高考物理總復(fù)習(xí) 專題十六 波粒二象性 原子物理課件

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1、專題十六波粒二象性原子物理高考物理 (江蘇省專用)一、單項選擇題一、單項選擇題1.2014江蘇單科,12C(1)已知鈣和鉀的截止頻率分別為7.731014 Hz和5.441014 Hz,在某種單色光的照射下兩種金屬均發(fā)生光電效應(yīng),比較它們表面逸出的具有最大初動能的光電子,鈣逸出的光電子具有較大的()A.波長 B.頻率 C.能量 D.動量A組 自主命題江蘇卷題組五年高考答案 A由光電效應(yīng)方程Ekm=h-W=h-h0鈣的截止頻率大,因此鈣中逸出的光電子的最大初動能小,因動量p=,故動量小,由=,可知波長較大,則頻率較小,選項A正確。2mEkmhp考查點 本題考查光電效應(yīng)等知識,屬于中等難度題。錯解

2、分析本題推理過程用到的公式有Ekm=h-h0、p=、=,部分考生因忘記公式而猜答案造成錯答。因此,學(xué)習(xí)過程中一定要打牢基礎(chǔ)。2mEkmhp2.2017江蘇單科,12C(1)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有()AHe核的結(jié)合能約為14 MeVBHe核比Li核更穩(wěn)定C.兩個H核結(jié)合成He核時釋放能量DU核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大42.42.63214223592.8936二、多項選擇題二、多項選擇題答案 BC本題考查原子核的相關(guān)知識。由圖像可知He的比結(jié)合能約為7 MeV,其結(jié)合能應(yīng)為28 MeV,故A錯誤。比結(jié)合能較大的核較穩(wěn)定,故B正確。比結(jié)合能較小的核結(jié)合成

3、比結(jié)合能較大的核時釋放能量,故C正確。比結(jié)合能就是平均結(jié)合能,故由圖可知D錯誤。42,知識歸納 對比結(jié)合能的理解比結(jié)合能較小的核結(jié)合成比結(jié)合能大些的核為輕核聚變; 比結(jié)合能較小的重核,分裂成幾個比結(jié)合能較大的中等質(zhì)量的核,為重核裂變。上述兩類核反應(yīng)均放出核能。比結(jié)合能越大的核越穩(wěn)定。3.2015江蘇單科,12C(1)波粒二象性是微觀世界的基本特征,以下說法正確的有()A.光電效應(yīng)現(xiàn)象揭示了光的粒子性B.熱中子束射到晶體上產(chǎn)生衍射圖樣說明中子具有波動性C.黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的波動性解釋D.動能相等的質(zhì)子和電子,它們的德布羅意波長也相等答案 AB黑體輻射的實驗規(guī)律可用光的粒子性解釋,C錯誤;

4、由=,p=,得=,動能相等的質(zhì)子和電子質(zhì)量相差很多,所以德布羅意波長不相等,D錯誤。hp2mEkh2mEk考查點 本題考查波粒二象性、光電效應(yīng)、黑體輻射、德布羅意波長等知識,屬于中等難度題。錯解分析漏選B的較多,說明這部分考生對該知識點掌握不清。4.2017江蘇單科,12C(2)質(zhì)子H)和粒子He)被加速到相同動能時,質(zhì)子的動量 (選填“大于”、“小于”或“等于”)粒子的動量,質(zhì)子和粒子的德布羅意波波長之比為 。11(42(三、非選擇題三、非選擇題答案小于2 1解析由動量與動能的關(guān)系p=可知,Ek相同時,質(zhì)量小的動量也較小,故質(zhì)子的動量小于粒子的動量。德布羅意波長=,而p,故,則H =2 1。

5、2mEkhpm1mmmH5.2015江蘇單科,12C(2)核電站利用原子核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進行發(fā)電U是核電站常用的核燃料U受一個中子轟擊后裂變成Ba和Kr兩部分,并產(chǎn)生 個中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生,裂變物質(zhì)的體積要 (選填“大于”或“小于”)它的臨界體積。23592,23592。144568936答案3大于解析由UnBaKr+n可知,會產(chǎn)生3個中子,要使裂變持續(xù)進行(鏈?zhǔn)椒磻?yīng)),裂變物質(zhì)的體積需大于它的臨界體積。2359210144568936103考查點 本題考查原子核反應(yīng)方程、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等知識,屬于中等難度題。友情提醒原子核反應(yīng)方程中若兩端有相同的粒子,寫方程時不可約掉。6.2013江蘇

