 使 n＝5 能级的氢原子电离至少要 0.54 eV 的能量，C 错误；从 n＝2 能级跃迁到基态释放光 子的能量为 10.20 eV，而从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级释放光子的能量为 1.89 eV，D 错 误．] 4. 氢原子的能级图如图 3 所示，一个处于 n＝3 能级的氢原子向低能级跃迁，下列说法正 确的是(　　)6 图 3 A．氢原子可能发出 3 种不同频率的光 B．已知钾的逸出功为 2.22 eV，则氢原子从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级释放的光子可以使 金属钾发生光电效应 C．氢原子从 n＝2 能级跃迁到 n＝1 能级释放的光子能量最小 D．氢原子由 n＝3 能级跃迁到 n＝1 能级时，辐射出的光的频率最高，波长最短 D　[一个处于 n＝3 能级的氢原子向低能级跃迁，最多可辐射出两种频率的光子，即 3→2,2→1，选项 A 错误；氢原子从 n＝3 能级跃迁到 n＝2 能级释放的光子能量为 E32 ＝－ 1.51 eV－(－3.40 eV)＝1.89 eV