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(共30張PPT)
第14講 原子物理
題型1 原子結構、氫原子能級問題
題型2 原子核、核反應
網絡構建
備用習題
【關鍵能力】
緊扣課本,加強對相關概念和規律的
理解和記憶.重點掌握原子核式結構
的建立過程、原子能級躍遷、核反
應、半衰期與質量虧損;也要加強原
子物理涉及的物理學史和物理學方
法.對結合能和比結合能的理解、半衰期、核能的相關計算是近些年的熱
點問題.
題型1 原子結構、氫原子能級問題
例1 [2022·浙江6月選考] 如圖為氫原子的能級圖.大量氫原子處于 的
激發態，在向低能級躍遷時放出光子，用這些光子照射逸出功為
的金屬鈉.下列說法正確的是( )
A.逸出光電子的最大初動能為
B.躍遷到 放出的光子動量最大
C.有3種頻率的光子能使金屬鈉產生光電效應
D.用的光子照射，氫原子躍遷到 激
發態
√
[解析] 能級躍遷到 能級釋放光子的能
量最大，
，照射
逸出功為 的金屬鈉，最大初動能為
，選項A錯誤；根據 ，
且，聯立得 ，因此光子能量
越大，動量越大，選項B正確；
躍遷到
放出的光子能量為 ，
該光子不能使金屬鈉產生光電效應，故有2種頻率的光子能使金屬鈉產生光電效應，選項C錯誤；由于從躍遷到 能級需要吸收的光子能量
為 ，所以
用的光子照射，不能使氫原子躍遷到
激發態，故D錯誤.
技法點撥
1.原子躍遷的幾種方法:光照、碰撞等
(1)光照情況下原子吸收能量發生躍遷,要求照射光子的能量必須等于原子
的某兩個能級差.
(2)入射電子與原子碰撞下引起的躍遷,可吸收部分電子的能量,要求電子的
能量必須大于或等于原子的某兩個能級差,往往滿足動量守恒.
2.原子輻射發光產生的電磁波:紅外線、可見光、紫外線與 射線,其中可見
光產生時,電子基本上在中部軌道間轉移,能級差在 (紅光到紫光)
之間;不同能級差產生電磁波的頻率不同,可對比紅光與紫光的差異進行相
關知識的分析.
3.一群原子和一個原子不同,一群原子向基態躍遷時發射光子的種類
.
例2 [2024·浙江1月選考] 氫原子光譜按頻率展開的譜線如圖所示，此四條
譜線滿足巴耳末公式，，4，5，6.用 和 光進
行如下實驗研究，則( )
A.照射同一單縫衍射裝置， 光的中央明條紋寬度寬
B.以相同的入射角斜射入同一平行玻璃磚， 光的側移量小
C.以相同功率發射的細光束，真空中單位長度上 光的平均光子數多
D.相同光強的光分別照射同一光電效應裝置， 光的飽和光電流小
√
[解析] 由圖可知 光頻率較大、波長較短，則衍射現象
較不明顯，所以照射同一單縫衍射裝置， 光的中央明
條紋較窄，選項A錯誤；由圖可知 光頻率較大，則介
質對其折射率較大，所以以相同的入射角斜射入同一平行
玻璃磚， 光的側移量較大，選項B錯誤；以相同功率發
射的細光束，單位長度上光的能量相同，頻率越大，則光子數越少，所以
真空中單位長度上 光的平均光子數較少，選項C正確；光強由光子數
量和光子能量共同決定,光強相同時， 光的光子能量較小，光子數量較
多,可以讓金屬逸出更多的光電子,飽和光電流較大，選項D錯誤.