6、單科,12C(2)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論,氦離子(He+)的能級圖如圖所示。電子處在n=3軌道上比處在n=5軌道上離氦核的距離 (選填“近”或“遠”)。當(dāng)大量He+處在n=4的激發(fā)態(tài)時,由于躍遷所發(fā)射的譜線有 條。 答案近6解析量子數(shù)小的軌道半徑小,因此n=3的軌道比n=5的軌道離核近;能級躍遷發(fā)射的譜線條數(shù)為=6條。2nC24C考查點 本題考查玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論等知識,屬于中等難度題。知識鏈接原子的結(jié)構(gòu)模型與天體運動的行星模型有許多相似之處,注意采用類比學(xué)習(xí)法掌握原子的結(jié)構(gòu)。7.2016江蘇單科,12C(1)(3)(1)貝可勒爾在120年前首先發(fā)現(xiàn)了天然放射現(xiàn)象,如今原子核的放射性在眾多領(lǐng)域中

7、有著廣泛應(yīng)用。下列屬于放射性衰變的是 。ACNe BUnIY+nCHHHen DHeAlPn(3)幾種金屬的逸出功W0見下表:146.1470123592.1013953953910221.31421042.2713301510金屬鎢鈣鈉鉀銣W0(10-19 J)7.265.123.663.603.41用一束可見光照射上述金屬的表面,請通過計算說明哪些能發(fā)生光電效應(yīng)。已知該可見光的波長范圍為 4.010-77.610-7 m,普朗克常量h=6.6310-34 Js。答案(1)A(3)見解析解析(1)A是衰變,B是核裂變,C是核聚變,D是原子核的人工轉(zhuǎn)變,所以A符合題意。(3)光子的能量E=,取

8、=4.010-7 m,則E5.010-19 J根據(jù)EW0判斷,鈉、鉀、銣能發(fā)生光電效應(yīng)。hc考查點 本題考查放射性元素的衰變、光電效應(yīng)、光子的能量等知識,屬于中等難度題。知識拓展核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、輕核聚變和重核裂變,如本題中B選項為重核裂變,C選項為輕核聚變,D選項為人工轉(zhuǎn)變。8.2015江蘇單科,12C(3)取質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.672 610-27 kg,中子的質(zhì)量mn=1.674 910-27 kg,粒子的質(zhì)量m=6.646 710-27 kg,光速c=3.0108 m/s。請計算粒子的結(jié)合能。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案4.310-12 J解析組成粒子的核子與粒子的質(zhì)量差為

9、m=(2mp+2mn)-m結(jié)合能E=mc2代入數(shù)據(jù)得E=4.310-12 J考查點 本題考查結(jié)合能等知識,屬于中等難度題。友情提醒計算結(jié)果一定要注意有效數(shù)字位數(shù)的要求?？键c一波粒二象性考點一波粒二象性一、單項選擇題一、單項選擇題1.(2017北京理綜,18,6分)2017年年初,我國研制的“大連光源”極紫外自由電子激光裝置,發(fā)出了波長在100 nm(1 nm=10-9 m)附近連續(xù)可調(diào)的世界上最強的極紫外激光脈沖。大連光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技術(shù)、霧霾治理等領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要作用。一個處于極紫外波段的光子所具有的能量可以電離一個分子,但又不會把分子打碎。據(jù)此判斷,能夠

10、電離一個分子的能量約為(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s)()A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 JB組 統(tǒng)一命題、省（區(qū)、市）卷題組答案 B本題考查光子能量。由題意知,電離一個分子的能量等于照射分子的光子能量,E=h=h=210-18 J,故選項B正確。c審題指導(dǎo) 題目信息提取此題為新科技背景下的信息題,從題中提取有用信息,成為解答此題的關(guān)鍵,從題中應(yīng)提取到如下有用信息:照射并使分子電離的激光波長為=100 nm=10-7m,照射不會把分子打碎,說明光子能量幾乎全部用來使分子電離,所以只要計算激光脈沖光子能量即可。2

