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1、2022届全国高考物理备考复习原子物理 考情解读课标要求1.了解人类探索原子及其结构的历史.知道原子的核式结构模型.通过对氢原子光谱的分析,了解原子的能级结构.2.了解原子核的组成和核力的性质.知道四种基本相互作用.能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程.3.了解放射性和原子核衰变.知道半衰期及其统计意义.了解放射性同位素的应用,知道射线的危害与防护.考情解读4.认识原子核的结合能,了解核裂变反应和核聚变反应.关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响.5.了解人类对物质结构的探索历程.6.通过实验,了解光电效应现象.知道爱因斯坦光电效应方程及其意义.能根据实验结论说明光的波粒二象性.7.知道
2、实物粒子具有波动性,了解微观世界的量子化特征.体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响.考情解读命题探究1.命题分析:高考对原子结构和能级部分的考查重点有:对粒子散射实验的理解,原子的核式结构学说,能级、光子的发射与吸收.既可以对本部分内容单独考查,也可以与磁场、动量、几何光学、光电效应、电磁波谱等知识相结合进行综合考查,以选择题或计算题的形式出现.2.趋势分析:天然放射现象、核反应和核能部分主要是单独考查,但试题往往灵活多变,且常与最新时事相结合,考查对相关知识的理解和应用能力.考情解读核心素养聚焦物理观念:1.了解光电效应、波粒二象性、原子的核式结构、放射性和核衰变、核反应;2.掌握光电效
3、应方程、核衰变、核反应等规律;3.更好地形成物质观念、运动与相互作用观念及能量观念.科学思维:1.运用光电效应方程、核衰变、核反应等规律求解问题;2.领会模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等在人类探索微观世界过程中的作用;3.运用电荷守恒和能量守恒思想分析求解原子物理问题.科学态度与责任:关注核技术对人类生活及社会发展的影响.考情解读核心考点考题取样考法考向1.光电效应、波粒二象性2019北京,T192018全国,T17考查光电效应实验、爱因斯坦光电效应方程考查光电效应中截止频率的求解2.原子结构、氢原子光谱、原子核2019全国,T142018全国,T14考查氢原子光谱、能级跃迁等知识考查
4、核反应方程考点1光电效应、波粒二象性考点帮必备知识通关1.光电效应现象中的几个概念(1)光电效应:在光的照射下金属发射电子的现象叫做光电效应,发射出来的电子叫做光电子.(2)极限频率:能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的极限频率.(3)逸出功:电子从金属中逸出所需做功的最小值叫做该金属的逸出功.考点帮必备知识通关(4)遏止电压:使光电流减小到零时的反向电压称为遏止电压.(5)光子说:在空间传播的光不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,光子的能量E=h.2.光电效应方程:Ek=h-W0.Ek为光电子的最大初动能,为入射光的频率,W0为金属的逸出功.考点帮必备知识
5、通关3.对光电效应的理解四个要点对规律的理解光电效应的条件光电子的最大初动能光电子的最大初动能Ek=h-W0,W0是一定的,故光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大,与光强无关.考点帮必备知识通关四个要点对规律的理解饱和光电流入射光强度一定,从阴极飞出的光电子全部到达阳极时形成的光电流最大.光电效应的瞬时性光照射金属时,电子一次性吸收光子的全部能量,不需要积累能量的时间,产生光电流的时间t10-9s.考点帮必备知识通关4.光电效应中应区分的几个概念(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量,光子不带电.光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子,光子是光电效应的因,光电子是果.(2
6、)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时,电子吸收光子的能量,可能向各个方向运动,向外飞出时,需克服原子核的引力和其他原子的阻碍作用而损失一部分能量,剩余部分能量为光电子的初动能;只有金属表面的电子直接向外飞出时,即电子只需克服原子核的引力做功时,光电子才具有最大初动能.考点帮必备知识通关(3)光电流和饱和电流从金属板中飞出的光电子到达阳极,回路中便产生光电流,随着所加正向电压的增大,光电流趋于一个饱和值,这个饱和值是饱和电流,在一定的光照条件下,饱和电流与所加电压大小无关.(4)入射光强度与光子能量入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量,光子能量即每个光子的能量.
