1、量子论初步光 电 效 应 规 律光 子 说爱 因 斯 坦 光 电 效 应 方 程光 具 有 波 粒 二 象 性 光 子玻 尔 理 论原 子 光 谱玻 尔 理 论 的 局 限 性德 布 罗 意 波波 长 公 式氢 原 子 的 电 子 云概 率 波光电效应光的本性玻尔模型量子论初步物质波 =hp原子核原子核原 子 物 理天 然 放 射 现 象核 反 应汤 姆 生 原 子 模 型卢 瑟 福 核 式 结 构核 能 利 用粒 子核 式 结 构 学 说原 子 核 大 小组 成 质 子中 子三 种 射 线 本 质 及 特 性衰 变 及 其 方 程半 衰 期人 工 转 变放 射 性 同 位 素 及 应 用质
2、量 亏 损质 能 方 程 E = mc 2 E mc 2 重 核 裂 变轻 核 聚 变链 式 反 应核 反 应 堆 核 电 站热 核 反 应可 控 热 核 反 应粒 子 散 射 实 验媒 介 子 :是 传 递 各 种 相 互 作 用 的 粒 子 ， 如 光 子 、 胶 子轻 子 :是 不 参 与 强 相 互 作 用 的 粒 子 ， 如 电 子 、 子 、 子 等 强 子 :是 参 与 强 相 互 作 用 的 粒 子 ， 如 质 子 、 中 子 、介 子 、 超 子 等 强 子 是 由 更 基 本 的 6种 夸 克 组 成 的第二十三章 量子论初步基础训练一、选择题1我们观察到的太阳光谱是 （
3、）A明线光谱 B吸收光谱C连续光谱 D氢原子光谱2 红外光、蓝光、X光三种光子比较它们的能量有 （ ）A红外光最大 B蓝光最大CX 光最大 D一样大3 产生光电效应的必要条件是 （ ）A入射光的照射时间足够长B入射光的强度足够大C入射光的波长足够长D入射光的频率足够大4 在光电效应中, 入射光的频率高于极限频率时, 能增大光电流(饱和)的方法是（ ）A增大入射光的频率B增大入射光的强度C增大加在光电管上的电压D延长光照射的时间5 用蓝光照射一光电管，能产生光电效应欲使光电子从阴极逸出时的最大初动能增大，则应 （ ）A改用紫光照射 B增大蓝光的强度C增大光电管上的加速电压 D改用绿光照射6 关于
4、光的波粒二象性，下述说法中正确的是 （ ）A频率高的光子易显示波动性B个别光子产生的效果易显示粒子性C光的衍射说明光具有波动性D光电效应说明光具有粒子性7 按玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为 ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为 rb的圆轨道上， rarb，在此过程中 （ ）A原子要发出一系列频率的光子B原子要吸收一系列频率的光子C原子要发出某种频率的光子D原子要吸收某种频率的光子二、填空题1光的干涉或_现象说明光具有波动性；光的_现象说明光具有粒子性这些现象说明了光具有_性 2粒子性的显著程度来说， 射线比伦琴射线的粒子性_，按波动性的显著程度来说，紫光比红光的波动性_ 3一群氢原子处
5、于 n 4 的能级，向能量较低的能级发生跃迁时，所辐射光子的频率最多有 种其中辐射光子的最小波长为 ，最大波长为 （氢原子基态能量为13.6 eV）三、计算题1若供给白炽灯泡的能量中有5用来发出可见光, 设所有可见光的波长都是560 nm，求100 W灯泡每秒可发出多少个光子 （保留两位有效数字 1 nm10 -9 m） 2氢原子处于基态时，能量为13.6 eV，核外电子轨道半径为 r，电子电量为 e，静电引力恒量为 k，求：（1）电子跃迁到 n2 的轨道上运动，需吸收多少 eV 的能量 （2）电子在 n2 的轨道上运动的动能第二十三章 量子论初步提高测试一、选择题1 光谱分析所用的光谱是 （
6、 ）A连续光谱 B明线光谱C太阳光谱 D以上都可以2 以下关于光谱的说法正确的是 （ ）A炽热的固体产生的光谱是连续光谱B气体发光产生的光谱是明线光谱C经棱镜色散后的太阳光谱是连续光谱D对月光进行光谱分析可了解月球的化学组成成分3 下列关于光电效应的陈述中，正确的是 （ ）A金属电子逸出功与入射光的频率成正比B光电流强度与入射光强度无关C用不可见光照射金属一定比用可见光照同种金属产生的光电子的初动能大D对任何一种金属，都有一个”最大波长”，入射光的波长必须小于这个波长才能产生光电效应4 如图23-1所示用一束光照射光电管，电流表G有一定读数，下面的哪项措施可以保证使G的示数增加 （设光电流为饱
