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1、專題十三近代物理初步,高考物理（課標專用）,考點一波粒二象性,考點清單,考向基礎 一、光電效應 1.光電效應現(xiàn)象中的幾個概念 (1)光電效應:在光的照射下金屬發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應,發(fā)射出來的電子叫做光電子。 (2)極限頻率:能使某種金屬發(fā)生光電效應的最小頻率叫做該種金屬的極限頻率。 (3)逸出功:電子從金屬中逸出所需做功的最小值叫做該金屬的逸出功。,(4)遏止電壓:使光電流減小到零時的反向電壓稱為遏止電壓。 (5)光子說:在空間傳播的光不是連續(xù)的,而是一份一份的,每一份叫做 一個光量子,簡稱光子,光子的能量E=h。 2.光電效應的產生條件:入射光的頻率大于極限頻率。 3.光電效應實驗規(guī)律

2、 (1)任何一種金屬,都有一個與之對應的極限頻率,低于這個頻率的光 不能發(fā)生光電效應。所以判斷光電效應是否發(fā)生應該比較題目中給出的入射光頻率和對應金屬的極限頻率的大小。 (2)光電子的最大初動能與入射光的強度無關,只隨著 入射光頻率 的增大而增大。 (3)入射光照射到金屬上時,光電子的發(fā)射幾乎是瞬時的,一般不超過10-9 s。,二、光電效應方程 1.表達式:光電子的最大初動能Ekm與入射光光子的能量h和逸出功W之間的關系:Ekm=h-W。其中逸出功是指使某種金屬原子中電子脫離金屬所做功的最小值。 2.物理意義:金屬中電子吸收一個光子獲得的能量是h,這些能量一部分克服金屬的逸出功,剩余的表現(xiàn)為逸

3、出電子的初動能。,三、康普頓效應,說明光子的動量 由動量的定義有p=mc,結合光子能量E=h、愛因斯坦的質能方程E=mc2及c=可得p=。,四、光的波粒二象性與物質波 1.光的波粒二象性,2.物質波:與實物粒子相聯(lián)系的波叫物質波;實物粒子的能量E和動量p跟它所對應的波的頻率和波長之間遵循的關系為:E=h,p=。,考向突破,考向光電效應 1.光電效應有關概念對比 (1)光子與光電子 光子指光在空間傳播時的每一份能量,光子不帶電,光電子是金屬表面受到光照射時發(fā)射出來的電子,光子是光電效應的因,光電子是果。 (2)光電子的動能與光電子的最大初動能 光照射到金屬表面時,電子吸收光子的能量,可能向各個方

4、向運動,除了要做逸出功外,有時還要克服原子的其他束縛的作用力,剩余部分為光電子的初動能;只有金屬表面的電子直接向外飛出時,只需克服原子核的引力做功的情況,才具有最大初動能。 (3)光電流和飽和電流,從金屬板飛出的光電子到達陽極,回路中便產生光電流,隨著所加正向電壓的增大,光電流趨于一個飽和值,這個飽和值是飽和電流,在一定的光照條件下,飽和電流與所加電壓大小無關。 (4)入射光強度與光子能量 入射光強度指單位時間內照射到金屬表面單位面積上的總能量,光子能量即每個光子的能量。光的總能量等于光子能量與入射光子數的乘積。,2.光電效應四類圖像,3.光電效應的研究思路 (1)兩條線索 (2)兩條對應關系

5、,例1(2014廣東理綜,18,6分)在光電效應實驗中,用頻率為的光照射光電管陰極,發(fā)生了光電效應,下列說法正確的是() A.增大入射光的強度,光電流增大 B.減小入射光的強度,光電效應現(xiàn)象消失 C.改用頻率小于的光照射,一定不發(fā)生光電效應 D.改用頻率大于的光照射,光電子的最大初動能變大,解析增大入射光強度,使單位時間內逸出的光電子數增加,因此光電流增大,選項A正確;光電效應與入射光的頻率有關,與強度無關,選項B錯誤;當入射光的頻率小于,大于極限頻率時發(fā)生光電效應,選項C錯誤;由Ekm=h-W0知,增大入射光的頻率,光電子的最大初動能變大,選項D正確。,答案AD,例2在做光電效應的實驗時,某

