高考物理 专题16 波粒二象性 原子结构和原子核（含解析）

专题16 波粒二象性 原子结构和原子核（选修3-5）

【2015年高考命题预测】

本考点由于点多面广，考题难度不是很大，属必得部分，因而要求复习过程要扫清盲点，不留死角，同时由于各部分内容体现的能力与思想不同，考点出现的几率也不同，复习时应有所侧重，侧重点要与历年考试频率联系，应与体现能力相联系，还应与科技动向联系（探月卫星、氦3，射线、红外摄象、太阳风等），更应与近代物理发展趋势联系。对于光电效应、原子结构的认知过程以及原子核结构、核反应方程的书写等是本考点的重要知识点也是命题的重点。考察形式多以选择题和填空题出现，多要求定性分析，少见定量计算。因此理解知识的基础上就要求见多识广，所以在复习中要特别注意课本的重要性。课本是知识之源，对这部分内容一定要做到熟读、精读，并且要间隔一段时间就要简要复习一遍，绝不能留任何的死角，包括课后的阅读材料、小实验、小资料、相对论简介等，因为很多的信息题都是从这里取材的。“回归课本”“不回避陈题”是本部分的复习特点。不仅如此，搞清某一现象产生的本质，构建知识结构体系，根据已知的知识和物理事实、条件，对物理进行逻辑推理和论证，得出正确的结论或作出正确的判断，并能把推理过程正确地表达出来，以求触类傍通。

波粒二象性的重点在于光电效应，原子结构的重点在于波尔模型，原子核的重点则在于核反应方程的书写，备考过程中要加强训练，同时本考点还涉及很多的近代物理学史，需要我们加以总结归纳。

【2015年高考考点定位】

作为选择题和填空题，本考点的涉及面广，选项可能涉及近代物理学史，波尔模型，光电效应和原子核结构，而填空题可能涉及衰变、核反应方程的书写、光电效应的极限频率和最大初动能等，既是备考的重点也是命题的热门选项。 【考点pk】名师考点透析 考点一、波粒二象性 【名师点睛】

1. 量子论：①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即“能量子”或称“量子”，也就是说组成能量的单元是量子。每一份电磁波的能量??h?②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的○31905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播

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中，提出了光量子论。即：??h?，其中?是电磁波的频率，h为普朗克恒量：h=6.63×10J?s

2.黑体和黑体辐射：○1任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。○2随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加； ○3随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。

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3.光电效应：在光的照射下，金属中的电子从表面逸出，发射出来的电子就叫光电子，①任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于极限频率的光不能发生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关，光随入射光频率的增大而增大。③大于极限频率的光照射金属时，光电流强度（反映单位时间发射出的光电子数的多少），与入射光强度成正比。④ 金属受到光照，光电子的发射一般不超过10秒。波动说认为：光的能量即光的强度是由光波的振幅决定的与光的频率无关。所以波动说对解释上述实验规律中的①②④条都遇到困难

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考点二、原子结构 【名师点睛】

1.汤姆生原子结构模型：1897年英国物理学家汤姆生发现了电子，从而打破了原子不可再分的观念，揭示出原子也有复杂的结构。汤姆生的原子模型：1903年汤姆生设想原子是一个带电小球，它的正电荷均匀分布在整个球体内，而带负电的电子镶嵌在正电荷中。

2.原子核式结构模型：实验结构图如下，实验现象：a. 绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。b. 有少数粒子发生较大角度的偏转c. 有极少数粒子的偏转角超过了90°，有的几乎达到180°，即被反向弹回。结论?否定了汤姆生原子结构模型，提出核式结构模型即在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。

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3.波尔的原子机构模型：

1原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾（两方面）：a.电子绕核作圆周运动是加速运动，按照经○