7、和状态）（ ）A增大入射光的频率 B增大入射光的强度C滑片P向右移动 D滑片P向左移动 图 23-15 如图23-2所示, 为氢原子的能级图, 若用能量为10.5 eV的光子去照射一群处于基态的氢原子, 则氢原子 （ ）A能跃迁到 n2的激发态上去 B能跃迁到 n3激发态上去C能跃迁到 n4的激发态上去 D以上三种说法均不正确6关于光谱，下列哪些说法是正确的 （ ）A明线光谱一定是物质处于高温状态下发射的B某种元素的明线光谱中有波长为 0的光，则其它元素的明线光谱中就不可能有波长为 0的光C吸收光谱中的每条暗线总与同种元素的明线光谱中的一条明线相对应D明线光谱的存在是原子能级存在的依据之一7关
8、于光的波粒二象性，如下说法中正确是 （ ）A大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的效果往往表现出粒子性B光在传播时往往表现出波动性，光跟物质相互作用时往往表现出粒子性C波长小的光粒子性较显著，波长大的光波动性较显著D光既有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾不能统一的二、填空题1已知铯的逸出功 W=18.75 eV，则要使金属铯产生光电效应的极限频率是_1015 Hz， (普朗克常量 h=6.610-34 Js，保留三位小数) 2图 23-3 所示是光电管的工作电路，图中电源的正极是_(填 a 或图 23-3图 23-2b)若使这种光电管产生的光电效应的入射光的最大波长为 ，则能使光电管工作
9、的入射光光子的最小能量为_ 3某金属在强度为 I，频率为 n的光照射下发生了光电效应单位时间内逸出的光电子为200个光电子的最大初动能为2.0 eV若使用强度为2 I的该频率的光照射，则单位时间内逸出的光电子数为_个，光电子的最大初动能为_10-19 J（本空保留一位小数） 4频率为v的光照射到一金属表面上, 有电子从金属表面逸出 当所加的反向电压V的大小增加到3 V时, 光电流刚好减小到零 已知这种金属的极限频率为v 06.0010 14 Hz, 则照射光的频率为_10 15 Hz(保留三位有效数字) 三、计算题1发光功率为 P 的点光源放在折射率为 n 的介质中，点光源向各个方向均匀发出波
10、长为 的单色光在距点光源为 l 远处，垂直光的传播方向有一孔屏，小孔的面积为 S，求 ts 内通过小孔的光子数 （设真空中光速为 c，普朗克恒量为 h）例 1 （2003 年江苏，4）铀裂变的产物之一氪 90（ Kr）是不稳定的，它经过一系9036列衰变最终成为稳定的锆 90（ Zr） ，这些衰变是904A.1 次 衰变，6 次 衰变B.4 次 衰变C.2 次 衰变D.2 次 衰变，2 次 衰变【解析】 由于 粒子和 粒子都带有一定的电荷量，所以发生 衰变和 衰变都引起原子核核电荷数的变化，但由于不计 粒子的质量，所以只有 衰变会引起原子核质量数的变化，所以可先根据原子核质量数的变化确定 衰变
11、的次数，再结合核电荷数的变化确定 衰变的次数.该题中 Kr 衰变为 Zr，因其质量数未变，故知未发生 衰变.9036904核电荷数由 36 变为 40，增加了 4，因每发生一次 衰变，可使新核的核电荷数增加 1，故知应为发生了 4 次 衰变，即答案 B 正确. 小结：该题解析中给出了判断衰变种类及衰变次数的一般方法，请同学们认真领会并予以掌握.例 2 （2003 年江苏，9）原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子，例如在某种条件下，铬原子从 n=2 能级上的电子跃迁到 n=1 能级上时并不发射光子，而是将相应的能量转交给 n=4 能级上的电子，使之能脱离原子，这一现象叫做俄歇效
12、应，以这种方式脱离原子的电子叫俄歇电子.已知铬原子的能级公式可简化为 E 有 =- ，式中2nAn=1，2，3表示不同的能级，A 是正的已知常数.上述俄歇电子的动能是A. A B. A16 167C. D. 3【解析】 铬原子 n=2 的能级 E2=- =- ，n=1 的能级 E1=-A，所以电子从 n=2 能级A4跃迁到 n=1 的能级释放的能量 E=E 2-E1= .又铬原子 n=4 的能级 E4=- ，说明3162电子从 n=4 能级跃迁到无穷远能级（E =0） ，即脱离原子需吸收 的能量，由能的转化和16守恒知，该俄歇电子的能量应为 Ek=E-（- E4）= ，即答案 C 正确.A16