6、金屬被光照射發(fā)生了光電效應,實驗測得光電子的最大初動能Ek與入射光的頻率的關系如圖所示,由實驗圖線可求出() A.該金屬的極限頻率和極限波長 B.普朗克常量 C.該金屬的逸出功 D.單位時間逸出的光電子數,解析依據光電效應方程Ek=h-W0可知,當Ek=0時,=c,即圖像中橫軸的截距在數值上等于金屬的極限頻率,再由c=可求極限波長。 圖線的斜率是k=tan =,圖線的斜率在數值上等于普朗克常量。 據圖像,假設圖線的延長線與Ek軸的交點為C,其截距為W,有tan =, 而tan =h,即圖像中縱軸截距的絕對值在數值上等于金屬的逸出功。 由題給條件無法求單位時間逸出的光電子數。,答案ABC,考點二

7、原子、原子核,考向基礎 一、原子的核式結構 1.粒子散射實驗與原子核式結構 19091911年,英國物理學家盧瑟福和他的助手進行了用粒子轟擊金箔的實驗,實驗發(fā)現(xiàn)絕大多數粒子穿過金箔后基本上仍沿原來的 方向前進,但有少數粒子發(fā)生了大角度偏轉,偏轉的角度甚至大于90,也就是說它們幾乎被“撞”了回來。 為了解釋粒子的大角度散射現(xiàn)象,盧瑟福在1911年提出了核式結構模型。在原子的中心有一個很小的核,叫原子核,它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部的質量,帶負電的電子在核外空間繞核運動。,2.核式結構的局限性 核式結構學說成功地解釋了粒子的散射實驗,但在解釋原子的發(fā)光和原子的穩(wěn)定性時卻遇到了無法解決的困難。

8、,二、氫原子光譜,說明太陽光譜不是連續(xù)光譜,而是吸收光譜,是陽光透過太陽高層大氣射向地球時,太陽高層大氣中含有的元素會吸收它自己特征譜線的光,然后再發(fā)射出去,不過這次發(fā)射是向四面八方發(fā)射。所以到達地球的這些譜線看起來就弱了。這樣就形成了明亮背景下的暗線夫瑯和費暗線。與已知元素的光譜相比較,知道太陽中含有鈉、鎂、銅、鋅、鎳等金屬元素。 氫原子光譜線是最早發(fā)現(xiàn)、研究的光譜線,這些光譜線可用一個統(tǒng)一的公式表示: =R 式中m=1,2,3,對每一個m,有n=m+1,m+2,m+3,構成一個譜線系。,三、能級,四、天然放射現(xiàn)象,五、原子核的組成,六、核反應 (1)衰變:放射性元素的原子核自發(fā)放出某種粒子

9、后變成新的原子核的變化。 a.衰變XYHe b.衰變XYe (2)原子核的人工轉變:用人工的方法,使原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程。 a.質子的發(fā)現(xiàn)NHeOH(盧瑟福) b.中子的發(fā)現(xiàn)BeHeCn(查德威克) (3)裂變:一個重核分裂成兩個中等質量的核,這樣的核反應叫做裂變。 UnBaKr+n,(4)聚變:兩個輕核結合成質量較大的核,這樣的核反應叫做聚變。 HHHen+17.6 MeV,考向突破,考向一原子 一、原子結構 1.粒子散射實驗用金箔作為靶子,是因為: (1)金的延展性好,容易做成很薄的箔,實驗用的金箔厚度大約是10-7 m;(2)金原子帶的正電荷多,與粒子間的庫侖力大;

10、(3)金原子質量大約是粒子質量的50倍,因而慣性大,相比而言,粒子運動狀態(tài)容易改變。 2.原子中有電子,但電子質量很小,不及粒子質量的七千分之一,粒子碰到它,就像飛行的子彈碰到一粒塵埃一樣,運動方向不會發(fā)生明顯改變。粒子散射現(xiàn)象表明,原子內部非?？諘?帶正電的部分體積很小,但集中了幾乎全部質量,當粒子接近原子核時,就會受到很大的庫侖斥力,發(fā)生較大角度的偏轉,由于原子核體積小,粒子穿過金箔時接近原子核,的機會很小,所以只有少數粒子發(fā)生大角度偏轉。 3.原子 二、氫原子能級躍遷問題 1.理解要點:玻爾的原子模型是以假說的形式提出來的,包括以下三方面的內容: (1)軌道假設:即軌道是量子化的,只能是