11、.(2017上海單科,2,3分)光子的能量與其()A.頻率成正比 B.波長成正比C.速度成正比 D.速度平方成正比答案 A由E=h、c=得E=h=h,可見光子的能量與其頻率成正比、與其波長成反比,A正確,B錯誤。由于任意能量的光子在真空中傳播的速度都是相同的,故C、D皆錯誤。c易錯點撥關(guān)于光子的能量光子的能量不能理解為動能,不能由動能的定義式Ek=mv2來處理光子能量的問題,謹(jǐn)記愛因斯坦的光子說、質(zhì)能方程是關(guān)鍵。123.(2016天津理綜,2,6分)如圖是a、b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣,則()A.在同種均勻介質(zhì)中,a光的傳播速度比b光的大B.從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反

12、射時a光臨界角大C.照射在同一金屬板上發(fā)生光電效應(yīng)時,a光的飽和電流大D.若兩光均由氫原子能級躍遷產(chǎn)生,產(chǎn)生a光的能級能量差大答案 D由a、b兩光的干涉圖樣結(jié)合x=知,ab、nanb,由n=知vavb,A項錯誤。sin C=,故Cab,則一定有Uab,則一定有EkaEkbC.若UaUb,則一定有Ekab,則一定有ha-Ekahb-Ekb 二、多項選擇題二、多項選擇題答案 BC本題考查對光電效應(yīng)方程h-W0=Ek的理解。光照射到同種金屬上,同種金屬的逸出功相同。若ab,據(jù)h-W0=Ek,得EkaEkb,則B項正確。由h-W0=Ek=eU,可知當(dāng)ab時UaUb,則A項錯誤。若UaUb說明EkaE2

13、E3 B.(E3-E2)(E2-E1)C.b光的波長最長 D.c光的頻率最高答案 DE1為基態(tài)能量,其值最小,故A錯。由能級圖可以看出(E3-E2)E4-E2,E3-E1E4-E2,E2-E1E4-E2,故共4種。(3)UThHe設(shè)釷核的質(zhì)量為M,反沖速度為v,由動量守恒定律:0=m(0.1c)-Mv其中=,v=c1E161E4c116hc3E238922349042mM42341585考查點本題考查能級躍遷、核反應(yīng)方程、動量守恒,涉及知識點較多,為中等難度題。友情提醒在(2)中,因為E1為負(fù)值,故波長應(yīng)為-,切不可丟掉負(fù)號。116hc3E4.(2017江蘇六市二模)(10分)2017年1月,

14、我國“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星正式進入應(yīng)用研究。在量子理論中,有共同來源的兩個微觀粒子,不論它們相距多遠,它們總是相關(guān)的,一個粒子的行為會立即影響到另一個粒子的狀態(tài),這就是所謂的量子糾纏。(1)關(guān)于量子理論,下列說法中正確的有 。A.玻爾氫原子理論,第一次提出了能量量子化的概念B.愛因斯坦研究光電效應(yīng)提出光子說,光子說屬于量子理論的范疇C.量子理論中,實物粒子具有波粒二象性D.微觀粒子在受力情況和初速度確定的前提下,可以確定它此后運動狀態(tài)和位置(2)設(shè)一對靜止的正、負(fù)電子湮滅后產(chǎn)生兩個光子A和B,已知電子質(zhì)量為m,真空中光速為c,普朗克常量為h,則光子A的頻率是 ;若測得光子A的波長為,則光子

15、B的動量大小為 。(3)原子核的能量也是量子化的,釷核Th)的能級圖如圖所示Ac發(fā)生衰變產(chǎn)生釷核,釷核處于n=3的能級。22690(22689。寫出Ac發(fā)生衰變的方程;發(fā)生上述衰變時,探測器能接收到射線譜線有幾條?求波長最長的光子的能量E。22689解析(1)能量量子化概念首先由普朗克提出,A錯。D選項違反了不確定性關(guān)系。選B、C。(2)由質(zhì)能方程得:E=mc2=2mc2又因為E=2h所以=B光子動量p=(A、B光子頻率相等,波長也相等)。(3)AcThe在三個能級間躍遷有3條譜線。波長最長對應(yīng)能級差最小,E=E2-E1=0.072 1 MeV2mchh226892269001答案(1)BC(