7、光的总能量等于光子能量与入射光子数的乘积.考点帮必备知识通关5.对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性光的干涉和衍射(1)光是一种概率波,即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述.(2)大量光子往往表现出波动性.(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的.(2)光的波动性不同于宏观观念的波.考点帮必备知识通关实验基础表现说明光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质.(2)少量光子往往表现出粒子性.(1)“粒子”的含义是“不连续”、“一份一份”的.(2)光子不同于宏观观念的粒子.考点
8、帮必备知识通关实验基础表现说明波动性和粒子性的对立与统一(1)大量光子易显示出波动性,而少量光子易显示出粒子性.(2)波长长(频率低)的光波动性强,而波长短(频率高)的光粒子性强.(1)光子说并未否定波动性,E=h=hc/中,和就是波动性的体现.(2)波和粒子在宏观世界是不能统一的,而在微观世界却是统一的.考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关(2)黑体某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射,这种物体就是绝对黑体,简称黑体.黑体辐射随着黑体温度的升高,一方面各种波长的辐射强度都有增加,另一方面,辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.考法帮解题能力提升考法1 对光电效应现象相关知识
9、的考查示例12019天津,5,6分如图为a、b、c三种光在同一光电效应装置中测得的光电流和电压的关系.由a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,下述光路图中正确的是ABCD考法帮解题能力提升解析：由爱因斯坦光电效应方程可知Ekm=h-W0,又eUc=Ekm,则eUc=h-W0,结合图像可知三种光的折射率大小关系为nbncna,a、b、c组成的复色光通过三棱镜时,折射率越大,偏折角度越大,则C正确,A、B、D错误.考法帮解题能力提升归纳总结光电效应的研究思路1.两条线索:考法帮解题能力提升2.两条关系链:光强大光子数目多发射光电子多饱和光电流大;光子频率高光子能量大光电子的最大初动能大遏止电压大.3
10、.遏止电压与光强度无关.考法帮解题能力提升考法2 对光电效应实验定律、光电效应方程的考查示例22016全国,35(1),5分,多选现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光电流产生.下列说法正确的是A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大B.入射光的频率变高,饱和光电流变大C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关考法帮解题能力提升解析：保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和光电流变大,故A正确;饱
11、和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错误;由Ek=h-W0,可知C正确;当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错误;由eU=Ek=h-W0,可知遏止电压U随的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确.考法帮解题能力提升特别提醒1.入射光的频率决定着金属能否发生光电效应及从金属表面逸出的光电子的最大初动能,最大初动能与入射光的强度和照射时间无关.2.某频率的光照射金属能够发生光电效应时,入射光的强度决定着形成的饱和光电流的大小.3.光电效应中的入射光不是特指可见光,也包括不可见光考法帮解题能力提升4.逸出功的大小由金属本身决定,与入射光的频率和强度无关.5.发生光电效
