高考物理一轮复习 第十五章 近代物理初步课件.ppt
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第十五章 第十五章 近代物理初步近代物理初步 复习目标定位复习目标定位 •1.氢原子光谱(Ⅰ)•2．氢原子的能级结构、能级公式(Ⅰ)•3．原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期(Ⅰ)•4．放射性同位素(Ⅰ)•5．核力、核反应方程(Ⅰ) •6．结核能、质量亏损(Ⅰ) •7．裂变反应和聚变反应(Ⅰ)•裂变反应堆(Ⅰ)•8．放射线的危害和防护(Ⅰ)•9．波粒二象性(Ⅰ)•10．光电效应(Ⅰ)•11．爱因斯坦光电效应方程(Ⅰ) •解读：理解玻尔理论对氢原子光谱的解释，掌握氢原子能级公式并能灵活应用，用氢原子能级图求解原子能级跃迁问题是高考的热点；理解原子的核式结构模型，知道原子核的组成；了解放射性，半衰期的概念；了解放射性同位素的应用，了解核力的特点；能书写核反应方程，能区分核反应的种类并根据质能方程求解有关核能问题；了解裂变反应、聚变反应的应用，射线的危害和防护方法． •原子的核式结构、玻尔理论、能级公式、利用氢原子能级图求解有关原子跃迁问题在高考中命题频率较高，既可单独命题，也可与其他内容相结合命题，命题形式多以选择题为主．•光电效应现象、光电效应方程、半衰期、质能方程的应用，计算以及核反应方程的书写是高考的热点．在复习时要抓好基础，灵活应用． •这部分知识考纲要求均为Ⅰ级要求，学习时注意基本概念的理解和基本规律的简单应用．做到重点知识重点掌握．核反应方程、核能的计算、氢原子能级跃迁、光电效应等重点知识在高考中出现的机率较大，对这些知识应重点强化，同时注意这些知识与现代生产生活、高科技的相互联系. 第一讲 波粒二象性、原子结构、原第一讲 波粒二象性、原子结构、原子核子核 回扣教材回扣教材 夯实基础夯实基础 落实考点落实考点基础自主温故基础自主温故 •一、光电效应•[考点自清]•1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的从表面逸出的现象．•2．光电效应的实验规律•(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应．电子电子大于大于 •(2)光电子的最大初动能与入射光的强度，随入射光频率的增大而增大．•(3)入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过s.•(4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光的强度成．无关无关10－－9正比正比 •特别提醒•(1)照射光的频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能．•(2)光电子是金属表面受光照射逸出的电子，光电子也是电子，并非光子． •3．光电效应方程•(1)光子说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝.其中h＝J·s.hν6.63×10－－34W0 逸出功逸出功W0 •[基础自测]•1．光电效应实验中，下列表述正确的是( )•A．光照时间越长光电流越大•B．入射光足够强就可以有光电流•C．遏止电压与入射光的频率有关•D．入射光频率大于极限频率才能产生光电子 •解析：要产生光电效应，入射光的频率必须大于最小频率，即极限频率，当入射光的频率小于极限频率时，不管光的强度多大，都不会产生光电效应，与光照时间无关，故选项D正确，选项A、B错误；对同一种金属，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，需要的遏止电压越大，C正确．•答案：CD •二、光的波粒二象性•[考点自清]•1．光电效应说明光具有性，同时光还具有性，即光具有波粒二象性．•2．大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的性．•3．光的波长越长，越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象；光的频率越高，越明显，穿透本领越强．粒子粒子波动波动粒子粒子波动性波动性粒子性粒子性 •[基础自测]•2．用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图象，则( )•A．图象(a)表明光具有粒子性•B．图象(c)表明光具有波动性•C．用紫外光观察不到类似的图象•D．实验表明光是一种概率波 •解析：图象(a)曝光时间短，通过光子数目很少，呈现粒子性．图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故选项A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故选项D正确；紫外光本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，故选项C错误．•答案：ABD •三、原子的核式结构、氢原子光谱和玻尔理论•[考点自清]•1．原子结构•(1)电子的发现：英国物理学家发现了电子．•(2)α粒子散射实验•1909～1911年，英国物理学家和他的助手进行了用α粒子轰击金箔的实验，实验发现绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，极少数偏转的角度甚至大于90°，也就是说它们几乎被“撞”了回来．汤姆孙汤姆孙卢瑟福卢瑟福原来原来 •(3)原子的核式结构模型•在原子中心有一个很小的核，原子全部的和几乎全部都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．正电荷正电荷质量质量 •(2)光谱的分类•(3)光谱分析•利用原子的分析和确定物质的组成成分的方法．特征谱线特征谱线 •3．玻尔理论、能级•(1)玻尔原子模型•①轨道假设：原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动，电子绕核运动的是量子化的．