13、小结：该题所述物理情景不是课本所学内容，但在弄懂题意的基础上，将所学玻尔原子结构理论迁移过来，解答并不太难.所以对物理概念、规律的学习，一定要在理解上狠下功夫，只有真正弄懂弄通，才可具备这种知识的迁移能力. 例 3 （2003 年新课程理综，22）K -介子衰变的方程为 K- -+ 0，其中 K-介子和 -介子带负的基元电荷， 0 介子不带电.一个 K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧 AP，衰变后产生的 -介子的轨迹为圆弧 PB，两轨迹在 P 点相切，它们的半径 RK-与 R -之比为 21，如图 4-3-1. 0 介子的轨迹未画出 .由此可知 -的动量大小与 0的动量大小
14、之比为图 4-3-1A.11 B.1 2 C.13 D.16【解析】 由题意及图示可知 K-介子在 P 点处动量方向向下，衰变后生成的 -介子动量方向向上. 由带电粒子在匀强磁场中在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径公式 r= 知，在qBmvq、B 相同的情况下动量和半径成正比，所以|P K-|P -|=RK-R -=21.若选向下方向为正，则由 K-介子衰变过程中动量守恒，得：|P K-|=-|P -|+|P 0|整理，得：|P -| P 0|=13，即答案 C 正确.应用强化训练1.（2002 年上海，1）图 4-3-2 中 P 为放在匀强电场中的天然放射源，其放出的射线在电场的作用下分成
15、 a、b、c 三束，以下判断正确的是图 4-3-2A.a 为 射线，b 为 射线 B.a 为 射线，b 为 射线 C.b 为 射线，c 为 射线D.b 为 射线，c 为 射线【解析】 射线带正电荷，向负极偏转， 射线带负电荷，应向正极板偏转， 射线不带电，在电场中不发生偏转.所以 a 为 射线，b 为 射线，c 为 射线，可见，C正确.【答案】 C2.（2002 年天津，16）目前普遍认为，质子和中子都是由被称为 u 夸克和 d 夸克的两类夸克组成.u 夸克带电量为 d 夸克带电量为- ，e 为基元电荷.下列论断中可能正确,32e31的是A.质子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中
16、子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成B.质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成C.质子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成D.质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成【答案】 B3.（2000 年上海，2）关于 、 、 三种射线，下列说法中正确的是A. 射线是原子核自发放射出的氦核，它的穿透能力最强B. 射线是原子核外电子电离形成的电子流，它具有中等的穿透能力C. 射线一般伴随着 和 射线产生，它的穿透能力最强
17、D. 射线是电磁波，它的穿透能力最弱【答案】 C4.（2003 年新课程，17）下面列出的一些核反应方程P Si+X30154Be+ H B+Y92105 He+ He Li+Z4273其中A.X 是质子，Y 是中子，Z 是正电子B.X 是正电子，Y 是质子，Z 是中子C.X 是中子，Y 是正电子，Z 是质子D.X 是正电子，Y 是中子，Z 是质子【答案】 D5.处于基态的一群氢原子受某种单色光的照射时，只发射波长为 1、 2、 3的三种单色光，且 1 2 3，则照射光的波长为A. 1 B. 1+ 2+ 3C. 32D. 21【解析】 激发后的氢原子能辐射三种单色光，说明氢原子被激发至 n=3
18、 的能级.根据玻尔理论知，照射光的波长 应满足：h ，所以 = 3=321chch21【答案】 D6.按照玻尔理论，下列关于氢原子的论述正确的是A.第 m 个定态和第 n 个定态的轨道半径 m和 n之比为 m n=m2n 2B.第 m 个定态和第 n 个定态的能量 Em和 En之比为 EmE n=n2m 2C.电子沿某一轨道绕核运动，若其圆周运动的频率是 ，则其发光频率也是 D.若氢原子处于能量为 E 的定态，则其发光频率为 = h【答案】 A7.（2003 年上海，9）卢瑟福通过_实验，发现了原子中间有一个很小的核，并由此提出了原子的核式结构模型，图 4-3-3 中的四条线表示 粒子运动的可
