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第13章 近代物理,考点36原子结构能级,考点35量子论初步光电效应波粒二象性,考点37核反应质能方程,考点35量子论初步光电效应波粒二象性,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 考法1光电效应的理解 考法2光电效应方程的应用 考法3光的波粒二象性 考法例析 成就能力 题型1光电效应的理解 题型2光电效应方程的应用 题型3波粒二象性,必备知识全面把握,1光电效应 (1)光电效应 在光的照射下物体发射电子的现象它是光的粒子性的表现，是光量子说的实验基础 (2)光电效应中的四条规律 存在遏止电压和截止频率 使光电流减小到0的反向电压Uc为遏止电压，能使某种金属发生光电效应的最小频率称为截止频率 光电子的最大初动能只随入射频率的增大而增大，与入射光的强度无关 光电效应的产生几乎是瞬时的，一般不超过109 s. 能发生光电效应时，饱和光电流与入射光的强度成正比 (3)爱因斯坦光子说 在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫作一个光量子，光子的能量E跟光的频率成正比即Eh，用光量子说能成功地解释光电效应现象,(4)爱因斯坦的光电效应方程 EkhW，其中Ek为光电子的最大初动能；h为入射光子的能量；W为逸出功 (5)逸出功 某种金属中不同电子脱离这种金属所需的功不一样，使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫作这种金属的逸出功,2光的波粒二象性与物质波 (1)光是一种波，同时也是一种粒子，即光具有波粒二象性 (2)光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的波动性是光子本身的一种属性 (3)在微观世界中，光的波动性和粒子性是矛盾的统一体既不可把光看成宏观概念中的波，也不可把光当成微观概念中的粒子；大量光子的行为显示波动性，少数光子的行为表现粒子性；光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时往往显示粒子性；频率低的光波动性显著，频率高的光粒子性显著 (4)物质波 物理学把物质分为两大类，一类是质子、电子等，称为实物；另一类是电场、磁场等，统称场光是传播着的电磁场，具有粒子性德布罗意认为任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，波长 h/q ，其中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，数值为6.631034 Js.人们把这种波叫作物质波，也叫德布罗意波 与光波一样，物质波也是概率波，电子束的衍射图样中的亮、暗条纹是由电子落点的概率大小所决定的,考点35,核心方法重点突破,考法1光电效应的理解 广东理综201418，6分(多选)在光电效应实验中，用频率为的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是() A增大入射光的强度，光电流增大 B减小入射光的强度，光电效应现象消失 C改用频率小于的光照射，一定不发生光电效应 D改用频率大于的光照射，光电子的最大初动能变大,例1,【解析】 用频率为的光照射光电管阴极，发生光电效应，改用频率较小的光照射时，有可能发生光电效应，选项C错误；根据EkhW0可知，增大入射光频率，光电子的最大初动能也增大，选项D正确；增大入射光强度，单位时间内从金属中逸出的光电子数增加，则光电流将增大，选项A正确；是否发生光电效应取决于入射光频率，而与入射光强度无关，选项B错误 【答案】A、D,例1,考法2光电效应方程的应用 课标全国201719，6分(多选)在光电效应实验中，分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb.h为普朗克常量下列说法正确的是() A若ab，则一定有Uab，则一定有EkaEkb C若Uab，则一定有haEkahbEkb,例2,【解析】 由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，若ab，则EkaEkb，遏止电压用于反映最大初动能的大小，UeEk，则UaUb，故选项A错误，选项B正确；若UaUb，则EkaEkb，故选项C正确；W0hEk，由于金属的逸出功由金属材料本身决定，故选项D错误 【答案】B、C,例2,考法3光的波粒二象性 课标全国201535(1)，5分(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射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 