16、2) (3)見解析2mchh考查點本題考查光的波粒二象性、能級躍遷、光電效應(yīng)、核反應(yīng)方程、物質(zhì)波、質(zhì)能方程等知識,為中等難度題。命題研究本題情景設(shè)置新穎,不落俗套,而且緊扣基礎(chǔ)知識和基本能力,為一道好題。5.2016江蘇蘇錫常鎮(zhèn)三模,12C(1)(2)(10分)(1)下列符合物理歷史事實的有()A.盧瑟福的粒子散射實驗揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)B.德布羅意認(rèn)為電子也有波動性,且電子的波長與它的動量成反比C.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象,揭開了原子可再分的序幕D.結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定(2)光電效應(yīng)是光具有粒子性的有力證據(jù)。如圖所示,是測定最大初動能和陰極材料的逸出功的實驗裝置。當(dāng)開關(guān)S斷開時,用光

17、子能量為3.11 eV的一束光照射陰極K,發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零。合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表讀數(shù)小于1.21 V時,電流表讀數(shù)不為零;當(dāng)電壓表讀數(shù)大于或等于1.21 V時,電流表讀數(shù)為零。從上述實驗數(shù)據(jù)可知,此時光電子的最大初動能為 eV,該陰極材料的逸出功為 eV。 解析(1)盧瑟福的粒子散射實驗建立了原子的核式結(jié)構(gòu)模型,故A錯。德布羅意認(rèn)為電子也具有波動性,波長=,故B正確。貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射現(xiàn)象,揭示了原子核有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),故C錯。比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定,而結(jié)合能大的原子核比結(jié)合能不一定大,故D錯。(2)由mv2=eUc可知,光電子的最大初動能為1.21 eV。由mv2=h-

18、W,得W=3.11 eV-1.21 eV=1.90 eV。hp1212答案(1)B(2)1.211.90考查點 本題考查粒子的散射實驗、原子的核式結(jié)構(gòu)模型、德布羅意波、天然放射現(xiàn)象、結(jié)合能、光電效應(yīng)等知識,屬于中等難度題。易錯警示第(1)小題中A、C、D選項的模糊性很強,極易被錯選。如D選項只是少一個“比”字,所以審題一定要細(xì)心,切不可走馬觀花式的讀題。6.2016蘇北三市三模,12C(1)(2)(10分)(1)下列說法正確的是()A.光電效應(yīng)是原子核吸收光子向外釋放電子的現(xiàn)象B.天然放射現(xiàn)象說明原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)C.一個氘核的質(zhì)量小于一個質(zhì)子和一個中子的質(zhì)量和D.已知鈷60的半衰期為5.27

19、年,則任一個鈷60原子核都將在5.27年內(nèi)發(fā)生衰變(2)如圖所示為氫原子的能級圖,n為量子數(shù)。若氫原子由n=3能級躍遷到n=2能級的過程釋放出的光子恰好能使某種金屬發(fā)生光電效應(yīng),則一群處于n=4能級的氫原子在向基態(tài)躍遷時,產(chǎn)生的光子中有 種頻率的光子能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng),其中光電子的最大初動能Ek= eV。 解析(1)光電效應(yīng)是光照射到金屬上時有電子逸出的現(xiàn)象,故A錯。天然放射現(xiàn)象說明原子核具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu),故B錯。一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時放出能量,由質(zhì)能方程可知,對應(yīng)存在質(zhì)量虧損,故C正確。衰變規(guī)律為大量原子核表現(xiàn)出來的統(tǒng)計規(guī)律,對少量原子核并不成立,故D錯。(2)如圖所示,除了從n=

20、4能級躍遷到n=3能級的輻射光不能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)外,其他均可以,故共有5種。從n=4能級躍遷到n=1能級的輻射光照到該金屬上,產(chǎn)生的光電子的最大初動能最大,由光電效應(yīng)方程有:Ek=(E4-E1)-(E3-E2)=-0.85 eV-(-13.6 eV)-(-1.51 eV)+(-3.4 eV)=10.86 eV。答案(1)C(2)510.86考查點 本題考查光電效應(yīng)、天然放射現(xiàn)象、輕核聚變、半衰期、氫原子能級圖及電子的躍遷等知識,屬于中等難度題。解題方法對于電子躍遷的問題,畫出氫原子能級圖,并在圖上標(biāo)出躍遷的過程,可使抽象問題直觀形象,降低解題難度。7.2015江蘇南京、鹽城二模,12C(