•②定态假设：电子在不同的轨道上运动时，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即是量子化的．这些具有确定能量的稳定状态称为定态，在各个定态中，原子是稳定的，不向外辐射能量．可能轨道可能轨道原子的能量原子的能量 •③跃迁假设：原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁时要或一定频率的光子，光子的能量等于两个能级的能量差，即hν＝Em－En(m>n)．辐射辐射吸收吸收 n2 0.53×10－－10 －－13.6 eV •[基础自测]•3．一个氢原子从n＝3能级跃迁到n＝2能级，该氢原子( )•A．放出光子，能量增加 B．放出光子，能量减少•C．吸收光子，能量增加D．吸收光子，能量减少•解析：根据玻尔原子理论知，氢原子从高能级n＝3向低能级n＝2跃迁时，将以光子形式放出能量，放出光子后原子能量减少，故选项B正确．•答案：B •四、三种射线、两种衰变•[考点自清]•1．天然放射现象•(1)天然放射现象•元素地放出射线的现象，首先由贝克勒尔发现．天然放射现象的发现，说明具有复杂的结构．•(2)放射性和放射性元素•物质发射某种看不见的射线的性质叫．具有放射性的元素叫元素．自发自发原子核原子核放射性放射性放射性放射性 • (3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是、、．•(4)放射性同位素的应用与防护•①放射性同位素：有放射性同位素和放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．•②应用：消除静电、工业探伤、作等．•③防护：防止放射性对人体组织的伤害．α射线射线β射线射线γ射线射线天然天然人工人工示踪原子示踪原子 原子核原子核 原子核原子核 半数半数 •[基础自测]•4．关于天然放射现象，下列说法正确的是( )•A．α射线是由氦原子核衰变产生•B．β射线是由原子核外电子电离产生•C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生•D．通过化学反应不能改变物质的放射性 •解析：α、β、γ射线都是由原子核的衰变而产生的，α射线本身就是氦核，不可能由氦原子核衰变而成，物质的放射性是由元素的原子核本身决定的，与化学反应无关，A、B、C错误，D项正确．•答案：D •五、核反应的四种类型•[考点自清] •特别提醒•(1)核反应过程一般是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接．•(2)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．•(3)核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，遵循电荷数守恒． •答案：AC •六、核能•[考点自清]•1．核子：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为．•2．核力•(1)定义：原子核里的间存在的一种相互作用力．•(2)特点：①核力是强相互作用的一种表现；•②核力是，作用范围在1.5×10－15 m之内．因此每个核子只跟邻近的核子间才有核力作用．核子核子核子核子短程力短程力 •3．结合能•(1)定义：结合成原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量．•(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的的质量之和，这个现象叫质量亏损．•(3)质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝.核子核子核子核子mc2 •①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝；•②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝.Δmc2Δmc2 较大较大 较小较小 中子中子 •特别提醒•爱因斯坦的质能方程反映了原子核质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量的转变关系(即：核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转化为能量)．质量亏损也不是核子数的减少，核反应中核子的个数是不变的． 原子核原子核HHeHeCNN质量质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1 答案：答案：B 考点深析考点深析 拓展延伸拓展延伸 详讲精练详讲精练考点探究讲练考点探究讲练 •1．对光电效应的理解•(1)光电效应的实质•光子照射到金属表面，某个电子吸收光子的能量使其动能变大，当电子的动能增大到足以克服原子核的引力时，便飞出金属表面成为光电子．一一对光电效应的理解对光电效应的理解 •(2)对光电效应规律的解释对应规律对应规律对规律的产生的解释对规律的产生的解释存在极限频率存在极限频率ν0电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于，要使入射光子的能量不小于W0，对应的频率，对应的频率νc＝，即极限频率＝，即极限频率光电子的最大初动光电子的最大初动能随着入射光频率能随着入射光频率的增大而增大，与的增大而增大，与入射光强度无关入射光强度无关电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大大初动能只随入射光的频率增大而增大效应具有瞬时性效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，不需要能量积累的过程动能立即增大，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流光较强时饱和电流大大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大生的光电子较多，因而饱和电流较大 •(3)用光电管研究光电效应•①常见电路 •②光电流与饱和电流•a．