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第16章 近代物理,考点47原子结构能级,考点46量子论初步光电效应波粒二象性,考点48核反应质能方程,考点46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 方法1光电效应现象和光电效应方程的应用 方法2光电效应图像 方法3对光的波粒二象性、物质波的考查 考法例析 成就能力 考法1光电效应的理解 考法2光的波粒二象性,必备知识全面把握,1.热辐射 一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关. 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温度 的升高，一方面各种波长的辐射强度都增加，另一方面，辐 射强度的极大值向波长较短的方向移动,3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 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 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， 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E ，用光量子说能成功地解释光电效应现象,粒子性,遏止电压,饱和光电流,h,(4)爱因斯坦的光电效应方程 EkhW，其中Ek为光电子的 ；h为入射光子的能量；W为 (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 (6)光电效应的应用 光电管的工作原理就是光电效应，它是把光信号转变为电信号的器件光电管主要用在自动化装置及有声电影、无线电通信、光纤通信等方面,4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 ，其中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，数值为 .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,核心方法重点突破,方法1光电效应现象和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UaUb B若ab，则一定有EkaEkb C若UaUb，则一定有EkaEkb D若ab，则一定有haEkahbEkb,例1,【解析】 由爱因斯坦光电效应方程EkhW0可知，若ab，则EkaEkb，遏止电压能够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】BC,例1,方法2光电效应图像 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，若该直线的斜率和纵截距分别为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,方法3对光的波粒二象性、物质波的考查 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,考法例析成就能力,考法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,考法2光的波粒二象性 (多选)1927年，戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是() A亮条纹是电子到达概率大的地方 B该实验说明物质波理论是正确的 C该实验再次说明光子具有波动性 D该实验说明实物粒子具有波动性,例2,【解析】 电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误；物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确 【答案】ABD,例2,考点47原子结构能级,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法4氢原子能级及能级跃迁 考法例析 成就能力 考法3原子的核式结构 考法4氢原子能级图及原子跃迁,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,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 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,能级差,(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,核心方法重点突破,方法4氢原子能级及能级跃迁 (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1,【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】CD,例1,考法例析成就能力,考法3原子的核式结构 (多选)下列说法正确的是() A汤姆孙首先发现了电子，并测定了电子电荷量，且提出了“枣糕模型” B卢瑟福做粒子散射实验时发现绝大多数粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，只有少数粒子发生大角度偏转 C粒子散射实验说明了原子的正电荷和绝大部分质量都集中在一个很小的核上 D卢瑟福提出了原子核式结构模型，并解释了粒子发生大角度偏转的原因,例1,【解析】 汤姆孙发现了电子，但电子电荷量是密立根测定的，A错误，B、C、D都符合物理史实 【答案】B、C、D,例1,考法4氢原子能级图及原子跃迁 氦原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦离子的能级示意图如图所示在具有下列能量的光子或者电子中，不能被基态氦离子吸收而使其发生跃迁的是() A42.8 eV(光子) B43.2 eV(电子) C41.0 eV(电子) D54.4 eV(光子),例2,【解析】 入射光子使原子跃迁时，其能量应正好等于原子的两能级间的能量差，而电子使原子跃迁时，其能量可以大于等于原子两能级间的能量差，发生电离时入射光子的能量可以大于等于54.4 eV，故选A. 【答案】A,例2,考点48核反应质能方程,必备知识 全面把握 核心方法 重点突破 方法5原子核的衰变及半衰期 方法6核反应及核反应类型 方法7质量亏损及核能的计算 考法例析 成就能力 考法5原子核及核反应 考法6核能和质能方程,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 具有复杂结构,原子核,(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 总是伴随、衰变而产生 (2)半衰期 指放射性元素的原子核有 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：,射线,半数,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 (1)人工转变 概念：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 三个重要核反应,(2)重核的裂变 定义：使重核分裂成中等质量的原子核的核反应，称为裂变 典型裂变 92235U01n 56141Ba3692Kr301n 92235U01n 54139Xe3895Sr201n 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，原子弹就利用了链式反应原理 链式反应的条件：铀块的体积大于临界体积,(3)轻核的聚变 定义：轻核结合成质量较大的核的过程叫轻核的聚变 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，因此把聚变反应称为热核反应 典型聚变：12H13H24He01n.,4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 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 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 ，原子核越 (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,电性,(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E ，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.,mc2,核心方法重点突破,方法5原子核的衰变及半衰期 课标全国201715，6分一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程92238U 90234Th24He.下列说法正确的是() A衰变后钍核的动能等于粒子的动能 B衰变后钍核的动量大小等于粒子的动量大小 C铀核的半衰期等于其放出一个粒子所经历的时间 D衰变后粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量,例1,【解析】 衰变过程中满足动量守恒定律，所以衰变后钍核的动量与粒子的动量等大反向，B正确；由动能和动量的关系式可知 ，由于钍核的质量大于粒子的质量，所以钍核的动能小于粒子的动能，A错误；半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间，并不是其放出一个粒子所经历的时间，C错误；由于该反应放出能量，所以一定会发生质量亏损，衰变后粒子与钍核的质量之和小于衰变前铀核的质量，D错误 【答案】B,例1,方法6核反应及核反应类型 天津理综20171，6分如图所示，我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献下列核反应方程中属于聚变反应的是() A12H13H24He01n B. 714N24He 817O11H C24He1327Al1530P01n D. 92235U01n56144Ba3689Kr301n,例2,【解析】 选项A属于轻核聚变，选项B、C属于原子核的人工转变，选项D属于重核裂变，故选A. 【答案】A,例2,方法7质量亏损及核能的计算 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 MeV B3.3 MeV C2.7 MeV D0.93 MeV,例3,【解析】 根据质能方程，释放的核能Emc2，m22.013 6 u1.008 7 u3.015 0 u0.003 5 u，则E0.003 5931 MeV3.3 MeV，故B正确，A、C、D错误 【答案】B,例3,考法例析成就能力,考法5原子核及核反应 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1,【解析】 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1,考法6核能和质能方程 已知氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时() A释放出4.9 MeV的能量 B释放出6.0 MeV的能量 C释放出24.0 MeV的能量 D吸收4.9 MeV的能量,例2,【解析】 根据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为12H12H24He，由于氘核的比结合能为1.1 MeV，氦核的比结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的结合能为E121.1 MeV，结合后氦核的结合能为E247.1 MeV，故E2E1E224.0 MeV，负号表示释放能量，选项C正确 【答案】C,例2,谢谢观赏,
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