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 E光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关,例3,【解析】 体现波动性的常见现象有反射、折射、干涉、衍射、偏振等体现粒子性的有光电效应、康普顿效应、荧光屏出现光点等选项A、C、D正确 【答案】ACD,例3,考点35,考法例析成就能力,题型1光电效应的理解 课标全国201635(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,例1,【解析】 入射光频率不变，光强越大，单位时间内发射的光电子数目就越多，故饱和光电流就越大，A正确；饱和光电流与光强有关，B错误；由爱因斯坦光电效应方程hWEk知C正确；不断减小入射光的频率，当频率小于材料的截止频率时，就没有光电流产生，D错误；光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与光强无关，结合EkeUc，故E正确 【答案】A、C、E,例1,题型2光电效应方程的应用 课标全国201535(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_,例2,【解析】 【答案】ekeb,例2,题型3波粒二象性 江苏物理2015，12C(1)，3分(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有() A光电效应现象揭示了光的粒子性 B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等,例3,【解析】 【答案】AB,例3,第13章,考点36原子结构能级,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 考法4原子结构 考法5氢原子光谱能级跃迁 考法例析 成就能力 题型4解答有关原子核结构的题目时要注意的问题 题型5氢原子跃迁,必备知识全面把握,1电子的发现 在密封的玻璃管内有阴、阳两极，当在两极间加一定电压时，阴极便发出一种射线，这种射线称为阴极射线 阴极射线的组成：,2粒子散射实验与卢瑟福核式结构模型,正确认识几种关系 (1)核子数质子数中子数 (2)核电荷数质子数(Z)原子序数核外电子数 (3)质量数(A)质子数中子数 注意：质子和中子统称为核子，同一种物质中质子数相同，而中子数不一定相同，具有相同质子数而不同中子数的原子，互称同位素,3能级 (1)玻尔原子模型 玻尔的原子理论三条假设 “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，电子虽做变速运动，但并不向外辐射电磁波，这样的相对稳定的状态称为定态 “跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却要辐射(吸收)电磁波(光子)，其频率由两个定态的能量差值决定，hE2E1. “轨道量子化假设”： 原子的不同能量状态跟电子沿不同半径绕核运动相对应轨道半径也是不连续的 (2)能级与氢原子光谱 氢原子在各个定态时的能量值称为氢原子的能级它对应电子在各个可能轨道上运动时的能量En(包括动能和势能) (3)基态与激发态 能量最低的状态叫作基态；其他能量状态叫激发态基态和激发态分别用E1、E2、E3表示 (4)光子的发射与吸收 原子由激发态向基态跃迁时发射出光子，由基态向激发态跃迁(激发)时要吸收光子光子的频率与能级的关系： hEmEn. 原子只辐射或吸收能量等于能级差的光子，由于原子的能级不连续，所以辐射或吸收光波的频率是若干分立的值，这也正是原子光谱是线状谱的原因,(5)氢原子的能级公式和轨道公式 (6)玻尔理论的成功和局限 成功：引入量子的观念，提出了原子状态的假设，说明原子稳定的原因，在解释氢光谱上获得成功 局限：玻尔理论中由于保留了过多的经典理论，在解释较复杂的原子光谱时，却遇到了很大的困难,考点36,核心方法重点突破,考法4原子结构 天津一中2016月考在卢瑟福的粒子散射实验中，某一粒子经过某一原子核附近时的轨迹如图所示图中P、Q为轨迹上的点，虚线是经过P、Q两点并与轨迹相切的直线，两虚线和轨迹将平面分为四个区域不考虑其他原子核对粒子的作用，则关于该原子核的位置，正确的是() A一定在区域 B一定在区域 C可能在区域 D一定在区域,例1,【解析】 卢瑟福通过粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，正电荷全部集中在原子核内，粒子带正电，同种电荷相互排斥，若原子核在区域，粒子轨迹将向上偏转，若原子核在区域，则在Q点粒子所受电场力不指向轨迹凹侧，所以原子核一定在区域，选项A正确 【答案】A,例1,考法5氢原子光谱能级跃迁 山东理综201439(1)，4分(多选)氢原子能级如图，当氢原子从n3跃迁到n2的能级时，辐射光的波长为656 nm.