【遷移拓展】
1.[2024·開化中學模擬] 目前科學家已經能夠制備出量子數 較大的氫原子，
已知氫原子第能級的能量為，金屬鎢的逸出功為 ，
如圖是按能量排列的電磁波譜，則( )
A.紫外線波段的光子均不能使基態氫原子電離
B.氫原子躍遷時可能會輻射 射線波段的光子
C.足夠長時間紅外線照射能使金屬鎢產生光電效應
D.可見光能使 的氫原子失去一個電子變成氫離子
√
[解析] 基態氫原子具有的能量為 ，若基態氫原子電離，則
需要吸收的光子能量 ，由題圖可知紫外線波段中存在能量
的光子，這些光子可以使基態氫原子電離，A錯誤；氫原子躍
遷時輻射的光子能量不超過，由題圖可知， 射線的光子能量均大
于，故氫原子躍遷時不會輻射 射線波段的光子，B錯誤；金屬鎢
的逸出功為，由題圖可知，紅外線的光子能量小于 ，故不
能讓金屬鎢產生光電效應，C錯誤； 的氫原子能量為
，由題圖可知可見光的光子能量大
于，故可見光可以使 的氫原子失去一個電子變成氫離子，
D正確.
題型2 原子核、核反應
例3 [2024·嘉興模擬] 如圖所示的射線測厚儀采用放射性元素 作為放
射源，其發生 衰變的半衰期為 .則該測厚儀( )
A.衰變產物為
B. 衰變的原因是弱相互作用
C.用于監測與控制鋼板厚度的最佳選擇是 射線
D.放射源經后剩余物質的質量為
[解析] 衰變放出的粒子是電子 ，根據質量數和電荷數守恒可知，
衰變產物為，故A錯誤；發生 衰變的原因是弱相互作用，
故B正確；用于監測與控制鋼板厚度的最佳選擇是 射線，故C錯誤；
放射源經后剩余的 未發生衰變，但剩余物質的質量大
于 ，故D錯誤.
√
技法點撥
衰變規律及實質
(1)核衰變規律:,.
(2) 衰變和 衰變次數的確定方法
①方法一:由于 衰變不改變質量數,故可以先由質量數改變確定 衰變的
次數,再根據電荷數守恒確定 衰變的次數.
②方法二:設 衰變次數為, 衰變次數為,根據質量數守恒和電荷數守
恒列方程組求解.
例4 [2024·浙江1月選考] 已知氘核質量為，氚核質量為 ，
氦核質量為，中子質量為，阿伏加德羅常數 取
，氘核摩爾質量為，相當于 .關于氘
與氚聚變成氦，下列說法正確的是( )
A.核反應方程式為
B.氘核的比結合能比氦核的大
C.氘核與氚核的間距達到 就能發生核聚變
D.氘完全參與聚變釋放出能量的數量級為
√
[解析] 根據核反應中質量數守恒、電荷數守恒，可知核反應方程式為
，選項A錯誤；生成物比反應物更穩定，因此生成物
的比結合能更大，即氦核的比結合能比氘核的大，選項B錯誤；發生輕核
聚變的條件是原子核之間距離達到原子核的尺度，即達到 ，選項
C錯誤；根據核反應可知，每次核聚變反應后質量虧損為
， 氘參加反應，含有氘核個數
，質量虧損產生的核能為， 選項D正確.
技法點撥
概念辨析:結合能、比結合能、質量虧損、核能
(1)結合能兩種理解,一種是把所有核子分開所做的功,另一種是用比結合能
乘核子數.
(2)比結合能大表示核子結合強度大,結合能大不表示結合的強度大,中等大
小的核最穩定.
(3)核能不是結合能,只是對應質量虧損釋放的能量.
(4)質子與中子發生核反應形成氘核的過程結合能等于核能,這是一個特例.
【遷移拓展】
1.[2023·浙江1月選考] 宇宙射線進入地球大氣層與大氣作用會產生中子，
中子與大氣中的氮14會產生以下核反應： ，產生的
能自發進行 衰變，其半衰期為5730年，利用碳14的衰變規律可推斷
古木的年代.下列說法正確的是( )
A.發生 衰變的產物是
B. 衰變輻射出的電子來自碳原子的核外電子
C.近年來由于地球的溫室效應，引起 的半衰期發生微小變化
D.若測得一古木樣品的含量為活體植物的 ，則該古木距今約為11 460年
√
[解析] 根據衰變過程中的質量數、電荷數守恒規律可知，發生 衰變后
質量數不變，電荷數增加1，即產生 ，選項A錯誤；原子核衰變的電子
由原子核內部的中子產生，選項B錯誤；半衰期不受外界因素干擾，所以
不會因為溫室效應改變，選項C錯誤；若測得一古木樣品的 含量為活體
植物的，說明經過了2個半衰期，因此大約距今時間為
年，選項D正確.
