高中物理一輪復習 第2章 近代原子物理課件 新人教版選修35

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1、第第1節(jié)節(jié) 波粒二象性波粒二象性一、光電效應 定義：物體在光照下釋放出電子的現(xiàn)象.愛因斯坦光電效應方程Ek=1/2mv20=h-W0任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率才能產(chǎn)生光電效應.光電效應規(guī)律光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨入射光頻率的增大而增大.入射光照到金屬上時，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的.當入射光的頻率大于極限頻率時，（飽和）光電流強度與入射光的強度成正比.解釋光子：光在空間傳播中不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份是一個光子，能量為h.二、康普頓效應 康普頓在研究電子對X射線的散射時發(fā)現(xiàn)：有些散射波的波長比入射波的波長略大. 康普頓認為這是因為光

2、子不僅有能量，也有動量. 實驗結果證明這個設想是正確的， 因此康普頓效應證明了光具有粒子性. 特別提醒:（1）入射光的頻率決定光子的能量，決定電子的初動能，決定能否發(fā)生光電效應. 入射光的強度決定單位時間內接受到的光子數(shù)，決定單位時間內發(fā)射的光子數(shù). （2）金屬中的電子吸收一個光子獲得的能量是h：這些能量的一部分用來克服金屬的逸出功W0，剩余的表現(xiàn)為逸出后電子的最大動能Ek=1/2mv2.三、光的波粒二象性 四、對物質波的理解1. 德布羅意波：任何運動的物體，小到電子、質子，大到天體都有一種波與之對應，其波長為h/p. 我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太短，難以觀測

3、. 2. 德布羅意波是概率波. 光子和粒子在空間各處出現(xiàn)的頻率受波動規(guī)律支配，概率大的地方，光子或粒子出現(xiàn)的次數(shù)多，反之就少. 不要以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波. 3. 德布羅意波假說是光的波粒二象性的一種推廣，使之包含了物質粒子，即光子和實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是德布羅意波. 光電效應規(guī)律的理解光電效應規(guī)律的理解 (2009高考寧夏卷)關于光電效應，下列說法正確的是_(填入選項前的字母)A. 極限頻率越大的金屬材料逸出功越大B. 只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能產(chǎn)生光電效應C. 從金屬表面出來的光電子的最大初動能越大，這種金屬的

4、逸出功越小 D. 入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內逸出的光電子數(shù)就越多 【點撥】弄清光電效應發(fā)生的條件、光電子的最大初動能和光電子的的決定因素是解答本題的關鍵 解析：金屬材料逸出功W0與極限頻率0的關系為W0h0，A正確. 只有照射光的頻率大于金屬的逸出功，才能產(chǎn)出光電效應，與光照射的時間無關，B錯誤. 由光電效應方程可知光電子的最大初動能1/2mv02hW0，由入射光的頻率決定，C錯誤. 產(chǎn)生光電效應時單位時間內逸出的光電子數(shù)由入射光的光子數(shù)決定，與入射光的頻率無關，D錯誤. 正確選項為A.答案：A 愛因斯坦光電效應方程的應用愛因斯坦光電效應方程的應用 (2010常州模擬)如圖所示，

5、當開關S斷開時，用光子能量為2.5 eV的一束光照射陰極P，發(fā)現(xiàn)電流表讀數(shù)不為零. 合上開關，調節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)當電壓表讀數(shù)小于0.60 V時，電流表讀數(shù)仍不為零；當電壓表讀數(shù)大于或等于0.60 V時，電流表讀數(shù)為零. (1)求此時光電子的最大初動能的大小. (2)求該陰極材料的逸出功 解析：設用光子能量為2.5 eV的光照射時，光電子的最大初動能為Ek，陰極材料逸出功為W0. 當反向電壓達到U0.60 V以后，具有最大初動能的光電子也達不到陽極，因此eUEk. 由光電效應方程EkhW0由以上二式Ek0.6 eV，W01.9 eV，所以此時最大初動能為0.6 eV，該陰極材料的逸出功為1.9

6、 eV. 答案：(1)0.6 eV(2)1.9 eV 點睛筆記光電效應現(xiàn)象中射出的光電子具有一定動能,因此易與電場、磁場相結合命制綜合性較強的試題. 射出的光電子的動能是解決這類問題的重要條件,可由愛因斯坦光電效應方程求得. 第第2節(jié)節(jié) 原子結構原子結構 氫原子光譜氫原子光譜一、三種原子模型的對比 特別提醒:認識原子結構的線索:氣體放電的研究陰極射線發(fā)現(xiàn)電子湯姆孫的“棗糕”模型粒子散射實驗盧瑟福核式結構模型氫原子光譜的研究玻爾模型二、原子結構1. 電子的發(fā)現(xiàn)1897年湯姆孫確定陰極射線是由帶負電的粒子組成的，并測定出它的比荷，確定它是組成各種物質的基本成分， 稱之為電子之后密立根用油滴實驗更精