以下判断正确的是() A氢原子从n2跃迁到n1的能级时，辐射光的波长大于656 nm B用波长为325 nm的光照射，可使氢原子从n1跃迁到n2的能级 C一群处于n3能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生3种谱线 D用波长为633 nm的光照射，不能使氢原子从n2跃迁到n3的能级,例2,【解析】 由Eh和 可知，E越大，越小，A错误当氢原子由低能级向高能级跃迁时，照射光的能量必须正好等于两能级之差才能跃迁，B错误，D正确一群氢原子由n3能级自发跃迁，最多可产生3种谱线，C正确 【答案】C、D,例2,考点36,考法例析成就能力,题型4解答有关原子核结构的题目时要注意的问题 广东2018联考根据粒子散射实验，卢瑟福提出了原子的核式结构模型如图所示为原子核式结构模型的粒子散射图景图中实线表示粒子的运动轨迹其中一个粒子在从a运动到b再运动到c的过程中(粒子在b点时距原子核最近)，下列判断中正确的是() A粒子的动能先增大后减小 B粒子的电势能先增大后减小 C粒子的加速度先减小后增大 D电场力对粒子先做正功后做负功,例1,【解析】 粒子先靠近原子核，然后又远离原子核，则在粒子运动过程中，电场力(库仑斥力)对粒子先做负功后做正功，所以其电势能先增大后减小，由动能定理知，其动能先减小后增大，故选项B正确，A、D错误；粒子受到的库仑斥力先增大后减小，由牛顿第二定律知，其加速度先增大后减小，故选项C错误 【答案】B,例1,题型5氢原子跃迁 1氢原子跃迁的能量 如图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于n4的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光关于这些光，下列说法正确的是() A最容易产生衍射现象的光是由n4能级跃迁到n1能级产生的 B频率最小的光是由n2能级跃迁到n1能级产生的 C这些氢原子总共可辐射出3种不同频率的光 D用从n2能级跃迁到n1能级辐射出的光照射逸出功为6.34 eV的金属铂能发生光电效应,例2,【解析】 由题意知，由n4能级跃迁到n1能级产生的光的频率最大，其波长最短，衍射现象最不明显，由n4能级跃迁到n3能级产生的光的频率最小，故选项A、B错误；由N 知，这些氢原子总共可辐射出6种不同频率的光，故选项C错误；E2E110.2 eV6.34 eV ，故选项D正确 【答案】D,例2,2一群氢原子跃迁问题的计算 已知氢原子基态的电子轨道半径为r10.531010 m，基态的能量为E113.6 eV. (1)求电子在n2的轨道上运动时所形成的等效电流强度； (2)有一群氢原子处于量子数n3的激发态，画出一能级图并在图上用箭头表示这些氢原子能发出哪几条光谱线； (3)计算出这几条光谱线中最长的波长,例3,【解析】 【答案】(1)1.3104 A(2)如图所示(3)6.58107 m,例3,第13章,考点37核反应质能方程,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 考法6 衰变规律和三种射线 考法7 半衰期 考法8 衰变次数的计算 考法9 核反应方程及核能 考法例析 成就能力 题型6 基本概念的考查 题型7 衰变及三种射线 题型8 核反应方程 题型9 核能与质能方程 题型10原子物理与学科内的综合,必备知识全面把握,1天然放射现象 (1)基本规律 较重的原子核(原子序数大于或等于84)普遍有放射性，原子序数小于84的元素，有的也具有放射性元素这种自发地放出射线的现象叫作天然放射现象天然放射现象说明原子核具有复杂结构 (2)三种射线,2原子核的衰变 (1)原子核衰变 指原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的过程包括衰变和衰变两种形式 在发生、衰变的过程中，由于新核处于不稳定状态，它要通过辐射光子而达到稳定的状态，因此射线总是伴随、衰变而产生 (2)半衰期 指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间，它是由原子核内部的特性决定的，与原子核所处的物理、化学状态无关 用N0、m0分别表示衰变前的原子核数目和质量，N、m分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量，为半衰期，t表示衰变过程所经历的时间，则：,(3)其他核反应 在核物理学中，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原子核的人工转变就是一种核反应，可以用核反应方程来表示 人工转变 a概念：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 