2.(不定項)核能已廣泛應用于清潔電力、熱力生產等領域，成為全球能源
供應的重要組成部分，應進一步擴大核能利用，以減少碳排放，實現可持
續發展和氣候變化目標.目前核能的利用主要是人工控制下進行的核裂變
的鏈式反應.關于核裂變的鏈式反應，已知阿伏加德羅常數
,元電荷 ，下列說法正確的是
( )
A.裂變產生的快中子，速度越大越有利于反應的進行，無需設法使快中子
減速
B.鈾核裂變的產物是多樣的，比如核反應方程可以是
C.一個鈾235核裂變可釋放的能量， 標準煤完全燃燒時放出
的熱量，則鈾235全部裂變時就相當于 標準煤完全燃燒
時釋放的化學能
D.秦山核電站利用的是核裂變產生的能量，裂變比聚變產能效率更高，更
為安全、清潔
√
√
[解析] 裂變產生的快中子要經過與減速劑中的原子核碰撞，速度減小，
變成慢中子，才容易被鈾核吸收，故A錯誤；利用中子轟擊鈾核可以發生
裂變反應，核反應方程式可以為 ，故B正
確； 標準煤完全燃燒時釋放的化學能為
， 鈾235的物質的量為
，個數為個 個，全部裂變時釋放
的能量為
，故
鈾235全部裂變時就相當于 標準煤完全燃燒時釋放的化學能，故C正確；
裂變產生的核廢料放射性極強，難以處理，聚變原料好獲取，產能效率更
高,更為安全、清潔，故D錯誤.
1. 下列四幅圖涉及不同的物理知識,其中說法不正確的是 (　　)
A.圖甲:愛因斯坦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.圖乙:康普頓效應說明光子具有粒子性,光子不但具有能量,還有動量
C.圖丙:盧瑟福研究α粒子散射實驗,提出了原子的核式結構模型
D.圖丁:湯姆孫研究陰極射線管證實了陰極射線是帶電粒子流
√
[解析] 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,故A說法錯誤;
康普頓效應、光電效應說明光具有粒子性,光子具有能量,康普頓效應還表明光子具有動量,故B說法正確;
盧瑟福研究α粒子散射實驗,提出了原子的核式結構模型,故C說法正確;
湯姆孫研究陰極射線管證實了陰極射線是帶電粒子流,故D說法正確.
2. (多選) 2021年12月15日秦山核電站迎來了安全發電30周年,核電站累計發電約6.9×1011 kW·h,相當于減排二氧化碳六億多噸.為了提高能源利用率,核電站還將利用冷卻水給周圍居民供熱.下列說法正確的是(　　)
A.秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量
B.秦山核電站發電使原子核虧損的質量約為27.6 kg
C.核電站反應堆中需要用鎘棒控制鏈式反應的速度
D.反應堆中存在UnBaKr+n的核反應
√
√
[解析] 秦山核電站利用的重核裂變釋放的能量,選項A錯誤;
如果不考慮核能與電能轉化效率,則根據愛因斯坦質能方程E=mc2可以推算,原子核虧損的質量Δm= kg≈27.6 kg,但核能轉化為電能的效率不可能為100%,所以虧損的質量應該超過27.6 kg,選項B錯誤;
核電站反應堆中需要用鎘棒來吸收中子,從而控制鏈式反應的速度,選項C正確;
根據核反應中質量數守恒和電荷數守恒及鏈式反應中的中子數增加的特點,可知反應堆中存在U+nBa+Kr+n的核反應,選項D正確.

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