典理论，加速运动的电荷，要不断地向周围发射电磁波，电子的能量就要不断减少，最后电子要落到原子核上，这与原子通常是稳定的事实相矛盾。b.电子绕核旋转时辐射电磁波的频率应等于电子绕核旋转的频率，随着旋转轨道的连续变小，电子辐射的电磁波的频率也应是连续变化，因此按照这种推理原子光谱应是连续光谱，这种原子光谱是线状光谱事实相矛盾。

上述两个矛盾说明，经典电磁理论已不适用原子系统，玻尔从光谱学成就得到启发，利用普朗克的能量量了化的概念，提了三个假设：

①定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外在辐射能量，这些状态叫定态。

②跃迁假设：原子从一个定态（设能量为Em）跃迁到另一定态（设能量为En）时，它辐射成吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即 hv=Em－En

③轨道量子化假设，原子的不同能量状态，跟电子不同的运行轨道相对应。原子的能量不连续因而电子可能轨道的分布也是不连续的。

总结：○1能级：各个状态的能量值。○2基态即能量值最低的状态，距离原子核最近的运行轨道。○3氢原子能级公式En?1E1 n2 3

考点三、原子核结构 【名师点睛】

1.天然放射现象：1896年法国物理学，贝克勒耳发现放射现象。从而揭示出原子核也有复杂的结构。放射性射线的成分有三种：

性 质 射 线 种 类 射 线 组 成 电 离 作 用 贯 穿 能 力 ?射线 ?射线 氦核组成的粒子流 很 强 高速电子流 高频光子 较 强 很 弱 很 弱 较 强 很 强 ?射线 1. 原子核衰变和半衰期：衰变过程中电荷数和质量数守恒。 衰 变 类 型 衰 变 方 程 衰 变 规 律 新 核 ? 衰 变 MZ?44X?MZ?2Y?2He 电荷数减少2 质量数减少4? 衰 变 MZX?Y?e MZ?10?1电荷数增加新 核 质量数不变110?衰变的实质：0n?1H??1e，?辐射伴随着?衰变和?衰变产生

半衰期：放射性元素的原子核的半数发生衰变所需要的时间，称该元素的半衰期。放射性元素衰变的快慢是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系。

303. 1934年，约里奥—居里夫妇发现经过α粒子轰击的铝片中含有放射性磷15P，即：

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4227301He?13Al?15P?0n

41714．核反应方程：（1）卢瑟福用α粒子轰击氦核打出质子：147N?2He?8O?1H

（2）贝克勒耳和居里夫人发现天然放射现象：

2344α衰变：23892U?90Th?2He 2340β衰变：23490Th?91Pa??1e

941（3）查德威克用α粒子轰击铍核打出中子：4Be?2He?126C?0n

（4）居里夫人发现正电子：

271330154301Al?2He?15P?0nP?Si?e301401

112（5）轻核聚变：0n?1H?1H??

（6）重核裂变：

2359223592190U?01n?13654Xe?100n?38SrU?n?Ba?Kr?3n1014456893610

5.重核裂变 核聚变 Ⅰ 释放核能的途径——裂变和聚变 （1）裂变反应：

①裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。

1144891例如：23592U?0n?56Ba?36Kr?30n

②链式反应：在裂变反应用产生的中子，再被其他铀核浮获使反应继续下去。 链式反应的条件： 临界体积，极高的温度. ③23592U裂变时平均每个核子放能约200MeV能量

1kg23592U全部裂变放出的能量相当于2800吨煤完全燃烧放出能量！ （2）聚变反应：

①聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。

2341例如： 1H?1H?2He?0n?17.6MeV

②一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时（同时放出一个中子），释放出17.6MeV的能量，平均每个核子放出的能量3MeV以上。比列变反应中平均每个核子放出的能量大3~4倍。 ③聚变反应的条件；几百万摄氏度的高温。 【试题演练】

1.【2014·北京市通州区高三1月份摸底考试】卢瑟福提出了原子的核式结构模型，这一模型建立的

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