b三个重要核反应,重核的裂变 a定义：使重核分裂成中等质量的原子核的核反应，称为裂变 b典型裂变 92235U01n 56141Ba3692Kr301n 92235U01n 54139Xe3895Sr201n c链式反应：用中子轰击重核时，重核发生裂变，释放出几个中子，引起其他的重核裂变，从而使裂变不断地进行下去，这就是链式反应，原子弹就是利用链式反应原理 d链式反应的条件：铀块的体积大于临界体积 轻核的聚变 a定义：轻核结合成质量较大的核的过程叫轻核的聚变 b条件：使轻核之间的距离达到1015 m的近距离聚变反应需要超高温，因此把聚变反应叫作热核反应 c典型聚变：12H13H24He01n.,3核力、结合能 (1)核力 核子间作用力为短程力作用范围在1.51015 m之内，只在相邻的核子间发生作用，与核子的电性无关 (2)结合能 核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，都叫原子核的结合能原子核的结合能与其核子数之比，称为比结合能比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 (3)质量亏损 凡是释放核能的核反应，反应后各原子核(新生核)及微观粒子的质量(即静止质量)之和变小，两者的差值就叫作质量亏损(凡吸收能量的核反应，其生成物质量之和大于反应物质量之和) 注意：质量数与质量是两个不同的概念核反应中质量数、电荷数都守恒，但核反应中依然有质量亏损,(4)质能方程的含义 物体的能量和质量之间存在着简单的正比关系Emc2，物体的能量增大，质量也增大，能量减小，质量也减小 核子结合成原子核时出现质量亏损(m)，其能量也要相应地减小，即Emc2. 根据1 u相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位(u)乘931.5 MeV，即Em931.5 MeV，可计算释放的核能.,考点37,核心方法重点突破,考法6衰变规律和三种射线 课标全国201435(1)，6分(多选)关于天然放射性，下列说法正确的是() A所有元素都可能发生衰变 B放射性元素的半衰期与外界的温度无关 C放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性 D. 、和三种射线中，射线的穿透能力最强 E一个原子核在一次衰变中可同时放出、和三种射线,例1,【解析】 并不是所有元素都能发生衰变，A错误；放射性元素的半衰期取决于原子核内部的结构，与外界温度等无关，B正确；放射性元素的放射性来自于原子核内部，与其他元素形成化合物并没有改变其原子核内部结构，所以仍具有放射性，C正确；、和三种射线中，射线能量最高，穿透能力最强，D正确； 一个原子核在一次衰变中，要么是衰变，要么是衰变，同时伴随着能量的释放，即射线，E错误 【答案】B、C、D,例1,考法7半衰期 山东理综201539(1)，6分(多选)14C发生放射性衰变成为14N，半衰期约5 700年已知植物存活期间，其体内14C与12C的比例不变；生命活动结束后，14C的比例持续减少现通过测量得知，某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一下列说法正确的是() A该古木的年代距今约5 700年 B12C、13C、14C具有相同的中子数 C14C衰变为14N的过程中放出射线 D增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变,例2,【解析】 【答案】AC,例2,考法8衰变次数的计算 福建四校2016联考天然放射性元素 94239Pu经过_次衰变和_次衰变，最后变成铅的同位素_(填入铅的三种同位素 82206Pb、 82207Pb、 82208Pb中的一种),例3,【解析】 设发生衰变和衰变的次数分别为x、y，最后变成铅的同位素的质量数为m，则2394xm，当x8时，m207；由942xy82可得y4. 【答案】8 4 82207Pb,例3,考法9核反应方程及核能 课标全国201717，6分大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电氘核聚变反应方程是12H12H23He01n.