7、確的測定了它的電荷量. 2. 粒子散射實驗 三、氫原子光譜(1)光譜：用光柵或棱鏡可以把光按波長展開，獲得光的波長(頻率)成分和強度分布的記錄，即光譜. (2)光譜的分類光譜四、玻尓理論能級1. 玻爾理論2. 氫原子的能級圖和軌道半徑3. 氫原子的躍遷和電離(1)氫原子受激發(fā)由低能級向高能級躍遷當光子作用使原子發(fā)生躍遷時，只有光子的能量滿足hEmEn時，才能被某一個原子吸收，使原子從低能級En向高能級Em躍遷，而當光子能量h大于或小于EmEn時都不能被原子吸收. 當用電子等實物粒子作用在原子上時，原子可以根據(jù)“需要”吸收其中的一部分能量，只要入射粒子的動能大于或等于原子某兩“定態(tài)”能量之差Em

8、En，即可以使原子受激發(fā)而向較高的能級躍遷. 如果光子或實物粒子與原子作用而使原子電離(繞核電子脫離原子的束縛而成為“自由電子”，即n的狀態(tài))時，原子吸收能量的原則是吸收的能量等于或大于原子的電離能，不再受躍遷條件限制，只不過入射光子或實物粒子的能量越大，原子電離后產(chǎn)生的自由電子的動能就越大. 圖為盧瑟福和他的同事們做粒子散射實驗的裝置示意圖，熒光屏和顯微鏡一起分別放在圖中的A、B、C、D四個位置時，觀察到的現(xiàn)象描述錯誤的是() A. 在A位置時，相同時間內觀察到屏上的閃光次數(shù)最多B. 在B位置時，相同時間內觀察到屏上的閃光次數(shù)比在A位置時少得多C. 在C、D位置時，屏上觀察不到閃光D. 在D

9、位置時，屏上仍能觀察到一些閃光，但次數(shù)極少【點撥】解答此題要掌握好粒子散射實驗中的大多數(shù)、少數(shù)、極少數(shù)粒子通過金箔后運動情況. 解析：因為絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍然沿原來方向前進，在A位置時，相同時間內觀察到屏上的閃光次數(shù)最多，A正確；因為少數(shù)粒子穿過金箔后發(fā)生了較大偏轉，在B位置時，相同時間內觀察到屏上的閃光次數(shù)比在A位置時要少得多，B正確；粒子散射實驗中有極少數(shù)粒子偏轉角超過90，甚至接近180，在C、D位置仍能觀察到閃光，但次數(shù)極少. 所以C錯誤，D正確. 答案：C (2010重慶理綜)氫原子的能級示意圖如圖所示，不同色光的光子能量如下表所示. 能量分析和計算處于某激發(fā)態(tài)的氫原子，發(fā)射的

10、光的譜線在可見光范圍內僅有2條，其顏色分別為()A. 紅、藍靛B. 黃、綠C. 紅、紫D. 藍靛、紫【點撥】分別計算不同能級間光子躍遷發(fā)出的光子的能量與表中數(shù)據(jù)比較即可判斷 解析：根據(jù)玻爾理論，如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第二能級，只能夠發(fā)出10.2 eV的光子，不屬于可見光范圍；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第三能級，能夠發(fā)出12.09 eV、10.2 eV、1.89 eV的三種光子，只有1.89 eV屬于可見光；如果激發(fā)態(tài)的氫原子處于第四能級，能夠發(fā)出12.75 eV、12.09 eV、10.2 eV、2.55 eV、1.89 eV、0.66 eV的六種光子，1.89 eV和2.55 eV屬于可見光，1

11、.89 eV的光子為紅光，2.55 eV光子為藍靛，所以選項A正確答案：A 能級和庫侖定律的綜合問題能級和庫侖定律的綜合問題 (2010銀川模擬)氫原子在基態(tài)時軌道半徑r10.531010 m，能量E113.6 eV. 求氫原子處于基態(tài)時：(1)電子的動能. (2)原子的電勢能. (3)用波長是多少的光照射可使其電離？【點撥】解答本題的關鍵是：(1)電子繞原子核做圓周運動，庫侖力提供向心力；(2)氫原子的能量是電子動能和原子電勢能之和；(3)要使原子電離，電子的能量要大于或等于其電離能答案：(1)13.6 eV (2)27.2 eV (3)大于等于0.914 1107 m 如圖所示為氫原子的能