19、能轨迹，在图中完成中间的两条 粒子的运动轨迹.图 4-3-3【答案】 粒子散射，作图略8.（2002 年江苏文理大综合，33）在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势.在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能.核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能. （1）核反应方程式U+ n Ba+ Kr+aX2359 10456 923是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n 为中子，X 为待求粒子，a 为 X 的个数，则 X 为_，a=_ ，以 mU、m Ba、m Kr 分别表示 U、 Ba、 Kr 核的质量，2359 146 923mn、m p 分别表示中子、质子
20、的质量，c 为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能 E=_.（ 2） 有 一 座 发 电 能 力 为 P=1.00106 kW 的 核 电 站 ， 核 能 转 化 为 电 能 的 效 率 =40 %.假定 反 应 堆 中 发 生 的 裂 变 反 应 全 是 本 题 （ 1） 中 的 核 反 应 ， 已 知 每 次 核 反 应 过 程 中 放 出 的 核 能 E=2.7810-11 J， U 核的质量 mU=39010-27 kg.求每年（1 年=3.1510 7 s）消耗的2359 U 的质量_.2359 【解析】 （1）根据核电荷数守恒和质量数守恒可判断 X 为中子（ n),
21、且 a=3.根据爱10因斯坦质能联系方程 E=mc 2 得：E=m U-(mBa+mKr+2mn)c 2. （2）每年发电量 W=Pt，消耗的核能 E= ，发生核反应的次数 n= ，每年消耗Pt EPt的 U235 的质量 MU 总 =nMU= MU=110.477 kg. t【答案】 （1）中子（ n） ；3；m U-(mBa+mKr+2mn)c 2 (2)110.477 kg109.（2001 年全国理综）太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由电子和 H、 He 等142电子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是 2 e+4 H He+释01放的核能，这些核能最后转化为辐
22、射能，根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的 H 核数目从现有数减少 10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化1阶段，为了简化，假定目前太阳全部由电子和 H 核组成 . 1（1）为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量 M，已知地球半径 R=6.4106 m，地 球 质 量 m=6.01024 kg， 日 地 中 心 的 距 离 r=1.51011 m， 地 球 表 面 处 的 重 力 加 速 度 g=10 m/s2， 1 年约为 3.2107 s，试估算目前太阳的质量 M. （2）已知质子质量 mp=1.672610-27 kg, He 质量 m =6.645810-27 kg,电子质量42me=0.910-30 kg，光速 c=3108 m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能 . （ 3） 又 知 地 球 上 与 太 阳 光 垂 直 的 每 平 方 米 截 面 上 ， 每 秒 通 过 的 太 阳 辐 射 能 =1.35103 W/m2， 试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.（估算结果只需要一位有效数字）【解析】 （1）地球绕太阳的运动近似地认为是匀速圆周运动 .由 G得：rTrM22)(