11、某些分立的值。rn=n2r1(n=2,3,4), r1=0.5310-10 m。 (2)定態(tài)假設:即不同的軌道對應著不同的能量狀態(tài),這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的,不向外輻射能量。即:穩(wěn)定狀態(tài)的能量En=(n=2,3,4),E1= -13.6 eV。,(3)躍遷假設:原子在不同的狀態(tài)具有不同的能量,從一個定態(tài)向另一個定態(tài)躍遷時要輻射或吸收一定頻率的光子,該光子的能量等于這兩個狀態(tài)的能級差h=Em-En。 2.氫原子各定態(tài)的能量值為電子繞核運動的動能Ek和電勢能Ep的代數和。由En=(n=2,3,4)和E1=-13.6 eV可知,氫原子各定態(tài)的能量值均 為負值。 3.一群氫原子躍遷發(fā)出的光譜線條數為N=

12、=。 4.躍遷與電離,5.激發(fā)的方式,例1(2017湖北七市三月聯(lián)考,18)如圖所示是氫原子的能級圖,大量處于n=5激發(fā)態(tài)的氫原子向低能級躍遷時,一共可以輻射出10種不同頻率的光子。其中萊曼系是指氫原子由高能級向n=1能級躍遷時釋放的光子,則(),A.10種光子中波長最短的是從n=5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產生的 B.10種光子中有4種屬于萊曼系 C.使n=5能級的氫原子電離至少要0.85 eV的能量 D.從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量等于從n=3能級躍遷到n=2能級釋放光子的能量,由=En-Em知,波長最小,能級差最大,可判斷A選項。由萊 曼系的特征可判斷B選項。由電離能的定義知,E=0-E

13、n,因此E=0-(-0.54 eV)= 0.54 eV,可判斷C選項。由E2-E1E3-E2,可判斷D選項。,解題導引,解析由n=5激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時產生的光子能量最大,頻率最高,波長最短,A項正確。51、41、31和21躍遷時釋放的4種光子屬于萊曼系,B項正確。使n=5能級的氫原子電離至少要0.54 eV的能量,C項錯誤。從n=2能級躍遷到基態(tài)釋放光子的能量為-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2eV, 從n=3能級躍遷到n=2能級釋放光子的能量為-1.51 eV-(-3.4 eV)=1.89 eV, D項錯誤。,答案AB,考向二原子核 一、原子核衰變過程中,粒子、粒子和新生原子核在

14、磁場中的軌跡 1.衰變中,粒子和新生原子核在磁場中的軌跡外切,如圖甲所示。 2.衰變中,粒子和新生原子核在磁場中的軌跡內切,如圖乙所示。 二、三種射線在電場和磁場中偏轉時的特點 1.不論在電場還是磁場中,射線總是做勻速直線運動,不發(fā)生偏轉。 2.在勻強電場中,粒子和粒子沿相反方向做類平拋運動,且在同樣的,條件下,粒子的偏移大。,如圖所示,粒子在電場力方向做初速度為零的勻加速直線運動,對于粒子,位移x可表示為x=at2=,所以,在同樣條件下粒子與,粒子偏移之比為==371。 3.在勻強磁場中,粒子和粒子沿相反方向做勻速圓周運動,且在同樣條件下,粒子的軌道半徑小,偏轉大。 如圖所示,粒子的軌道半徑

15、可表示為R=,所以,在同樣條件下 粒子與粒子軌道半徑之比為==<1。 根據上述徑跡特點,即使電場和磁場方向未知,也可以一下就看出射線的種類。,說明粒子速度約為真空中光速的1/10,粒子速度接近真空中的光速。 三、核能的計算 1.質能方程:愛因斯坦的相對論指出,物體的質量和能量存在著密切聯(lián)系,即E=mc2,這就是愛因斯坦的質能方程。,說明質能方程告訴我們質量和能量之間存在著簡單的正比關系。物體的能量增大,質量也增大;能量減小,質量也減小。且核反應中釋放的能量與質量虧損成正比:E=mc2。,2.核能:核反應中放出的能量稱為核能。 3.核能的計算 (1)根據愛因斯坦質能方程,用核子結合成原子核時質量