12、級圖，現(xiàn)讓一束單色光照射到大量處于基態(tài)(量子數(shù)n1) 的氫原子上，受激的氫原子能自發(fā)地發(fā)出三種不同頻率的光，則照射氫原子的單色光的光子能量為 ()A. 13.6 eVB. 12.75 eV C. 10.2 eV D. 12.09 eV 【錯解】錯選B. 對原子躍遷的規(guī)律不清楚，認為只有從4能級向1、2、3躍遷才能產(chǎn)生三種光子. 錯選C. 認為躍遷時必須從1到2，不知道各能級間都可直接躍遷 【正解】多個氫原子處于n3能級對應的激發(fā)態(tài)，才能夠正好產(chǎn)生三種不同頻率的光子，分別為h1E3 E2，h2E2E1，h3E3E1. 故吸收光子能量必滿足hE3E112.09 eV. D正確. 原子的躍遷條件hE

13、mEn對于吸收光子和放出光子都適用. 注意若吸收光子的能量大于基態(tài)電離能時，原子對光子的吸收不再受能級差限制. 【答案】D 第第3節(jié)節(jié) 放射性元素的衰變核能放射性元素的衰變核能一、原子核1. 原子核的組成(1)原子核由質子和中子組成，質子和中子統(tǒng)稱為核子. (2)原子核的核電荷數(shù)質子數(shù)，原子核的質量數(shù)質子數(shù)中子數(shù)，質子和中子的質量都為一個原子質量單位. 2. 三種射線的比較特別提醒：(1)自然界中原子序數(shù)大于或等于83的所有元素，都能自發(fā)地放出射線；原子序數(shù)小于83的元素，有的也具有放射性. (2)天然放射現(xiàn)象說明原子核是有內部結構的. 元素的放射性與元素是以單質形式存在還是化合物形式存在無關

14、. 二、原子核的衰變1. 衰變(1)定義：放射性元素的原子核放出射線，變成另一種新核的現(xiàn)象. (2)原子核的衰變規(guī)律 2. 衰變次數(shù)的確定方法一：設放射性元素X經(jīng)過n次衰變和m次衰變后，變成穩(wěn)定的新元素Y則表示該核反應的方程為：XYnHeme.根據(jù)電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒可列方程：AA4n，ZZ2nm. 解方程可得m、n. 方法二：因為衰變對質量數(shù)無影響，先由質量數(shù)的改變確定衰變的次數(shù)，然后再根據(jù)衰變規(guī)律確定衰變的次數(shù). 特別提醒：半衰期是大量原子核衰變時的統(tǒng)計規(guī)律，個別原子核經(jīng)多長時間衰變無法預測，對個別或極少數(shù)原子核，無半衰期可言四、核反應1. 四類核反應的比較 六、核力和核能1. 核力：組

15、成原子核的核子之間有很強的相互作用力，使核子能克服庫侖力而緊密地結合在一起，這種力稱為核力. 其特點為：(1)核力是強相互作用力，在原子核的尺度內，核力比庫侖力大得多. (2)核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內. (3)核力具有飽和性，每個核子只跟相鄰核子發(fā)生核力作用. 2. 核能(1)結合能：把構成原子核的結合在一起的核子分開所需要的能量. (2)比結合能：定義：原子核的結合能與核子數(shù)之比稱為比結合能，也叫平均結合能. 性質：不同原子核的比結合能不同，原子核的比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定. 3. 質量虧損：原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)

16、象叫做質量虧損. 4. 質能方程：一定的能量和一定的質量相聯(lián)系，物體的總能量和它的質量成正比，即Emc2方程含義：物體具有的能量與它的質量之間存在著簡單的正比關系，物體的質量增大能量也增大，質量減小能量也減小(1)核子在結合成原子核時，出現(xiàn)質量虧損m，其能量也相應減小E，其關系式為Emc2.(2)原子核分解成核子時，要吸收一定的能量，相應的質量增加為m，吸收的能量為Emc2.5. 核能的獲得方法：重核的裂變和輕核的聚變. 6. 核能的計算方法(1)根據(jù)Emc2計算核能時，質量虧損m是質量不是質量數(shù)，其單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”. (2)根據(jù)Em931.5 MeV計算

17、核能時，因一原子質量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，所以計算時m的單位是“u”，E的單位是“MeV”. 半衰期的理解和計算半衰期的理解和計算 (2010福建理綜)14C測年法是利用14C衰變規(guī)律對古生物進行年代測定的方法. 若以橫坐標t表示時間，縱坐標m表示任意時刻14C的質量，m0為t0時14C的質量. 下面四幅圖中能正確反映14C衰變規(guī)律的是_. (填選項前的字母) 核反應方程及其類型核反應方程及其類型 答案：AC 核能的計算核能的計算 太陽的能量來源是輕核的聚變，太陽中存在的主要元素是氫，核聚變反應可以看做是4個氫核結合成1個氦核同時放出2個正電子. 試寫出核反應方程，并由表中