入射光强度：指单位时间内入射到金属表面单位面积上的能量，可以理解为频率一定时，光强越大，光子数越多．•b．光电流：指光电子在电路中形成的电流．光电流有最大值，未达到最大值以前，其大小和光强、电压都有关，达到最大值以后，光电流和光强度成正比．•c．饱和电流：指在一定频率与强度的光照射下的最大光电流，饱和电流不随电路中电压的增大而增大． •③两条分析线索•a．通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．•b．通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大． •2．光电效应的图象描述图象图象描述描述(1)极限频率：图线与极限频率：图线与ν轴交点的横轴交点的横坐标的值坐标的值νc.(2)逸出功：图线与逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐轴交点的纵坐标的值标的值W0＝＝E(3)普朗克常量：图线的斜率普朗克常量：图线的斜率k＝＝h(1)遏止电压：图线与遏止电压：图线与U轴交点的横轴交点的横坐标的值坐标的值Uc(2)极限频率：满足极限频率：满足hνc＝＝eUc •光的波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义．波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量．两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现为：•(1)从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性．•(2) 从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强．二二对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解 •(2014年江苏卷)已知钙和钾的截止频率分别为7.73×1014 Hz和5.44×1014 Hz，在某种单色光的照射下两种金属均发生光电效应，比较它们表面逸出的具有最大初动能的光电子，钙逸出的光电子具有较大的( )•A．波长 B．频率•C．能量D．动量例例 1题型一题型一对光电效应和光的波粒二象性的考查对光电效应和光的波粒二象性的考查 【答案【答案】】 A •关于光电效应，下列说法正确的是( )•A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子．当它积累的动能足够大时，就能逸出金属•B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应•C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大•D．不同金属产生光电效应的入射光的最低频率是相同的变式训练变式训练 1 •解析：发生光电效应时金属表面原子的电子只能吸收一个光子的能量逸出，没有能量积累的过程，故选项A错误；入射光的频率低于金属发生光电效应的极限频率，即其能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需的最小功时，不能发生光电效应，故选项B正确；入射光的强度与其频率和单位时间内入射的光子数两个方面有关，光电子的最大初动能仅与入射光的频率有关，选项C错误；不同金属产生光电效应的入射光的最低频率不同，选项D错误．•答案：B •1．氢原子的能级图•(1)氢原子的能级图如图所示．三三对玻尔理论的理解对玻尔理论的理解 •(2)能级图中相关量意义的说明相关量相关量表示意义表示意义能级图中的横线能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态表示氢原子可能的能量状态——定态定态横线左端的数字横线左端的数字““1,2,3，，……””表示量子数表示量子数横线右端的数字横线右端的数字““－－13.6，－，－3.40，，……””表示氢原子的能级所对应的能量值表示氢原子的能级所对应的能量值相邻横线间的距离相邻横线间的距离表示相邻的能级差，量子数越大相表示相邻的能级差，量子数越大相邻的能级差越小邻的能级差越小带箭头的竖线带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为迁，原子跃迁的条件为hν＝＝Em－－En(m>n) •2.对氢原子跃迁的理解•(1)原子从低能级向高能级跃迁，吸收一定能量的光子，当一个光子的能量满足hν＝E末－E初时，才能被某一个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光子能量hν大于或小于E末－E初时都不能被原子吸收．•(2)原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁时的两能级间的能量差． •(4)原子还可吸收外来实物粒子(例如自由电子)的能量而被激发．由于实物粒子的动能可全部或部分地被原子吸收，所以只要入射粒子的能量大于或等于两能级的能量差值(E＝Em－En)，均可使原子发生能级跃迁． •如图所示，是氢原子四个能级的示意图．当氢原子从n＝4的能级跃迁到n＝3的能级时，辐射出光子a.当氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级时，辐射出光子b.则以下判断正确的是( )例例 2题型二题型二能级跃迁与光谱能级跃迁与光谱 •A．光子a的能量大于光子b的能量•B．光子a的频率大于光子b的频率•C．光子a的波长大于光子b的波长•D．在真空中光子a的传播速度大于光子b的传播速度•【思路指导】 氢原子从高能级跃迁到低能级，释放光子的能量ΔE是两个定态的能量差决定，即ΔE＝En－Em，而光子的能量E＝hν，在真空中各种频率的光传播速度相同． •【解析】 Ea＝E4－E3＝0.66 eV，Eb＝E3－E2＝1.89 eV，Ea
