3　粒子的波动性名师教学实录

专题八

波粒二象性

原子和原子核

一、学习目标

1、掌握光电效应与光的粒子性 2、掌握原子能级跃迁和原子核的衰变规律 3、学会核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算 二、课时安排

2课时

三、教学过程

（一）知识梳理 1.氢原子能级图

(1)能级图如图1所示.

图1 (2)一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数：N＝Cn＝2.原子核的衰变

衰变类型

衰变方程

AZ2nn－2. α衰变

X→Z－2Y＋2He

A－44β`衰变

AZX→Z＋1Y＋－1e

A

02个质子和2个中子结合成一整中子转化为质子和电子

衰变实质

1体射出

21H＋20n→2He

1410n→1H＋－1e 1

0衰变规律

3.核能

电荷数守恒、质量数守恒

(1)原子核的结合能：克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干单个核子在核力的作用下结合成原子核时放出的能量. (2)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差，注意质量数与质量是两个不同的概念.

(3)质能方程：E＝mc，即一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量与它的质量成正比. 4.光电效应的实验规律

(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频率，才能产生光电效应. (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大. (3)入射光照射到金属板上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不会超过10s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比. 5.光电效应方程

12(1)光电子的最大初动能跟入射光子的能量hν和逸出功W0的关系为：mv＝hν－W0. 2(2)极限频率νc＝. （二）典例精讲

高考题型一 光电效应与光的粒子性

【例1】(多选)(2016·全国乙卷·35(1)改编)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

解析

在发生光电效应时，饱和光电流大小由光照强度来决定，与频率无关，光照强度越大饱和光电流越大，因此A正确，B错误；根据Ek＝hν－W0可知，对于同一光电管，逸出功W0不变，当频率变高时，最大初动能Ek变大，因此C正确；由光电效应规律可知，当频率低于截止频率时无论光照强度多大，都不会有光电流产生，因此D错误. 答案

AC 归纳小结

1.处理光电效应问题的两条线索

一是光的频率，二是光的强度，两条线索对应的关系是：

(1)光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大.(2)光强→光子数目多→发射光电子数多→光电流大. 2.爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0的研究对象是金属表面的电子，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大(如图2所示)，直线的斜率为h，直线与ν轴的交点的物理意义是极限频－92W0h

率νc，直线与Ek轴交点的物理意义是逸出功的负值.

图2 高考题型二 原子结构和能级跃迁

【例2】 (多选)如图3所示为氢原子的能级图.用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，下列说法正确的是(

)

图3 A.氢原子可以辐射出连续的各种波长的光

B.氢原子可能辐射出10种不同波长的光

C.氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时辐射光的波长最短

D.辐射光中，光子能量为0.31eV的光波长最长

解析

氢原子只能辐射出不连续的几种波长的光.故A错误；因为(－13.6＋13.06) eV＝－0.54eV，知氢原子能够跃迁到第5能级，根据C5＝10知可能观测到氢原子辐射的不同波长的光有10种.故B正确；从n＝5能级跃迁到n＝1能级辐射的光子能量最大，波长最短.故C错误；从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射的光子能量最小，波长最长.光子能量为E5－E4＝[－0.54－(－0.85)]eV＝0.31eV.故D正确. 答案

BD 归纳小结

1.汤姆孙发现了电子，密立根测出了电子的电荷量，卢瑟福根据α粒子散射实验构建了原子的核式结构模型.玻尔提出的原子模型很好地解释了氢原子光谱的规律.卢瑟福用α粒子轰击氮核实验发现了质子，查德威克用α粒子轰击铍核发现了中子.贝可勒尔发现了天然放射现象，揭示了2

原子核是有结构的.居里夫妇首次发现了放射性同位素. 2.原子的核式结构模型

(1)在原子的中心有一个体积很小、带正电荷的核，叫做原子核，而电子在核外绕核运动；

(2)原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核上，带负电的电子在核外空间绕核旋转. 3.能级和能级跃迁：

(1)轨道量子化

核外电子只能在一些分立的轨道上运动rn＝nr1(n＝1,2,3，…)

(2)能量量子化

原子只能处于一系列不连续的能量状态En＝2(n＝1,2,3，…)

(3)吸收或辐射能量量子化

原子在两个能级之间跃迁时只能吸收或辐射一定频率的光子，该光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n). 高考题型三 核反应和核能的计算

【例3】(2016·全国甲卷·35(1))在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________.(填正确答案标号) A.6C→7N＋－1e B.15P→16S＋－1e C.92U→90Th＋2He D.7N＋2He→8O＋1H E.92U＋0n→54Xe＋38Sr＋20n F.1H＋1H→2He＋0n 解析

衰变的反应物只有一个，生成物有2He或－1e；重核裂变的反应物是重核和中子，生成中等质量的核并再次放出多个中子；轻核聚变是轻核合成为中等质量的核，故属于α衰变的是C；属于β衰变的是A、B；属于裂变的是E；属于聚变的是F. 答案

C AB E F 归纳小结

1.α射线、β射线、γ射线之间的区别

名称

α射线

β射线

γ射线

4

03241235114094114417123823443232

01414

02E1n

实质

速度

电离作用

贯穿能力

氦核流

1约为光速的

10很强

很弱

电子流

约为光速的99%

较弱

较强

光子

光速

很弱

最强

2.核反应、核能、裂变、轻核的聚变

(1)在物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应.核反应方程遵循质量数守恒和电荷数守恒的规律. (2)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc或ΔE＝Δmc. (3)把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变；把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为聚变. (4)核能的计算：①ΔE＝Δmc，其中Δm为核反应方程中的质量亏损；②ΔE＝Δm×931.5MeV，其中质量亏损Δm以原子质量单位u为单位. (5)原子核的人工转变

卢瑟福发现质子的核反应方程为：

147222N＋2He→8O＋1H 4171查德威克发现中子的核反应方程为：

94Be＋2He→6C＋0n 27430130304121约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为：13Al＋2He→15P＋0n，15P→14Si＋1e 四、板书设计

1、光电效应与光的粒子性 2、原子能级跃迁和原子核的衰变规律 3、核反应方程的书写、质量亏损和核能的计算 五、作业布置

完成波粒二象性

原子和原子核的课时作业

六、教学反思

借助多媒体形式，使同学们能直观感受本模块内容，以促进学生对所学知识的充分理解与掌握。采用启发、诱思、讲解和讨论相结合的方法使学生充分掌握知识。进行多种题型的训练，使同学们0

能灵活运用本节重点知识。