18、數(shù)據(jù)計算出該聚變反應過程中釋放的能量(取1 u1/61026 kg). 關于半衰期，以下說法正確的是 ()A. 同種放射性元素在化合物中的半衰期比單質中的長B. 升高溫度可以使半衰期縮短C. 氡的半衰期為3.8天，若有4個氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下一個D. 氡的半衰期為3.8天，4克氡原子核，經(jīng)過7.6天就只剩下1克【錯解】每經(jīng)過3.8天就有半數(shù)的氡核發(fā)生衰變，經(jīng)過兩個半衰期即7.6天后，只剩下四分之一的氡，故選C、D. 【正解】放射性元素的原子核有半數(shù)發(fā)生衰變所需要的時間是一種統(tǒng)計規(guī)律，半衰期對幾個原子核來說是無意義的. 上述解法忽視了這一事實，故錯選了C. 放射性元素衰變的快慢由原子核

19、內部因素決定，跟原子所處的物理狀態(tài)(如溫度、壓強)或化學狀態(tài)(如單質、化合物)無關，故A、B錯誤；考慮到半衰期是一種統(tǒng)計規(guī)律，對少數(shù)幾個原子核衰變不適用. 因此，正確選項只有D. 【答案】D 十三、類比法十三、類比法一、方法簡介類比是由一種物理現(xiàn)象聯(lián)想到另一種物理現(xiàn)象，并對兩種物理現(xiàn)象進行比較，由已知物理現(xiàn)象的規(guī)律去推出另一種物理現(xiàn)象的規(guī)律，或解決另一種物理現(xiàn)象中的問題的思維方法，在研究物理問題時，經(jīng)常出現(xiàn)某些不同問題在一定范圍內具有形式上的相似性，其中包括數(shù)學表達式上的相似性和物理圖象上的相似性類比法的關鍵在于發(fā)現(xiàn)和探索這一相似性，從而利用已知系統(tǒng)的物理規(guī)律去尋找未知系統(tǒng)的物理規(guī)律二、典例分

20、析1. 過程相似類比兩個物理問題描述的情境具有動態(tài)過程相似的特點，那么，研究一個問題的動態(tài)過程，可以認識另一物體的動態(tài)變化規(guī)律。 (2011唐山模擬)如圖(a)所示，豎直絕緣桿處于方向彼此垂直、大小分別為E、B的混合場中，其中電場與磁場都是均勻分布的一個質量為m、帶電量為q的小球穿在桿上，球與桿之間的動摩擦因數(shù)為.現(xiàn)在讓小球從靜止開始沿桿下滑，求它下滑的最大速度 (a)(b)2. 模型類比法研究對象與原有模型之間具有相同或相似的關系而進行的一種類比運用這種類比方法解題的實質是將研究的問題轉化為一種熟悉的或簡單的物理問題 如圖所示，半徑R10 cm的光滑凹球面容器固定在地面上，有一小物塊在與容器

21、最低點P相距5 mm的C點由靜止無摩擦滑下，則物塊自靜止下滑到第二次通過P點時所經(jīng)歷的時間是多少？若此裝置放在以加速度a豎直向上運動的實驗艙中，上述所求的時間又是多少？【答案】見解析3. 因果類比法 以已知問題中條件與目標之間的因果關系為中介，從而探索與之相似的新問題的原因或結果 (2011內蒙古師大附中測試)根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內層軌道后() A. 原子的能量增加，電子的動能減少 B. 原子的能量增加，電子的動能增加 C. 原子的能量減少，電子的動能減少 D. 原子的能量減少，電子的動能增加【解析】氫原子核外電子繞核運動情況與衛(wèi)星繞地球運轉的情況相似，所以可以把原子的總

22、能量與衛(wèi)星的機械能類比，電子的動能與衛(wèi)星的動能類比，根據(jù)萬有引力提供向心力可以得出的結論是：衛(wèi)星運動的軌道半徑r減小時，衛(wèi)星的機械能減少，引力做正功，衛(wèi)星的動能增加，可以判斷出原子總能量減少，電子的動能增加，D正確 【答案】D 4目標相似類比新問題與舊問題所求物理量相似或相同的特點，從解決舊問題的思路中得到啟發(fā)，進而找到解決新問題的方法 一個質量為m，帶電量為q(q0)的小物體，可在水平軌道Ox上運動O端有一與軌道垂直的固定墻壁，軌道處于勻強電場中，場強大小為E，方向沿Ox正方向，如圖 (a)所示小物體以初速度v0，從坐標為x0的點開始向x軸正方向沿軌道運動，運動時受到大小不變的摩擦力f作用，且fqE.設小物體與墻碰撞時不損失機械能，且電量保持不變求它在停止運動前所通過的總路程s. (a)(b)