16、虧損(m)的千克數乘以真空中光速的平方。即 E=mc2。 (2)原子質量單位用u表示,根據1 u相當于931.5 MeV,用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV。即 E=m931.5 MeV。,例2(2014北京理綜,14,6分)質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3。當一個質子和一個中子結合成氘核時,釋放的能量是(c表示真空中的光速)() A.(m1+m2-m3)cB.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2D.(m1-m2-m3)c2,解析此核反應方程為HnH,根據愛因斯坦的質能方程得E=mc2=(m1+m2-m3)c2,C正確。,答案C,四、

17、放射性同位素的應用 1.利用它的射線 如利用鈷60放出的很強的射線來檢查金屬內部有沒有砂眼和裂紋,這叫射線探傷 。利用放射線的貫穿本領了解物體的厚度和密度的關系,可以用放射性同位素來檢查各種產品的厚度、密封容器中的液面高度,從而自動控制生產過程。再如利用射線的電離作用,可以消除機器在運轉中因摩擦而產生的有害靜電;利用射線殺死人體內的癌細胞等。 2.作為示蹤原子 在生物科學研究方面,示蹤原子起著十分重要的作用。在對輸油管線漏油情況的檢查和對植物生長的檢測方面,示蹤原子同樣起著重要作用。,例3在軋制鋼板時需要動態(tài)地監(jiān)測鋼板厚度,其檢測裝置由放射源、探測器等構成,如圖所示。該裝置中探測器接收到的是(

18、) A.X射線B.射線C.射線D.射線,解析放射源發(fā)出的只有、、三種射線,故選項A錯誤。在、、三種射線中,只有射線能穿透鋼板,故選項B、C錯誤、D正確。,答案D,方法原子核的衰變規(guī)律及衰變次數的計算方法 1.衰變:放射性元素的原子核由于放出某種粒子而轉變?yōu)樾潞说淖兓Q為衰變。 2.衰變規(guī)律:電荷數和質量數都守恒。 (1)衰變XYHe,衰變的實質是某元素的原子核放出由兩個質 子和兩個中子組成的粒子(即氦核)。 (2)衰變XYe,衰變的實質是某元素的原子核內的一個中子變 為一個質子時放射出一個電子。 (3)輻射:輻射是伴隨衰變或衰變發(fā)生的。輻射不改變原子核的電,方法技巧,荷數和質量數。其實質是放射

19、性原子核在發(fā)生衰變或衰變時,產生的某些新核由于具有過多的能量(核處于激發(fā)態(tài))而輻射出光子。 3.半衰期及確定衰變次數的方法 (1)半衰期:放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變需要的時間,叫做這種元素的半衰期。,說明半衰期是由放射性元素的原子核內部本身的因素決定的,跟原子所處的物理狀態(tài)(如壓強、溫度等)和化學狀態(tài)(如單質或化合物)無關。半衰期只對大量原子核衰變才有意義,因為放射性元素的衰變規(guī)律是統(tǒng)計規(guī)律,對少數原子核衰變不再適用。 (2)確定衰變次數的方法:設放射性元素X經過m次衰變、n次衰變后, 變成穩(wěn)定的新元素Y,則表示核反應的方程為 X Y+He+e。 根據電荷數守恒和質量數守恒可列方程 A=

20、A+4m,Z=Z+2m-n 兩式聯(lián)立得m=,n=+Z-Z,例(2017安徽江南十校聯(lián)考,14)鈾核U)經過m次衰變和n次衰變 變成鉛核Pb),關于該過程,下列說法中正確的是() A.m=5,n=4 B.鈾核U)的比結合能比鉛核Pb)的比結合能小 C.衰變產物的結合能之和小于鈾核U)的結合能 D.鈾核U)衰變過程的半衰期與溫度和壓強有關,由原子核衰變時質量數守恒、電荷數守恒,確定m、n的 值。由結合能定義可知,核子數多的核比核子數少的核的結合能小。半衰期由原子核內部自身因素決定,與溫度、壓強無關。,解題導引,解析原子核衰變時質量數守恒、電荷數守恒,235=4m+207,92=82+2m-n,兩式聯(lián)立解得:m=7,n=4,A項錯誤。衰變產物的結合能之和大于鈾核U)的結合能,C錯誤。半衰期由原子核內部自身的因素決定,與溫 度和壓強無關,D項錯誤。,答案B,