12、应时逸出的光电子不是光子,而是电子.6.光电子一次性吸收光子的全部能量,不需要时间积累能量,因此可认为光电效应是瞬间发生的.考法帮解题能力提升考法3 对波粒二象性的考查示例32015新课标全国,35(1)改编,多选实物粒子和光都具有波粒二象性.下列事实中突出体现波动性的是A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B.光子和电子发生碰撞后,光的波长变长C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构考法帮解题能力提升解析：干涉、衍射现象体现的是波动性,光电效应、康普顿效应体现的是粒子性.光子和电子发生碰撞后,光的波长变长是康普顿效应.电子显微镜观察物质的微观结构利
13、用了电子衍射现象.故A、C、D正确.考法帮解题能力提升归纳总结光既有波动性,又有粒子性,两者不是孤立的,而是有机的统一体,其表现规律如下.1.从数量上看:个别光子的作用效果往往表现为粒子性,大量光子的作用效果往往表现为波动性.2.从频率上看:频率越低波动性越显著,越容易看到光的干涉和衍射现象;频率越高粒子性越显著,越不容易看到光的干涉和衍射现象,贯穿本领越强.3.从传播与作用上看:光在传播过程中往往表现出波动性;在与物质发生作用时往往表现为粒子性.考法帮解题能力提升高分帮“双一流”名校冲刺重难突破 光电效应图像问题分析图像名称图线形状图线的物理意义最大初动能Ek与入射光频率的关系图线图甲截止频
14、率:c=0逸出功:E=h0普朗克常量(h):图线的斜率(k)高分帮“双一流”名校冲刺图像名称图线形状图线的物理意义遏止电压Uc与入射光频率的关系图线图乙截止频率:0遏止电压Uc:随入射光频率的增大而增大普朗克常量:h=ke(k为斜率,e为电子电荷量)高分帮“双一流”名校冲刺图像名称图线形状图线的物理意义频率相同、光强不同,光电流与电压的关系图丙遏止电压:Uc饱和光电流:Im1、Im2最大初动能:Ek=eUc高分帮“双一流”名校冲刺图像名称图线形状图线的物理意义频率不同、光强相同,光电流与电压的关系图丁遏止电压:Uc1、Uc2饱和光电流:电流最大值最大初动能Ek1=eUc1,Ek2=eUc2高分
15、帮“双一流”名校冲刺高分帮“双一流”名校冲刺3.当所加电压U为0时,电流I并不为0.只有施加反向电压,也就是阴极接电源正极、阳极接电源负极,在光电管两极间形成使电子减速的电场,电流才有可能为0.使光电流减小到0的反向电压Uc称为遏止电压.高分帮“双一流”名校冲刺示例4如图2015新课标全国,35(1),5分在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率的关系如图所示.若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常量可表示为,所用材料的逸出功可表示为.高分帮“双一流”名校冲刺.解析：高分帮“双一流”名校冲刺感悟反思对光电效应现象的深刻理解,就是要读懂两个图像(Ek-
16、图像和I-U图像)和三个关系(Ek=h-W0,W0=h0,Ek=eUc).考点2原子结构、氢原子光谱、原子核考点帮必备知识通关1.原子的核式结构模型考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关(4)氢原子的能级概念:在玻尔理论中,原子各个可能状态的能量值叫能级.基态和激发态:原子能量最低的状态(n=1)叫基态,其他能量(相对于基态)(n2)较高的状态叫激发态.考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关(6)跃迁与电离跃迁根据玻尔理论,当原子从低能级向高能级跃迁时,必须吸收特定频率的光子才能实现;相反,当原子从高能级向低能级跃迁时,必须辐射特定频率的光子才能实现.跃迁时不管是吸收还是辐射光子,其光子的能量都必
17、须等于这两个能级的能量差.电离原子一旦电离,原子结构将被破坏,而不再遵守相关原子结构理论,如基态氢原子的电离能为13.6eV,只要能量大于或等于13.6eV的光子,都能使基态的氢原子因吸收能量而电离,只不过入射光子的能量越大,原子电离后产生的自由电子的动能就越大.不论原子处于什么状态,只要入射光子的能量大于该状态电离所需要的能量就可使之电离.考点帮必备知识通关种类射线射线射线组成高速氦核流(He)光子流(高频电磁波)电荷量2e-e0考点帮必备知识通关质量4mp(mp=1.6710-27kg)静止质量为零磁场中的偏转情况偏转与射线偏转方向相反不偏转 考点帮必备知识通关 穿透本领最弱较强最强对空气