已知12H的质量为2.013 6 u，23He的质量为3.015 0 u，01n的质量为1.008 7 u，1 u931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为() A3.7 MeVB3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV,例4,【解析】 反应过程中质量亏损了m22.013 6 u1.008 7 u3.015 0 u0.003 5 u，反应过程中释放的核能E0.003 5931 MeV3.3 MeV，选项B正确，A、C、D错误 【答案】B,例4,考点37,考法例析成就能力,题型6基本概念的考查 广东佛山2016联考(多选)在居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装饰材料，都不同程度地含有放射性元素，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出、射线，根据有关放射性知识可知，下列说法正确的是() A发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2 B放射性元素与别的元素形成化合物后仍具有放射性 C射线是原子的核外电子电离后形成的电子流 D在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱 E升高放射性材料的温度，不能缩短其半衰期,例1,【解析】 发生衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少4，选项A错误；放射性元素的放射性与所处的化学状态无关，故与别的元素形成化合物后仍具有放射性，选项B正确；射线是原子核内的中子转化为质子时放出的电子形成的电子流，选项C错误；在这三种射线中，射线的穿透能力最强，电离能力最弱，选项D正确；外部因素不影响放射性材料的半衰期，故升高放射性材料的温度，不能缩短其半衰期，选项E正确 【答案】BDE,例1,题型7衰变及三种射线 福建理综201430(1)，6分如图，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是_(填选项前的字母) A表示射线，表示射线 B表示射线，表示射线 C表示射线，表示射线 D表示射线，表示射线,例2,【解析】 因为射线不带电，所以电场和磁场对其都没有力的作用，表示射线；射线为电子流，带负电，受到电场力向左，受到洛伦兹力向右，代表射线；射线是高速氦核流，带正电，受到的电场力向右，受到的洛伦兹力向左，代表射线，C项正确 【答案】C,例2,题型8核反应方程 课标全国201635(1)，5分在下列描述核过程的方程中，属于衰变的是_，属于衰变的是_，属于裂变的是_，属于聚变的是_(填正确答案标号) A. 614C 714N10e B1532P1632S10e C. 92238U 90234Th24He D. 714N24He 817O11H E. 92235U01n 54140Xe3894Sr201n F13H12H24He01n,例3,【解析】 (1)A、B是衰变； C是衰变；D是人工转变； E是裂变；F是聚变 【答案】CABEF,例3,题型9核能与质能方程 江苏物理201512C(2)(3)(2)核电站利用原子核链式反应放出的巨大能量进行发电，92235U是常用的核燃料92235U受一个中子轰击后裂变成 56144Ba和3689Kr两部分，并产生_个中子要使链式反应发生，裂变物质的体积要_(填“大于”或“小于”)它的临界体积 (3)取质子的质量mp1.672 61027 kg，中子的质量mn1.674 91027 kg，粒子的质量m6.646 71027 kg，光速c3108 m/s，请计算粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字),例4,【解析】 (2)由92235U01n56144Ba3689Kr301n可知会产生3个中子，要使裂变持续进行(链式反应)，裂变物质的体积需大于它的临界体积 (3)组成粒子的核子与粒子的质量差为m(2mp2mn)m. 结合能Emc2，代入数据得E4.31012 J. 【答案】(2)3大于(3)4.31012 J,例4,题型10原子物理与学科内的综合 静止的放射性原子核A，在匀强磁场中发生衰变，放射出的粒子方向与磁场方向垂直，拍得了如图所示的两个相切的圆形径迹的照片问： (1)A核发生了哪种衰变？ (2)、圆所代表的分别是何种核或粒子的径迹？,例5,【解析】 (1)若为衰变，因粒子带正电，与反冲核具有同种电性，据左手定则可判断出，粒子与新核的径迹为一对外切圆若为衰变，因粒子带负电，与反冲核具有不同的电性，据左手定则可判断出，粒子与新核的径迹应为一对内切圆，如图所示，因此，A核发生了衰变 (2)因为新核和粒子在磁场中只受洛伦兹力，它们分别做半径不同的匀速圆周运动由洛伦兹力公式、牛顿第二定律可得R .衰变过程中系统动量守恒，新核和粒子的动量大小相等所以粒子和新核在同一匀强磁场中做圆周运动的半径与带电荷量成反比，即R .因为qq反，所以RR反，即粒子的半径较大，所以图中为粒子的径迹，为新核的径迹 【答案】(1)衰变(2)为粒子的径迹，为新核的径迹,例5,谢谢观赏,
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