21、2)(5分)用如圖甲所示的裝置研究光電效應(yīng)現(xiàn)象,當(dāng)用光子能量為5 eV的光照射到光電管上時,測得電流表的示數(shù)隨電壓變化的圖像如圖乙所示,則光電子的最大初動能為 J,金屬的逸出功為 J。 解析由I-U圖像可知,遏止電壓Uc=2 V,則光電子的最大初動能Ek=eUc=1.610-192 J=3.210-19 J。由光電效應(yīng)方程可得金屬的逸出功W=h-Ek=51.610-19 J-3.210-19 J=4.810-19 J。答案3.210-194.810-19 考查點 本題考查光電效應(yīng)的實驗原理、I-U圖像的理解、光電效應(yīng)方程、動能定理、逸出功等知識,屬于中等難度題。溫馨提示光電管的陰極與陽極之間所

22、加電壓為遏止電壓時,從陰極逸出的光電子恰好處于要到達陽極的臨界狀態(tài),由動能定理可得光電子的最大初動能。1.2017江蘇四市一聯(lián),12C(2)(3)(2)氫原子各定態(tài)能量為En=,E1為基態(tài)氫原子能量,現(xiàn)有大量氫原子處于n=4激發(fā)態(tài)。這些氫原子可以發(fā)出 種不同頻率的光子,其中頻率最大的光子能量為頻率最小的光子能量的 倍(可保留分?jǐn)?shù))。(3)靜止的鋰核Li俘獲一個速度為8106 m/s的中子,發(fā)生核反應(yīng)后產(chǎn)生了兩個新粒子,其中一個粒子為氦核He,它的速度大小是3.5106 m/s,方向與反應(yīng)前的中子速度方向相同,試寫出核反應(yīng)方程,并求反應(yīng)后產(chǎn)生的另一個粒子的速度大小。12En6342非選擇題答案(

23、2)6 (3)見解析1357C組 20152017年高考模擬創(chuàng)新題組解析(2)由=6可見,可以發(fā)出6種不同頻率的光子。=。(3)核反應(yīng)方程為LinHeH由動量守恒定律得:mnvn=mHevHe+mHvH得:-vH=2106 m/s速度大小為2106 m/s。24Chhmaxmin4143EEEE111111611169EEEE135763:104231mvmHeHennHvm考查點本題考查氫原子能級、核反應(yīng)方程、動量守恒等知識,為中等難度題。思路點撥畫出能級圖,并在能級圖上標(biāo)出躍遷的各種情況,形象直觀,易于解題。根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒,書寫核反應(yīng)方程。2.(2017江蘇三市二聯(lián))(1)汞原

24、子的能級圖如圖所示,現(xiàn)讓光子能量為E的一束光照射到大量處于基態(tài)的汞原子上,汞原子能發(fā)出3種不同頻率的光,那么入射光光子的能量為 eV,發(fā)出光的最大波長為 m(普朗克常量h=6.6310-34 Js,計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(2)一個靜止的氮核N俘獲一個速度為1.1107 m/s的氦核生成B、C兩個新核。設(shè)B的速度方向與氦核速度方向相同、大小為4106 m/s,B的質(zhì)量數(shù)是C的17倍,B、C兩原子核的電荷數(shù)之比為8 1。寫出核反應(yīng)方程;估算C核的速度大小。147解析(1)原子從第3能級躍遷時可以產(chǎn)生3種不同頻率的光,所以,入射光子的能量E=E3-E1=7.7 eV。由第3能級向第2能級躍遷時