18、的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长考点帮必备知识通关应用实践放射性同位素的应用1.利用射线:射线具有很强的电离作用,可用于消除有害静电,还可用于火警报警器;射线有很强的贯穿本领,可用于工业探伤.2.作为示踪原子:同位素具有相同的化学性质,可用放射性同位素代替非放射性同位素作为示踪原子.(2)原子核原子核所带的电荷都是质子电荷的整数倍,用Z表示,这个整数叫做原子核的电荷数.考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关考点帮必备知识通关(4)四种核反应类型的区别与典例类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发衰变自发人工转变人工控制.考点帮必备知
19、识通关类型可控性核反应方程典例重核裂变比较容易进行人工控制.轻核聚变暂时无法控制.考点帮必备知识通关学习理解四种核反应的快速区分1.衰变:反应方程左边只有一个原子核,右边出现粒子或粒子.2.人工转变:核反应方程左边有一个原子核,还有粒子、中子、质子、氘核等粒子中的一个,右边有一个新核,还可能放出一个粒子.3.重核裂变:左边为重核与中子,右边为两个以上的核并放出若干个粒子.方程左右两边中子数不可抵消.4.轻核聚变:左边为轻核,右边为质量较大的核.例如氘核和氚核聚变成氦核的反应.考点帮必备知识通关(5)对质能方程的理解和应用应用质能方程解题的流程图对质能方程的理解a.物体的质量包括静止质量和运动质
20、量,质量亏损指的是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量.考点帮必备知识通关b.质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量减少.c.在核反应中遵循能量守恒定律.d.质量只是物体具有能量的多少及能量转变多少的一种量度.考法帮解题能力提升考法1 有关能级跃迁类问题的计算示例1氢原子的能级示意图如图所示,现有大量的氢原子处于n=4能级的激发态,当向低能级跃迁时,会辐射出若干种不同频率的光子,若用这些光子照射逸出功为4.54eV的钨时,下列说法正确的是A.氢原子能辐射4种不同频率的光子B.氢原子辐射的光子都能使钨发生光电效应C.氢原子辐射一个光子后,氢原子的核外电子的
21、速率增大D.钨能同时吸收两个从n=4向n=2能级跃迁的光子而发生光电效应考法帮解题能力提升考法帮解题能力提升考法帮解题能力提升考法帮解题能力提升辨析比较使原子发生跃迁的方法可以是入射光照射原子,也可以是入射电子与原子发生碰撞.入射光子与入射电子的区别:1.若是由光的照射引起原子跃迁,则要求光子的能量必须等于原子的某两个能级的能量差(电离时,要求光子的能量大于原子的电离能);2.若是由电子的碰撞引起原子跃迁,则要求电子的能量必须大于或等于原子的某两个能级的能量差.考法帮解题能力提升考法2 对原子核衰变规律及半衰期的考查考法帮解题能力提升考法帮解题能力提升考法帮解题能力提升归纳总结1.核反应过程是
22、不可逆的,即核反应方程只能用箭头表示反应方向,不能用等号连接.2.核反应遵循电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒和能量守恒.3.核反应产生的正电子是原子核内的质子转变为中子释放出来的,产生的负电子是原子核内的中子转变为质子释放出来的.4.在核反应过程中,只要释放核能,一定伴随着质量亏损.考法帮解题能力提升考法3 对核能、比结合能的考查考法帮解题能力提升考法帮解题能力提升辨析比较结合能与比结合能的辨析结合能是将原本结合在一起的核子分开时所需要的能量.比结合能是原子核的结合能与核子数之比,也叫平均结合能.比结合能越大,表示原子核中的核子结合得越牢固,原子核就越稳定.高分帮“双一流”名校冲刺高分帮“双一流”名校冲刺衰变匀强磁场中的轨迹两圆外切,粒子做匀速圆周运动的轨迹半径大.衰变匀强磁场中的轨迹两圆内切,粒子做匀速圆周运动的轨迹半径大.高分帮“双一流”名校冲刺高分帮“双一流”名校冲刺.