25、,輻射的光波長最長,由h=E3-E2解得:=4.410-7 m。(2NHeOH由動量守恒定律:mHevHe=mOvO+mHvHvH=-2.4107 m/s即C核的速度大小為2.4107 m/s。c147)4217811答案(1)7.74.410-7(2)見解析考查點本題考查能級躍遷、光子的能量、核反應(yīng)方程、動量守恒定律等知識,為中等難度題。溫馨提示核反應(yīng)過程中動量守恒,可以代入質(zhì)量數(shù)求速度。3.(2017江蘇南京六校聯(lián)考)(1)關(guān)于下列四幅圖的說法,正確的是 。A.甲圖為放射源放出的三種射線在磁場中運動的軌跡,射線1為射線B.乙圖中,電子處在n=2軌道上比處在n=4軌道上離核的距離遠C.丙圖為

26、粒子散射實驗示意圖,盧瑟福根據(jù)此實驗提出了原子的核式結(jié)構(gòu)模型D.丁圖為核反應(yīng)堆示意圖,它是利用了鈾核聚變反應(yīng)所釋放的能量(2)在光電效應(yīng)實驗中,某金屬的截止頻率相應(yīng)的波長為0,該金屬的逸出功為 。若用波長為(0)的單色光做該實驗,則其遏止電壓為 。已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h。(3)一個初速度為v0的氧核O)自發(fā)衰變成一個氮核N)和另外一個粒子,并釋放出一定能量。已知氧核的質(zhì)量為m0,氮核的質(zhì)量為m1,速度為v1,方向與氧核方向相同,粒子的質(zhì)量為m2,若不計光子的動量,寫出該核反應(yīng)的方程式;求出粒子的速度v2。158(157(解析(1)由左手定則判定粒子受力方向指

27、向左側(cè),故A正確。量子數(shù)越小的軌道離原子核越近,故B錯。C項所述正確。核反應(yīng)堆利用的是鈾核裂變,故D錯。(2)逸出功W=h0=h由動能定理:eUc=mv2由光電效應(yīng)方程:mv2=h-h聯(lián)立二式得:Uc=(3)由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒寫核反應(yīng)方程,ONe由動量守恒得:m0v0=m1v1+m2v2解得v2=。0c1212c0chce0111581570100112m vm vm答案(1)AC(2)h (3)ONe 0chce0111581570100112m vm vm考查點本題考查三種射線、氫原子能級圖、粒子散射實驗、核反應(yīng)、動量守恒定律等內(nèi)容。為中等難度題。評析本題考查知識點多,難易適中,區(qū)分

28、度明顯,為一道好題。4.(2017江蘇四市二模)(1)如圖所示為研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實驗電路,電路中所有元件完好,當(dāng)光照射到光電管上時,靈敏電流計中沒有電流通過,可能的原因是 。A.入射光強度較弱B.入射光波長太長C.電源電壓太高D.光照射時間太短(2)2010年11月17日歐洲核子研究中心的科學(xué)家通過大型強子對撞機俘獲了少量反氫原子。反氫原子是由一個反質(zhì)子和一個圍繞它運動的正電子組成。反質(zhì)子和質(zhì)子具有相同的質(zhì)量,且?guī)в械攘慨惙N電荷。反氫原子和氫原子具有相同的能級,其原子能級如圖所示。根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論,反氫原子n=3軌道處的電勢比n=4軌道處的電勢 (選填“高”或“低”);正電子處在n=3軌

29、道上運動的動能比處在n=4軌道上的動能 (選填“大”或“小”)。(3)若有一靜止的反氫原子從n=2的激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)。已知光子動量p與能量E之間滿足關(guān)系式p=E/c,元電荷e=1.610-19 C,光速c=3108 m/s。求放出光子的能量;放出光子時反氫原子獲得的反沖動量大小。解析(1)可能原因是入射光頻率太小,即波長太長,沒有發(fā)生光電效應(yīng)。(2)根據(jù)玻爾原子結(jié)構(gòu)理論,反質(zhì)子帶負(fù)電,位于反氫原子中心,r3Ek4。(3)放出光子的能量E=E2-E1=10.2 eV。放出光子的動量p=5.4410-27 kgm/s,據(jù)動量守恒,反氫原子獲得的動量與光子的動量大小相等,方向相反,所以p=p=5.4410-27 kgm/s。Ec答案(1)B(2)低大(3)10.2 eV5.4410-27 kgm/s考查點本題考查光電效應(yīng)、能級躍遷、動量守恒等知識,為高考的熱點內(nèi)容,難度中等。